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El Ambiente subterráneo: factores abióticos

Lunes, 31 Diciembre 2007 08:54 Apuntes técnicos

Topoclima

El clima, es decir, las características físicas de la atmósfera de una caverna (temperatura, humedad relativa del aire), es determinado por su topografía - forma general, tamaño, número y posición de las entradas. Por ello, él es denominado topoclima [el término microclima se aplica a espacios bien menores, como pequeñas rendijas, próximo la paredes y superficie del agua, etc.].

El suelo y subsuelo funcionan como aislantes térmicos, de modo que la temperatura varía cada vez menos a la medida que la profundidad aumenta. Por ejemplo, una variación de 30 a C en la temperatura epígea a lo largo del año corresponde a una variación de sólo 1 a C en la temperatura de roca situada a 11 m de profundidad. Como la amplia mayoría de las cavernas se desarrolla en profundidades superiores, la temperatura del aire y del agua, en equilibrio con la de roca, tendería a ser constante a lo largo del año. Así, en una caverna sin amplios contactos con el exterior, la temperatura estaría siempre alrededor de la media anual de la región (por ej., 18 - 19 a C en el Alto Poza).

 

 Sin embargo, las cavernas conocidas y estudiadas (que lo son justamente por tengan puntos de acceso para el hombre) presentan entradas, a través de las cuales las fluctuaciones externas de temperatura ejercen influencia sobre el clima subterráneo, aunque de forma limitada. Ya en la entrada, el sombreamento hace con que la temperatura varíe menos que fuera, sin embargo todavía de forma perceptible a lo largo del año. A medida que se entra en la caverna, la temperatura varía cada vez menos hasta que, si esa caverna fuere suficientemente larga, y dependiendo de las corrientes de aire, es alcanzada una región donde la temperatura tiende a aquella estabilidad alrededor de la media anual externa. La distancia de este punto hasta el exterior depende del tamaño de la entrada: cuanto mayor la entrada, más lejos se tiene que ir para llegar a la zona de temperatura constante, que ni siempre llega a existir (en cavernas pequeñas y/o con entradas mucho grandes, esta zona puede no ocurrir). De cualquier modo, la temperatura en el interior de las cavernas siempre varía menos que a del medio epígeo. Cuando se considera la presencia de ríos subterráneos, la situación es un poco más complicada debido a la inercia térmica del agua. El agua tarda más para entrar en equilibrio térmico con el ambiente alrededor (aire y roca) que el aire. Así, si un río entra en una caverna (sumidero), las variaciones en la temperatura del agua que ocurren en medio epígeo se hacen sentir por distancias mayores en el interior de esa caverna. Por otro lado, un río que ya recorrió un largo trecho subterráneo y tuvo su temperatura estabilizada, puede mantener esa temperatura constante hasta próximo a la resurgencia, o mismo fuera de la caverna. Es decir, la temperatura en los sumideros varía más que en las resurgencias.
 

Otro factor interessane que puede influenciar la temperatura en el interior de cavernas es la presencia de grandes colonias de murciélagos. En cavernas de México, Venezuela y Caribe, ya está bien documentada el aumento en la temperatura del aire provocado por ese animales homeotérmicos ("de sangre caliente") que, con el calor de los cuerpos, calientan el aire alrededor. En algunas cavernas más cerradas, con poca ventilación (ver abajo) y con colonias mucho numerosas, la temperatura del aire puede llegar a 40 a C, cuando la media anual externa está abajo de 30 a C. Son las llamadas "cuevas calientes" (cavernas calientes).

 

Aunque la presencia de colonias mucho numerosas y estables sea un hecho relativamente raro en Brasil, hay algunos casos de una pequeña elevación en la temperatura de cavernas provocada por los murciélagos. Se trata de grutas areníticas en Altamira-Itaituba, Pará, donde la temperatura en los salones más profundos, habitados por murciélagos insectivoros, está 1 a 2 a C arriba de la observada en otras galerías y fuera de las cavernas.

 

Las cavernas son ambientes cerrados, donde generalmente existe agua en la forma de ríos, lagos y agua de goteo. Por ello, la humedad relativa del aire tiende a ser alta, próxima a la saturación (100 %), mismo en cavernas de regiones aparentemente áridas. Cuando una persona entra en una de esas cavernas, es común observarse una especie de humosaliendode la boca y nariz y de la ropa mojada. Este "humo" es, en realidad, vapor del agua condensada. Cuando la temperatura aumenta, la cantidad máxima del agua en la forma gaseosa que puede serc ontenida en el aire (saturación) disminuye. El aire expirado, así como todo el cuerpo del espeleólogo, es más caliente que el aire de la caverna, y el agua gaseosa que quedó en exceso debido a ese aumento de temperatura condensa en la forma líquida, quedando visible.

