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Controles de la profundidad de cuevas y flujos de agua subterránea basados en la estratigrafía de rocas: Observaciones en cuevas secas e inundadas en Quintana.

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Presentación del tema: "Controles de la profundidad de cuevas y flujos de agua subterránea basados en la estratigrafía de rocas: Observaciones en cuevas secas e inundadas en Quintana."— Transcripción de la presentación:

1 Controles de la profundidad de cuevas y flujos de agua subterránea basados en la estratigrafía de rocas: Observaciones en cuevas secas e inundadas en Quintana Roo Simon Richards Octubre 2006 FORO ESTATAL DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DESARROLLO TECNOLÓGICO EL SISTEMA HIDROLÓGICO DE QUINTANA ROO

2 Introducción Objetivos Resúmen

3 Objetivos Técnicos Proceso Importancia de las observaciones kársticas y la exploración de cuevas como parte de un macro-programa de estudios ambientales integrados Observaciones estratigráficas Posibles impactos en la hidrología Futuras investigaciones

4 cave-exploration.com Donna Richards Simon Richards Cuevas sub- aereas Cuevas sumergidas Morfología FotografíaVideoMapas y esquemas InformesPerfiles acuáticos Documentación Exploración Otros exploradores Colaboraciones InvestigadoresGrupos de Conservación Intercambio de información

5 Resúmen Observaciones Implicaciones Capas endurecidas en zona de 90 km x 3 km Frecuentemente conforman los techos de las cuevas Más duras / menos permeables que unidades adyacentes Posible factor controlador en la profundidad a la cual se encuentran las cuevas, por lo menos cerca a la costa Posible factor controlador en la infiltración de agua superficial Puede ser parte de una barrera costera subterránea Importancia Impacto de los sistemas de alcantarillado y tratamiento de aguas residuales Impacto proveniente del desarrollo de puertos costeros Modelo numérico hidrológico

6 Contexto Hidrológico Modelo hidrológico tradicional Resultados de Beddows 2004

7 Modelo Hidrológico Tradicional [Modificado de Cooper 1964 en Beddows 2004] El modelo tradicional asume que la roca es un medio uniforme, y no toma en cuenta la existencia de cuevas ni variaciones en la permeabilidad de las capas de roca

8 Resultados Beddows 2004 [Interpretación y representación compuesta basada en Beddows 2004] Anomalías cerca a la costa Lineal, como resultado del flujo por conductos, en vez de cuadrático, como flujo difuso ?

9 Geología Información básica Zona de exploración Estratigrafía Geología

10 Zona de Exploración

11 Geología [Compilado de Weidie 1985 & Ward 1985 en Beddows 2004, NASA/JPL]

12 Perfiles Transversales [Ward 1985 en Beddows 2004] [Rodriguez 1982 en Beddows 2004]

13 Observaciones Geológicas Observaciones Capas endurecidas -> caliche Observaciones de la estratigrafía subterránea Observaciones de los depósitos eólicos Anexo

14 Observaciones de la Capa Superficial Capa superficial: 10 cm – 1m de espesor en la mayoría o totalidad de la zona Densa, de baja porosidad y permeabilidad Intensamente fracturada a escala ~1 m; pero algunas zonas aún intactas Cerca a la costa actual – grandes cabezas de coral, indicando proveniencia arrecifal Costa adentro – de grano fino con menor cantidad de corales y mejor cementada; origen probable de lodos calcareos (no arrecifales)

15 Capa Superficial Cerca a la Costa

16 Capa Superficial Costa Adentro (interior de la peninsula)

17 Observaciones con respecto a la Capa Superficial

18 ... Capa Superficial

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25 Capa Superficial - Sian Kaan [Foto base: INEGI]

26 Observaciones Subterráneas Techos blancos y planos Aparentemente semejantes a estratos adyacentes, pero estructuralmente más condensados Aparentemente menos fáciles de disolver, contrario a unidades supra- y sub-yacentes Estratos blancos: m de espesor Principalmente a ~10-11m de profundidad; igualmente a ~4-6 m De grano fino, con conchas pequeñas enteras y fragmentadas; muy bien cementada

27 Observaciones Subterráneas

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33 ~1 METRE

34 Observaciones Subterráneas

35 Observaciones Hidrológicas e Interpretación Perfiles en Aktun Ha (Carwash) Anomalías en la profundidad de la zona de mezcla cerca a la costa Morfología y configuración de los manantiales

36 Aktun Ha - Conductividad [-> Salinidad] [Beddows 2006 com. pers.] INFILTRACIÓN DE AGUA CON BAJO CONTENIDO DE SALINIDAD

37 Aktun Ha - Oxigeno Disuelto [Beddows 2006 com. pers.] INFILTRACIÓN DE AGUA CON BAJO CONTENIDO DE OXIGENO DISUELTO

38 Interpretación LAS CAPAS ENDURECIDAS PUEDEN RETARDAR LA INFILTRACIÓN DEL AGUA SUPERFICIAL EL AGUA SALADA PROFUNDA TIENE UNA TRAYECTORIA DIFFERENTE

39 Profundidad de la Zona de Mezcla [Base: Beddows 2004] COASTAL INTERCEPT = 9.36 m GRADIENT 1.45 m/km c.f. UP TO ~5 m/km TRANSVERSE GRADIENT BETWEEN SOME NEAR COAST OBSERVATIONS

