Conference PaperPDF Available

Espeleogénesis por ácido sulfúrico en el SE de España.Caracterización preliminar de la sima de Peñas Blancas (Lorca-Murcia)

Authors:

Abstract and Figures

La génesis de cavidades ligadas a la generación de ácido sulfúrico, por oxidación de H2S, ha dado lugar a algunas de las cuevas más grandes del mundo. El ejemplo por excelencia es la cueva de Lechuguilla, en Nuevo Méjico (EE.UU.), y en general las cavernas del Parque Nacional de Carlsbad. Una de las principales aracterísticas de estas cavidades es la existencia de depósitos de yesos microcristalinos que, a veces, suelen quedar preservados durante mucho tiempo en las paredes y el suelo de la cueva. En España apenas se han descrito cavidades en carbonatos generadas por este mecanismo con depósitos de yesos asociados, sin embargo existen algunos ejemplos notables. Se presenta un trabajo preliminar realizado en la Sima de Peñas Blancas o Sima de Almendricos en la que, durante 2015, se ha levantado un mapa topográfico detallado que ha puesto de manifiesto la presencia de numerosos depósitos de yeso microcristalino en su interior y también algunos depósitos de yeso selenítico. Se describen sus características morfológicas y los posibles mecanismos espeleogenéticos asociados a la producción de ácido sulfúrico, ya sea en relación con la oxidación de gas sulfhídrico originado a partir de la disolución y reducción de yesos permo-triásicos, o a partir de la oxidación de sulfuros metálicos. La cavidad tiene la singularidad de estar asociada a mineralizaciones metálicas, formadas fundamentalmente por oxi-hidróxidos de hierro, que han sido explotadas en numerosas minas.
Content may be subject to copyright.
267
González Ramón, A. et al. Espeleogénesis por ácido sulfúrico en el SE de España. Caracterización preliminar de la sima de Peñas Blancas
(Lorca-Murcia). En: B. Andreo y J. J. Durán (Eds.), El karst y el hombre: las cuevas como Patrimonio Mundial. Nerja (Málaga). Asociación
de Cuevas Turísticas Españolas, pp. 267-282.
Espeleogénesis por ácido sulfúrico en el SE de España.
Caracterización preliminar de la sima de Peñas Blancas (Lorca-Murcia)
A. González-Ramón (1)(2), C. Fernández-Leiva (1), A. Segura-Herrero (2), T. Sánchez-Díaz (2), A.
Ignatenko (2); V. García-Benzal (2); P. Pérez-Martínez (2); R.D. Gea-López (2); J. Llamas-Sánchez (2)
e I. Quesada (2)
(1) Urb. Alcázar del Genil, 4. Edif. Zulema bajo. Unidad del IGME en Granada,
antonio.gonzalez@igme.es, c.fernandez@igme.es
(2) Asociación Espeleológica Velezana,
espeleovelez@gmail.com
RESUMEN
La génesis de cavidades ligadas a la generación de ácido sulfúrico, por oxidación de H2S, ha dado lugar a algunas de
las cuevas más grandes del mundo. El ejemplo por excelencia es la cueva de Lechuguilla, en Nuevo Méjico (EE.UU.), y
en general las cavernas del Parque Nacional de Carlsbad. Una de las principales características de estas cavidades es
la existencia de depósitos de yesos microcristalinos que, a veces, suelen quedar preservados durante mucho tiempo
en las paredes y el suelo de la cueva. En España apenas se han descrito cavidades en carbonatos generadas por este
mecanismo con depósitos de yesos asociados, sin embargo existen algunos ejemplos notables. Se presenta un trabajo
preliminar realizado en la Sima de Peñas Blancas o Sima de Almendricos en la que, durante 2015, se ha levantado un
mapa topográfico detallado que ha puesto de manifiesto la presencia de numerosos depósitos de yeso microcristalino
en su interior y también algunos depósitos de yeso selenítico. Se describen sus características morfológicas y los po-
sibles mecanismos espeleogenéticos asociados a la producción de ácido sulfúrico, ya sea en relación con la oxidación
de gas sulfhídrico originado a partir de la disolución y reducción de yesos permo-triásicos, o a partir de la oxidación
de sulfuros metálicos. La cavidad tiene la singularidad de estar asociada a mineralizaciones metálicas, formadas fun-
damentalmente por oxi-hidróxidos de hierro, que han sido explotadas en numerosas minas.
Palabras Clave: Almendricos, cueva hipogénica, gas sulfhídrico, oxi-hidróxidos de hierro, yeso microcristalino.
Speleogenesis by sulfuric acid in the SE of Spain. Preliminary
characterization of the gulf of Penas Blancas (Lorca-Murcia)
ABSTRACT
Sulfuric acid speleogenesis, related to H2S oxidation, has formed some of the biggest caves in the world. The best
example is Lechuguilla cave in New Mexico (U.S.) and, in general, the caves of the National Park of Carlsbad. One of
the main characteristics of this kind of caves is the presence of microcrystalline gypsum deposits, sometimes preserved
for a long time in the walls and on floor of the cave. In Spain, the carbonate caves formed by this mechanism and
showing associated gypsum deposits, are scarce although, among them, there are some important examples. This
paper is a preliminary study we have performed during 2015, in Peñas Blancas Pothole or Almendricos Pothole. We
made a detailed topographic map which has shown that there are important microcrystalline gypsum deposits and,
also, other selenite ones. Morphologic characteristics and possible speleogenetic mechanisms are described in relation
to H2S degassing and oxidation into sulfuric acid, as a consequence of Permo-Triassic gypsum dissolution and reduc-
A. González Ramón, et al. 2016. Espeleogénesis por ácido sulfúrico en el SE de España. Caracterización preliminar de la sima de Peñas Blancas...
268
tion, or linked to metallic sulfides oxidation. The cave is associated to metallic mineralizations, iron oxi-hydroxides
basically, which have been extracted in many mines.
Key Words: Almendricos, hydrogen sulfide, hypogene cave, iron oxi-hydroxides, microcrystalline gypsum.
Introducción
Los mecanismos que dan lugar a cuevas con recarga de tipo hipogénico pueden ser diversos.
Las principales características son la existencia de flujos ascendentes de aguas profundas, que
suelen ocurrir en zonas de descarga de acuíferos. La geoquímica de los flujos que generan es-
tas cavidades es compleja, como lo es la naturaleza de las aguas ascendentes y de los gases li-
berados (Forti et al., 2002). Para este autor los gases más comunes que aparecen en ambientes
kársticos son, por orden de importancia, el CO2, el H2S, el Rn y el CH4. Cuando en el medio hay
formaciones evaporíticas, el H2S puede aparecer en aguas con condiciones anóxicas. La mezcla
con aguas oxidantes puede generar H2SO4, este ácido ataca a los carbonatos produciendo CO2
con un nuevo incremento en la agresividad de las aguas que circulan (De Waele et al., 2013).
La teoría de la génesis de cuevas por disolución de carbonatos con ácido sulfúrico fue plan-
teada por primera vez por Egemeier en 1973 (en Jagnow et al., 2000) con motivo de su tesis
doctoral sobre las cuevas de Kane, en Wyoming (EEUU) y posteriormente publicada en 1981.
Una de las consecuencias de la disolución de carbonatos por este mecanismo es la generación
de yeso como subproducto de los procesos espeleogenéticos.
