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¿Cómo se formaron cuevas y cenotes? Espeleogénesis

Fotografía de Jill Heinerth

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Uno de los rasgos distintivos del norte de nuestra Península de Yucatán es su topografía casi plana, sin valles ni montañas y con altitudes que apenas rebasan los 30 metros. El tipo suelo se compone principalmente de roca caliza, o saskab (tierra blanca), la cual contiene carbonatos de calcio y magnesio que son ligeramente solubles en agua.

Hace millones de años la Península era muy diferente a como la conocemos actualmente, desde entonces ha sufrido modificaciones radicales a causa de cambios climáticos en el planeta. Un ejemplo de estos cambios, fue durante el periodo de la última glaciación o Era de Hielo –hace unos 20,000 años– cuando el nivel del mar se encontraba 120 metros por debajo de su nivel actual y muchos de los cenotes en los que hoy podemos bucear, se encontraban secos. Desde entonces, el nivel del mar ha aumentado más o menos gradualmente hasta donde lo conocemos hoy y muchas cuevas fueron inundadas.

La porción que hoy habitamos por encima del nivel del mar de la Península de Yucatán, es solamente una parte de la plataforma de carbonatos que fue creciendo desde el fondo marino por acumulación de millones de esqueletos de diferentes organismos marinos que utilizan el carbonato de calcio para formar sus huesos, conchas, espículas y otras partes del cuerpo. Al morir, se depositaron sobre la superficie del fondo para compactarse y endurecerse junto con arcillas finas al paso de millones de años. Es importante reconocer que el crecimiento de la plataforma se hace a través de la deposición de carbonato biogénico, es decir, proveniente de organismos vivos y que, además, es un proceso que necesariamente sucede debajo del agua, en la porción que se encuentra sumergida.

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Figura 1. La Península de Yucatán es la porción que observamos sobre el nivel del mar de la Plataforma de Yucatán, que tiene una extensión mucho mayor. En la Riviera Maya sobre la costa oriental de Quintana Roo, el cambio de profundidad es muy abrupto comparado con el norte de Yucatán y la Sonda de Campeche hacia el Golfo de México, donde la plataforma se extiende por varios kilómetros. Batimetría, Dirección General de Oceanografía, Secretaría de Marina (YUCATÁN ’85). Modelo SRTM de elevación (NASA, 2000).

El nivel del mar ha cambiado de posición varias veces durante diferentes periodos glaciales, por lo tanto, la Península en crecimiento en realidad no “emergió del mar” sino que ha sido expuesta y sumergida por el océano en varias ocasiones. Sin embargo, se reconoce que cada vez que comienza un ciclo glaciar, la Península efectivamente “emerge“, ya que el agua de los océanos se acumula en forma de hielo en los polos del planeta y el nivel del mar desciende, dejando expuesta una mayor superficie y la línea de costa aumenta.

Cambios en el nivel del mar en los úlitmos 800,00 años. El presente se encuentra a la derecha. LFI (Last Full Interglacial-Último interglaciar); LGM (Last Glacial Maximum-Último Máximo Glaciar).

Figura 2. Cambios en el nivel del mar durante los últimos 800,000 años. El presente se encuentra a la derecha. LFI (Last Full Interglacial-Último interglaciar); LGM (Last Glacial Maximum-Último Máximo Glaciar). Datos de Siddall et al (2003). 

Actualmente, el término cenote se emplea para designar cualquier espacio subterráneo con agua y que contenga una ventana hacia el exterior. El pueblo maya, que no solamente tenía el conocimiento de estas manifestaciones del terreno sino que los empleaba diariamente como fuente de agua y vida, los llamó ts’ono’ot o d’zonot, que significa “depósito de agua”. El abastecimiento de agua en la Península de Yucatán fue y sigue siendo un grave problema para sus pobladores, pues aunque a lo largo de cuatro meses caen lluvias más o menos abundantes, el periodo de sequía suele ser severo y puede prolongarse hasta seis meses en algunos años. Por otra parte, la constitución geológica calcárea causa de que el agua difícilmente se conserve en la superficie. Por esta razón, los cenotes fueron y seguirán siendo fuente primordial de agua y de vida.

En el presente, aunque subsisten ciertas prácticas de su antigua veneración, es claro que su significado dista mucho de lo que era para los antiguos mayas. Hoy día, su valor está asociado principalmente al turismo. Es conocido que el Estado de Quintana Roo posee varios de los sistemas de cuevas inundadas más grandes del mundo. Exploraciones recientes realizadas por equipos de buzos, han puesto al descubierto cientos de kilómetros de conductos subterráneos. Sin embargo, también cuenta con un gran número de cuevas secas de considerable longitud. No podemos ignorar su existencia si deseamos convivir con ellas.

