Karso

Cuevas de Škocjan, Eslovenia

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 sumideros y cuevas. También se ha documentado para rocas más resistentes a la intemperie, como la cuarcita, en las condiciones adecuadas. El drenaje subterráneo puede limitar el agua superficial, 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 de roca no soluble superpuestos, las características kársticas distintivas pueden ocurrir solo a niveles subterráneos y pueden faltar por completo en la superficie.

El estudio del paleokarst (karst enterrado en la columna estratigráfica) es importante en la geología del petróleo porque hasta el 50 % de las reservas mundiales de hidrocarburos están alojadas en rocas carbonatadas, y mucho de esto se encuentra en sistemas kársticos porosos.

Etimología

Distribución mundial de grandes afloramientos de rocas carbonatadas (principalmente caliza, excepto evaporitas)

La palabra inglesa karst se tomó prestada del alemán Karst a finales del siglo XIX. siglo, que entró en Alemania mucho antes. Según una interpretación, el término se deriva del nombre alemán de una serie de características geológicas, geomorfológicas e hidrológicas que se encuentran dentro del rango de los Alpes Dináricos. El rango se extiende desde la esquina noreste de Italia sobre la ciudad de Trieste, a través de la península de los Balcanes a lo largo de la costa del Adriático oriental hasta Kosovo y Macedonia del Norte, donde comienza el macizo de las montañas Šar. La zona kárstica se encuentra en la sección más al noroeste, descrita en las primeras investigaciones topográficas como una meseta entre Italia y Eslovenia.

En los idiomas eslavos del sur locales, todas las variaciones de la palabra se derivan de una base iliria romanizada (lo que produce latín: carsus, dálmata: carsus), metatetizado posteriormente a partir de la forma reconstruida *korsъ en formas como el esloveno: kras y serbocroata: krš, kras. Los idiomas que conservan la forma más antigua, sin metátesis, incluyen italiano: Carso, alemán: Karst y albanés: karsti; la falta de metátesis impide el préstamo de cualquiera de las lenguas eslavas del sur, específicamente el esloveno. El nombre común esloveno kras fue atestiguado por primera vez en el siglo XVIII, y la forma adjetiva kraški en el siglo XVI. Como nombre propio, la forma eslovena Grast fue atestiguada por primera vez en 1177.

En última instancia, la palabra es de origen mediterráneo. Se ha sugerido que la palabra puede derivar de la raíz protoindoeuropea 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.

Primeros estudios

Doline en la causse de Sauveterre, Lozère, Francia

Johann Weikhard von Valvasor, pionero en el estudio del karst en Eslovenia y miembro de la Royal Society for Improving Natural Knowledge, Londres, presentó la palabra karst a los estudiosos europeos en 1689, describiendo el fenómeno de los flujos subterráneos de los ríos en su cuenta del lago Cerknica.

Jovan Cvijić avanzó enormemente en el conocimiento de las regiones kársticas, tanto que llegó a ser conocido como el "padre de la geomorfología kárstica". Discutiendo principalmente las regiones kársticas de los Balcanes, la publicación de Cvijić de 1893 Das Karstphänomen describe accidentes geográficos como karren, dolines y poljes. En una publicación de 1918, Cvijić propuso un modelo cíclico para el desarrollo del paisaje kárstico. La hidrología kárstica surgió como disciplina a finales de la década de 1950 y principios de la de 1960 en Francia. Anteriormente, las actividades de los exploradores de cuevas, llamados espeleólogos, se habían descartado más como un deporte que como una ciencia, lo que significa que las cuevas kársticas subterráneas y sus cursos de agua asociados estaban, desde una perspectiva científica, poco estudiadas.

Desarrollo

Un depósito de piedra caliza en los Alpes Dináricos cerca de Sinj, Croacia

El karst se desarrolla más fuertemente en rocas carbonatadas densas, como la piedra caliza, que tiene capas delgadas y está muy fracturada. El karst no suele estar bien desarrollado en la caliza, porque la caliza es muy porosa en lugar de densa, por lo que el flujo de agua subterránea no se concentra a lo largo de las fracturas. Karst también está más fuertemente desarrollado donde el nivel freático es relativamente bajo, como en las tierras altas con valles atrincherados, y donde la lluvia es de moderada a fuerte. Esto contribuye al rápido movimiento descendente del agua subterránea, lo que promueve la disolución del lecho rocoso, mientras que el agua subterránea estancada se satura con minerales de carbonato y deja de disolver el lecho rocoso.

