Geotour “El Rincón Solariego”, Pancrudo (Teruel) Procesos cársticos y tobas calcáreas en el río Las Parras
Pascual Tolosa Sancho 1
EL PROCESO CÁRSTICO. LAS ROCAS TOBAS CALCÁREAS O “TOSCAS”.
ÍNDICE
1.- INTRODUCCIÓN
2.- FUNDAMENTOS
2.1.- Proceso químico de disolución de la roca calcárea
2.2.- Intercambio de CO2 entre el agua y la atmósfera
2.3.- La circulación cárstica
2.4.- Etapas en el ciclo cárstico
3.- FORMACIÓN DE ROCAS CALCÁREAS
3.1.- Toba calcárea o “tosca”
3.2.- Travertino
3.3.- Estalactitas, estalagmitas, columnas y cortinas
3.4.- Caliche
4.- MORFOLOGÍAS CÁRSTICAS
5.- BIBLIOGRAFÍA
1.- INTRODUCCIÓN
El proceso cárstico se desarrolla en rocas carbonatadas
(composición de carbonato de calcio con algunos otros
elementos), materializándose en su disolución parcial o total
provocada por la acción de aguas “ácidas”, resultado de la
absorción por parte de éstas de anhídrido carbónico (dióxido de
carbono ó CO2) procedente, fundamentalmente, de la
atmósfera.
El agua de lluvia en su recorrido hasta la superficie del
suelo atrapa aire de la atmósfera. Éste en su composición
presenta cierta proporción de CO2, parte del cual es disuelto en
las gotas de agua confiriéndoles cierto grado de “acidez”. Esta
agua, una vez en el suelo, al penetrar por los macizos calcáreos
a través de discontinuidades como planos de estratificación,
diaclasas o fracturas, disuelve parcialmente las rocas y, de este
modo con la repetición del proceso en el tiempo, puede dar
lugar a formación de una red interior de corrientes de agua
subterránea.
En la fotografía lateral se recoge una morfología de lapiaz o acanaladura (ver más adelante).
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2.- FUNDAMENTOS
2.1.- Proceso químico de disolución de la roca calcárea
El agua es el disolvente natural donde se disocia el anhídrido carbónico (CO2), provocando su
acidificación. De este modo, la capacidad del agua (H2O) para disolver la roca caliza (CO3Ca) será tanto
mayor cuanta mayor sea la concentración de anhídrido carbónico en la misma.
Las reacciones químicas que regulan dicho proceso, y que tienen carácter reversible, son las
siguientes:
H2O + CO2 ↔ CO3H2 ↔ HCO3- + H+ (ácido carbónico)
H2O + CO2 + CO3Ca ↔ (CO3H)2Ca (bicarbonato cálcico)
Esquemáticamente queda reflejado en la figura
adjunta. El ácido carbónico disociado en el agua forma en
contacto con el carbonato cálcico, procedente de la roca
caliza, bicarbonato cálcico soluble que es transportado por el
agua. Este bicarbonato cálcico “movilizado” puede depositarse
de nuevo en forma de carbonato cálcico cuando el agua
pierde el anhídrido carbónico, dando lugar a construcciones
de tobas calcáreas, cuando coexisten en circunstancias
favorables con poblaciones vegetales de algas y musgos; y
costras y concreciones calcáreas (travertinos), que se forman
tanto en el exterior como en el interior de las cavernas (ver
foto inferior).
Pared interior de una cueva recubierta por una pátina de carbonato cálcico
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La acción agresiva del agua sobre las calizas va a depender, por tanto, de la cantidad de CO2
disuelto en ella. En este sentido, hay que señalar que la solubilidad del CO2 en el agua es directamente
proporcional a la presión e inversamente proporcional a la temperatura.
En solución el ácido carbónico puede perder uno o dos protones (núcleos de átomo de
hidrógeno). Retirar el primer protón forma el ion bicarbonato; retirar el segundo protón lleva al ion
carbonato.
H2CO3 → HCO3- + H+ (PKa = 6.35) (bicarbonato)
HCO3- → CO3
2- + H+ (PKa = 10.33) (carbonato)
Por este motivo, la capacidad de disolución de las calizas con un 8% de CO2 en agua llega a ser
60 veces superior a la normal. El agua que sale de un macizo calcáreo contiene carbonato en disolución
de hasta 60 mg/l (Derruau).