Figura 3. Entrada de luz. QRoo/ Archivo personal. EMR (2011).

Adentrarse en una cueva es una experiencia inolvidable. Las cuevas nos hablan de geología, bioquímica, paleontología y arqueología. Las cuevas nos enseñan historia, nos motivan a conocerlas y a pensar en su futuro.

¿Cómo se formaron los cenotes?

Espeleogénesis es la palabra que se usa en espeleología y geología para describir el mecanismo de formación de todo tipo de cuevas, cavernas, grutas y cenotes. Una de las hipótesis más aceptadas acerca del origen de cuevas y cenotes, propone una secuencia de pasos en un proceso llamado carstificación, que consiste en la combinación de al menos tres mecanismos: disolución, colapso y crecimiento de la roca caliza.

1) En el primer paso la roca se disuelve por medio del agua de lluvia –acidificada tanto por el dióxido de carbono  (CO2) del aire, como por el proveniente de la descomposición de materia orgánica en el suelo de la selva (hojas, ramas, animales muertos, bacterias)– que al mezclarse con agua salada aumenta su poder corrosivo. Donde se juntan las capas profunda salada y superficial de agua dulce es donde mayor disolución se tiene de roca caliza, formando una extensa red de conductos, cuevas y cavernas que se extiende por el subsuelo. A esta interfase de capas dulce y salada le llamamos haloclina. Las personas que buceamos las cuevas podemos fijarnos que justamente sobre la haloclina las cuevas generalmente son más anchas, una señal de que la disolución es mayor en esa zona y de que sigue ocurriendo, es un proceso continuo y en desarrollo.

Leer una descripción más detallada de estas reacciones 

El agua de lluvia acidificada disuelve más fácilmente al carbonato de calcio de la roca caliza y forma bicarbonato de calcio, una especie mucho más soluble. Otro tipo de disolución, pero de origen biológico, es el que se presenta en el interior de algunos cenotes donde algunas bacterias descomponen la materia orgánica produciendo ácido sulfhídrico (H2S), un poderoso corrosivo que, al disolverse y concentrarse sobre la superficie de la haloclina, se observa en forma de “nube” y resulta tóxico para los organismos que respiramos oxígeno. Al entrar en contacto con las capas superficiales, que pueden contener un poco de oxígeno disuelto, el ácido sulfhídrico se transforma en ácido sulfúrico (H2SO4), también un ácido fuerte y potente corrosivo de la roca caliza.

Figura 4. Mecanismos del proceso de carstificación en continente. Fuente: McColl et al (2005). Geological Survey of Canada.

2) En el segundo mecanismo, cuando el nivel del mar ha bajado durante periodos glaciares, desciende también el nivel del acuífero y deja una cueva llena de aire donde, por falta de soporte, colapsan y desploman diferentes secciones del techo, formando una dolina o cenote. Al final del periodo glaciar, se descongelan los polos, aumenta nuevamente el nivel del mar e inunda la cueva.

Figura 5. Cambios en el nivel del mar a finales de la época del Pleistoceno, que empezó hace 2.5 millones de años y con éste, los periodos glaciares modernos. Al cambiar el nivel del mar, también cambia la posición de la haloclina y sobre ella se empiezan a formar y extender los sistemas de cuevas que hoy buceamos. Modificado de González-González et al (2008) y Blanchon & Shaw (1995).

3) Finalmente, el tercer paso asociado al proceso de carstificación es el responsable de la formación de estalactitas, estalagmitas, columnas y otros espeleotemas, por acumulación del material disuelto en el primer paso. En la formación de espeleotemas también está  involucrada la degasificación, es decir, la expulsión del CO2 del agua al entrar ésta en un ambiente de cueva diferente al del exterior desde el cual se filtró a través de la roca, lo que provoca la precipitación de carbonato de calcio (ver ecuaciones químicas). En el caso de las cuevas inundadas este proceso ya no sucede más. El grado de carstificación depende de factores que operan con diferente escala espacial y temporal, lo que permite una gran variedad de formas y decoraciones en el sistema de cuevas y cavernas.

Figura 6. Gota de agua con carbonato de calcio disuelto, suspendida del canal central de una estalactita. QRoo / Archivo personal. EMR (2015).

Teniendo en mente estos mecanismos, podemos decir que la formación de cenotes se genera a través de una secuencia de eventos: una cueva inundada puede formar un cenote tipo bóveda por hundimiento parcial del techo. Este proceso avanza desde arriba, por infiltración de la lluvia y desde abajo, por circulación subterránea. A continuación, la totalidad del techo se derrumba formando un cenote cilíndrico; si se interrumpe el flujo se forma por azolve y hundimiento de la zona adyacente un cenote de agua estancada, es decir, una aguada.