Los depósitos de yeso en cuevas pueden aparecer como consecuencia de distintos mecanis-
mos espeleogenéticos, de los que los más importantes son la oxidación de gas sulfídrico y la
oxidación de sulfuros metálicos. Depósitos de yeso asociados a cavidades generadas en carbo-
natos han sido descritos en la cueva de Lechuguilla (Hill, 1987), en Castleguard Cave (Colum-
bia, Canada) (Yonge y Krouse, 1987), en las cuevas italianas de Frasassi (Galdenzi y Mauoka,
2003) y en la cueva Francesa de Baume Galiniere (Audra et al., 2013) entre otras. En España
se han descrito espectaculares cristalizaciones de yeso en la geoda de Pulpí (García-Guinea et
al., 2002) y más recientemente en la gruta de las Maravillas, en Aracena (Martínez-Moreno et
al., 2015), aunque en este último caso la presencia de yeso es residual. También se conocen
depósitos de yeso en otras cavidades como Sima Destapada en Cartagena (Murcia) (Gázquez
y Calaforra, 2015), Cueva de los Órganos y Sima del Soldado (Mollina, Málaga) y en la cueva
cántabra de Cueto-Coventosa. En Sudamérica se han estudiado en la Cueva de las Brujas, en
los Andes argentinos (Sancho et al., 2001 y 2004), si bien aquí los yesos han sido interpretados
por procesos de evaporación a partir de soluciones saturadas en sulfato.
Los depósitos de yeso en estas cuevas pueden ser de varios tipos, sin embargo, los más co-
munes constituyen cortezas de yeso microcristalino recubriendo las paredes de las cuevas o
depósitos de yesos microcristalinos laminados acumulados en el suelo de salas y galerías. Forti
et al. (2002) consideran que los depósitos freáticos de yeso en cuevas generadas por infiltra-
ción de aguas meteóricas están siempre ausentes porque la sobresaturación con respecto al
yeso es imposible en esas condiciones, a menos que exista el factor de la oxidación del H2S. Los
depósitos de yeso con espesores de orden métrico son poco comunes en cuevas generadas en
carbonatos (Galdenzi y Maruoka, 2003) y se consideran generalmente como el resultado de
la circulación de agua rica en H2S por el interior de la cavidad y la posterior oxidación del H2S.
El karst y el hombre: las cuevas como Patrimonio Mundial. Asociación de Cuevas Turísticas Españolas. Nerja (Málaga)
269
En la cavidad estudiada se localizan numerosos depósitos de yeso de orden métrico y diferen-
tes tipologías, similares a los descritos en otras cavidades formadas por ácido sulfúrico. El ob-
jetivo de este trabajo es definir estos depósitos y la morfología general de la cueva y proponer
los posibles mecanismos espeleogenéticos que la han formado.
Contexto geológico
La sima se localiza en la Sierra de Enmedio, en el término municipal de Lorca (Murcia) entre
Puerto Lumbreras y Pulpí (Fig. 1). La alineación montañosa se extiende desde el SO hacia el
Figura 1. Mapa geológico de la Sierra de Enmedio en la zona donde se encuentra la Sima de Peñas
Blancas y corte geológico con situación de la cavidad. Mapa modificado de Booth-Rea y Bardají (2013).
9 y 10 filitas, cuarcitas, metabasitas, yesos y pizarras, Permo-Trias; 11 y 12 dolomías, calizas, pizarras
y mármoles, Triásico; 26 cuarcitas, filitas y metaconglomerados, Permo-Trías Maláguide. Imagen de
satélite tomada de Bing Maps
A. González Ramón, et al. 2016. Espeleogénesis por ácido sulfúrico en el SE de España. Caracterización preliminar de la sima de Peñas Blancas...
270
NE justo en medio de la denominada Depresión o Cubeta de Pulpí, rodeada de los materiales
terciarios y cuaternarios que rellenan esta depresión y separa los corredores de Pulpí, al E, y
Puerto Lumbreras, al O.
Desde el punto de vista geológico la cavidad se ha generado en mármoles dolomíticos del
dominio Nevado-Filábride incluidos en la Unidad de Enmedio-Almagro (Booth-Rea y Barda-
jí, 2013), si bien algunos autores incluyen esta unidad en el Complejo Alpujárride (Sanz de
Galdeano y García Tortosa, 2002, entre otros). Esta formación alcanza una potencia máxima
de 150 m y está constituida por un miembro basal, con alternancias de dolomicritas, calizas
tableadas, pizarras oscuras y calcofilitas, y un miembro superior formado por meta-carbonatos
masivos dolomíticos de edad Triásico. El substrato está formado por filitas, cuarzofilitas y cuar-
citas permo-triásicas y metabasitas. De forma discontinua también pueden aparecer yesos,
mármoles y pizarras formando una secuencia transicional entre las metabasitas y los mármoles
(Booth-Rea y Silva-Barroso, 2013).
La estructura consiste en una antiforma sobrepuesta a una sucesión de pliegues asimétricos
previos, vergentes al NO (Booth-Rea y Bardají, 2013); los ejes tienen una orientación ENE-OSO
y el flanco SE está generalmente invertido. Los sinclinales se desarrollan sobre los materiales
más competentes, de forma que el relieve aparece invertido en algunas zonas. La sima se
localiza al S de la sierra, relacionada con el flanco normal del sinclinal más meridional (Fig. 1).
Origen y tipología de las mineralizaciones de la Sierra de Enmedio
Las mineralizaciones de hierro son muy comunes en la Sierra de Enmedio (Booth-Rea y Bardají,
2013). Estos autores consideran que son del tipo estratoligadas, lo que significa que a escala
regional están habitualmente asociadas a un determinado grupo de estratos, independien-
temente de que sean singenéticas, sindiagenéticas o epigenéticas. Tradicionalmente se las
ha considerado, desde el punto de vista genético, como masas de sustitución metasomática.
Torres-Ruiz (1980, 1983) y Martín y Torres-Ruiz (1982), en depósitos similares en el sector cen-
tral de la Cordillera (Alquife, Piletas, etc), pusieron en evidencia que allí el primero y principal
proceso metalogénico fue sinsedimentario o sindiagenético temprano, al que se le sumaría
el volcanismo permo-triásico o triásico (metabasitas) como portador de elementos al medio
sedimentario. Por tanto, diagénesis tardía, metamorfismo alpino y procesos epigenéticos y
epitermales habrían conducido a producir removilizaciones de la mineralización primaria, sus-
tituciones en niveles reactivos y rellenos de fracturas. En la zona donde se localiza la cavidad
las mineralizaciones suelen aparecer rellenando fracturas de dirección N-S por procesos epige-
néticos y epitermales.
Según Booth-Rea y Bardají (2013) y Booth-Rea y Silva-Barroso (2013) los minerales más fre-
cuentes en la Sierra de Enmedio son limonita, siderita y hematites y, ocasionalmente, galena
y blenda, también se ha descrito baritina, pirita, magnetita, óxidos de manganeso, azurita y
malaquita y cerusita.
Para caracterizar las mineralizaciones relacionadas con la cavidad se tomó una muestra de mi-
neral en su interior, procedente de un bloque caído perteneciente a unos rellenos de fractura
El karst y el hombre: las cuevas como Patrimonio Mundial. Asociación de Cuevas Turísticas Españolas. Nerja (Málaga)
271
que de forma más o menos discontinua encajan en los mármoles dolomíticos y calizos (Fig.
5A). El estudio de la lámina delgada muestra un ejemplar con estructura celular, compuesto
mayoritariamente por carbonatos (posible siderita) y limonita, dispuestos en laminaciones irre-
gulares y alternantes (Fig. 2A), con localizados abudinamientos (Fig. 2B) como resultado de la
deformación a la que está sometida la muestra. Los procesos tardíos de disolución se detectan
por la presencia de cavidades irregulares que salpican de forma generalizada la muestra (Fig.
2C), albergando en algunos casos cristales de yeso que precipitan aprovechando los espacios
abiertos generados (Fig. 2D).
