Espeleogênese

Espeleogênese
Vitor Vieira Vasconcelos
Universidade Federal do ABC
Maio de 2023

Objetivo
Compreender a gênese de
aquíferos de condutos e
cavernas em rochas
carbonáticas

Conteúdo
• Conceitos de carste e espeleogênese
• Fatores condicionantes da espeleogênese
• Processos espeleogenéticos
• Química de dissolução e deposição em carste
• Padrões de desenvolvimento de cavernas
• Processos de formação de espeleotemas
• Espeleogênese hipogênica
• Espeleogênese costeira (zona de mistura)

Conceitos
• Carste
▪ Sistema contendo cavernas e sistemas
subterrâneos de circulação de água, desenvolvido
em rochas solúveis, como calcário, mármore e
gipsita.
• Espeleogênese
▪ Conjunto de processos que afeta a origem e o
desenvolvimento das cavernas.
Ford, Derek, and Paul D. Williams. Karst hydrogeology and geomorphology. John Wiley & Sons, 2007.
Bôgli, A. Neue Anschaungen uber die Rolle von Schifchtfugen and Kluften in der Kasrthydrographischen Entwicklung.
Geologische Rundschau, v. 58, p. 395-408, 1969.

Principais afloramentos de rochas cársticas no Mundo
Chen Z., Auler A., Bakalowicz M., Drew D., Griger F., Hartmann J., Jiang G., Moosdorf N., Richts A., Stevanovic Z., Veni G.,& Goldscheider N. 2017
The World Karst Aquifer Mapping Project – Concept, Mapping Procedure and Map of Europe. Hydrogeology Journal, 25, 771-785.
Carbonato contínuo
Carbonato descontínuo
Evaporitos contínuos
Evaporitos descontínuos
Misto de carbonatos e evaporitos
Mas só 7-10%
desses
afloramentos
apresentam
espeleogênese.
Por quê?

Condições para o desenvolvimento cárstico
• Rocha solúvel
▪ Normalmente calcário e dolomito
▪ Raramente por evaporitos
▪ Em casos extremos, arenitos e quartzitos
• Propriedades físicas da rocha
▪ Bem litificada para reduzir pososidade e permeabilidade primária
▪ Diáclases (porosidade secundária) e condutos (porosidade terciária)
para escoamento subterrâneo e progressivo alargamento
• Geomorfologia
▪ Desníveis para energia do escoamento
▪ Favorecido por soerguimentos tectônicos
• Clima (solvente = água + ácido)
▪ Quanto mais chuva, maior o desenvolvimento do carste
▪ Pouca espeleogênese em desertos (frios ou quentes)
• Atividade biológica (CO2 da matéria orgânica)
Suguio, K. Geologia do quaternário e mudanças ambientais. Oficina de textos, 2010.

Denudação
Química
(mm/ka
Precipitação – Evapotranspiração (mm/a)
Ford, Derek, and Paul D.
Williams. Karst hydrogeology
and geomorphology. John
Wiley & Sons, 2007.

Jansen, D. C., Cavalcanti, L. F.,
& Lamblém, H. S. (2012).
Mapa de potencialidade de
ocorrência de cavernas no
Brasil, na escala 1: 2.500. 000.
Revista Brasileira de
Espeleologia, 2(1), 42-57.
Potencialidade
de ocorrência
de cavernas

Processos de origem de cavernas carbonáticas
• Corrosão (dissolução química)
▪ H2CO3 (ácidos carbônicos) pela dissolução do CO2
▪ H2SO4 (ácido sulfúrico), por depósitos em rochas carbonáticas
▪ Dominante nas fases iniciais da espeleogênese
▪ Segue diáclases e planos de estratificação
• Erosão (remoção física)
▪ Especialmente quando são atravessadas por rios alogênicos
de maior vazão, em particular durante tempestades
• Colapso (abatimento gravitacional)
▪ Gera grandes salões
Erosão e colapso passam a ser gradativamente mais
relevantes em carste mais desenvolvido
Suguio, K. Geologia do quaternário e mudanças ambientais. Oficina de textos, 2010.