40 Interpretación QUIEBRE EN LA CAPA ENDURECIDA DETERMINA LA PROFUNDIDAD DEL CONDUCTO Y EL ESPESOR DEL FWL (OJO DE AGUA DULCE)

41 Flujos de agua fría son comunes en la zona de rompientes Las trayectorias de los flujos incluyen flujo sub-aéreo desde los cenotes, fuentes de agua en capa superficial fracturada y apertura de conductos previamente bloqueados por arena Después del huracán Wilma, manantiales y fuentes de agua aparecieron en varios sitios Con base en la temperatura y salinidad, la fuente del agua parece ser kárstica y no proveniente de precipitación reciente Manantiales Costeros

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43 [Foto base: INEGI] [Foto cortesía Daniel Diamante]

44 Manantiales Costeros

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46 Gary Walten / Locogringo.com Manantiales Costeros

47 Gary Walten / Locogringo.com Manantiales Costeros

48 Interpretación BLOQUEO DE LAS TRAYECTORIAS DE LOS CONDUCTOS SUPERFICIALES CREA UN FLUJO DE RESISTENCIA E INCREMENTA EL FWL EL ESPESOR DEL FWL SE DETERMINA POR LA PROFUNDIDAD DE LA APERTURA A MAYOR PROFUNDIDAD Y/O LA RESISTENCIA PRODUCIDA EN LA TRAYECTORIA MÁS CERCANA A SUPERFICIE

49 Consecuencias por Remoción de Barrera Costera EL RESULTADO CONSISTE EN UN FLUJO MÁS SUPERFICIAL Y UN FWL (OJO DE AGUA DULCE) MÁS DELGADO

50 Significado Hidrológico Variación espacial y temporal en la infiltración y recarga de acuífero Flujo de aguas residuales Disminución del volúmen de agua dulce por consumo y/o destrucción de la barrera costera Modelo numérico hidrológico Contaminación de las playas

51 Variación Espacial y Temporal en la Infiltración y Recargas del Acuífero Sin saber el tiempo de residencia del agua en la zona subterránea, no se podrían determinar las consecuencias causadas por contaminación en esta zona del acuífero

52 Disposición de Aguas Residuales Es necesario determinar la profundidad de los flujos de agua salada para establecer una estrategia de disposición de aguas residuales

53 Contaminación de las Playas Existe evidencia de flujos de agua de poca profundidad saliendo directamente en playas turísticas. Estos son normalmente flujos difusos localizados en la orilla de playa. Cualquier contaminación del agua tendría un impacto inmenso en el turismo y arrecifes

54 Consumo y la Barrera Costera El nivel del agua dulce se determina por las capas endurecidas y/o el balance entre la cabeza hidráulica y la presión requerida para afluir. Si este balance es modificado, por consumo de agua y/o destrucción de la barrera costera (construcción de puertos y marinas), el resultado sería una disminución en el volumen de agua dulce.

55 Modelo Numérico Hidrológico El nivel de la zona de mezcla constituye las condiciones limítrofes en el modelo hidrológico. Existen diferencias significativas entre las predicciones D-G-H / E.P.M. y las nuestras como también las de Beddows. Anomalías cerca a la costa Lineal, como resultado del flujo por conductos, en vez de cuadrático, como flujo difuso

56 Modelo Numérico Hidrológico Variaciones en el nivel de la zona de mezcla a lo largo de la costa corresponden con las variaciones de la cabeza hidráulica. Este es un esfuerzo para flujos paralelos a la costa. Sabemos que existen muchas cuevas paralelas a la costa asociadas con cordones de playa. Por esta razón, los modelos hidrológicos deben tomar en cuenta la morfología de los conductos, y no asumir un medio uniforme en el acuífero.

57 Investigaciones Adicionales Investigaciones Perforaciones y recuperación de núcleos Monitoreo a largo plazo enfocado a la hidrodinámica existente entre la matriz y los ríos subterráneos Mapeo de la profundidad de la zona de mezcla en la zona costera

58 Perforaciones Distribución espacial Profundidades A lo largo de la costa Especificamente, sitios cercanos a cuevas conocidas Al interior de la península, cruzando la zona de fracturas Holbox Recuperación de núcleos hasta profundidades de 30 metros o más para la correlación estratigráfica Profundidad total de más de 150 m para las observaciones de los flujos profundos de agua salada Perfiles Perfiles de estratificación hidrológica Monitoreo a largo plazo de manantiales y cuevas

59 Mapeo de la Zona de Mezcla Costera Distribución espacial Objetivos Trayectos a lo largo de la costa Sitios próximos a cuevas y caletas Condiciones limítrofes para el modelo numérico hidrológico Identificar las anomalías para las perforaciones Cronología Antes de perforar – identificar sitios de interés Investigaciones geofísicas necesitan calibración con observaciones directas

60 Perforaciones y Mapeo de la Zona de Mezcla

61 Anexo Cordónes de playa antiguos Depósitos eólicos

62 Dunas Costeras Antiguas [Foto base: INEGI]

63 Depósitos Eólicos Subyacen la capa superficial en algunas cuevas sub-aéreas De grano grueso, poco cementados; no- consolidados Laminas delgadas, estratificación cruzada es común Asociados con morfologías de cuevas flank margin Por lo menos de varios metros de espesor Porosidad y permeabilidad altas; altamente anisotrópicos

64 Depósitos Eólicos

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