Figura 2. Microfotografías de la muestra en la preparación de lámina delgada. A, B y D con nícoles
paralelos y C con nícoles cruzados
Lo observado tanto en lámina delgada como en probeta pulida (997-B) es el resultado final de
un proceso avanzado de oxidación de la mineralización original, probablemente formada por
sulfuros de Fe, que como resultado final de esta oxidación, da lugar a una paragénesis com-
puesta casi exclusivamente por carbonatos y óxidos e hidróxidos de Fe, limonita mayoritaria-
mente, con hematites muy accesorio. Las figuras 3A, B, C y D pertenecen a cavidades de una
posible pirita anterior con limonita concéntrica (no hay resto alguno de las menas originales,
sólo la morfología de la cavidad dejada por la disolución del cristal nos hace sospechar que
efectivamente se trata de pirita).
A. González Ramón, et al. 2016. Espeleogénesis por ácido sulfúrico en el SE de España. Caracterización preliminar de la sima de Peñas Blancas...
272
Las texturas boxwork que exhibe la limonita y la hematites son las típicas que dan los sulfuros
originales al alterarse en los procesos de oxidación. Los fluidos penetran a lo largo de la roca
o aprovechando pequeñas discontinuidades en los minerales y precipita un mineral (de relleno
o alteración) dando esas formas concéntricas y/o en forma de “costillas” los cuales sobreviven
al proceso de alteración.
Aspectos morfológicos de la cavidad
La entrada a la cavidad es una sima situada junto a una trinchera de mina de 10 m de longitud
excavada en dirección N12E (Fig. 4). La cavidad se extiende hacia el S a partir de un pozo de 18
m de profundidad desde donde parte una rampa descendente sobre una amplia galería que
sigue una veta de mineral (Fig. 5A). En el techo de la rampa se desarrollan morfologías hipogé-
nicas tipo canales y cúpulas de techo (ceiling pockets y ceiling channels según la terminología
de Kimchouk, 2007 y 2009) y megaescalops. Uno de estos canales sigue el filón de mineral
formado por oxi-hidróxidos de hierro. La sima de entrada a la cavidad (Fig. 5D) conforma el
principal canal de salida (outlet) en el que confluyen estos canales (figura 5E).
Figura 3. Microfotografías de la muestra en la preparación de lámina delgada. A, B y D con nícoles
paralelos y C con nícoles cruzados
El karst y el hombre: las cuevas como Patrimonio Mundial. Asociación de Cuevas Turísticas Españolas. Nerja (Málaga)
273
Figura 4. Mapa topográfico de la Sima de Peñas Blanca. (a) Planta y (b) perfil en dirección N-S
Aunque la roca de caja son mármoles dolomíticos, la pared N de la sima está formada por
yesos microcristalinos blancos que enlazan con una masa de yeso similar que recubre todo el
suelo de la rampa, a su vez parcialmente recubierta por un abanico de derrubios procedente
de la entrada de la sima. La rampa desemboca en la sala más amplia de la cavidad (Sala de la
Culebra) con el techo a unos 7 m de altura, una morfología groseramente circular y un diáme-
tro en torno a 20 m. En el techo se observan cúpulas de disolución y en el suelo se observan
algunos grandes bloques de yeso.
De la zona oriental de la sala y de la galería de entrada parte una extensa rampa ascendente
muy inclinada que da acceso a una galería de techo bajo con los suelos recubiertos de yeso
microcristalino (Galería del Yeso). Algunos de los techos de esta galería están recubiertos por
flores de aragonito. En un pozo situado a su entrada se observan espesores de yeso de hasta
4 m (Fig. 6A). La galería se extiende hacia el N hasta finalizar en una chimenea ciega en la que
se observan varias cúpulas de disolución en el techo, nuevamente con una tipología de outlets.
En una zona cercana a la pared N de la rampa se encuentra un bloque caído de yeso selenítico
(Fig. 7A) que rellenaba un hueco del techo de la cavidad.
A. González Ramón, et al. 2016. Espeleogénesis por ácido sulfúrico en el SE de España. Caracterización preliminar de la sima de Peñas Blancas...
274
Figura 5. (A) Rampa de acceso a la Sala de la Culebra, en el techo se observa la veta de mineral y
dos canales de techo, en la pared derecha megaescalops. (B) Techo cubierto de flores de aragonito.
(C) Agujas de aragonito y minerales asociados. (D) Canal de salida (outlet) que conforma la sima de
entrada a la cavidad. (E) Trinchera de mina cercana a la entrada de la sima
La continuación desde la Sala de la Culebra hacia el S es subhorizontal un tanto laberíntica,
con las paredes orientales y los techos recubiertos de flores de aragonito (Fig. 5B), finalizando
en otra galería, de nuevo con el suelo relleno de yeso microcristalino. En general, la morfología
de las paredes de la cavidad está enmascarada por una gran profusión de espeleotemas vado-
sos. En las paredes occidentales aparecen varias bocas descendentes con tipologías de feeders.
Dos de ellas conectan con la continuación de la cavidad.
El karst y el hombre: las cuevas como Patrimonio Mundial. Asociación de Cuevas Turísticas Españolas. Nerja (Málaga)
275
Estas bocas dan paso a unas salas en rampa, de techo bajo, que siguen superficies de estrati-
ficación, muy decoradas por espeleotemas vadosos. De la zona inferior de las salas parte, en
dirección NE, la galería del Túnel, de paredes redondeadas y suelo relleno de yeso microcris-
talino.
En dirección S y SE se atraviesan diversas salas muy decoradas por espeleotemas vadosos, has-
ta alcanzar la Sala del Yeso, en una de las zonas más alejadas y profundas. Esta sala aparece
parcialmente rellena de yeso, con espesores de hasta 3 m, y varios grandes bloques de yesos
microcristalinos laminados que envuelven cantos (Fig 6B y 6C). Al fondo de la sala, tras bajar
un resalte, se localiza una galería que lleva a una estrecha rampa descendente, muy inclinada,
que finaliza en la Galería de Cristal, desarrollada sobre yesos seleníticos de grandes cristales
(Fig. 7B y 7D).
En líneas generales, la cavidad está formada por salas de considerable tamaño, compartimen-
tadas por la presencia de un gran desarrollo de espeleotemas vadosos, y varias galerías hori-
zontales redondeadas con tipologías freáticas parcialmente rellenas de yeso microcristalino.
También las salas presentan el aspecto típico redondeado de las cavidades freáticas. La mayor
parte de los depósitos de yeso aparecen recubriendo suelos de salas y galerías, pero también
existe yeso en cortezas de reemplazamiento en algunas paredes, como la sima de entrada a
la cavidad.
Consideraciones sobre la espeleogénesis de la cavidad
La abundante presencia de yesos microcristalinos pone de manifiesto la existencia de procesos
espeleogéneticos relacionados con la sustitución del carbonato de la roca de caja, en techos
y paredes, por yeso, como consecuencia de la formación de ácido sulfúrico. La formación de
ácido sulfúrico, en el caso de la Sima de Peñas Blancas, pudo ocurrir por dos vías diferentes: (1)
oxidación de gas sulfhídrico procedente de la disolución yesos triásicos y posterior reducción
del sulfato disuelto; (2) oxidación de sulfuros metálicos. Ambos procesos podrían haber ocurri-
do puesto que no son excluyentes. La presencia de yeso sedimentario primario en la base de
la formación carbonatada hace que el primer proceso no pueda ser descartado. Por otra parte,
el estudio en lámina delgada de las mineralizaciones, ha puesto de manifiesto la presencia de
oxi-hidróxidos de hierro con huecos en los que hay yeso (Fig. 2D), por lo que puede afirmarse
que el segundo proceso es uno de los mecanismos espeleogenéticos formadores de la cavidad.