GROTZINGER, John; JORDAN, Tom. Para Entender a Terra. Bookman Editora, 2013.
Sistemas Cársticos Maduros

Andares dos cânions cársticos de Minerve, França

Erosão por remoção física
Audra, P., & Palmer, A. N. (2011). The pattern of caves: controls of epigenic speleogenesis.
Géomorphologie: relief, processus, environnement, 17(4), 359-378.
Clearwater River Passage - Clearwater Cave (Sarawak, Malaisie)

Estágio intermediário
Colapso
de teto
Colapso
de teto
Drenagem
superficial
Rocha
impermeável
Torres
cársticas
Estágio maduro Estágio senil

Bradley, Raymond S. Paleoclimatology: reconstructing climates of the Quaternary. Elsevier, 2015
Chuva
Atmosfera e
solo
Rocha
carbonática
Dissolução:
Espeleotemas
Precipitação:
Nível freático
Fraturas – fluxo
lento a rápido
Dutos – fluxo
rápido

Solubilidade de
calcita e
aragonita em
função da
pressão de CO2.
Ao passar
pelo solo
com matéria
orgânica
Atmosfera
da caverna
Aragonita
Calcita
Aragonita
Calcita
Concentração
de
CaCO
3
(mg/L)
White, William B. Cave sediments and
paleoclimate. Journal of Cave and Karst
Studies, v. 69, no. 1, p. 76–93, 2007.

Ford, Derek C. "Perspectives in
karst hydrogeology and cavern
genesis." In Karst Modeling:
Special Publication 5, pp. 17-29.
The Karst Waters Institute
Charles Town, West Virginia
(USA), 1999.
• Carbonato mais poroso
(jovem - eogenético)
• Carste de domos
salinos
Algumas cavernas
epigênicas + hipogênicas
Nas
cente
Nascente
Nascente

Ford, Derek C.
"Perspectives in karst
hydrogeology and
cavern genesis." In
Karst Modeling:
Special Publication 5,
pp. 17-29. The Karst
Waters Institute
Charles Town, West
Virginia (USA), 1999.
Dutos por falhas preferenciais
Dutos controlados por nível freático
Combinação de controle por fraturas e nível freático

Ford, Derek, and Paul D. Williams. Karst hydrogeology and geomorphology. John Wiley & Sons, 2007.
Entrincheiramento
Desvio
Entupimento
Desvio (bypass)

Audra, P., & Palmer, A. N. (2011). The pattern of caves: controls of epigenic speleogenesis.
Géomorphologie: relief, processus, environnement, 17(4), 359-378.
Passagens
Epifreáticas
Nascente
antiga
Aprofundamento
de canal
Rio
Nascente
Tubo freático ativo
nível freático
atual
nível freático anterior
Passagens
vadosas
tubos
epicarste
dolina
sumidouro
Zona de recarga
cânions

The Boundoualou
Cave, France.
Audra, P., & Palmer, A. N. (2011). The
pattern of caves: controls of epigenic
speleogenesis. Géomorphologie: relief,
processus, environnement, 17(4), 359-378.
1ª nascente
2ª nascente
3ª nascente

Camada é mais antiga que o carste
Camada é contemporânea ao carste
Unidade carstificável
Formação subjacente
Enterramento
sem
espeleogênese
observável
Herança
limitada
ou
nula
Subjacente
Assentado em
profundidade
Entrincheirado
Subsidência
Estágio
mesogênico
Estágio
teleogênico
Soerguimento
Aberto
Coberto por
manto
Carste exposto
Singenético / eogenético
Denudado
Carste
intra-estratos
Enterrado
Exumado
Estágio
Éogênico
Klimchouk, A., Ford, D.C., Palmer, A.N., Dreybrodt, W. 2000.
(Eds.), Speleogenesis: Evolution of Karst Aquifers. National
Speleological Society, Huntsville, pp. 45–53.

Ford, Derek C. "Perspectives in karst hydrogeology and cavern genesis." In Karst Modeling: Special Publication 5, pp. 17-29. The Karst Waters Institute Charles Town, West Virginia (USA), 1999.
Tipo de Recarga
Dolinas
Rios
infiltrantes
Abaixo de
aquífero poroso
Porosidade
predominante
Fraturas
Intergranular
(poroso)
Acamamentos
Passagens
angulares
Passagens
curvas
Espongiforme
Espongiforme
rudimentar
Ramificações
rudimentares
Rede de
fissuras irregulares Rede de fissuras
Anastomosado
Abismos e cânions
entre camadas

Audra, P., & Palmer, A. N. (2011). The
pattern of caves: controls of epigenic
speleogenesis. Géomorphologie:
relief, processus, environnement,
17(4), 359-378.
Padrões de
cavernas
epigênicas
Dendrítico Anastomosado
Rede Esponja