 

Un factor importante que puede influenciar la temperatura y humedad relativa en una caverna es la circulación de aire (ventilación). La ocurrencia, intensidad y dirección de las corrientes de aire dependen de la morfología de la caverna y del número y posición de las entradas. Existen dos tipos principales de caverna cuanto a la ventilación: cavernas con dos o más entradas en extremidades opuestas y en desnivel (cavernas con ventilación unidireccional) y cavernas con una entrada, horizontales, ascendientes o descendientes (cavernas con ventilación bidirecional). Lo que produce las corrientes de aire es la diferencia de temperatura entre la caverna (siempre alrededor del promedio externa) y el medio epígeo (variable de acuerdo con la estación). En verano, el aire del interior de la caverna es más frío, por lo tanto más pesado, que el de fuera; en invierno, ocurre el contrario. En las cavernas con dos entradas en extremidades opuestas, durante el verano el aire de la caverna, más pesado, tiende a bajar, escapando por la entrada inferior y siendo repuesto por aire externo, más caliente, a través de la entrada superior; se forma, por lo tanto, una corriente de aire yendo de la entrada superior para la inferior. En invierno, el sentido de la corriente es el opuesto: el aire más caliente y más ligero de la caverna sale por la entrada superior, y el aire de fuera entra por la inferior. En resumen, hay un cambio en la dirección de las corrientes de aire de acuerdo con la estación del año, sin embargo, para una dada estación, esa dirección es única (de la entrada superior para la inferior, o vice-y-versa), de ahí y denominación de cavernas con ventilación unidireccional.

 

En las galerías más amplias, esa ventilación acostumbra ser imperceptible, sólo detectada a través de aparatos (anemômetros). Ella se vuelve más evidente en los estrechamientos, donde la velocidad del aire aumenta. En algunos casos más extremos, se forman verdaderos tubos de viento, muchas veces confundidos por espeleólogos con locales próximos la contactos con el exterior. Un ejemplo ilustrativo de caverna con ventilación unidireccional con presencia de tubos de viento es la Caverna Agua Sucia, en el Alto Poza, que presenta una entrada superior en la región del sumidero (impenetrable), dando acceso a uno de los mayores lances verticales libres en cavernas brasileñas (90 m de desnivel) y dos entradas inferiores, la resurgencia y una entrada seca arriba de esta.

 

Lo mismo principio de diferencias de temperatura y peso del aire dentro y fuera de la caverna determinando movimientos de ese aire también se aplica la cavernas con un único contacto con el exterior. Sólo que, en este caso, el aire tiene que salir y entrar por la misma entrada: si el aire en el interior de la caverna estuviere más frío que el de fuera (verano), él sale por la parte de bajo de la entrada y entra por la de cima; se estuviere más caliente (invierno), ocurre el contrario. Por lo tanto, existe simultáneamente una circulación de duplo sentido en la entrada, de ahí la denominación de cavernas con ventilación bidirecional.

 

Además, en las cavernas ascendientes, durante el invierno el aire más caliente no tiene puntos de escape y queda apresado, de modo que la circulación de aire en toda la caverna sólo ocurre en verano. Ya en las descendientes, es en verano que el aire de la caverna, más frío que el de fuera, queda apresado por no tener puntos inferiores de escape, y deja de circular. En Serra de Bodoquena, MS, hay varias cavernas descendientes con una única entrada. Asimismo, abismos como el de Juvenal (con uno de los mayores desniveles totales en Brasil), con una única entrada superior, son ejemplos de ese tipo de caverna.

 

Es importante resaltar que los ejemplos mencionados habían sido seleccionados con base en la morfología de las cavernas, pues ningún estudio topoclimático detallado fue realizado hasta la fecha de Brasil.

 

Las corrientes de aire que penetran en las cavernas provocan un aumento en las flotaciones de temperatura y una disminución en la humedad relativa del aire. Así, las variaciones topoclimáticas serán mayores cuanto más intensas y más extensivas fueren esas corrientes. Esas variaciones ocurren sobre todo en las cavernas con ventilación unidireccional, conocidas antiguamente por grutas dinámicas. Ya en las cavernas con ventilación bidirecional, generalmente las corrientes de aire son débiles y la tendencia a la estabilidad ambiental es más nítida, de modo que esas cavernas eran conocidas por grutas estáticas.

 

Concluyendo, las cavernas presentan una tendencia a la estabilidad ambiental, pero esta estabilidad no es total. Pueden ocurrir variaciones de temperatura y humedad relativa del aire, mayores o menores dependiendo de la distancia en relación a los contactos con el exterior, de la morfología de la caverna y del tamaño, número y posición de las entradas. Sin embargo, esas flotaciones son siempre menores que las observadas en medio epigeo.

 

Otros factores abióticos

 

El factor abiótico más evidente y importante tanto desde el punto de vista biológico como de la propia actividad espeleologica es justamente el más simple: la luminosidad. El medio hipógeo como un todo, incluyendo cavernas y otros espacios subterráneos, se caracteriza por la ausencia permanente de luz natural. Esta ausencia de luz sólo no es total próximo a las entradas pero, a medida que nos alejamos de los contactos con el exterior, la luminosidad disminuye rápidamente hasta alcancemos la zona afótica (sin luz visible).