Oxidación de gas sulfhídrico por disolución de yesos permo-triásicos
El proceso químico que da lugar a la generación de ácido sulfúrico por oxidación del gas sulfhí-
drico ha sido descrito en numerosas publicaciones (p.e. Hill, 1987; Forti et al., 2002). El proceso
se inicia a partir de aguas subterráneas cargadas en sulfatos por su contacto con formaciones
geológicas que contienen yeso. En la Sierra de Enmedio serían yesos de edad Permo-Triásico
que se localizan en la base de los mármoles dolomíticos que albergan la cavidad (Booth-Rea
y Bardají, 2013). La reducción del sulfato se produce en condiciones anóxicas, generalmente
debido al consumo del oxígeno por la presencia de materia orgánica (hidrocarburos o forma-
A. González Ramón, et al. 2016. Espeleogénesis por ácido sulfúrico en el SE de España. Caracterización preliminar de la sima de Peñas Blancas...
276
ciones con carbón orgánico) (Palmer y Palmer, 2000). En la serie de la Sierra de Enmedio se
han descrito pizarras oscuras con abundante contenido en materia orgánica. Aguas termales
con gas sulfhídrico en disolución ascienden por los carbonatos permeables hacia sus puntos
de surgencia. El gas sulfhídrico puede ser liberado por descompresión cerca de la superficie. La
oxidación del ácido sulfhídrico puede ocurrir tanto en la zona freática como en la zona vadosa,
a partir de mezclas con aguas meteóricas (Galdenzi y Maruoka, 2003) y su consecuencia es la
disolución de los carbonatos y el desarrollo de la cavidad. En la zona vadosa el proceso ocurre
en las paredes de las cavidades por condensación-corrosión a partir del gas liberado. En ambos
casos se produce sustitución de CaCO3 por CaSO4 lo que da lugar al crecimiento de cortezas
de yeso en techos y paredes.
Figura 6. (A) Paredes de yeso microcristalino masivo en la Galería del Yeso. (B) Bloques de yeso
microcristalino laminados en la Sala del Yeso. (C y D) Bloques de yesos laminados que envuelven cantos
El proceso es el siguiente:
H2S + 2O2 2H+ + SO4
2-
2H+ + SO4
2- + CaCO3 + H2O CaSO4 2H2O + CO2
CO2 + CaCO3 + H2O Ca2+ + 2HCO3
-
Con la dolomita la reacción es similar.
El karst y el hombre: las cuevas como Patrimonio Mundial. Asociación de Cuevas Turísticas Españolas. Nerja (Málaga)
277
Oxidación de sulfuros metálicos
La espeleogénesis por ácido sulfúrico puede producirse también cuando hay sulfuros metálicos
(Descostes et al., 2002; Audra et al., 2013; Martínez-Moreno et al., 2015) tales como pirita
(FeS2) o galena (PbS). La reacción para la oxidación de la pirita es la siguiente (Nicholson et al.,
1988):
Formación de sulfúrico: FeS2 +15/4O2 + 7/2H2O Fe(OH)3 + 2SO4
2- + 4H+
Precipitación de oxi-hidróxidos:
Fe2+ + 1/4O2 + 2CaCO3 + 5/2H2O Fe(OH)3 + 2Ca2+ + 2HCO3
La sustitución del carbonato por yeso en una reacción similar a la explicada anteriormente.
Figura 7. (A) Bloque de yeso selenítico desprendido del techo donde rellenaba un hueco en la roca de
caja. (B) Galería de Cristal, parcialmente desarrollada sobre grandes cristales de yeso. (C) Boxwork en la
pared de hueco que rellenaba el bloque de yeso selenítico en (A). (D) Detalle de los cristales de yeso en
las paredes de la Galería de Cristal
A. González Ramón, et al. 2016. Espeleogénesis por ácido sulfúrico en el SE de España. Caracterización preliminar de la sima de Peñas Blancas...
278
Génesis de la cavidad
En el corredor de Pulpí, donde se localiza la Sierra de Enmedio, la sedimentación marina per-
sistió hasta el Plioceno medio superior (Aellen de la Chapelle, 1990, en Booth-Rea y Bardají,
2013). A finales del Plioceno se establecen definitivamente condiciones continentales en la
cuenca. Sin embargo, en las laderas de la sierra de Enmedio cerca de la ubicación de la cavidad
afloran conglomerados de transición marino-continental de edad Messiniense terminal-Plio-
ceno inferior; sobre éstos se deposita una secuencia constituida por conglomerados, arenas y
limos rojos del Plioceno superior-Pleistoceno inferior. Esto indica que la erosión en los bordes
de la Sierra de Enmedio, en el entorno donde se ubica la sima, debió comenzar a inicios de
Plioceno. Así pues, ya en esta época pudo establecerse un flujo subterráneo que permitiera
la presencia de aguas de circulación profunda, no necesariamente termal, desde la base de
la cavidad hasta su boca, pues ya existían afloramientos de carbonatos emergidos. El creci-
miento de la cavidad debió comenzar bajo nivel freático, con el punto de surgencia de agua
subterránea en el entorno de la actual entrada, que debía situarse cerca de la línea costera.
El levantamiento progresivo de la sierra, la retirada de la línea de costa y los procesos erosivos
provocaron descensos en el nivel freático y una mayor recarga de aguas recién infiltradas en
la superficie de la cueva. En medios subaéreos, con aguas oxidantes y liberación de gas sulfhí-
drico se produciría la oxidación de los sulfuros metálicos y la formación de nuevos minerales
(siderita, limonita, hematites…) con la generación de cortezas de yeso.
El reemplazamiento del carbonato por el yeso ocupa un mayor volumen, como consecuencia,
las cortezas formadas caen al suelo, y pueden englobar cantos de otra naturaleza. Sin embar-
go las cortezas subacuosas tiene una textura distinta más homogénea, en la que a veces puede
preservarse la textura original de los carbonatos; esto es más difícil que ocurra en dolomitas,
pues el volumen del yeso es aún mayor que en calizas (Palmer y Palmer, 2000).
Los depósitos de yeso generados en la interfaz de mezcla de aguas reducidas con H2S y aguas
meteóricas oxigenadas son usualmente blancos y tienen una estructura microcristalina (Forti
et al., 2002). En general se trata de acumulación de depósitos de color blanco con laminacio-
nes planares a escala milimétrica, formados por finos cristales de yeso y de varios metros de
espesor.
Buck et al. (1994) describieron el origen y petrología de cinco tipos de yeso en las cuevas
Guadalupe: (1) cortezas de yeso subaéreo que ha reemplazado el lecho de roca por la reacción
de ácido sulfúrico; (2) cortezas de yeso subacuático del mismo origen; (3) sedimentos de yeso
subacuático; (4) brechas de bloques de yeso caídos; y (5) yesos evaporíticos. Posiblemente los
cinco tipos pueden localizarse en la sima de Peñas Blancas (Figs. 6 y 7).
Galdenzi y Maruoka (2003) interpretan los depósitos de yeso de varios metros de espesor
como consecuencia del desprendimiento y el flujo fangoso de yesos (glaciares de yesos) micro-
cristalinos generados en paredes y techos de la cavidad como cortezas de reemplazamiento,
en zonas expuesta a intensos vapores de H2S.
Las agujas de aragonito, muy abundantes también en la cavidad, se atribuyen a zonas con
rezumes en las que hay una fuerte evaporación. Se producen en zonas enriquecidas en mag-
El karst y el hombre: las cuevas como Patrimonio Mundial. Asociación de Cuevas Turísticas Españolas. Nerja (Málaga)
279
nesio (dolomías) y en estroncio; la alta temperatura también lo favorece pero no es esencial
(Davis, 2012).
En una fase más tardía, las aguas estancadas sobresaturadas en yeso habrían generado los
depósitos de yesos seleníticos. En la fase final, ya plenamente cuaternaria, tras el definitivo
descenso del nivel freático, el agua de infiltración reciente provocó la disolución parcial de los
yesos y el crecimiento de espeleotemas vadosos en techos, paredes y suelos.
