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

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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 FORO ESTATAL DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DESARROLLO TECNOLÓGICO “EL SISTEMA HIDROLÓGICO DE QUINTANA ROO”

2 Introducción Objetivos Introducción Resúmen

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

4 Intercambio de información Grupos de Conservación
cave-exploration.com Otros exploradores Colaboraciones Intercambio de información Investigadores Grupos de Conservación Donna Richards Simon Richards Exploración Cuevas sub-aereas Cuevas sumergidas Morfología Documentación Informes Fotografía Video Mapas y esquemas Perfiles acuáticos

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

6 Contexto Hidrológico Modelo hidrológico tradicional
Resultados de Beddows 2004

7 Modelo Hidrológico Tradicional
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 [Modificado de Cooper 1964 en Beddows 2004]

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

9 Geología Zona de exploración Información básica Geología Estratigrafía

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
Capas endurecidas -> caliche Observaciones 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

19 ... Capa Superficial

20 ... Capa Superficial

21 ... Capa Superficial

22 ... Capa Superficial

23 ... Capa Superficial

24 ... Capa Superficial

25 Capa Superficial - Sian Ka’an
[Foto base: INEGI]

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

27 Observaciones Subterráneas

28 Observaciones Subterráneas

29 Observaciones Subterráneas

30 Observaciones Subterráneas

31 Observaciones Subterráneas

32 Observaciones Subterráneas

33 Observaciones Subterráneas
~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]
INFILTRACIÓN DE AGUA CON BAJO CONTENIDO DE SALINIDAD [Beddows 2006 com. pers.]

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

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

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

41 Manantiales Costeros Flujos de agua fría son comunes en la zona de rompientes Después del huracán Wilma, manantiales y fuentes de agua aparecieron en varios sitios 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 Con base en la temperatura y salinidad, la fuente del agua parece ser kárstica y no proveniente de precipitación reciente

42 Manantiales Costeros

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

44 Manantiales Costeros

45 Manantiales Costeros

46 Manantiales Costeros Gary Walten / Locogringo.com

47 Manantiales Costeros Gary Walten / Locogringo.com

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 Contaminación de las playas Disminución del volúmen de agua dulce por consumo y/o destrucción de la barrera costera Modelo numérico hidrológico

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
Lineal, como resultado del flujo por conductos, en vez de cuadrático, como flujo difuso Anomalías cerca a la costa 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.

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

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

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

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 Por lo menos de varios metros de espesor De grano grueso, poco cementados; no-consolidados Laminas delgadas, estratificación cruzada es común Porosidad y permeabilidad altas; altamente anisotrópicos Asociados con morfologías de cuevas “flank margin”

64 Depósitos Eólicos

65 Depósitos Eólicos

66 Depósitos Eólicos

67 Depósitos Eólicos