Karst: processos de intemperismo e paisagens - Ciência - 2023

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o carste, relevo cársico ou cárstico, é uma forma de topografia cuja origem se deve a processos de intemperismo por dissolução de rochas solúveis como calcário, dolomita e gesso. Esses relevos caracterizam-se por apresentar um sistema de drenagem subterrânea com cavernas e ralos.

A palavra karst vem do alemão Karst, uma palavra com a qual a área ítalo-eslovena é chamada Carso, onde abundam os acidentes geográficos cársticos. A Real Academia Espanhola aprovou o uso de ambas as palavras "karst" e "karst", com significado equivalente.

As rochas calcárias são rochas sedimentares compostas principalmente por:

Calcita (carbonato de cálcio, CaCO₃).
Magnesita (carbonato de magnésio, MgCO₃).
Minerais em pequenas quantidades que modificam a cor e o grau de compactação da rocha, como argilas (agregados de silicatos de alumínio hidratado), hematita (mineral de óxido férrico Fe₂OU₃), quartzo (mineral de óxido de silício SiO₂) e siderita (mineral de carbonato de ferro FeCO₃).

Dolomita é uma rocha sedimentar formada pelo mineral dolomita, que é duplo carbonato de cálcio e magnésio CaMg (CO₃)₂.

O gesso é uma rocha composta de sulfato de cálcio hidratado (CaSO₄.2H₂O), que pode conter pequenas quantidades de carbonatos, argila, óxidos, cloretos, sílica e anidrita (CaSO₄).

Processos de intemperismo cársico

Os processos químicos de formação cárstica incluem basicamente as seguintes reações:

A dissolução do dióxido de carbono (CO₂) na água:

CO₂ + H₂O → H₂CO₃

A dissociação do ácido carbônico (H₂CO₃) na água:

H₂CO₃ + H₂O → HCO₃^– + H₃OU⁺

A dissolução do carbonato de cálcio (CaCO₃) por ataque de ácido:

Ladrao₃ + H₃OU⁺ → Ca²⁺ + HCO₃^– + H₂OU

Com uma reação total resultante:

CO₂ + H₂O + CaCO₃ → 2HCO₃^– + Ca²⁺

A ação de águas carbonatadas levemente ácidas, produzindo a dissociação da dolomita e consequente contribuição de carbonatos:

CaMg (CO₃)₂ + 2H₂O + CO₂→ CaCO₃ + MgCO₃ + 2H₂O + CO₂

Fatores necessários para aparecimento de relevo cárstico:

A existência de uma matriz de rocha calcária.
A presença abundante de água.
Concentração de CO₂ apreciável na água; esta concentração aumenta com altas pressões e baixas temperaturas.
Fontes biogênicas de CO₂. Presença de microrganismos produtores de CO₂ através do processo de respiração.
Tempo suficiente para a ação da água na rocha.

Mecanismos para dissolução da rocha hospedeira:

A ação de soluções aquosas de ácido sulfúrico (H₂SW₄).
Vulcanismo, onde fluxos de lava formam cavernas tubulares ou túneis.
Ação erosiva física da água do mar que produz cavernas marinhas ou costeiras, devido ao impacto das ondas e rebentamento de falésias.
Cavernas costeiras formadas pela ação química da água do mar, com constante solubilização de rochas hospedeiras.

Geomorfologia de relevos cársticos

O relevo cársico pode se formar dentro ou fora de uma rocha hospedeira. No primeiro caso denomina-se cárstico interno, relevo endocárstico ou hipogênico, e no segundo caso cárste externo, relevo exocárstico ou epigênico.

- Carste interno ou relevo endocártico

As correntes de água subterrânea que circulam em leitos de rochas carbonáceas estão cavando cursos internos dentro das grandes rochas, através dos processos de dissolução que mencionamos.

Dependendo das características do esfregaço, surgem diferentes formas de relevo cárstico interno.

Cavernas secas

As cavernas secas são formadas quando fluxos internos de água deixam esses canais que cavaram nas rochas.

Galerias

A forma mais simples de ser cavado por água dentro de uma caverna é a galeria. As galerias podem ser alargadas para formar “abóbadas” ou podem ser estreitadas e formar “corredores” e “túneis”. Também podem formar “túneis ramificados” e elevações de água denominadas “sifões”.