Las rocas calcáreas donde preferentemente se desarrollan los procesos de disolución y su
progresión hacia edificios cársticos son las calizas muy puras, p.e. calizas de origen recifal. En este
sentido, encontramos la caliza en bancos potentes como la “caliza de montaña” del Carbonífero Inferior,
y la “caliza urgoniana”, de facies recifal del Cretácico Inferior, que se carstifican con facilidad, mientras
que las calizas estratificadas en bancos delgados en los que alternan capas de marga o arcilla el carst
solo se desarrolla en superficie.
En Pancrudo y alrededores se encuentran amplios afloramientos de rocas calcáreas
pertenecientes al Jurásico y Cretácico Superior. En las primeras se aprecian claramente morfologías
superficiales tales como acanaladuras o lapiaces (cantera del Tobar, Las Lomas y el Cerro, etc.); en las
segundas son visibles morfologías de simas (mesa calcárea encima de la fuente del Reajo).
2.2.- Intercambio de CO2 entre el agua y la atmósfera
El intercambio de CO2 entre el aire de la atmósfera y el agua depende de varios factores:
1. Relación superficie de intercambio/volumen de agua: cuanto mayor es la superficie de
intercambio y menor el volumen de agua más se favorece éste, es decir, más cantidad de CO2 es
capaz de penetra en el agua. En este sentido, el intercambio se favorece cuando el agua forma
pequeñas gotas, dado que la superficie de contacto de la gota con el aire es muy grande
respecto al volumen de agua que aloja. De este modo, al agua de lluvia se hace “agresiva” sobre
las rocas calcáreas, originando en superficie ciertas irregularidades (acanaladuras, etc.) llamadas
lapiaces, y en profundidad simas, galerías y cavernas. Otro ejemplo de intercambio entre el CO2
de la atmósfera y el agua lo constituyen las cascadas. En estos casos, si bien la cascada se
convierte en una fina lluvia y puede disolver más CO2, también la propia agitación del fenómeno
puede “desgasificar” la corriente previa y, por ello, expulsar el CO2 que pudiera llevar de nuevo a
la atmósfera.
2. Temperatura: El CO2 es más soluble en agua fría que en agua caliente.
3. Presión: El descenso de presión en un volumen de agua que contiene gas provoca una cierta
pérdida de este último. En este sentido, cuando un curso de agua subterránea lleva bicarbonato
cálcico en disolución y llega al aire libre, bien sea a una caverna, galería, grieta, fuente, etc., se
produce una brusca “desgasificación” (pérdida de CO2 entre otros gases) lo puede causar una
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precipitación localizada de carbonato de calcio produciendo, según las circunstancias,
travertinos, estalactitas y estalagmitas. Como se ha señalado anteriormente, también las
cascadas provocan fenómenos de desgasificación.
4. Vegetación: Determinadas comunidades vegetales subacuáticas como las algas, musgos, etc.
pueden prosperar en el entorno de las áreas donde desaguan los macizos carbonatados:
manantiales y áreas de rezume. En estos casos, las plantas detraen del agua cierta proporción
de CO2 que emplean en el desarrollo de su propio ciclo vital. Si los cursos de agua en cuestión
llevan bicarbonato cálcico en disolución, la detracción del CO2, por parte de las plantas,
provocará una notable desgasificación de la misma con la consiguiente precipitación localizada
de carbonato cálcico, dando lugar a la formación de tobas calcáreas y travertinos.
2.3.- La circulación cárstica
En un macizo calcáreo carstificado existen puntos de penetración de agua (grietas, sumideros,
etc.) y puntos de drenaje o evacuación en sus nivelas más bajos (surgencias, rezumes, etc.). En este
sentido, pueden definirse tres zonas dentro de la circulación del agua en un carst:
1. Zona vadosa: Ocupa la parte superior del carst. El agua circula por “gravedad” a través de
galerías y pozos. En estas pueden tener lugar desplomes y formación de estalactitas y
estalagmitas. El agua, cargada de sólidos (arenas, gravas, etc.), erosiona el suelo de las galerías
de modo que adoptan secciones semejantes a un “ojo de cerradura”. Si la velocidad del agua
disminuye las galerías quedan rellenas por sedimentos y que, en el caso de ser finos, pueden
llegar a impermeabilizar el suelo generando lagos subterráneso. En estos casos, los depósitos de
arcillas pueden encontrarse “varvados”. A las galerías formadas en esta zona se les denomina
“galerías paragenéticas”. El desplome de varias galerías y/o pozos puede originar grandes
“salas”.