Padrões de
cavernas
epigênicas
(a)Crevice Cave,
Missouri
(b)Crossroads Cave,
Virginia
(c)Holoch, Suíça
(d) Carlsbad Cavern,
Novo México
Palmer, A. N. (1999).
Patterns of dissolution
porosity in carbonate rocks.
Karst modeling: The Karst
Waters Institute Special
Publication, 5, 71-78.
Dentrítico Anastomosado
Rede Espongiforme

Dissolução de calcário com porosidade primária
(Crimeia, Ucrânia).
Klimchouk, A.B., 2013. Hypogene speleogenesis. In: Shroder, J. (Editor in Chief), Frumkin, A. (Ed.),
Treatise on Geomorphology. Academic Press, San Diego, CA, vol. 6, Karst Geomorphology, pp. 220–240

Audra, P., & Palmer, A. N.
(2011). The pattern of
caves: controls of epigenic
speleogenesis.
Géomorphologie: relief,
processus, environnement,
17(4), 359-378.
Aquiclude
Sotoposto
(rocha insolúvel
e impermeável)
Zona
vadosa
Nível de
Base
Nascente
suspensa

Espeleotemas
• Minerais:
▪ Calcita (predominante) com a aragonita, formam 95%
dos minerais nos espeleotemas.
▪ Secundários: evaporitos (principalmente sulfatos e
haletos), fosfatos, nitratos, óxidos, hidróxidos e
silicatos.
• Tipos:
▪ Formas de gotejamento (dripstones) e de escoamento
(flow-stones)
▪ Formas erráticas
▪ Formas subaquáticas
White, W.B. Cave Minerals and Speleothems. In: Ford, T. D.; Cullingford, C. H. D. (Eds.) The
Science of speleology. Londres: Academic Press., 1976, p. 267-327)

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/staltite/staltite.html
Estalactite
Calcita se deposita no teto, ao pingar

https://www.infoescola.com/geologia/estalagmites/
Estalagmite
Calcita se deposita no chão, ao pingar
Foto: Dumitrescu Ciprian-Florin

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/column/column.html
Colunas
Quando uma estalactite encontra uma estalagmite

https://en.wikipedia.org/wiki/Soda_straw#/media/File:Gardeners_Guts_Speleothem_Straws.jpg
https://en.wikipedia.org/wiki/Soda_straw#/media/File:Rats-Nest-straw.jpg
Canudos de refrigerante
Estalactites ocas

https://www.electricalelibrary.com/2020/04/27/o-que-sao-espeleotemas/
Cortinas
A gota escorre pela parede inclinada

Helictites
Gotejamento lento, deixando vento, capilaridade ou bactérias
atuarem na deposição até evaporar em vez de cair
http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/helictit/helictit.html

Flores
Espeleotemas de gesso, enxofre ou sal, crescem lateralmente

Caixas de papelão
Água desce pelas rachaduras no teto

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/conulite/conulite.html
Cálices (Conulitos)
A gota respinga com força ao cair

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/splattermites/splatter.html
Estalagmite de “splash”
Estalagmite em cavernas com teto alto, faz a gota
respingar antes de depositar a calcita

Copa de Sinos
Escorrimento das gotas sobre uma estalagmite
http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/bellcan/bellcan.html

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/flowstone/flowstone.html
Pedras de fluxo
Deposição ao correr água na parte inferior da parede

Couve flor ou pipoca (botroidais)
A gota respinga ao cair em uma superfície molhada

Pérolas
Água demais pingando, não deixa formar estalagmite, e a
água vai polindo as esferas ao movê-las
http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/pearls/pearls.html

Leite de lua
Bactérias fixam calcário e magnésio que escorre nas paredes
inclinadas
https://en.wikipedia.org/wiki/Moonmilk#/media/File:Bergmilchkammer_04.jpg

Balões
Bactérias fixam calcário que sai de rachaduras
http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/balloons/balloon.html

Plataformas
Calcificação da água que escorre para beira de lagos nas cavernas
https://en.wikipedia.org/wiki/Shelfstone#/media/File:Shelfstone2.jpg
http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/shelfst/shelf.html

Travertinos e botes (rafts)
Formação de barreiras com poços em áreas calcáreas
http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/rafts/rafts.html

Triângulos
Deposição da calcita em lagoas sazonais
http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/triangles/triangles.html