Conclusiones
Los aspectos morfológicos de las paredes y techos de la Sima de Peñas Blancas muestran unas
características típicas de cavidades de génesis hipogénica. La presencia de abundantes depó-
sitos de yeso con espesores de orden métrico y diferentes tipologías pone de manifiesto una
génesis relacionada con la disolución del carbonato por ácido sulfúrico. A raíz del estudio del
entorno geológico en el que se localiza la cavidad se deducen dos posibles mecanismos que
podrían haber dado lugar a la generación del ácido sulfúrico, sin que ninguno de ellos excluya
al otro: i) oxidación de gas sulfhídrico originado por disolución y reducción de yesos permo-
triásicos que se localizan en la base de los carbonatos, ii) oxidación de sulfuros metálicos, ya
que los carbonatos aparecen surcados por numerosas fracturas rellenas de oxihidróxidos de
hierro que han sido explotadas en minería tradicional.
El estudio en lámina delgada de estas mineralizaciones apoya la existencia de este último me-
canismo, si bien, el primero no puede descartarse con la información existente hasta ahora.
Referencias
Aellen De La Chapelle, M. 1990. Le Couloir de Pulpí. Les Basins Néogènes du Domaine Bétique
Orientale (Espagne). Doc. et Trav. IGAL 12-13, 195-206.
Audra, P., Gázquez, F., Rull, F., Bigot, J.Y. y Camus, H. 2013. Hypogene sulfuric acid speleogen-
esis and rare sulfate minerals (fibroferrite, jarosite subgroup) Baume Galiniere cave (Alpes-
de-Haute-Provence, France). 16th International Congress of Speleology. Procedings Vol 3:
425-431.
Booth-Rea G. y Bardají T. 2013. Memoria y mapa geológico de España. Hoja 997 (Águilas).
IGME. Edición digital.
Booth-Rea G. y Silva Barroso, P.G. 2013. Memoria y mapa geológico de España. Hoja 975
(Puerto Lumbreras). IGME. Edición digital.
Buck, M.J., Ford, D.C. y Schwarcz, H.P. 1994. Classification of gypsum deposits derived from
oxidation of H2S. In: Sasowsky, I.D., Palmer, M.V. (Eds.), Breakthroughs in Karst Microbiol-
ogy and Redox Geochemistry, Karst Water. Institute Special Publication n. 1, 5–9.
Davis, G.D. 2012. Helictites and related speleothems. In: White and Culver (Eds.), Encyclopedia
of caves. Second Edition, 379-383.
De Waele, J., Forti P. y Naseddu A. 2013. Speleogenesis of an exhumed hydrothermal sulphuric
acid karst in Cambrian carbonates (Mount San Giovanni, Sardinia). Earth Surface Processes.
Landforms 38, 1369.1379.
A. González Ramón, et al. 2016. Espeleogénesis por ácido sulfúrico en el SE de España. Caracterización preliminar de la sima de Peñas Blancas...
280
Descostes, M., Beaucaire, C., Mercier, F., Savoye, S., Sow, J. y Zuddas, P.P., 2002. Effect of
carbonate ions on pyrite (FeS2) dissolution. Buletin de la Société Géologique de France 3,
265–270.
Egemeier, S.J. 1973. Cavern development by thermal waters with a possible bearing on ore
deposition. Unpublished PhD dissertation, Stanford University, 88 pp.
Egemeier, S.J., 1981. Cavern development by thermal waters. NSS Bull. 43, 31–51.
Forti, P., Galdenzi, S. y Sarbu, S.M. 2002. The hypogenic caves: a powerful tool for the study of
seeps and their environmental effects. Continental Shelf Research, 22, 2373-2386.
Galdenzi S. y Maruoka T. 2003. Gypsum deposits in the Frasassi Caves, central Italy. Journal of
Cave and Karst Studies 65(2), 111–125.
García-Guinea, J., Morales, S., Delgado, A., Recio, C. y Calaforra, J.M. 2002. Formation of
gigantic gypsum crystals. Journal of the Geological Society, 159, 347-350.Hill, C.A., 1987.
Geology of Carlsbad cavern and other caves in the Guadalupe Mountains, New Mexico
and Texas. New Mex. Bureau of Mineral Resources. Mem. 117, 1–150.
Gazquez, F. y Calaforra, J.M., 2015. Yeso y cavidades: Espeleogénesis y espeleotemas. 1a Con-
venció Internacional d`Espeleología. 83-94. Barcelona
Jagnow D.H., Hill C.A., Davis D.G., DuChene H. R. Cunningham K. I., Northup D. E. y Queen J
M. 2000. History of sulfuric acid theory of speleogenesis in the Guadalupe Mountains, New
Mexico. Journal of Cave and Karst Studies 62(2): 54-59.
Klimchouk, A.B. 2007. Hypogene Speleogenesis: Hydrogeological and Morphogenetic Per-
spective. Special Paper nº 1, National Cave and Karst Research Institute, Carlsbad, NM, 106
pp. Second edition 2011.
Klimchouk, A. 2009. Morphogenesis of hypogenic caves. Geomorphology, 106 (1), 100-117.
Martín, J.M. y Torres Ruiz, J. 1982. Algunas consideraciones sobre la convergencia de medios
de depósito de las mineralizaciones de hierro y plomo-zin-fluorita de origen sedimentario
encajadas en rocas triásicas de los Complejos Nevado-Filábride y Alpujárride del sector cen-
tral de la Cordillera Bética. Boletín Geológico y Minero, 93, (IV), 315-329.
Martínez-Moreno F.J., Pedrera A., Galindo-Zaldívar J., López-Chicano M., Azor A., Martín-
Rosales W., Ruano P., Calaforra J.M. y Hódar-Pérez A. 2015. The Gruta de las Maravillas
(Aracena, South-West Iberia): Setting and origin of a cave in marbles from dissolution of
pyrite. Geomorphology, 253 (2016), 239–250.
Nicholson, R.V., Gillham, R.W. y Reardon, E.J. 1988. Pyrite oxidation in carbonate-buffered
solution: 1. Experimental kinetics. Geochimica et Cosmochimica Acta 52, 1077–1085.
Palmer A., Palmer, M. 2000. Hydrochemical interpretation of cave patterns in the Guadalupe
Mountains, New Mexico. Journal of Cave and Karst Studies 62(2), 91-108.
Sancho, C., Osácar, M.C., Peña, J.L., Mandado, J., Mikkan, R. y Quinif, Y. 2001. Los espeleote-
mas yesíferos de la Caverna de Las Brujas (Cordillera de los Andes, Provincia de Mendoza):
origen y significado paleoambiental. Boletín Geológico y Minero, 113 (4), 339-349.
Sancho, C., Peña, J.L., Mikkan, R., Osácar, C. y Quinif, Y. 2004. Morphological and speleo-
themic development in Brujas Cave (Southern Andean Range, Argentine): palaeoenviron-
mental significance. Geomorphology, 57 (2004) 367–384.
Sanz de Galdeano C. y Garcia-Tortosa F.J. 2002. Appartenance Alpujarride du prétendu ‘Com-
plexe Almagride’ (Zones Internes Bétiques, prov. d’Almeria, Espagne). Comptes rendus -
Géoscience. París. 334 (5), 355-362.
El karst y el hombre: las cuevas como Patrimonio Mundial. Asociación de Cuevas Turísticas Españolas. Nerja (Málaga)
281
Torres-Ruiz, J. 1980. Los yacimientos de hierro de la comarca del Marquesado del Zenete:
Alquife y las Piletas (Granada, Cordilleras Béticas). Tesis doctoral. Univ. Granada.
Torres-Ruiz, J. 1983. Genesis and evolution of the Marquesado and adjacent iron ore deposits,
Granada, Spain. Economic Geology, 78(8), 1657-1673.