La disolución mayor ocurre en la zona de contacto y mezcla entre el agua dulce y salada, la zona de transición abrupta conocida como haloclina, la cual sube o baja dependiendo del nivel del mar, y por esta razón existen cuevas horizontales más profundas que otras (por ejemplo, en el sistema Dos Pisos). Al cambiar el nivel del mar, la haloclina se desplaza y empieza a disolver la roca a diferente profundidad, empezando así otro “nivel” de cuevas.

La haloclina estratifica el cenote: funciona como una barrera física que aísla la capa de agua dulce. En los cenotes costeros, la capa marina profunda no siempre se encuentra realmente estancada, sino que puede circular impulsada por las mareas y tormentas a través de túneles conectados con el mar (un caso muy claro es Tankah y la descarga del cenote Manatí en la orilla del mar). También observamos ojos de agua que descargan agua dulce e intercambian agua salada con el mar, en la laguna arrecifal de Puerto Morelos y en las playas al sur de Tulúm.

Figura 7. Diagrama de la Península de Yucatán, donde el agua subterránea está separada en dos capas de diferente salinidad y densidad: el lente de agua dulce y la intrusión salina -agua de mar- que se filtra a través de la roca. La zona de mezcla entre las dos capas se llama haloclina. La descarga de agua subterránea crea “ojos de agua” en la zona costera de la Península. EMR (2015).

Los cenotes son complejos sistemas acuáticos generados mediante la disolución de los carbonatos y otros minerales del suelo, por lo que en geología se llaman lagos de disolución, aunque en realidad algunos cenotes son más similares a ríos que a lagos, ya que cuentan con conexiones a corrientes subterráneas que favorecen la circulación de agua. A este tipo de sistemas acuáticos, en donde coexiste agua dulce y salada, se les denomina anquihalinos.

Los colapsos intermitentes a lo largo de los diferentes sistemas de cuevas de la Península van abriendo ventanas hacia la superficie, por donde podemos entrar a los conductos y pasajes. Generalmente los cenotes en la parte oriental de Quintana Roo, se forman por el colapso de cuevas formadas durante periodos muy largos de tiempo, ya que en esta región cercana a la costa, el cambio de profundidad de la haloclina -formadora de cuevas- es mínimo y ha permanecido por mucho tiempo más o menos en la misma posición. Este tipo de cuevas son llamadas cuevas de margen del flanco (flank-margin caves) en alusión a su cercanía con la línea costera. Otro tipo de cenotes, más comunes en el centro de la Península, son los llamados pit-cenotes (aunque existen algunos en Quintana Roo, por ejemplo, el Blue Abyss o El Pit, que sobrepasan los 120 metros de profundidad) en donde su formación seguramente incluye flujos de agua provenientes de regiones más profundas de la roca, donde la cavidad va creciendo desde abajo hacia arriba.

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Figura 8. Comparación de distintos tipos cenotes con diferente mecanismo de formación. A la izquierda, pit-cenotes que predominan en el centro de la Península y sobre el anillo de cenotes. En ellos, seguramente intervienen flujos de agua desde profundidades mayores, favoreciendo la disolución de la roca desde abajo hacia arriba. Del lado derecho, morfología de los cenotes más comunes en la costa oriental de Quintana Roo, sobre la “Riviera Maya”. Estos cenotes son la entrada a sistemas de cuevas menos profundos y con galerías anchas y ramificadas. EMR (2015).

Para lograr un aprovechamiento sostenible de estos sistemas, es necesario un entendimiento integral de los cenotes, las cuevas, el movimiento del agua subterránea y su interacción con las rocas que forman el acuífero, la influencia del océano y sus mareas (es decir, el estudio del sistema hidrogeológico completo de la Península); también es necesario evaluar el impacto de las zonas urbanas y las posibles causas de contaminación de la única fuente de agua con la que contamos, que es precisamente el agua subterránea. Esta búsqueda debe darse por convergencia entre las ciencias ambientales, ciencias del agua, ciencias de la tierra, ciencias biológicas, el estudio y conservación de la red subterránea de conductos, trabajo con las comunidades, explotación eficiente de recursos y, por supuesto, la exploración y aprovechamiento sostenible mediante buceo de cuevas.

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Manera sugerida de citar este artículo:

Monroy-Ríos E (2016) ¿Cómo se formaron cuevas y cenotes? Espeleogénesis. Environmental Biogeochemistry – Blog personal. Publicado el 20 de mayo, 2016. Fecha de consulta: [dd/mm/aa].

http://sites.northwestern.edu/monroyrios/2016/05/20/espeleogenesis/


Referencias

Blanchon P & J Shaw (1995) Reef Drowning during the Last Deglaciation: Evidence for Catastrophic Sea-Level Rise and Ice-Sheet Collapse. Geology 23: 4-8.