Química de disolución

El ácido carbónico que causa las características kársticas se forma a medida que la lluvia atraviesa la atmósfera de la Tierra recogiendo dióxido de carbono (CO₂), que se disuelve fácilmente en el agua. Una vez que la lluvia llega al suelo, puede pasar a través del suelo que proporciona CO₂ adicional producido por la respiración del suelo. Parte del dióxido de carbono disuelto reacciona con el agua para formar una solución débil de ácido carbónico, que disuelve el carbonato de calcio. La secuencia de reacción principal en la disolución de piedra caliza es la siguiente:

En condiciones muy raras, la oxidación puede desempeñar un papel. La oxidación desempeñó un papel importante en la formación de la antigua cueva de Lechuguilla en el estado estadounidense de Nuevo México y actualmente está activa en las cuevas de Frasassi en Italia. La oxidación de sulfuros que conducen a la formación de ácido sulfúrico también puede ser uno de los factores de corrosión en la formación de karst. A medida que las aguas superficiales ricas en oxígeno (O₂) se filtran en los sistemas kársticos 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 luego reacciona con el carbonato de calcio, provocando una mayor erosión dentro de la formación de piedra caliza. Esta cadena de reacciones es:

Esta cadena de reacción forma yeso.

Morfología

Pavimento de piedra caliza en Dent de Crolles, Francia

Rubaksa tufa plug in Ethiopia

La karstificación de un paisaje puede resultar en una variedad de características a gran o pequeña escala tanto en la superficie como debajo. En las superficies expuestas, las características pequeñas pueden incluir flautas de solución (o rillenkarren), canaletas, pavimento de piedra caliza (clints y grikes), kamenitzas denominadas colectivamente karren o lapiez. Las características superficiales de tamaño mediano pueden incluir sumideros o cenotes (cuencas cerradas), pozos verticales, foibe (sumideros 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 kársticos. Los paisajes kársticos maduros, donde se ha eliminado más lecho rocoso que restos, pueden dar como resultado torres kársticas o paisajes de pajares/hueveras. Debajo de la superficie, se pueden formar complejos sistemas de drenaje subterráneo (como acuíferos kársticos) y extensos sistemas de cuevas y cavernas.

La erosión a lo largo de las costas de piedra caliza, especialmente en los trópicos, produce una topografía kárstica que incluye una superficie makatea afilada por encima del alcance normal del mar y socavaduras que son principalmente el resultado de actividad biológica o bioerosión en el nivel medio del mar o un poco por encima. Algunas de las más espectaculares de estas formaciones se pueden ver en la bahía de Phangnga de Tailandia y en la bahía de Halong en Vietnam.

El carbonato de calcio disuelto en 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, que consisten en capas de calcita depositadas durante largos períodos de tiempo. En las cuevas, una variedad de características denominadas colectivamente espeleotemas se forman por la deposición de carbonato de calcio y otros minerales disueltos.

Hidrología

Características típicas del terreno karst bien desarrollado

El río subterráneo Puerto Princesa, Filipinas

La agricultura en zonas kársticas debe tener en cuenta la falta de agua superficial. Los suelos pueden ser lo suficientemente fértiles y la lluvia puede ser adecuada, pero el agua de lluvia se mueve rápidamente a través de las grietas hacia el suelo, a veces dejando la superficie del suelo seca entre lluvias.

Un fenster kárstico (ventana kárstica) ocurre cuando una corriente subterránea emerge a la superficie entre capas de roca, cae en cascada a cierta distancia y luego desaparece, a menudo en un sumidero. Los ríos en áreas kársticas pueden desaparecer bajo tierra varias veces y brotar de nuevo 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 Sinks Canyon, el río desemboca en una cueva en una formación conocida como Madison Limestone y luego vuelve a subir 800 m (1⁄2 mi) por el cañón en un plácido estanque. Un turlough es un tipo único de lago estacional que se encuentra en las áreas kársticas irlandesas y que se forma a través de la brotación anual de agua del sistema de agua subterránea.

Una primavera karst en las montañas de Jura cerca de Ouhans en el este de Francia en la fuente del río Loue

Los suministros de agua de los pozos en la topografía kárstica pueden no ser seguros, ya que el agua puede haber corrido sin obstáculos desde un sumidero en un pasto de ganado, a través de una cueva y hasta el pozo, sin pasar por el filtrado normal que ocurre en un acuífero poroso. Las formaciones kársticas son cavernosas y, por lo tanto, tienen altas tasas de permeabilidad, lo que reduce la posibilidad de que se filtren los contaminantes. El agua subterránea en las áreas kársticas se contamina tan fácilmente como los arroyos superficiales. Los sumideros a menudo se han utilizado como vertederos de basura de la granja o de la comunidad. Los tanques sépticos sobrecargados o que funcionan mal en paisajes kársticos pueden arrojar aguas residuales sin tratar directamente a los canales subterráneos. Los geólogos están preocupados por estos efectos negativos de la actividad humana en la hidrología kárstica que, en 2007, suministró alrededor del 25% de la demanda mundial de agua potable.

La topografía kárstica también plantea dificultades para los habitantes humanos. Los sumideros pueden desarrollarse gradualmente a medida que se agrandan las aberturas de la superficie, pero la erosión progresiva con frecuencia no se ve hasta que el techo de una caverna se derrumba repentinamente. Tales eventos se han tragado casas, ganado, automóviles y maquinaria agrícola. En los Estados Unidos, el colapso repentino de una caverna-sumidero de este tipo se tragó parte de la colección del Museo Nacional Corvette en Bowling Green, Kentucky en 2014.

