¿Qué es un Karst?
El karst es una topografía formada por la disolución de rocas solubles como la caliza, la dolomita y el yeso.
Se caracteriza por sistemas de drenaje subterráneo con pozos y cuevas. También ha sido documentado para rocas más resistentes a la intemperie, como la cuarcita, dadas las condiciones adecuadas.
El drenaje subterráneo puede limitar las aguas superficiales, con pocos o ningún río o lago. Sin embargo, en regiones donde el lecho rocoso disuelto está cubierto (quizás por escombros) o confinado por uno o más estratos superpuestos de roca no soluble, las características kársticas distintivas pueden ocurrir sólo a niveles subterráneos y pueden estar totalmente ausentes de la superficie.
El estudio del karst se considera de primera importancia en la geología del petróleo porque hasta el 50% de las reservas de hidrocarburos del mundo están alojadas en sistemas kársticos porosos.
Yacimientos de Karst
El karst de piedra caliza más grande del mundo es la llanura de Nullarbor, en Australia. Eslovenia tiene el risco más alto del mundo, mientras que el borde occidental de las tierras altas en el este de los Estados Unidos es el segundo risco más alto de estructuras kársticos.
México alberga importantes regiones kársticas y campos de rocas en la Península de Yucatán y Chiapas.
El Karst del sur de China en las provincias de Guizhou, Guangxi y Yunnan es Patrimonio de la Humanidad de la UNESCO.
El sistema de cuevas kársticas Tham Luang Nang Non en el norte de Tailandia se hizo famoso por el rescate en 2018 de un equipo de fútbol juvenil.
Formación del Karst
El desarrollo del karst ocurre cuando el agua ácida comienza a romper la superficie del lecho rocoso cerca de sus grietas o planos de lecho.
A medida que el lecho rocoso (típicamente caliza o dolomita) continúa degradándose, sus grietas tienden a agrandarse.
A medida que pasa el tiempo, estas fracturas se ensanchan, y eventualmente un sistema de drenaje de algún tipo puede comenzar a formarse por debajo.
Si este sistema de drenaje subterráneo se forma, acelerará el desarrollo de las formaciones cársticas allí porque más agua podrá fluir a través de la región, dándole más poder erosivo.
Mecanismo de disolución
El ácido carbónico que causa las características kársticas se forma a medida que la lluvia pasa a través de la atmósfera de la Tierra recogiendo dióxido de carbono (CO2), que se disuelve en el agua.
Una vez que la lluvia llega al suelo, puede pasar a través del suelo que puede proporcionar mucho más CO2 para formar una solución débil de ácido carbónico, que disuelve el carbonato de calcio.
La secuencia de reacción primaria en la disolución de la piedra caliza es la siguiente:
| H2O | + | CO2 | → | H2CO3 | ||
| CaCO3 | + | H2CO3 | → | Ca2+ | + | 2 HCO−3 |
En particular y en condiciones muy raras como las que se han encontrado en el pasado en la Cueva de Lechuguilla en Nuevo México (y más recientemente en las Cuevas de Frasassi en Italia), otros mecanismos también pueden jugar un papel.
La oxidación de los sulfuros que conduce a la formación de ácido sulfúrico también puede ser uno de los factores de corrosión en la formación cársica.
A medida que las aguas superficiales ricas en oxígeno (O2) se filtran a los sistemas cársticos anóxicos profundos, traen oxígeno, que reacciona con el sulfuro presente en el sistema (pirita o sulfuro de hidrógeno) para formar ácido sulfúrico (H2SO4).
El ácido sulfúrico reacciona entonces con el carbonato de calcio, causando una mayor erosión dentro de la formación de la caliza. Esta cadena de reacciones es:
| H2S | + | 2 O2 | → | H2SO4 | (oxidación de sulfuros) | ||||
| H2SO4 | + | 2 H2O | → | SO2− 4 |
+ | 2 H3O+ | (disociación del ácido sulfúrico) | ||
| CaCO3 | + | 2 H3O+ | → | Ca2+ | + | H2CO3 | + | 2 H2O | (disolución de carbonato de calcio) |
| Ca2+ | + | SO42- | → | CaSO4 | (formación de sulfato de calcio) | ||||
| CaSO4 | + | 2 H2O | → | CaSO4 · 2 H2O | (formación de yeso) | ||||
Esta cadena de reacción forma yeso.
Características del Karst
La karstificación de un paisaje puede resultar en una variedad de características a gran o pequeña escala tanto en la superficie como en la parte inferior.
En superficies expuestas, las pequeñas características pueden incluir flautas de solución, pavimento de piedra caliza, colectivamente llamado lapiez.
Las características superficiales de tamaño mediano pueden incluir pozos o cenotes (cuencas cerradas), pozos verticales, pozos en forma de embudo invertido, arroyos que desaparecen y manantiales que reaparecen.
Las características a gran escala pueden incluir pavimentos de piedra caliza, poljes y valles cársticos.
Los paisajes kársticos maduros, donde se han eliminado más lechos rocosos que los restos, pueden dar lugar a torres kársticas, o a paisajes de pajar/huevo.
Bajo la superficie, pueden formarse complejos sistemas de drenaje subterráneos (como los acuíferos cársticos) y extensos sistemas de cuevas y cavernas.
La erosión a lo largo de las costas calizas, especialmente en los trópicos, produce una topografía kárstica que incluye una superficie de makatea afilada por encima del alcance normal del mar, y socavones que son en su mayoría el resultado de la actividad biológica o la bioerosión a nivel del mar o un poco por encima del nivel medio del mar.