2. Zona freática: Ocupa la parte inferior del carst. El agua circula “forzada” por conductos y galerías
inundadas como consecuencia de la presión hidrostática a que se ve sometida. Algunas galerías
se encuentran conectadas por sifones. En esta zona se forman las denominadas “galerías
singenéticas”, caracterizadas por circulación forzada y rápida, sin depósitos, paredes lisas y
conductos elípticos o circulares. En función de la velocidad de la corriente y de la carga de
material arrastrado, además de erosión también puede producirse sedimentación.
3. Zona epi-freática: Localizada entre ambas. La variación del nivel hidrostático provoca que en
épocas de estiaje las cavidades queden libres y en épocas de lluvia anegadas. En los pozos
verticales el agua acusa estas variaciones de nivel.
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Un caso llamativo en la circulación cárstica lo constituyen las denominadas “fuentes
vauclusianas”.
A continuación se presenta el esquema de
una galería cárstica que da lugar a una “fuente
vauclusiana” en FV, al actuar como sifón, cuando en
el depósito interior (D) el agua alcanza el nivel (A).
En ese momento desagua de una vez toda el agua
acumulada hasta el nivel (B). Entonces se descarga
el “sifón” S, y la fuente deja de funcionar.
2.4.- Etapas en el ciclo cárstico
1. Procesos de disolución superficial de las rocas carbonatadas con formación de lapiaces, lenares
y sumideros. Las aguas de lluvia rápidamente se infiltran y el terreno queda empobrecido.
2. Formación de profundas simas y galerías en el interior del macizo calcáreo, generando una red
subterránea por donde circula el agua. Esta vierte al exterior en el nivel de base local, p.e. un
manantial, una zona de rezume, etc. Se forman “torcas” y “dolinas”.
3. Descenso del nivel hidrostático del macizo carstificado hasta alcanzar el nivel de base definido
por las rocas impermeables. Sobre él desagua toda la red subterránea que abandona los niveles
de galerías superiores.
4. La red de galerías superiores abandona empieza a obstruirse por hundimiento del techo, por la
formación de estalactitas y estalagmitas, etc. El resultado es la configuración de encuadres
espectaculares que dan fama a ciertas grutas.
5. Con el proceso erosivo normal se produce el rebaje del macizo quedando al descubierto las
formas cársticas existentes en su interior (p.e. la “Ciudad Encantada” de Cuenca, el “Torcal” de
Antequera).
3.- FORMACIÓN DE ROCAS CALCÁREAS
3.1.- Toba calcárea o “tosca”
Las tobas o “toscas” son rocas carbonatadas formadas en aguas continentales que se originan
por depósitos de carbonato de calcio (CO3Ca) sobre los vegetales subacuáticos, cuando en la función
clorofílica toman del agua el dióxido de carbono (CO2) disuelto. El resultado es la formación sobre el
mismo vegetal de una fina película de carbonato cálcico que acaba por formar un depósito esponjoso,
en cuyo interior suelen quedar restos vegetales.
Con la desarrollo de este mecanismo, la roca se va haciendo progresivamente más compacta y
termina por formar una masa consistente, a veces muy resistente, en cuyo interior suelen quedar restos
fósiles de vegetales o de moluscos (caracoles, etc.) de agua dulce, que vivían en el lago o en el río donde
se formó la toba calcárea. No obstante, hay que señalar que estos edificios tienen grandes poros y
megaporos, lo que condiciona que la densidad (tn/m3) de estas rocas sea baja (ver fotos inferiores).
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Su génesis puede estar ligada a la descarga de manantiales de contacto. En la actualidad en
lugares como las paredes de Boca Infierno en Aliaga, o en las del valle del río Pitarque, hacia su
nacimiento, etc., se produce este fenómeno. También pueden desarrollarse ligadas a cursos de ríos en
los cuales existen resaltos. En la actualidad, discretamente y de modo puntual, en los resaltos-cataratas
de los hocinos de Las Brujas, Las Palomas y El Pajazo, en el río Las Parras. En otras ocasiones coexisten
ambas circunstancias.
