Estudado no século 19 para o seu hidrologia e de formas particulares, o Carste da região de Eslovénia é considerada a referência mundial para paisagens e de metro de fluxos de carbonato de cálcio, calcário e dolomita rochas. Karst é definida como qualquer região do mundo onde estas rochas têm uma hidrografia essencialmente subterrânea, consistindo de cavidades que podem ser penetradas pelo homem., Estes tubos levam a muitas vezes fontes espectaculares usadas desde os tempos antigos para o abastecimento de água. Karst e os processos de sua gênese e evolução são aquíferos com recursos e reservas interessantes para explorar. As suas características hidrogeológicas e o seu funcionamento permitem compreender as suas especificidades a fim de melhor tirar partido delas sem sobreexplorar os seus recursos.,Karst, um importante mas complexo meio geológico bem conhecido e descrito como uma paisagem, karst é uma formação geológica estabelecida em Rochas de carbonato, calcário e dolomite. Trata-se, antes de mais, de um aquífero, uma formação em que as águas subterrâneas se acumulam, circulam e emergem em fontes frequentemente importantes. É muitas vezes um reservatório de água subterrânea notável e muito especial.
em escala global, estas formações de karst cobrem 12 a 15% da superfície continental. Na França, eles ocupam 35% da superfície do território, o que deve torná-los jogar um papel importante em termos de recursos hídricos; a extensão de rochas carbonáticas em outras formações geológicas leva-nos a considerar que estes karst aquíferos são ainda mais amplos. Assim, de acordo com a estimativa mais recente (Figura 1), quase 50% do território é afetado por formações karst., Os aquíferos de Karst contribuem com 40% do abastecimento total de água potável (DWF) dos franceses. Estima-se que cerca de 25% da população mundial é abastecida com água doméstica extraída do karst .
na maioria dos aquíferos, a água circula e se acumula nos vazios originais da Rocha: os poros ou descontinuidades produzidos pelas deformações., Os aquíferos de Karst distinguem-se deles pelo fato de que a água que flui através destes vazios originais modifica profundamente alguns deles ao ponto de criar conduítes e cavidades que às vezes são penalizáveis pelos humanos. Esta transformação ocorre em um curto período de tempo em escala geológica: alguns milhares a algumas dezenas de milhares de anos. Mais do que um aquífero, o karst é, portanto, um geossistema.
o seu interesse económico não se limita ao consumo de água potável; é também utilizado para irrigação e indústria., É também associado a um grande número de termo-minerais. Além disso, karst é frequentemente o local de depósitos de petróleo, incluindo os da plataforma Árabe. Pode também conter depósitos metálicos: alumínio (bauxite), ferro, chumbo e zinco. Por último, coloca regularmente problemas durante as obras de engenharia civil, incluindo barragens e seus reservatórios.
este artigo limita-se a mostrar o que é karst, como é configurado, quais são as características da estrutura e funcionamento dos aquíferos que forma e, finalmente, como pode ser gerido.,
uma paisagem muito específica
Karst consiste de superfície e subterrânea formas resultantes da dissolução de rochas carbonáticas (calcário, dolomita) por água ácida pelo dióxido de carbono no solo e o ar. Os vazios assim criados permitem o fluxo e armazenamento das águas subterrâneas., Este conjunto de processos que transformam uma simples formação de calcário ou dolomítica em um maciço karst com dolinas, abismos, cavernas, rio subterrâneo e primavera bem individualizada é chamado de karstificação (read Focus 1: mecanismos de karstificação).
, Como mostrado no diagrama na Figura 2 e na foto e a Figura 3, a paisagem cárstica é marcada em superfície, por depressões fechadas, que variam de alguns metros a vários quilómetros, geralmente marcado por áreas favoráveis à rápida absorção de água., A menor destas depressões, chamada dolinas (Figura 4), às vezes se abre em uma caverna, um abismo (ou caverna) que absorve rapidamente a água da chuva. A maior destas depressões, os poljés, recebem grandes volumes de água dos rios que fluem sobre terreno impermeável. As perdas, ou póneis, absorvem estes cursos de água para o calcário e alimentam as molas. A jusante das perdas, os vales estão secos A maior parte do tempo; seus fundos são marcados por depressões fechadas, herdadas de perdas anteriores.