Algunas de las más espectaculares de estas formaciones se pueden ver en la bahía de Phangnga en Tailandia y en la bahía de Halong en Vietnam.
El carbonato de calcio disuelto en el agua puede precipitarse donde el agua descarga parte de su dióxido de carbono disuelto.
Los ríos que emergen de los manantiales pueden producir terrazas de toba, formadas por capas de calcita depositadas durante largos períodos de tiempo.
En las cuevas, una variedad de características colectivamente llamadas espeleotemas se forman por la deposición de carbonato de calcio y otros minerales disueltos.
Hidrología
Sección transversal del terreno kárstico que muestra características topográficas y trayectorias de flujo de agua.
La agricultura en las zonas cársticas debe tener en cuenta la falta de agua superficial. Los suelos pueden ser lo suficientemente fértiles y las precipitaciones pueden ser adecuadas, pero el agua de lluvia se mueve rápidamente a través de las grietas hacia el suelo, dejando a veces la superficie del suelo reseca entre las lluvias.
Un fenster kárstico (ventana kárstica) ocurre cuando un arroyo subterráneo emerge a la superficie entre capas de roca, cae en cascada a cierta distancia, y luego desaparece de nuevo hacia abajo, a menudo en un sumidero.
Los ríos de las zonas cársticas pueden desaparecer bajo tierra varias veces y volver a aparecer en diferentes lugares, generalmente con un nombre diferente (como Ljubljanica, el río de los siete nombres).
Un ejemplo de esto es el río Popo Agie en el condado de Fremont, Wyoming. En un sitio llamado simplemente “The Sinks” en el Parque Estatal de Sinks Canyon, el río fluye hacia una cueva en una formación conocida como la Piedra Caliza Madison y luego se eleva de nuevo 800 m (1⁄2 mi) por el cañón en una plácida piscina.
Un turlough es un tipo único de lago estacional que se encuentra en las zonas kársticas irlandesas y que se forma a través de la captación anual de agua del sistema de aguas subterráneas.
El suministro de agua de los pozos en la topografía kárstica puede ser inseguro, ya que el agua puede haber corrido sin obstáculos desde un sumidero en una pastura de ganado, a través de una cueva y hasta el pozo, pasando por alto el filtrado normal que ocurre en un acuífero poroso.
Las formaciones cársticas son cavernosas y por lo tanto tienen altos índices de permeabilidad, lo que reduce la oportunidad de filtrar los contaminantes.
Las aguas subterráneas en las zonas cársticas se contaminan tan fácilmente como los arroyos superficiales.
Los sumideros se han utilizado a menudo como basureros de granjas o de la comunidad. Las fosas sépticas sobrecargadas o que no funcionan correctamente en los paisajes cársticos pueden verter las aguas residuales sin tratar directamente en los canales subterráneos.
La topografía kárstica también plantea dificultades para los habitantes humanos. Los sumideros pueden desarrollarse gradualmente a medida que las aberturas de la superficie se agrandan, pero con frecuencia no se ve una erosión progresiva hasta que el techo de una caverna subterránea se derrumba repentinamente.
Tales eventos se han tragado las casas, el ganado, los automóviles y la maquinaria agrícola. En los Estados Unidos, el colapso repentino de tal caverna-fosa se tragó parte de la colección del Museo Nacional del Corvette en Bowling Green, Kentucky, en 2014.
Carso Interstratal
El karst interestatal es un paisaje kárstico que se desarrolla bajo un manto de rocas insolubles. Típicamente esto implicará una cubierta de arenisca sobre los estratos de piedra caliza que se someten a la solución.
En el Reino Unido se desarrollaron extensos campos de dolinas en Mynydd Llangynidr a lo largo de una meseta de arenisca Twrch sobre una caliza carbonífera oculta.
Etimología
La palabra inglesa karst fue tomada del alemán Karst a finales del siglo XIX, que entró al alemán mucho antes.
Según una interpretación, el término se deriva del nombre alemán para una serie de características geológicas, geomorfológicas e hidrológicas que se encuentran en el área de distribución de los Alpes Dináricos, que se extienden desde el extremo nororiental de Italia hasta la ciudad de Trieste (que en ese momento formaba parte del litoral austríaco), a lo largo de la península balcánica a lo largo de la costa oriental del Adriático hasta Kosovo y Macedonia del Norte, donde comienza el macizo de las montañas Šar, y más concretamente la zona kárstica en la parte más noroccidental, descrita en las primeras investigaciones topográficas como una meseta, entre Italia y Eslovenia.
En las lenguas eslavas del sur, todas las variaciones de la palabra se derivan de una base ilírica romanizada (que produce latín: carso), más tarde metalizado a partir de la forma reconstruida *korsъ en formas como serbocroata: krš, kras.
Las lenguas que conservan la forma más antigua, que no es de tamaño metádico, incluyen el italiano: Carso, alemán: Karst, y albanés: karsti; la falta de metátesis impide tomar prestado de cualquiera de las lenguas eslavas del sur, específicamente el esloveno.
El sustantivo común esloveno kras fue atestiguado por primera vez en el siglo XVIII, y el adjetivo kraški en el siglo XVI
Como sustantivo propio, el sustantivo esloveno Grast fue atestiguado por primera vez en 1177[13].
En última instancia, la palabra es de origen mediterráneo. Se ha sugerido que la palabra puede derivar de la raíz proto-indoeuropea karra- `roca’.
El nombre también puede estar relacionado con el orónimo Kar(u)sádios oros citado por Ptolomeo, y quizás también con el latín Carusardius.