Estalactites, estalagmites e colunas

Durante o período em que a água acaba de deixar seu curso dentro de uma rocha, as galerias restantes ficam com alto grau de umidade, exsudando gotículas de água com carbonato de cálcio dissolvido.

Quando a água evapora, o carbonato precipita em um estado sólido e aparecem formações que crescem do solo chamadas de "estalagmites", e outras formações crescem penduradas no teto da caverna, chamadas de "estalactites".

Quando uma estalactite e uma estalagmite coincidem no mesmo espaço, juntando-se, forma-se uma "coluna" dentro das cavernas.

Canhões

Quando o teto das cavernas desmorona e desaba, "desfiladeiros" são formados. Assim, cortes muito profundos e paredes verticais aparecem onde os rios de superfície podem fluir.

- Alívio carste externo, exocárstico ou epigênico

A dissolução do calcário pela água pode perfurar a rocha em sua superfície e formar vazios ou cavidades de diferentes tamanhos. Estas cavidades podem ter alguns milímetros de diâmetro, cavidades grandes com vários metros de diâmetro ou canais tubulares denominados "lapiaces".

À medida que um lapiaz se desenvolve suficientemente e gera uma depressão, outras formas de relevo cársticas aparecem chamadas "sumidouros", "uvalas" e "poljes".

Dolinas

O sumidouro é uma depressão com uma base circular ou elíptica, cujo tamanho pode atingir várias centenas de metros.

Freqüentemente, nas fossas a água se acumula que, ao dissolver os carbonatos, cava-se uma pia em forma de funil.

Uvas

Quando vários buracos crescem e se unem em uma grande depressão, uma "uva" é formada.

Poljés

Quando uma grande depressão se forma com fundo plano e dimensões em quilômetros, é chamada de “poljé”.

Uma poljé é, em teoria, uma uva imensa e dentro da poljé existem as menores formas cársticas: uvalas e sumidouros.

Nos poljés forma-se uma rede de canais de água com um sumidouro que deságua no lençol freático.

Formações cársticas como zonas de vida

Nas formações cársticas existem espaços intergranulares, poros, articulações, fraturas, fissuras e dutos, cujas superfícies podem ser colonizadas por microrganismos.

Zonas fóticas em formações cársticas

Nessas superfícies dos relevos cársticos, três zonas fóticas são geradas dependendo da penetração e da intensidade da luz. Essas zonas são:

Área de entrada: esta área está exposta à irradiação solar com um ciclo de iluminação dia-noite diário.
Twilight Zone: zona fótica intermediária.
Zona escura: área onde a luz não penetra.

Fauna e adaptações na zona fótica

As diferentes formas de vida e seus mecanismos de adaptação estão diretamente correlacionados com as condições dessas zonas fóticas.

As zonas de entrada e crepúsculo têm condições toleráveis para uma variedade de organismos, de insetos a vertebrados.

A zona escura apresenta condições mais estáveis do que as zonas superficiais. Por exemplo, não é afetado pela turbulência do vento e mantém uma temperatura praticamente constante ao longo do ano, mas essas condições são mais extremas devido à ausência de luz e à impossibilidade de fotossíntese.

Por essas razões, as áreas cársticas profundas são consideradas pobres em nutrientes (oligotróficas), pois carecem de produtores primários fotossintéticos.

Outras condições limitantes em formações cársticas

Além da ausência de luz em ambientes endocársticos, nas formações cársticas existem outras condições limitantes para o desenvolvimento das formas de vida.

Alguns ambientes com ligações hidrológicas à superfície podem sofrer inundações; cavernas desérticas podem sofrer longos períodos de seca e sistemas tubulares vulcânicos podem experimentar atividade vulcânica renovada.

Em cavernas internas ou formações endogênicas, uma variedade de condições potencialmente fatais também podem ocorrer, como concentrações tóxicas de compostos inorgânicos; enxofre, metais pesados, acidez ou alcalinidade extrema, gases letais ou radioatividade.

Microorganismos das áreas endocársticas

Entre os microrganismos que habitam as formações endocársticas, também existem bactérias, arquéias, fungos e vírus. Esses grupos de microrganismos não apresentam a diversidade que apresentam nos habitats superficiais.