Quando a rocha é exposta, o inicial de fraturas de aparecer mais ou menos alargado, criando ondas, picos, corredores ou, simplesmente, mais ou menos profundos sulcos: é o lapiaz, que mantém o solo e sedimentos fornecidos pelo escoamento superficial, precipitação e ventos. Quando tal cobertura sedimentar se instala permanentemente, o lapiaz evolui para formas mais arredondadas devido ao efeito de uma dissolução mais bem distribuída.
O karst também são espetaculares fontes, tais como a Fontaine de Vaucluse ou a origem do Loiret. Esta concentração de água nos vales contrasta com a aparente secura do Maciço de karst. O sistema karst é o conjunto de bacias hidrográficas de uma nascente de karst, formadas por perdas de alimentação de escoamento superficial e todos os afloramentos calcários onde a água de precipitação se infiltra., A posição da fonte é determinada pelo nível de base do sistema, o ponto mais baixo da formação de calcário no afloramento. Pode ser o contato com a formação impermeável sob os limestones; é mais frequentemente o fundo dos vales fluviais de importância regional.
o resultado de uma longa história geológica e climática
uma vez que os tubos foram criados para drenar águas subterrâneas para a fonte, o sistema karst está sujeito a alterações nas condições climáticas e geológicas, assim como todos os sistemas hidrossistemas., A história geológica dos continentes é marcada por mudanças permanentes nas linhas de base regionais. Isso pode estar relacionado a uma mudança no nível do mar (por exemplo, durante a idade do Gelo Quaternário, o oceano global estava 120 m abaixo dos níveis atuais), ou a movimentos impostos pela tectônica de placas, tais como subsidência e reação excessiva que causam cadeias de montanhas e bacias a se formar. Estas variações modificam as condições externas aumentando ou diminuindo a capacidade dos fluxos subterrâneos para criar uma rede de conduítes, conhecida como o potencial de Karstificação ou KP (read Focus 1:os mecanismos de karstificação).,
A sobre-reação produz um abaixamento do nível de base e um aumento do processo de KIMBERLEY, que permite a criação de uma nova rede de tubulações, a velha rede que está sendo abandonado pelo menos em parte, e incorporadas a infiltração zona: esta é a forma como cavernas que podem ser penetrada pelo homem são criados. As consequências são variadas, dependendo da geometria da formação do aquífero: captura de sistemas de karst vizinhos, fragmentação em vários sistemas, Migração da fonte para outro vale, aparecimento de fontes de transbordamento, etc.,, levando a uma drenagem mais complexa e, portanto, ao funcionamento do sistema.
subsidência, por outro lado, causa um aumento no nível de base e uma redução no KP, produzindo uma inundação da estrutura karst por bloqueio ou até mesmo entupimento. As antigas redes de tubos assim submersas (ver Figura 2) dão ao aquífero um comportamento inercial elevado, uma vez que constituem estruturas de armazenamento de várias centenas de milhões de m3.,nas zonas costeiras, uma transgressão marinha devido ao aumento do nível do mar tem um efeito diferente consoante seja ou não acompanhada de depósitos de sedimentos marinhos impermeáveis. No primeiro caso, a situação é idêntica à do sedimento que enche uma bacia. No segundo caso, na ausência de sedimentação marinha, as redes de tubos que conduzem ao mar permitem o intercâmbio com água do mar. Estas trocas são variáveis de acordo com as relações de carga hidráulica (pressão) entre água doce no aquífero e água do mar., A água doce pode escapar do aquífero quando a carga hidráulica é alta. A água do mar pode entrar no aquífero quando a carga é baixa. de facto, a diferença de densidade entre a água doce e a água do mar é o factor predominante nos movimentos respectivos dos dois fluidos. Devido à diferença de densidade entre água doce (1,0) e água salgada (1,025 em média), a coluna de água doce nos tubos deve estar suficientemente acima do nível do mar para empurrar a água salgada para fora dos tubos. O aquífero, em seguida, descarrega sua água doce no mar., Assim que esta carga diminui (sem recarga ou maré crescente), a água do mar entra gradualmente nos tubos a partir de formas de karst submersas e mistura com água doce: a descarga no mar é a de água salobra, cuja salinidade aumenta com a diminuição da carga hidráulica no aquífero. Este mecanismo também diz respeito às nascentes costeiras em terra, cuja água é salobra devido à intrusão natural de água salgada nos tubos; é o caso da mola Fontestramar em Roussillon ., Esta intrusão natural da água do mar é obviamente agravada pelas retiradas de água por bombeamento, de furos em terra, mesmo que estejam longe . o oceano global foi submetido a variações lentas e limitadas do nível do mar; durante a última glaciação, desceu e, em seguida, subiu cerca de 120 m., Mas a bacia do Mediterrâneo foi submetida a um evento geológico particular, a crise de salinidade Messiniana, que, pela sua escala, está na origem da grande concentração de fontes submarinas de origem karst (leia foco 2: A Crise de salinidade Messiniana e suas consequências no karst).