Yonge, C.J. y Krouse, H.R. 1987. The origin of sulphates in Castleguard Cave, Columbia Ice-
fields, Canada. Chemical Geology, 65 (3-4), 427-433.
... La textura de estos yesos y el ambiente en el que aparecen es el característico de espeleogénesis por ácido sulfúrico (EAS) (Egemeier, 1981;Hill, 1987;Galdenzi y Mauoka, 2003;Temovski et al., 2013, entre otros). En España se han descrito yesos de origen similar en las simas de Peñas Blancas, del Puerto y del Pulpo, en la provincia de Murcia (González Ramón et al., 2016;Gazquez et al., 2017. El objetivo de este trabajo es hacer un estudio preliminar de estas singularidades kársticas, en relación con la geología e hidrogeología del entorno, y proponer un mecanismo espeleogenético que explique su existencia. ...
Conference Paper
Full-text available
La Sierra de Mollina se localiza al N de la provincia de Málaga, en la cuenca vertiente a la laguna de Fuente de Piedra. En su ladera sudoriental se conocen varias cavidades asociadas a dolinas de colapso. A partir de datos geológicos y geofísicos, se ha caracterizado la estructura de la sierra, se han analizado los aspectos hidrogeológicos que condicionan la formación de las cavidades y se han estudiado los rasgos exo y endokársticos más sobresalientes. Las dos cavidades más importantes (Cueva de los Órganos y la Sima del Soldado) se desarrollan preferentemente a favor de la estratificación, que en este sector presenta buzamientos superiores a 40°SE. Sus desniveles superan los 100 m y presentan amplias salas con gran desarrollo de espeleotemas vadosos y caos de bloques, consecuencia del colapso gravitacional de algunas zonas. Juegos de diaclasas N-S y NE-SO facilitan la circulación de agua. El principal aspecto que caracteriza estas cavidades es la presencia de abundantes cortezas de yeso recubriendo los carbonatos que constituyen la roca de caja en las zonas profundas. Este rasgo apunta a un proceso de espeleogénesis por ácido sulfúrico, debido a la emisión de gas sulfhídrico (H2S) procedente de la reducción del sulfato disuelto en el agua subterránea. Estos procesos debieron producirse con el nivel freático ~100 m más elevado que el actual y como consecuencia de la mezcla de aguas de infiltración local y aguas procedentes de materiales triásicos y posiblemente miocenos. El estudio previo de espeleotemas pone de manifiesto también la existencia de termalismo durante el Pleistoceno medio, por lo que en esa edad el proceso espeleogenético podría haber estado activo.
Article
Full-text available
We investigated speleogenetical processes and the formation of unusual endo- and exokarstic features within carbonates rocks in the Sierra de Mollina mountain range (southern Spain), a sector affected by salt tectonics. Allochthonous Triassic evaporites partially overlie younger subsalt Jurassic limestones and dolostones. The carbonate beds show signs of karstification, including large collapse structures and a dense field of collapse sinkholes. We focus our study on the two deepest cavities (~100 m deep), namely Sima del Soldado and Órganos Cave, where significant secondary gypsum (CaSO4·2H2O) and traces of mineralogical associations (alunite, jarosite, barite and others) have been reported. We analyzed the sulfur (δ34S) and oxygen (δ18O) of the gypsum sulfate and the δ18O and δD of its structural water. Our results suggest that reduction of sulfates from the Upper Triassic evaporites generated hydrogen sulfide (H2S). Subsequently, sulfuric acid (H2SO4) was generated in oxic conditions, which triggered sulfuric acid speleogenesis (SAS). Our reconstruction of the isotopic composition of the paleo-aquifer using stable isotopes of gypsum hydration water (δ18O and δD) indicates that gypsum crystallized in a climatic setting colder than present. Gypsum precipitation included acid replacement of the carbonates and hydration of anhydrite (CaSO4) generated in previous stages. The overlying Triassic evaporites provided the hydraulic gradient needed to drive sulfate-rich water towards the deeper, O2-depleted carbonate aquifer. Sulfate reduction in anoxic conditions generated H2S that later mixed with O2-enriched waters in the upper carbonate aquifer, creating the sulfuric acid necessary for SAS. The stable isotopes of gypsum from Órganos Cave reveal that the vadose zone was not connected to the surface, probably being confined beneath Triassic evaporitic rocks, while the Sima del Soldado underwent a partial connection with atmospheric O2.
Article
Full-text available
Resumen La región de Murcia presenta una geografía singular caracterizada por las cadenas montañosas interiores y litorales que la recorren de oeste a este. Las calizas son abundantes y aunque el paisaje kárstico no es muy notorio, si lo es el número de acuíferos que se distribuyen por toda la región con un importante termalismo regional. Estas masas de aguas han configurado un paisaje subterráneo que poco a poco se va conociendo mejor. En las redes kársticas se han descubierto sistemas de cavidades que han evolucionado desde abajo hacia arriba, constituyendo un ejemplo amplio y diverso de espeleogénesis hipogénica. Las cuevas hipogénicas en la región de Murcia son cada vez más conocidas, recientes trabajos ponen de manifiesto la existencia de un importante conjunto de este tipo de cavidades. La singularidad que confiere a la región de Murcia es que en ella se encuentran los distintos mecanismos espeleogéneticos, activos, inactivos recientes o fósiles y se pueden observar en un pequeño territorio concentrado, que rara vez se da en otras regiones. La amplia variedad de indicadores hipogénicos y espeleotemas, cuya génesis no está directamente relacionada con la infiltración de agua meteórica, revela que el campo hidrotermal de la región de Murcia alberga uno de los conjuntos de redes subterráneas hipogénicas activas más densas del mundo. Abstract The Region of Murcia have a singular geographie that is characterized by interior and coastal mountain ranges that run from west to east. The limestones are abundant and although the karstic landscape is not very remarkable, if it is the number of the aquifers that are distributed around all the region with an importan regional thermalism. These groundwater masses have configured an subterranean landscape that, little by little, is getting to know. In the karst network, system of cavities were created with an evolution from the bottom up, constituting an extensive and diverse example of hypogenic speleogenesis, recent works reveal the existence of an important set of this type of cavities. The singularity of Region of Murcia is that is posible to observe differents speleogenetic mechanism, with activity, recently inactivity o fossils and we can observed they concentrated in a little territory, what is difficult to see en other regions. The wide variety of hypogenetic indicators and speleothems, with a genetic processes not directly related with meteoric water infiltration, reveals that the hydrothermal field in Region of Murcia host one of the densest actives hypogenic subterranean network of the world. Palabras clave: cuevas hipogénicas, espeleogénesis hidrotermal, espeleotemas hidrotermales.
Article
Full-text available
RESUMEN: Entre 2011 y 2014 la AEV ha trabajado en tres zonas diferentes, situadas en el límite entre las provincias de Almería y Murcia, en las que hay cavidades con marcados rasgos hipogénicos. La Cueva de Luchena se encuentra en la Sierra de Pericay en carbonatos del Subbético Interno y su génesis se relaciona con el ascenso de aguas termales mineralizadas infiltradas en un extenso acuífero de más de 100 km 2. Las Cuevas del Cabezo de la Jara se localizan en un pequeño afloramiento de calizas y dolomías alpujarrides y se interpretan como el resultado de cavernamiento hipogénico precuaternario, en un acuífero más extenso que el actual parcialmente desmantelado por procesos erosivos. La sima de Peñas Blancas se desarrolla más al sur, en mármoles dolomíticos del Nevado-Filábride de la Sierra de Enmedio. Se caracteriza por presentar depósitos de yeso microcristalino y selenítico, de hasta 5 m de espesor, que delatan procesos de espeleogénesis por ácido sulfúrico. ABSTRACT: Between 2011 and 2014 the AEV has been working in three zones with caves with hypogenic marked features located in the boundary of Almería and Murcia provinces. The Luchena Cave is located in Subbetic Internal carbonates of the Sierra de Pericay and its genesis is related to mineralized thermal groundwater rising that has been infiltrated in an extensive aquifer with more than 100 km 2. The Cabezo de la Jara caves are located in a little aquifer formed by alpujarrides limestone and dolomites and they are interpreted as the result of pre-Quaternary hypogenic cavern processes, in an aquifer more extensive than the actual that was later dismantled by erosive processes. Peñas Blancas cave is developed southern of the others ones in Nevado-Filabide dolomitic marbles of the Sierra de Enmedio. It is characterized by gypsum microcristaline and selenitic deposits, up to 5 m thick, as a results of sulfuric acid speleogenesis. Palabras clave: Depósitos de yeso, espeleogénesis por ácido sulfúrico, flujos ascendentes, mezclas de aguas, termalismo.