 

Por el hecho de las cavernas constituyan un ambiente sabiamente cerrado, muchas personas imaginan ser difícil respirar en su interior. Sin embargo, esto sólo acontecería si la cantidad de oxígeno fuese bien inferior o la cantidad de gas carbónico y otros gases como amonio fuese superior al observado en nuestro medio epígeo, lo que normalmente no ocurre. Como las poblaciones hipógeas son por regla general pequeñas, el consumo de oxígeno es bajo, de modo que la cantidad de Lo2 en la atmósfera subterránea (así como en las aguas) es igual o sólo ligeramente inferior a la de la atmósfera externa.

 

Por otro lado, las aguas subterráneas son enriquecidas por el gas carbónico proveniente de la respiración de los organismos del suelo arriba del macizo rocoso, y también de los procesos de disolución del calizo. Ese gas carbónico es liberado para la atmósfera subterránea. Así, el tenor de CO2 en el aire de las cavernas puede ser 10 a 20 veces superior al del exterior (0,03%). Sin embargo, mismo este tenor relativamente elevado no es perceptible al ser humano, no llegando a dificultar la respiración. Solamente en ciertas cavernas o galerías ascendientes o descendientes con una única apertura (donde la ventilación es interrumpida durante parte del año) habitadas por grandes colonias de murciélagos, que liberan gas carbónico en la respiración y amonio en la orina, es que la concentración de esos gases puede alcanzar tenores mucho elevados, perceptibles o hasta peligrosos al ser humano (más de 10% de CO2). Hay también algunos casos de cavernas con grandes concentraciones de gases sulfurosos producidos por grandes cantidades de sulfobactérias (bacterias que utilizan compuestos de enxôfre como fuente de energía). Sólo en esos raros casos, son necesarias máscaras para poderpenetrarse en las galerías con muchos gases.

 

Las aguas subterráneas de regiones carbonáticas presentan uno ph relativamente alto (básico), entre 7,0 y 8,5. Son por regla general aguas mucho límpidas (excepto durante los torrentes), con poquísima materia en suspensión o disuelta. La elevada trasparencia de esas aguas puede ser plenamente apreciada en cavernas con grandes lagos subterráneos, tais como el Pozo Encantado, en Bahía, el Lago Azul, en Mato Grosso do Sul, y la caverna de los Ecos, en Goiás. La luz que incide sobre el Pozo Encantado y lo Lago Azul a través de entradas superiores produce efectos bellísimos en el agua, que adquiere fantásticas tonalidades azules, se podiendo observar claramente los bloques abatidos en el fondo de esos lagos, la más de 30 m de profundidad. Esas cavernas se destacan no sólo por el valor estético como también biológico, pues son el hábitat de importantes especies troglóbias, constituyendo uno de los paraísos de los espeleo-buceadores.

 

En los sistemas cársticos, las aguas circulan por conductos subterráneos. El agua de lluvia que infiltra en el suelo tiende a concentrarse rápidamente en los conductos mayores, que son las cavernas. Así, las cavernas son sujetas la llenas repentinas, que constituyen uno de los mayores peligros de la espeleología por la suya imprevisibilidade: basta que llueva en las cabeceras de la bacía hidrográfica de que la caverna forma parte, aunque en algún punto distante, para que el espeleólogo, que entró en esa caverna con tiempo bueno, sea sorprendido por una inundación. Hay varios registros de personas que quedaron presas en cavernas por horas o hasta días esperando las aguas bajen, inclusive con casos dramáticos de ríos que subieron 5 m en unos minutos. Este es un riesgo que siempre se debe tener en mente, sobre todo cuando se recorre conductos forzados del agua, como techos bajos. Cavernas con pocos puntos de escape, como la gruta Ojos d'Agua, mayor de minas Gerais, deben ser evitadas en la época lluviosa. El espeleólogo debe tener siempre un auxilio extra de comida y carburo, además de linterna de reserva, para el caso de quedar apresado, actuando con serenidad en la eventualidad de una inundación. Este es más uno de los motivos por los cuales los grupos que visitan cavernas sujetas la inundaciones (con ríos, aunque secos) deben tener más espeleólogos expertos que novatos, que seamos capaces de evitar el pánico y buscar locales seguros en esa emergencia.

 

La variación del caudal de las aguas subterráneas puede llegar a extremos en cavernas que permanecen secas durante parte del año e inundadas en el resto del tiempo. Los organismos cavernícolas presentan mecanismos para evitar sean arrastrados para fuera de las cavernas durante las llenas, o mueran durante las secas (los acuáticos): en los períodos lluviosos, los pequeños animales terrestres se esconden en el sistema de rendijas inaccessíveis contiguo a las cavernas y los acuáticos van para el fundo, donde las corrientes son más débiles; durante las secas, los pequeños animales acuáticos se entierran en el sustrato lodoso húmedo, permaneciendo inactivos.

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