Above all an aquifer
o karst é, portanto, em primeiro lugar, um sistema hidrológico aquífero, e não apenas uma paisagem. Moldada de acordo com os fluxos subterrâneos, com depressões fechadas e abismos, lugares de absorção preferencial, a paisagem superficial pode ter restos de uma organização fluvial de fluxos passados, como vales secos e folheados aluviais. Esta organização está a ser gradualmente desmantelada a favor do tráfego subterrâneo de fracturas e condutas de diferentes dimensões.,em comparação com outros aquíferos, karst tem as seguintes especificidades:
- uma rede de condutas que conduz a fontes. Os fluxos de água criam e modificam permanentemente vazios, o que resulta na sua organização numa rede de drenagem, alimentando muitas vezes fontes espectaculares (Fontaine de Vaucluse, Fonte do Lez, Fonte do Loiret, etc.).fontes com caudais muito variáveis (ver Figura 5)., Dependendo da estação, o fluxo natural da fonte do rio Lez, por exemplo, varia de algumas centenas de litros por segundo em água baixa a 30 m3/s em água alta .galerias pedradas acessíveis ao homem. As dimensões e a forma destes vazios mudam ao longo do tempo, a ponto de serem parcialmente penetráveis. As cavernas (por exemplo, Armand cave, Padirac abyss, Clamouse caves, des Demoiselles, de la Cocalière) são antigas redes abandonadas, pelo menos em parte, por correntes subterrâneas.circulações subterrâneas complexas., O aquífero de karst caracteriza-se por uma heterogeneidade considerável, tanto em termos do tamanho dos seus vazios (de alguns micrómetros a vários quilómetros de comprimento) como em termos de caudal de água (de algumas dezenas de metros por ano a alguns km por hora).
o aquífero de karst é, portanto, muito mais complexo do que aquíferos porosos ou fraturados, tanto na zona de infiltração como na zona inundada.
4.1., A privileged area of infiltration
From the dolines, more or less wide vertical ducts develop, such as chasms and avens, crossing the infiltration zone forming a “doline-well” system (Figure 3). Entre esses eixos drenando água direta e rapidamente para a área inundada, as rachaduras na rocha são mais ou menos alargadas por um simples efeito mecânico relaxante, especialmente nas encostas dos vales, em seguida, pela ação das raízes das árvores, reforçada pela dissolução. Este é o domínio de lapiaz (figuras 7 e 8).,
a permeabilidade desta área próxima à superfície é então aumentada em comparação com a da Rocha mais profunda. Como resultado, a água de infiltração é retida localmente e constitui uma zona saturada em profundidade rasa, i.e., uma área em que todos os vazios são preenchidos e atravessados exclusivamente por água, enquanto, acima dela, circula uma mistura de ar e água. Esta área é descontínua porque é lateralmente drenada pelo sistema doline-well. Também é extraída por lenta infiltração nas rachaduras da Rocha, alimentando concreções subterrâneas, incluindo aquelas em cavernas.
