Revisión de los modelos hidrogeoquímicos de génesis de tobas calcáreas

Abstract

Los depósitos tobáceos en aguas dulces están ampliamente representados en la Península Ibérica, la mayoría de ellos relacionados con surgencias de acuíferos carbonáticos. Una gran parte de los modelos geoquímicos de la hidroquímica de las aguas en las que se generan dichos depósitos, se basan en suponer que el agua meteórica, previamente enriquecida en CO2 por la existencia de actividad microbiológica en el suelo, fluye a través de la porosidad y de las fracturas de un acuífero de calizo. El agua resultante tiene una naturaleza bicarbonatada cálcica. El reequilibrio con la pCO2 atmosférica después de la surgencia, por agitación del agua, o por acción metabólica de microorganismos fotosintéticos, da lugar a una amplia variedad de facies de tobas calcáreas. Sin embargo, la modelización hidrogeoquímica no ha sido completamente tratada y las condiciones geológicas del entorno no han sido consideradas en sistemas tobáceos generados en zonas de infiltración, en los que el suelo presenta bajas concentraciones de CO2 o cuando la naturaleza de las aguas no son bicarbonatadas cálcicas, sino Ca-Mg-SO4-HCO3. En este trabajo se muestran resultados hidrogeoquímicos de dos ejemplos muy importantes de sistemas tobáceos, actuales y fósiles: río Júcar (Valdeganga- Presa de la Central Hidroeléctrica del Bosque) y río Guadiana Alto (lagunas de Ruidera). Dichos resultados son comparados con otras surgencias kársticas estudiadas recientemente en áreas próximas. La naturaleza del agua del río Júcar y lagunas de Ruidera muestra unas facies hidroquímicas Ca-Mg-SO4-HCO3. Por lo tanto, la interpretación hidrogeoquímica no puede hacerse usando exclusivamente el sistema CO2–H2O– calcita, el cual por otra parte, ha sido utilizado eficazmente en estudios de tasas de precipitación en sistemas tobáceos, así como en la interpretación del registro paleoclimático de la tobas calcáreas, o en reacciones de karstificación de acuíferos calizos. En esta revisión evaluamos la influencia en la hidroquímica de las aguas de las reacciones de dedolomitización y la disolución del yeso en acuíferos dolomítico – yesíferos, las cuales son independientes de la presión parcial de CO2, así como la cinética y sostenibilidad del proceso en términos de génesis de sistemas tobáceos. También consideramos otras reacciones dependientes de CO2, tales como la calcificación del yeso y la disolución y precipitación de calcita por mezcla de aguas. Los modelos apuntados explican la naturaleza de las aguas de los acuíferos dolomítico - yesíferos, además de su gran potencial para generar sistemas tobáceos, poniendo en cuestión el argumento de suelos con horizontes húmicos bien desarrollados, no muy comunes en áreas áridas o semi-áridas. Finalmente, examinamos los efectos sobre el grado de saturación calcita y, por lo tanto, de su influencia en la formación de tobas de la mezcla de aguas procedente de acuíferos multicapa o compartimentados temporalmente.

The calcareous tufa deposits in fresh waters are widely represented in the Iberian Peninsula, mostly related to springs from carbonate aquifers. Most studies on the geochemical modelling of the genesis of calcareous tufa consider the meteoric water percolating through the limestone aquifer is enriched in CO2 by existing microbiological activity in soil. The new equilibrium with atmospheric CO2 in springs and/or metabolic activity of microorganisms determines a rich variety of facies of calcareous tufa. The resulting water has a calcium bicarbonate nature. However, the hydrochemical modelling has not completely been addressed and the boundary conditions have not been taken into account in tufa systems in which soils present low CO2 concentrations or when the nature of waters are Ca-Mg-SO4-HCO3. In this paper, hydrochemical results from two important examples of genesis of calcareous tufa are presented: Júcar river (Valdeganga - Presa de la Central Hidroeléctrica del Bosque) and Guadiana Alto river (Ruidera pools). These results are also compared with other kart spring waters recently studied in the area. The water nature of Júcar river and Ruidera aquifers shows clearly a Ca-Mg-SO4-HCO3 facies. The hydrochemical interpretation cannot exclusively be explained using the CO2–H2O– calcite system, which has widely been used in studies of precipitation rates and paleoclimatic records of calcareous tufa or Karstification reactions of limestone aquifers. In this review, we evaluate the dedolomitization and gypsum dissolution, which are independent of partial pressure of CO2, and kinetics and sustainability of processes in terms of genesis of tufa systems. We also consider other CO2-dependent reactions such as the calcification gypsum and dissolution and precipitation of calcite by mixing waters. This explains the nature of waters from dolomite-gypsum aquifers and also their great generator potential of tufa systems, and refuses the interpretation based exclusively on the presence of humic acid-rich soils, not very common in arid and semi-arid areas. Finally, we examine mixing waters in multi-layered or compartmentalized seasonally aquifers, which can produce waters that develop calcareous tufa.