Article
Full-text available
Most caves in the Guadalupe Mountains have ramifying patterns consisting of large rooms with narrow rifts extending downward, and with successive outlet passages arranged in crude levels. They were formed by sulfuric acid from the oxidation of hydrogen sulfide, a process that is now dormant. Episodic escape of H2S-rich water from the adjacent Delaware Basin, and perhaps also from strata beneath the Guadalupes, followed different routes at different times. For this reason, major rooms and passages correlate poorly between caves, and within large individual caves. The largest cave volumes formed where H2S emerged at the contemporary water table, where oxidation was most rapid. Steeply ascending passages formed where oxygenated meteoric water converged with deep-seated H2S-rich water at depths as much as 200 m below the water table. Spongework and network mazes were formed by highly aggressive water in mixing zones, and they commonly rim, underlie, or connect rooms. Transport of H2S in aqueous solution was the main mode of H2S influx. Neither upwelling of gas bubbles nor molecular diffusion appears to have played a major role in cave development, although some H2S could have been carried by less-soluble methane bubbles. Most cave origin was phreatic, although subaerial dissolution and gypsum-replacement of carbonate rock in acidic water films and drips account for considerable cave enlargement above the water table. Estimates of enlargement rates are complicated by gypsum replacement of carbonate rock because the gypsum continues to be dissolved by fresh vadose water long after the major carbonate dissolution has ceased. Volume-for-volume replacement of calcite by gypsum can take place at the moderate pH values typical of phreatic water in carbonates, preserving the original bedrock textures. At pHs less than about 6.4, this replacement usually takes place on a molar basis, with an approximately two-fold volume increase, forming blistered crusts.
Article
Full-text available
The Frasassi Caves are hypogenic caves in central Italy, where H2S-rich groundwater flows in the lowest cave level. Near the water table, the H2S is converted to sulfuric and by biotic and abiotic processes, which have enhanced cave development. The sulfate generally deposits above the water table as a replacement gypsum crust coating limestone walls or as large gypsum crystals. Although the oxidation of sulfide also occurs below the water table, sulfate saturation is not achieved, therefore, sulfate does not precipitate below the water table. In the upper dry levels of the cave, three main types of ancient gypsum deposits occurs: (1) replacement crusts, similar to the presently forming deposits of the active zone, (2) microcrystalline large and thick floor deposits, and (3) euhedral crystals inside mud. The study of the depositional setting and the analysis of sulfur isotopes in the gypsum and groundwater clearly demonstrate that all the sampled gypsum in the cave formed by H2S oxidation above the water table. Some fraction of small sulfur isotopic differences between H2S in the water and gypsum can be explained by isotopic fractionation during abiotic and/or biotic oxidation of H2S.
Article
Full-text available
The history of events related to the sulfuric acid theory of cave development in the Guadalupe Mountains, New Mexico, USA, is traced from its earliest beginnings to the present. In the 1970s and early 1980s, when this hypothesis was first introduced, the reaction was one of skepticism. But as evidence mounted, it became more accepted by both the speleological and geological communities. Nearly 30 years after it was introduced, this theory is now almost universally accepted. In the last decade, the sulfuric acid theory of Guadalupe caves has been applied to other caves around the world. It has also impacted such diverse fields as microbiology, petroleum geology, and economic ore geology. This theory now stands as one of the key concepts in the field of speleology.
Conference Paper
Full-text available
The oxidation of sulfide sources (H2S gas, pyrite, hydrocarbons) produces sulfuric acid that strongly reacts with bedrock, causing limestone dissolution and complex interactions with other minerals. This type of cave development, known as sulfuric acid speleogenesis, is a subcategory of hypogenic speleogenesis, where aggressive water rises from depth. It also produces uncommon minerals, mainly sulfates. Baume Galinière is located in Southern France, in the Vaucluse spring watershed. This small maze cave displays characteristic features such as corrosion notches, calcite dikes and iron crusts, and sulfate minerals. Thirteen minerals were identified, including elemental sulfur, calcite, quartz, pyrite, goethite, gypsum, fibroferrite, plus all of the six members of the jarosite subgroup (jarosite, argentojarosite, ammoniojarosite, hydroniumjarosite, natrojarosite, plumbojarosite). The Baume Galinière deposits are the first documented cave occurrence of argentojarosite and the second known occurrence of plumbojarosite, hydronium jarosite, ammoniojarosite, and fibroferrite. Together with other hypogenic caves in the Vaucluse watershed, Baume Galinière Cave owes its origin in buried conditions to deep water rising along major faults, mixing with meteoric water at the contact of the karst aquifer and overlying impervious cover, and causing pyrite deposition. Sulfuric acid speleogenesis occurred later after base level drop, when the cave arrived in shallow phreatic then in vadose zone, with oxidation of pyrites involving sulfidic gases. Attenuated oxidation is still occurring through condensation of incoming air from outside. Baume Galinière Cave records the position of the paleo-cover and documents its retreat in relationship to valley incision caused by uplift and tilting of the Vaucluse block during Neogene.