esta “zona saturada empolada” fornece água para a evapotranspiração da vegetação frequentemente abundante, que pode suportar uma estação seca prolongada. Este aquífero chama-se epikarstic . Foi usado uma vez, como evidenciado pela captura de pequenas molas e poços de tanque abandonados., Trata-se de uma ligação entre as comunidades de superfície e subterrâneas: os animais, como os microcrustáceos, os besouros e, de um modo mais geral, a fauna do solo, que vivem na superfície, colonizam-se e adaptam-se gradualmente ao ambiente subterrâneo ; é também onde as populações subterrâneas encontram os seus alimentos em abundância. A manutenção da cobertura vegetal e do solo e, portanto, da diversidade biológica também dependem fortemente destes aquíferos epikarst. O conjunto” lapiaz – doline – perched aquifer ” constitui o epikarst., é, portanto, sujeitas a várias fluxo modalidades:
- atrasada infiltração de armazenamento perto da superfície do epikarst, onde a água é submetida a processos biogeoquímicos do solo (concentração da evapotranspiração de sais dissolvidos a partir da precipitação, troca de elementos dissolvidos com o argilo-húmicos complexo, a produção de CO2);
- directa e rápida infiltração da doline sistema de poços e mais amplamente fraturas abertas, real de metro de escoamento, responsável pela dissolução da rocha em profundidade;
- um processo lento, de duas fases de infiltração, eu.,e. Uma mistura de ar e água que viaja através das fissuras finas e porosidade da Rocha. Dissolve a rocha carbonatada perto da superfície e é responsável pelo transporte de CO2 dissolvido e gasoso através da zona de infiltração;
- infiltração concentrada e rápida, alimentada por rios que fluem sobre terreno não-karst, perdidos em contacto com calcário (Figura 2).
estas diferentes modalidades de infiltração contribuem para a recarga da zona saturada, ou karst afogada, em proporções variáveis no espaço e no tempo.
4.2., Uma área afogada organizada em torno da drenagem e armazenamento
O afogado karst tem uma alta heterogeneidade de permeabilidade, com coeficientes de permeabilidade variando de 10-7 a 10-1 m/s. Esta heterogeneidade não é aleatoriamente distribuídos., Está organizado em torno de condutas (ver figuras 4 e 5), eixos com permeabilidade muito elevada, numa rede hierárquica, da mesma forma que as redes fluviais. Os fluxos de água entre estes drenos e o seu ambiente, onde a água flui menos rapidamente e é armazenada. Estas são áreas de menor permeabilidade, consistindo de poros e rachaduras na rocha, no que é chamado de “matriz” ou “blocos de matriz”. São também grandes vazios de karst, constituindo reservatórios elementares, independentes uns dos outros. A. Mangin referiu-se a estes reservatórios como sistemas auxiliares de drenagem (DAS).,
conforme mostrado na Figura 9, DSS são cavidades criadas na área inundada na base dos eixos de infiltração rápida. Eles são conectados às condutas por drenagem de zonas com quedas de alta pressão devido à complexidade das condutas ou ao fato de que apenas a fissura original garante continuidade hidráulica., Esta situação favorece grandes variações piezométricas de amplitude nos blocos DSS e raster, que vão de várias dezenas a algumas centenas de metros entre a inundação e os baixos níveis de água, enquanto eles são muito mais baixos nos tubos. Os fluxos ocorrem de acordo com as respectivas relações de carga, às vezes das condutas para os blocos DSS ou raster, às vezes na direção oposta. Assim, o ambiente karst tem dois tipos de vazios que realizam diferentes funções hidrodinâmicas, drenagem e armazenamento, dos quais a margem propôs uma representação esquemática (Figura 10).,
exploração de águas subterrâneas em karst
é em torno de nascentes de karst que algumas das grandes civilizações antigas das regiões mediterrânicas foram criadas e desenvolvidas. Grandes cidades antigas no Oriente Médio, Grécia, Roma e suas colônias desenvolveram-se através da exploração de nascentes de karst: locais como Baalbek, Damasco, tiro, Atenas, Roma, Cartago ou Nîmes irradiaram através da coleção de nascentes de karst, aquedutos e redes de distribuição urbana . Estas operações são limitadas pelo baixo fluxo de água., O aumento das necessidades das cidades passa então pela procura de novos recursos e pela realização de novos desenvolvimentos, como em Roma ou em Lyon, onde foram construídas novas bacias hidrográficas e aquedutos.as águas de Karst foram então utilizadas sem ter em conta as características particulares do karst e sem qualquer preocupação com a qualidade da água ., Foi apenas no final do século XIX que os primeiros espeleólogos da França e da Áustria mostraram as relações entre nascentes e certos abismos utilizados como valas comuns, estabelecendo a ligação entre estas poluições e certas epidemias (difteria, tifóide…). Em França, regulamentos rigorosos marginalizaram a exploração e estudo das águas subterrâneas karst. Eles têm empurrado comunidades para preferir outras águas subterrâneas e águas de superfície para eles., o karst foi então considerado como uma paisagem desolada, consistindo de alguns grandes conduítes a profundidade ligando diretamente os paraísos às nascentes . O rio bramabiau subterrâneo, que resultou da corrida das águas da felicidade na Causse de Camprieu, na borda das Cévennes, foi mesmo tomado como um modelo de todos os fluxos subterrâneos no karst. Por esta razão, os Causs foram considerados em França como a referência em termos de karst e, durante muito tempo, a qualificação de emergências karst como fonte foi recusada.