Hocino El Pajazo Hocino Las Brujas
Acceso Hocino de Las Palomas
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Edificio tobáceo en el hocino de Las Brujas, río Las Parras
3.2.- Travertino
Los travertinos también son rocas carbonatadas formadas en aguas continentales que se
originan por depósito de carbonato de calcio al
desprenderse el dióxido de carbono (anhídrido
carbónico) del agua. Aunque tiene un origen
parecido al de las tobas, en su depósito no
tienen porque influir las plantas. Los travertinos
forman finas láminas de carbonato de calcio
que se van superponiendo sobre un elemento
base (troncos, propias tobas, otras rocas, etc.)
de modo que se obtienen morfologías
concrecionales (foto inferior). Con frecuencia
adquieren un notable grado de compacidad,
siendo utilizadas como piedras ornamentales y
de sillería.
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3.3.- Estalactitas, estalagmitas, columnas y cortinas
Todas ellas son rocas carbonatadas de morfologías caprichosas que se desarrollan en el interior
de cavernas.
1. Estalactitas: Formas a modo de carámbanos, de naturaleza calcárea, que penden del techo y
cuyo crecimiento es hacia abajo.
2. Estalagmitas: Semejantes a las estalactitas pero crecen desde el suelo. Estas motivadas por las
gotas de agua, cargadas en bicarbonato cálcico (CO3H)2Ca, que caen desde el techo.
3. Columnas: Se forman por unión de una estalactita y una estalagmita. Con el tiempo pueden
alcanzar notales diámetros.
4. Cortinas: Cuando el agua gotea a lo largo de una fractura se generan estas formas.
3.4.- Caliche
El caliche es un depósito calcáreo que se forma en suelos de regiones áridas. En épocas de
sequía, por capilaridad, asciende hasta la superficie el agua portadora de bicarbonato cálcico en
disolución. Al evaporarse, deposita masas estratiformes o concreciones de carbonato de calcio,
bandeadas concéntricamente. Este tipo de depósito es un importante indicador climático, por formarse
únicamente en regiones áridas, con escasas precipitaciones pluviales.
4.- MORFOLOGÍAS CÁRSTICAS
El proceso cárstico genera una serie de morfologías determinadas sobre las rocas en las que
actua que le hacen característico. Entre ellas, se encuentran las siguientes:
Lapiaz (o lenar): Consiste en una serie de acanaladuras desarrolladas en la superficie de la roca, de
dimensiones centimétricas (ocasionalmente métricas), que se forman a partir del agua de arroyada
cargada de CO2 u otros compuestos que la acidifiquen. Se encuentran normalmente en superficies más
o menos inclinadas y ausentes de vegetación.
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Dolinas: Son depresiones cerradas de contornos más o menos sinuosos, limitadas por paredes rocosas
escarpadas, con perfil transversal en forma de embudo. Sus dimensiones son muy variables, oscilando
entre metros y kilómetros, en planta, y hasta los 200 metros, en profundidad.
Simas: Son las cavidades verticales en las que la disolución ha alcanzado profundidades importantes.
Según su forma se habla de simas lenticulares, cilíndricas, elípticas, etc.
Localmente, este fenómeno lo encontramos en la sima que existe en el llano posterior al Reajo de
Pancrudo, ya en término de Portalrubio. Las fotografías que se acompañan se corresponde con ella:
Poljes: Son grandes superficies descalcificadas, generalmente endorréicas y fondo más o menos plano,
recubiertas por las tierras insolubles que han permanecido tras dicho proceso. Son las formas
superficiales más evolucionadas del carst, y de mayor tamaño. Normalmente presentan una disposición
alargada
Grutas (cavernas o cuevas): Constituyen los conductos de circulación subterránea libre o forzada.
Pueden alcanzar hasta decenas de kilómetros y es frecuente en ellas los conductos secundarios
ramificados a modo de laberinto.
5.- BIBLIOGRAFÍA
http://es.scribd.com/doc/57079594/Quimica-elemental-para-la-disolucion-de-calcita-II-El-dioxido-de-carbono-y-el-pH-del-agua
Melendez Meléndez, B. y Fuster, J.M. (1978). Geología. Editorial Paraninfo, Madrid 1978. ISBN: 84-283-0956-6