Book
Full-text available
This book provides an overview of the principal environments, main processes and manifestations of hypogenic speleogenesis, and refines the relevant conceptual framework. It consolidates the notion of hypogenic karst as one of the two major types of karst systems (the other being epigenetic karst). Karst is viewed in the context of regional groundwater flow systems, which provide the systematic transport and distribution mechanisms needed to produce and maintain the disequilibrium conditions necessary for speleogenesis. Hypogenic and epigenic karst systems are regularly associated with different types, patterns and segments of flow systems, characterized by distinct hydrokinetic, chemical and thermal conditions. Epigenic karst systems are predominantly local systems, and/or parts of recharge segments of intermediate and regional systems. Hypogenic karst is associated with discharge regimes of regional or intermediate flow systems. Various styles of hypogenic caves that were previously considered unrelated, specific either to certain lithologies or chemical mechanisms are shown to share common hydrogeologic genetic backgrounds. In contrast to the currently predominant view of hypogenic speleogenesis as a specific geochemical phenomenon, the broad hydrogeological approach is adopted in this book. Hypogenic speleogenesis is defined with reference to the source of fluid recharge to the cave-forming zone, and type of flow system. It is shown that confined settings are the principal hydrogeologic environment for hypogenic speleogenesis. However, there is a general evolutionary trend for hypogenic karst systems to lose their confinement due to uplift and denudation and due to their own expansion. Confined hypogenic caves may experience substantial modification or be partially or largely overprinted under subsequent unconfined (vadose) stages, either by epigenic processes or continuing unconfined hypogenic processes, especially when H2S dissolution mechanisms are involved. Hypogenic confined systems evolve to facilitate cross-formational hydraulic communication between common aquifers, or between laterally transmissive beds in heterogeneous soluble formations, across cave-forming zones. The latter originally represented low-permeability, separating units supporting vertical rather than lateral flow. Layered heterogeneity in permeability and breaches in connectivity between different fracture porosity structures across soluble formations are important controls over the spatial organization of evolving ascending hypogenic cave systems. Transverse hydraulic communication across lithological and porosity system boundaries, which commonly coincide with major contrasts in water chemistry, gas composition and temperature, is potent enough to drive various disequilibrium and reaction dissolution mechanisms. Hypogenic speleogenesis may operate in both carbonates and evaporites, but also in some clastic rocks with soluble cement. Its main characteristic is the lack of genetic relationship with groundwater recharge from the overlying or immediately adjacent surface. It may not be manifest at the surface at all, receiving some expression only during later stages of uplift and denudation. In many instances, hypogenic speleogenesis is largely climate independent. There is a specific hydrogeologic mechanism inherent in hypogenic transverse speleogenesis (restricted input/output) that suppresses the positive flow-dissolution feedback and speleogenetic competition in an initial flowpath network. This accounts for the development of more pervasive channeling and maze patterns in confined settings where appropriate structural prerequisites exist. As forced-flow regimes in confined settings are commonly sluggish, buoyancy dissolution driven by either solute or thermal density differences is important in hypogenic speleogenesis. In identifying hypogenic caves, the primary criteria are morphological (patterns and meso-morphology) and hydrogeological (hydrostratigraphic position and recharge/flow pattern viewed from the perspective of the evolution of a regional groundwater flow system). Elementary patterns typical for hypogenic caves are network mazes, spongework mazes, irregular chambers and isolated passages or crude passage clusters. They often combine to form composite patterns and complex 3- D structures. Hypogenic caves are identified in various geological and tectonic settings, and in various lithologies. Despite these variations, resultant caves demonstrate a remarkable similarity in cave patterns and meso-morphology, which strongly suggests that the hydrogeologic settings were broadly identical in their formation. Presence of the characteristic morphologic suites of rising flow with buoyancy components is one of the most decisive criteria for identifying hypogenic speleogenesis, which is much more widespread than was previously presumed. Hypogenic caves include many of the largest, by integrated length and by volume, documented caves in the world. The refined conceptual framework of hypogenic speleogenesis has broad implications in applied fields and promises to create a greater demand for karst and cave expertise by practicing hydrogeology, geological engineering, economic geology, and mineral resource industries. Any generalization of the hydrogeology of karst aquifers, as well as approaches to practical issues and resource prospecting in karst regions, should take into account the different nature and characteristics of hypogenic and epigenic karst systems. Hydraulic properties of karst aquifers, evolved in response to hypogenic speleogenesis, are characteristically different from epigenic karst aquifers. In hypogenic systems, cave porosity is roughly an order of magnitude greater, and areal coverage of caves is five times greater than in epigenic karst systems. Hypogenic speleogenesis commonly results in more isotropic conduit permeability pervasively distributed within highly karstified areas measuring up to several square kilometers. Although being vertically and laterally integrated throughout conduit clusters, hypogenic systems, however, do not transmit flow laterally for considerable distances. Hypogenic speleogenesis can affect regional subsurface fluid flow by greatly enhancing initially available crossformational permeability structures, providing higher local vertical hydraulic connections between lateral stratiform pathways for groundwater flow, and creating discharge segments of flow systems, the areas of lowfluid potential recognizable at the regional scale. Discharge of artesian karst springs, which are modern outlets of hypogenic karst systems, is often very large and steady, being moderated by the high karstic storage developed in the karstified zones and by the hydraulic capacity of an entire artesian system. Hypogenic speleogenesis plays an important role in conditioning related processes such as hydrothermal mineralization, diagenesis, and hydrocarbon transport and entrapment. An appreciation of the wide occurrence of hypogenic karst systems, marked specifics in their origin, development and characteristics, and their scientific and practical importance, calls for revisiting and expanding the current predominantly epigenic paradigm of karst and cave science.
Article
The main Fe and Pb-Zn-fluorite mineralizations, of sedimentary or early diagenetic origin, that occur in the roofs of the Nevado-Filabride and Alpujarride complexes (internal zones) in the central part of the Betic Cordillera, are delimited and compared. The stratigraphy of both complexes comprises a pre-Alpine basement of Palaeozoic age, and a Mesozoic cover for which two formations are distinguished. Two basic types of Fe mineralizations are differentiated: 1) a specularite-magnetite mineralization, and 2) a hematite-goethite mineralization; the latter, which is the result of the supergene transformation of siderite marbles, is the more important. The iron is thought to come from the leaching of the marginal continental areas situated, at the time, in the equatorial zone. The F-Pb-Zn are thought to have been released into the 'basin' by volcanic or hydrothermal activity, during uppermost Ladinian-lowermost Carnian times. Later on, they were, in turn, concentrated and deposited in sedimentary sub-environments of lagoonal type.-C.N.
Article
The Gruta de las Maravillas cave is located at the WNW side of the Cerro del Castillo hill in Aracena (Huelva, SW Spain). The cavity is hosted within marbles included in a strip of high-grade metamorphic rocks belonging to the so-called Aracena Massif in the southernmost Ossa-Morena Zone. The hill is made up of granodiorites, marbles, quartzites, and gneisses, with the foliation trending N110ºE and dipping roughly 60–80º toward NE. The marbles appear highly deformed in ductile conditions, with isoclinal folds of different sizes, boudins, porphyroblasts with sigmoidal morphology, and leftlateral S-C shear fabrics. Close to the granodiorite contact, the marbles include a thin band of disseminated and massive pyrite, partially transformed to Fe-oxides. Analysis of the brittle deformation and the associated paleostresses indicates an NE–SW oriented maximum compression, probably related to the latest Variscan collisional tectonics (300 Ma; Late Carboniferous). The Gruta de las Maravillas is divided into three main levels (located at ~650, ~665 and ~685 m a.s.l.), the dissolution having progressed from top to bottom in different stages of stability of the water table. The initial dissolution phases were probably favoured by the presence of pyrite in the host rock, which, in turn, would have caused acidification of the circulating water. Favouring this hypothesis, a thin layer of Fe-oxides, locally including gypsum, covers some parts of the cave walls.. The morphology and structure of the cavity result from interaction between the general NNE dipping foliation with sub-perpendicular joints, the pyrite-bearing band in the host marbles, and the descending water table.
Article
Several caves in Wyoming are forming by a process involving the replacement of limestone by gypsum and then solution of the gypsum. Artesian springs discharge thermal waters containing dissolved hydrogen sulfide into the caves. Atmospheric oxygen in the cave air dissolves into the spring waters and reacts with some of the hydrogen sulfide, producing sulfuric acid. The sulfuric acid reacts with limestone in the stream beds and dissolves it. Much of the hydrogen sulfide in the spring waters escapes into the cave air. Some of its redissolves in water on the damp cave walls and ceiling where it is oxidized by dissolved oxygen in the water. Sulfur and sulfuric acid are produced. The acid attacks limestone and converts it to gypsum. Gradually a coating of gypsum up to half a meter thick forms on the cave walls and ceiling. Eventually the coating becomes so thick that it cannot support its own weight. As a result, some of the gypsum falls to the cave floor, where it is dissolved and removed by the cave stream. Passages are air-filled during cavern development. Caves that have formed by this process of 'replacement-solution' are found in many states in the western United States.-from Author
Article
The differentiation of units in the Sierra de Almagro has been a source of controversy. There were defined the Almagride and Ballabona-Cucharón complexes, the former considered by several authors as part of a Subbetic metamorphosed and outcropping in a tectonic window. In this study, the units of Ballabona, Almagro and Cucharón are integrated into a single one, that of Tres Pacos, because they correspond to different parts of the same stratigraphic series. This unit is tectonically over the Nevado-Filabride Complex. The existence of the Almagride and Ballabona-Cucharón complexes is discarded and their units form part of the Alpujarride Complex. To cite this article: C. Sanz de Galdeano, F.J. Garcı´a Tortosa, C. R. Geoscience 334 (2002) 355-362.