Karso interestratal

El karst interestratal es un paisaje kárstico que se desarrolla bajo una cubierta de rocas insolubles. Por lo general, esto implicará una cubierta de arenisca que recubre estratos de piedra caliza en proceso de solución. En el Reino Unido, por ejemplo, se han desarrollado extensos campos de dolina en Cefn yr Ystrad, Mynydd Llangatwg y Mynydd Llangynidr en el sur de Gales a través de una cubierta de arenisca Twrch que se superpone a la caliza carbonífera oculta, la última nombrada ha sido declarada sitio de especial interés científico en respeto de ello.

Kegelkarst

Kegelkarst es un tipo de terreno kárstico tropical con numerosos cerros cónicos, formados por cockpits, mogotes y poljes y sin fuertes procesos de erosión fluvial. Este terreno se encuentra en Cuba, Jamaica, Indonesia, Malasia, Filipinas, Puerto Rico, el sur de China, Myanmar, Tailandia, Laos y Vietnam.

Pseudokarst

Los pseudokarsts son similares en forma o apariencia a las características kársticas, pero se crean mediante mecanismos diferentes. Los ejemplos incluyen cuevas de lava y tores de granito, por ejemplo, Labertouche Cave en Victoria, Australia, y características de paleocolapso. Las cuevas de barro son un ejemplo de pseudokarst.

Karst de sal

El karst de sal (o 'karst de halita') se desarrolla en áreas donde la sal se disuelve bajo tierra. Puede conducir a depresiones superficiales y colapsos que presentan un riesgo geológico.

Paleokarst

Paleokarst o paleokarst es un desarrollo de karst observado en la historia geológica y preservado dentro de la secuencia de rocas, efectivamente un karst fósil. Hay, por ejemplo, superficies paleocársticas expuestas dentro del subgrupo del valle de Clydach de la secuencia de piedra caliza carbonífera de Gales del Sur que se desarrolló a medida que la meteorización subaérea de las calizas formadas recientemente tuvo lugar durante períodos de no deposición en la primera parte del período. Se reanudó la sedimentación y se depositaron más estratos de piedra caliza sobre una superficie kárstica irregular, y el ciclo se repitió varias veces en relación con la fluctuación del nivel del mar durante períodos prolongados.

Bosque kárstico

Las áreas kársticas tienden a tener tipos únicos de bosques. El terreno kárstico es difícil de atravesar para los humanos, por lo que sus ecosistemas suelen estar relativamente intactos. El suelo tiende a tener un pH alto, lo que fomenta el crecimiento de especies inusuales de orquídeas, palmeras, manglares y otras plantas.

Áreas kársticas

Bosque de Piedra Lunana, Yunnan, China

El karst de piedra caliza más grande del mundo es Nullarbor Plain de Australia. Eslovenia tiene el riesgo más alto del mundo de sumideros, mientras que el borde occidental de las Tierras Altas en el este de los Estados Unidos tiene el segundo riesgo más alto de sumideros kársticos.

En Canadá, el Parque Nacional Wood Buffalo, NWT contiene áreas de sumideros kársticos.

México alberga importantes regiones kársticas 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 por la UNESCO.

Lista de términos para características relacionadas con karst

• Abîme, un eje vertical en karst que puede ser muy profundo y generalmente se abre a una red de pasajes subterráneos
• Cenote, un profundo sumidero, característico de México, resultante del colapso de la roca caliza que expone las aguas subterráneas
• Doline, también lavabo o agujero de fregadero, es una depresión cerrada drenando bajo tierra en áreas de karst. El nombre "doline" viene de dolina, que significa "valley", y deriva de lenguas eslavas del sur.
• Foibe, un agujero invertido en forma de embudo
• Ventana de Karst (también conocida como un "fenster de karst"), una característica donde emerge brevemente un manantial, con la descarga de agua entonces repentinamente desapareciendo en un agujero cercano
• Manantial de Karst, una fuente emergente de karst, originando un flujo de agua en la superficie
• Pavimento de piedra caliza, una forma de tierra que consiste en una superficie plana incisa de piedra caliza expuesta que se asemeja a un pavimento artificial
• Perder la corriente, hundiendo río o ponornica en lenguas eslavas del sur.
• Polje (karst polje, karst field), un gran piso específicamente karstic llanura. El nombre "polje" deriva de lenguas eslavas del Sur.
• Ponor, igual que estavelle, sumidero o sumidero en lenguas eslavas del Sur, donde el flujo superficial entra en un sistema subterráneo
• Paisaje kárstico irregular poroso en una región de Inglaterra.
• Turlough (turlach), un tipo de lago que desaparece característica del karst irlandés.
• Uvala, una colección de múltiples pequeños agujeros individuales que se mezclan en un agujero de lavabo compuesto. El término se deriva de lenguas eslavas del Sur (muchos términos relacionados con el karst se derivan de lenguas eslavas del Sur, ingresando vocabulario científico a través de la investigación temprana en el karst alpino Dinárico de los Balcanes Occidentales).