Hidrologia Karstica
Enviado por roda1315 • 5 de Diciembre de 2013 • 3.341 Palabras (14 Páginas) • 430 Visitas
HIDROGEOLOGÍA KÁRSTICA
En las rocas calcáreas (cuyos tipos principales son las calizas, las cretas, las calizas dolomíticas, las calizas margosas) las aguas subterráneas plantean unos problemas hidrogeológicos particulares. Su estudio tiene interés si se considera que estas rocas constituyen del 5 al 10% de los terrenos sedimentarios del globo terrestre.
El estudio de las aguas subterráneas en los materiales calcáreos debe abordarse con los métodos clásicos de la hidrología y de la hidrogeología, adaptados a los caracteres particulares del material acuífero.
EL MATERIAL ACUÍFERO
Las características peculiares de los materiales calcáreos desempeñan el papel esencial en la hidrogeología kárstica. Centraremos nuestra atención en los siguientes caracteres:
Composición química
Solubilidad
Porosidad
Permeabilidad
Figuración
Composición química de las rocas calcáreas
Recordemos que el carbonato de calcio puro CO3Ca posee un 56.04 % de CaO y un 43.96 % de CO2.
La influencia de la composición química de las rocas calcáreas en el desarrollo del karst procede sobre todo del contenido en materiales insolubles (es importante conocer la proporción de CO3Ca y accesoriamente de CO3Mg), cuyos depósitos después de la disolución, colmatan las fisuras y las cavidades. Por este motivo, el contenido en sustancias insolubles caracteriza las propiedades acuíferas del material.
Solubilidad de las rocas calcáreas
Las rocas calcáreas están formadas esencialmente por carbonato cálcico CO3Ca, poco soluble en el agua pura. El carbonato magnésico es veinte veces menos soluble.
Si el carbonato cálcico es poco soluble en agua, el bicarbonato cálcico (CO3CaH)2, por el contrario, lo es mucho más.
El agua posee anhídrido carbónico en disolución, que se presenta, en su mayor parte, en forma de gas y, en menor proporción, en estado de ácido carbónico CO3H2, según la reacción de equilibrio:
CO2 + H2O ↔ CO3H2
El ácido carbónico transforma el carbono cálcico en bicarbonato cálcico según la reacción de equilibrio:
CO3H2 + CO3 ↔ (CO3H2)2Ca
La ecuación general en solución acuosa y en presencia de CO2 es:
CO3H2 + CO2 + H2O ↔ (CO3H)2Ca
La cantidad de CO2 disuelto en el agua es proporcional a la presión de este gas en la atmosfera en su contacto (ley de Henry). Se establece así un equilibrio que es función de la temperatura y de la presión.
El CO2 que interviene en los fenómenos de disolución de CO3Ca en agua, puede repartirse en cuatro categorías:
CO2 del carbonato CO3Ca, solo puede ser separado por calcinación o por medio de un ácido fuerte.
CO2 del bicarbonato (CO3H)2Ca, asociado al carbonato en presencia de un exceso de CO2.
CO2 de equilibrio o CO2 libre disuelto físicamente según la ley de Henry y cuyo contenido en el agua está determinado por los intercambios con la atmósfera, influenciados por la temperatura y la presión.
CO2 libre, agresivo o en exceso, regido por las mismas lees que el CO2 de equilibrio. Su presencia es debida a la insuficiencia de materiales calcáreos o de los intercambios.
El poder disolvente del agua en carbonato cálcico es función del contenido en anhídrido carbónico del agua y del aire. La cantidad de carbonato disuelto esta estrechamente relacionada con la de CO2 según una ley de equilibrio. Toda variación del CO2 conduce a unas modificaciones: disolución (en el caso de aumento), o precipitación (en el caso contrario).
La disolución de los materiales calcáreos está condicionada por unos factores físico-químicos y biológicos.
Factores físico-químicos
Variaciones del contenido en CO2 del aire: el contendido en CO2 del aire varía entre 2.5 y 3.5 por 10 000. Este contenido varía; aumenta en el aire confinado de las galerías subterráneas, donde puede alcanzar un valor de 1 por 1000 e incluso de 1 por 100.
Variaciones del contenido en CO2 del agua: El poder disolvente del agua en CO2 varía en función de la temperatura, la presión y el pH.
La acción de la temperatura es la más importante. La solubilidad del gas carbónico en el agua disminuye con la temperatura, mientras que la cantidad transformada en ácido carbónico aumenta. La solubilidad del carbonato de calcio decrece con la temperatura (es dos veces más soluble a 0 que a 30 grados Celsius).
La solubilidad del CO2 en el agua es proporcional a la presión.
El pH puede variar por disolución de ácidos distintos al ácido carbónico, tales como losa ácidos húmico, sulfúrico, nítrico, bórico, fosfórico, etc.
De estos tres factores las variaciones del pH y de la temperatura son los preponderantes.
Factores biológicos
Hacen variar el contenido en CO2 del agua bien sea inmediatamente, bien sea por intermedio de la atmosfera. La respiración de las plantas aumenta el contenido en CO2 del aire en contacto con el suelo, hasta alcanzar un 10 %.
Las fermentaciones desprenden gas carbónico y aumentan el pH por producción de ácido húmico. Las putrefacciones liberan también CO2.
En conclusión, el estudio de la solubilidad del carbonato de calcio en agua muestra el papel preponderante que desempeña la temperatura y el pH.
Importancia de la disolución de las rocas calcáreas
Acción de la corrosión: La acción disolvente del agua cargada de anhídrido carbónico lleva consigo la corrosión de las rocas calcáreas. Este fenómeno es el rasgo determinante de todas las características de la hidrogeología kárstica.
Los residuos de la disolución: La disolución en agua del CO3Ca de las rocas calcáreas, deja diversos residuos sólidos: arcillosos, silícicos, fosfatados, ferruginosos, etc. En el caso de las calizas puras, estos residuos alcanzan de 2 al 5 % del volumen primitivo.
Por lo general estos depósitos están formados por silicatos de alumina, arcillas más o menos ricas en óxido de hierro y caolinitas.
Estos sedimentos colmatan las hendiduras y obstruyen los conductos subterráneos. La cantidad de residuos sólidos es función de la pureza del material calcáreo. Por este motivo, los karsts únicamente se desarrollan en las rocas ricas en carbonato de calcio.
Porosidad de las rocas calcáreas
Los espacios vacíos de las rocas calcáreas pueden clasificarse, según sus dimensiones y su forma, en dos tipos:
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