Muitos processos geológicos, como oxidação de ferro e enxofre, amonificação, nitrificação, desnitrificação, oxidação anaeróbica de enxofre, redução de sulfato (SO₄^2-), ciclização de metano (formação de compostos de hidrocarbonetos cíclicos a partir de metano CH₄), entre outros, são mediados por microrganismos.

Como exemplos desses microrganismos podemos citar:

Leptothrix sp., que afeta a precipitação de ferro nas cavernas de Borra (Índia).
Bacillus pumilis isoladas das cavernas Sahastradhara (Índia), que medeiam a precipitação de carbonato de cálcio e a formação de cristais de calcita.
Bactérias filamentosas oxidantes de enxofre Thiothrix sp., encontrado em Lower Kane Cave, Wyomming (EUA).

Microorganismos das zonas exocársticas

Algumas formações exokarstas contêm deltaproteobactéria spp., acidobactérias spp., Nitrospira spp. Y proteobactérias spp.

Em formações hipogênicas ou endocársticas, espécies dos gêneros podem ser encontradas: Epsilonproteobacteriae, Ganmaproteobacteriae, Betaproteobacteriae, Actinobacteriae, Acidimicrobium, Thermoplasmae, Bacillus, Clostridium Y Firmicutes, entre outros.

Paisagens de formações cársticas na Espanha

Parque Las Loras, designado Geoparque Mundial pela UNESCO, localizado na parte norte de Castela e Leão.
Caverna Papellona, Barcelona.
Caverna de Ardales, Málaga.
Caverna de Santimamiñe, País Vazio.
Caverna Covalanas, Cantábria.
Cavernas de La Haza, Cantabria.
Vale de Miera, Cantábria.
Sierra de Grazalema, Cádiz.
Caverna Tito Bustillo, Ribadesella, Astúrias.
Torcal de Antequera, Málaga.
Cerro del Hierro, em Sevilha.
Maciço de Cabra, Subbética Cordobesa.
Parque Natural Sierra de Cazorla, Jaén.
Montanhas de Anaga, Tenerife.
Maciço de Larra, Navarra.
Vale de Rudrón, Burgos.
Parque Nacional de Ordesa, Huesca.
Sierra de Tramontana, Maiorca.
Mosteiro de Piedra, Saragoça.
Cidade Encantada, Cuenca.

Paisagens de formações cársticas na América Latina

Lagos de Montebello, Chiapas, México.
El Zacatón, México.
Dolinas de Chiapas, México.
Cenotes de Quintana Roo, México.
Grutas de Cacahuamilpa, México.
Tempisque, Costa Rica.
Caverna Roraima Sur, Venezuela.
Caverna Charles Brewer, Chimantá, Venezuela.
La Danta System, Colômbia.
Gruta da Caridade, Brasil.
Cueva de los Tayos, Equador.
Sistema de Facas Cura, Argentina.
Ilha Madre de Dios, Chile.
Formação de El Loa, Chile.
Zona costeira da Cordilheira de Tarapacá, Chile.
Formação Cutervo, Peru.
Formação Pucará, Peru.
Caverna de Umajalanta, Bolívia.
Formação Polanco, Uruguai.
Vallemí, Paraguai.

Referências

Barton, H.A. e Northup, D.E. (2007). Geomicrobiologia em ambientes cavernícolas: perspectivas passadas, atuais e futuras. Journal of Cave and Karst Studies. 67: 27-38.
Culver, D.C. e Pipan, T. (2009). A biologia das cavernas e outros habitats subterrâneos. Oxford, Reino Unido: Oxford University Press.
Engel, A.S. (2007). Sobre a biodiversidade de habitats cársticos sulfídicos. Journal of Cave and Karst Studies. 69: 187-206.
Krajic, K. (2004). Biólogos de cavernas descobrem tesouros enterrados. Ciência. 293: 2.378-2.381.
Li, D., Liu, J., Chen, H., Zheng, L. e Wang, k. (2018). Respostas da comunidade microbiana do solo ao cultivo de gramíneas forrageiras em solos cársticos degradados. Degradação e desenvolvimento de terras. 29: 4.262-4.270.
doi: 10.1002 / ldr.3188
Northup, D.E. e Lavoie, K. (2001). Geomicrobiologia das cavernas: uma revisão. Geomicrobiology Journal. 18: 199-222.