5, 1., Um ambiente particularmente sensível às actividades humanas
os solos, que são geralmente finos e descontínuos, são muito sensíveis à erosão. A desflorestação, o pastoreio ou os incêndios promovem a erosão e a destruição do lapiaz, cujo desaparecimento impede então que a vegetação se restabeleça. Estas paisagens nuas e secas resultantes de ações humanas não permitem a filtração natural da água., além disso, grandes vazios e altas velocidades de fluxo estão na origem da transferência rápida, sem diluição ou filtração de poluentes para as fontes. O aquífero de karst é, portanto, muitas vezes considerado desfavorável para a captação de água potável para o abastecimento de água potável (WSP). É igualmente difícil prever medidas de protecção eficazes para as bacias hidrográficas do karst. O principal obstáculo é o grande tamanho das bacias hidrográficas que requerem estudos hidrogeológicos longos e dispendiosos., A vulnerabilidade do karst é logicamente deduzida de uma série de características desfavoráveis, tais como caudais rápidos, falta de filtração e auto-purificação, efeitos limitados de diluição ou dispersão.,apid eliminação de poluição acidental, em conexão com o curto tempo de residência das águas subterrâneas,
foi proposta uma abordagem e uma metodologia para o estabelecimento de perímetros de protecção das bacias hidrográficas nas regiões de karst. Métodos de análise multi-critérios estão agora sendo aplicados para caracterizar a vulnerabilidade das fontes capturadas. Os principais critérios considerados são o solo e o epikarst, os padrões de infiltração e o grau de funcionalidade do sistema de drenagem. Estes métodos propõem uma análise sistemática do sistema karst, dividido em pequenas malhagens. Mapas de vulnerabilidade são obtidos após ponderação e combinação de todos estes critérios., o tratamento sistemático de água imposto aos Ape karst geralmente evita riscos bacteriológicos. Os riscos químicos, como o excesso de nitratos, são reduzidos porque são raros nestas zonas com baixa pressão antropogénica, ou sem poluição cumulativa, através da rápida eliminação durante as inundações. A turvação, por outro lado, é um problema recorrente, particularmente na Normandia, em giz, ou quando o aquífero é massivamente alimentado por perdas de rios. Sistemas de decantação e filtração são necessários., Um recurso alternativo temporário ou uma bacia hidrográfica por um furo localizado longe da conduta de karst pode ser instalado enquanto se aguarda o regresso ao normal.
5.2. Abastecimento de água potável em quantidade
nos países mediterrânicos, o karst é muitas vezes a única formação de aquíferos utilizáveis, embora as suas águas estejam por vezes contaminadas por intrusão natural de água do mar ou poluição., Por último, o karst é, na maioria das vezes, o único e exclusivo aquífero que alimenta os rios destas regiões: desempenha um papel essencial em muitos hidrossistemas e deve, por conseguinte, ser tido em conta na exploração e protecção dos recursos hídricos.