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/bottlebr/bottlebr.html
Clavas, castiçais
Quando uma estalactite fica submersa por algum tempo

Mamilos
Calcificação no teto de cavernas submersas
http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/clouds/clouds.html

Sinos do inferno
Formado em cavernas submersas, pela ação de bactérias
https://en.wikipedia.org/wiki/Hells_Bells_(cave_formations)#/media/File:Hells_Bells-

Úmido
Carste hipogênico
Dissolução superficial<< dissolução subterrânea
Desenvolvimento
do
carste
Semiárido
Árido
Taxa
de
denudação
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Precipitação (mm/ano)
Auler, A.S., Smart, P.L., 2003. The influence of bedrock-derived acidity in the development
of surface and underground karst: evidence from the Precambrian carbonates of semi-arid
Northeastern Brasil. Earth Surface Processes and Landforms 28, 157–168

Klimchouk, A.B., 2013.
Hypogene
speleogenesis. In:
Shroder, J. (Editor in
Chief), Frumkin, A.
(Ed.), Treatise on
Geomorphology.
Academic Press, San
Diego, CA, vol. 6,
Karst Geomorphology,
pp. 220–240

Klimchouk, A.B., 2013. Hypogene
speleogenesis. In: Shroder, J. (Editor in
Chief), Frumkin, A. (Ed.), Treatise on
Geomorphology. Academic Press, San
Diego, CA, vol. 6, Karst
Geomorphology, pp. 220–240
Recarga
Descarga

Camada confinante
Aquífero superior
Cúpula do domo
Arco de subida
Teto
Master passage
Meio tubo
Convecção livre
Convecção forçada
Klimchouk, A.B., 2013. Hypogene speleogenesis. In: Shroder, J. (Editor in Chief), Frumkin, A. (Ed.), Treatise
on Geomorphology. Academic Press, San Diego, CA, vol. 6, Karst Geomorphology, pp. 220–240

Cavernas hipogenéticas
Slavka Cave, Ukraine (Miocene gypsum)
Klimchouk, A. (2009).
Morphogenesis of
hypogenic caves.
Geomorphology,
106(1-2), 100-117

Snapper Point sea cave, Australia
https://www.riparide.com/adventures/24682-snapper-point-sea-cave

Processos de espeleogênese costeira de
zonas de mistura
Gulley, J. D., Martin, J. B., Moore, P. J., & Murphy, J. (2013). Formation of phreatic caves in an
eogenetic karst aquifer by CO2 enrichment at lower water tables and subsequent flooding by
sea level rise. Earth Surface Processes and Landforms, 38(11), 1210-1224.
Zona vadosa
nível freático
caverna
Água doce
Água salgada subterrânea
caverna
oceano

Gulley, J. D., Martin, J. B., Moore, P. J., & Murphy, J. (2013). Formation of phreatic caves in an
eogenetic karst aquifer by CO2 enrichment at lower water tables and subsequent flooding by
sea level rise. Earth Surface Processes and Landforms, 38(11), 1210-1224.
caverna
nível freático
nível freático
caverna
Período glacial
Período interglacial
oceano
Aumento
no nível
do mar
oceano

Progradação
Nível do mar sobe
Nível do mar desce
Nível 1
Nível 2
Nível 2
Nível 3
Monroy-Ríos E (2017) Speleogenesis: How were caves and cenotes formed?
Karst Geochemistry and Hydrogeology, 2017.

Buracos azuis (blue holes)
(a) Dean’s Blue Hole, Long
Island, Bahamas, contectado ao
mar, 200 metros de profundidade
. (b) Watling’s Blue Hole, San
Salvador Island, Bahamas,
isolado do oceano
Mylroie, John E. "Coastal karst development in carbonate rocks." Coastal karst landforms
(2013): 77-109.

Abismo Dolina Buraco
azul
Buraco
azul
Nível
do
mar
Nível
do
mar
Mylroie, John E. "Coastal karst development in carbonate rocks." Coastal karst landforms (2013): 77-109.
Subida do teto
por colapso
Buraco
azul
Nível
do
mar
Nível
do
mar

Reflexão final
Geodiversidade da espeleogênese
• Suporte para biodiversidade
• Abastecimento de água subterrânea
• Registro da história humana, biológica e geológica
• Interação entre seres humanos e natureza
▪ Estético
▪ Cultural
▪ Religioso
▪ Abrigo

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