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 www.cave-exploration.com Octubre 2006 FORO ESTATAL DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DESARROLLO TECNOLÓGICO “EL SISTEMA HIDROLÓGICO DE QUINTANA ROO”

Introducción Objetivos Introducción www.cave-exploration.com Resúmen

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

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

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

Contexto Hidrológico Modelo hidrológico tradicional Resultados de Beddows 2004

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]

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]

Geología Zona de exploración Información básica Geología Estratigrafía

Zona de Exploración

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

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

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

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)

Capa Superficial Cerca a la Costa

Capa Superficial Costa Adentro (interior de la peninsula)

Observaciones con respecto a la Capa Superficial

... Capa Superficial

... Capa Superficial

... Capa Superficial

... Capa Superficial

... Capa Superficial

... Capa Superficial

... Capa Superficial

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

Observaciones Subterráneas Techos blancos y planos Estratos blancos: 0.5-1.5 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

Observaciones Subterráneas

Observaciones Subterráneas

Observaciones Subterráneas

Observaciones Subterráneas

Observaciones Subterráneas

Observaciones Subterráneas

Observaciones Subterráneas ~1 METRE

Observaciones Subterráneas

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

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

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

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

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]

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

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

Manantiales Costeros

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

Manantiales Costeros

Manantiales Costeros

Manantiales Costeros Gary Walten / Locogringo.com

Manantiales Costeros Gary Walten / Locogringo.com

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

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

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

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

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

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

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.

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.

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.

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

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

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

Perforaciones y Mapeo de la Zona de Mezcla

Anexo Cordónes de playa antiguos Depósitos eólicos

Dunas Costeras Antiguas [Foto base: INEGI]

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”

Depósitos Eólicos

Depósitos Eólicos

Depósitos Eólicos

Depósitos Eólicos