o aumento das necessidades e desenvolvimentos tecnológicos levaram à necessidade de bombear água subterrânea das próprias fontes (Figura 11), sempre que possível, ou através de perfuração . Mas a distribuição heterogênea de vazios no aquífero significa que a probabilidade de um poço atingir uma cavidade é extremamente baixa. Não há nenhum método geofísico que certamente localizaria uma cavidade a mais de 30 ou 40 m abaixo da superfície, dadas as suas pequenas dimensões relativas (alguns metros, excepcionalmente algumas dezenas de metros)., O método de localização magnética permite que um conduíte seja localizado abaixo de 300 a 400 m, desde que um operador possa entrar nele com um transmissor bastante poderoso. Este é o método que tem sido usado para posicionar a perfuração para a exploração da mola Lez em Montpellier . Em outros casos, o relevo é usado para alcançar a área afogada por galerias, como foi feito no Jura suíço ., tendo em conta a sua complexidade e diversidade de organização e funcionamento e devido à sua muitas vezes grande extensão, os aquíferos de karst requerem estudos pormenorizados, baseados numa metodologia multidisciplinar específica. Os hidrogeólogos têm agora as ferramentas necessárias para caracterizar o seu funcionamento, identificar as áreas mais produtivas e avaliar adequadamente os seus recursos e reservas ., é então possível explorar em água baixa um fluxo superior ao fluxo natural, retirando das reservas de aquíferos, que são reabastecidas durante a estação chuvosa. Comparado com o armazenamento de águas de superfície em reservatórios artificiais, a vantagem da exploração das águas subterrâneas de karst é que não são afectadas pela evaporação e, sobretudo, são muito menos sensíveis à poluição. Mas, como com um tanque artificial, é necessário saber avaliar as condições de fornecimento (reabastecimento) e esvaziamento (descarga)., Assim, a fonte do Lez, em Montpellier, foi capturada, seguindo estudos conduzidos por J. V. Avias e sua equipe . Esta captura é considerada um modelo global. Estudos mostram que uma gestão rigorosa, baseada em conhecimentos pormenorizados e numa rede adequada de medidas, é sustentável e permite limitar os efeitos das grandes inundações a jusante. Por último, a viabilidade da reconstituição artificial dos aquíferos de karst é agora considerada como parte de uma abordagem de gestão pró-activa dos aquíferos de karst.,
Prospects for water resource management
Karst systems can provide considerable groundwater resources and supplies, easily exploited from a single site, which can be a high flow source or well. Mas seus aquíferos são muito sensíveis à poluição, pois geralmente têm pouca proteção natural de filtragem e efeitos dispersivos reduzidos., No entanto, devido a fluxos rápidos e períodos médios de residência que são muitas vezes menos de um ano, eles renovam muito mais rapidamente do que aquíferos porosos e fraturados: eles retêm pouca ou nenhuma memória de eventos que ocorreram em ciclos hidrológicos anteriores, tais como seca, sobreexploração temporária ou poluição acidental ou sazonal. Por último, podem ser recarregadas artificialmente pelas entradas de água do rio.hidrogeólogos e gestores de recursos hídricos têm agora uma metodologia eficaz para identificar todas as suas características e modelos para os gerir., Karst deve ser considerado como um ambiente geológico particularmente interessante na política da água, muitas vezes oferecendo recursos e reservas de água potável, insumos de seca e oportunidades de controle de inundações sem grandes obras hidráulicas.
referências e notas
imagem de capa. Fonte de Lison (Doubs)
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de Acordo com a lei de Darcy, a taxa de fluxo de água D que flui através de uma camada permeável de espessura L e seção transversal de Um é proporcional à diferença de pressão DP, expressa em altura de água DH, e inversamente proporcional a L, D = KA DH/L. K é o coeficiente de permeabilidade, também chamado de condutividade hidráulica.
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O Ambiental Enciclopédia do meio Ambiente pela Associação des Encyclopédies de l’Environnement et de l’Énergie (www.a3e.fr), contratualmente vinculado à Universidade de Grenoble Alpes e Grenoble INP, e patrocinado pela Academia francesa de Ciências.
to cite this article:BAKALOWICZ Michel (2021), Karst, a renewable water resource in limestone rocks, Encyclopedia of the Environment, url : https://www.encyclopedie-environnement.org/en/water/karst-renewable-water-resource-in-limestone-rocks/.,
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