González-González AH, C Rojas-Sandoval, A Terrazas, M Benavente, W Stinnesbeck, J Aviles, M de los Ríos & E Acevez (2008) The Arrival of Humans on the Yucatan Peninsula: Evidence from Submerged Caves in the State of Quintana Roo, Mexico. Current Research in the Pleistocene. Special Report. 25: 1-24.

NASA (2000) Shuttle Radar Topography Mission. Colored elevation SRTM model of the Yucatan Peninsula.

QRSS (2016) Quintana Roo Speleological Survey. Actualizada el 19 Abril, 2016. Consultada el 15 mayo 2016.

Siddall M, J Chappell & EK Potter (2007) 7. Eustatic sea level during past interglacials. Developments in Quaternary Sciences 7: 75-92.


16 thoughts on “¿Cómo se formaron cuevas y cenotes? Espeleogénesis”

  1. La espeleología es la ciencia que nos permite viajar al Centro de la Tierra de Julio Verne.
    Un texto científico sin arrogancia científica. Un texto que nos permte adentrarnos a las cuevas y sus ríos.
    Llamaremos a este texto lectura de umbral.

    Emiliano Monroy: Gracias.

  2. Una descripción muy didáctica. Felicidades.
    Una pregunta: el suelo en gran parte dePolonia, país con frontera en el Mar Báltico, también es de roca caliza en varias regiones, en las que aún se encuentran muchísimos ejemplares de Amonitas y cuanta con muchas cuevas y cavernas similares en su aspecto a las yucatecas.
    Cómo se formaría esta parte del continente europeo?
    Muchas gracias. Saludos.

    1. Hola Effrain, si existen fósiles de amonitas debe tratarse de una cuenca de sedimentación mucho más antigua geológicamente hablando que la Península de Yucatán. El proceso de carstificación y la construcción de cuevas es similar, aunque en regiones continentales, lejos del mar y la costa, las cuevas se van construyendo únicamente desde arriba hacia abajo. En plataformas de carbonatos, rodeadas de océano, puede haber cuevas más profundas que se formaron anteriormente a las superficiales. Por lo demás, son similares, ambas regiones sufrieron procesos de carstificación una vez que estuvieron expuestas al aire, pues empiezan los procesos de meteorización, erosión, disolución, filtración, recristalización, etc. Saludos.

  3. felicidades por la información clara y precisa llevamos muchos años conociendo investigando y queriendo a los cenotes de la peninsula deYyucatan y con este conocimiento de causa más….
    GRACIAS POR INFORMAR CON VERACIDAD……
    eso necesita el internet…..

  4. Excelente redacción y la didáctica muy sencilla de entender, para quienes no están familiarizados con los términos y los espeleotemas.

  5. Excelente Emiliano! Te felicito y sin duda un texto de gran ayuda para la
    Divulgación científica y para todos aquellos que nos dedicamos a conservar este gran recurso, el acuífero.

    Saludos!

  6. Hi Emililano !

    Great article ! What are the most common crystals I see everyday diving in these cenotes, the ones that are mostly red and amber colored, calcites ? How were they formed ?

    Thanks !

    1. Hello Stephan, great question, thanks.
      In principle, there are carbonate minerals, predominantly calcium carbonate forms, such as calcite and aragonite. The inclusion of trace quantities of different other elements, namely Mg and light metals, into the crystal lattice, provides different structural characteristics to the crystals, reflected as well in their physical properties, such as appearance, coloration, refractivity (the way a beam of light interacts with them), among others. Cobalt (Co), copper (Cu), iron (Fe), magnesium (Mg), manganese (Mn), strontium (Sr), zinc (Zn) are some of the elements commonly found in varying quantities within carbonate crystalline structures, producing a wide-range of tonalities. Those include: colorless, white, brown, gray, yellow, red, pink, purple, orange, blue, and green. Other minerals also can have their own coloration range, such as gypsum and dolomite series. Fe-, Mg-, and Mn-containing carbonate minerals from secondary deposition (eg. stalactites and stalagmites) are commonly found in the caves and cenotes along the oriental coast of the Yucatan Peninsula, displaying yellowish/pinkish/reddish tones. I think is a simple way to view at it, at least geochemically speaking. I hope it is useful. Greetings!

  7. Gracias por una explicación detallada y fácil de entender para Inst de buceo como nosotros un artículo excelente

  8. Excelente, Emiliano.
    Recuerdo que alguna vez visité las grutas de Coconá en Tabasco y recientemente los cenotes cerca de Mérida. Las dos experiencias fueron increíbles. En la sierra de Sonora existen una serie de cuevas que tal vez te resulten interesantes.
    Saludos.

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