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Conforme Lladó (1970), o termo carste ou carst deriva do vocábulo kras, que significa "campo de pedras calcárias". Designa a região noroeste da Iugoslávia e nordeste da Itália, que se localiza na península de Istria, ao norte do mar Adriático, onde ocorreram as primeiras investigações sobre a circulação da água em regiões calcárias.
Ainda segundo Lladó (1970), os fenômenos cársticos representam um conjunto de transformações que se produzem em uma região calcária como conseqüência da circulação da água, sendo a água o elemento ativo e o calcário o meio passivo. Dessa forma, o fenômeno cárstico é produzido enquanto existe circulação hídrica. Como esta depende diretamente do clima, pode-se afirmar que nas regiões chuvosas os fenômenos cársticos se manifestam com maiores intensidades. O processo de carstificação também é favorecido, consoante Karmann in Teixeira et. al. (2001), em climas quentes com densa vegetação. Nestes ambientes, a grande produção de CO2 no solo é maior, aumentando o teor de ácido carbônico nas águas de infiltração,
estimulando, conseqüentemente, a dissolução das rochas (Karmann in Teixeira et. al., 2001).
O termo carste, antes restrito a regiões calcárias, se estende atualmente a outras rochas carbonáticas, como mármores e dolomitos, e a outras rochas solúveis ou friáveis, tais como evaporitos e quartzitos. Entretanto, segundo Marinho (1991), é nas
rochas carbonáticas que o carste se apresenta mais diversificado e com maior expressão regional em termos mundiais, devido principalmente a alta solubilidade e resistência mecânica, em comparação a outras litologias. Dessa maneira, as principais
ocorrências de carstes no mundo ocorrem em terrenos que apresentam afloramentos de rochas carbonáticas, como mostrado na Figura 5.1, conforme Ford & Williams (1989). Vale ressaltar que as rochas carbonáticas são aquelas que apresentam em sua composição minerais predominantes como a calcita (CaCO3) e a dolomita (CaMg(CO3)2), os quais dissociam-se nos íons Ca+2 e/ou Mg+2 e CO3-2 pela ação da água.
Figura 5.1 - Afloramento de rochas carbonáticas no mundo.
Segundo Karmann in Teixeira et. al. (2001), as rochas evaporíticas originam carstes somente em condições especiais, como em áreas áridas a semi-áridas, pois seu intemperismo sob clima úmido é tão rápido que não permite o pleno desenvolvimento do carste.
Já os quartzitos, de acordo com Karmann in Teixeira et. al. (2001), podem originar ambientes carstes quando, ainda que raramente, sofrem longos períodos de
exposição à ação da água subterrânea.
A ocorrência dos ambientes carstificados, portanto, está relacionada à incidência de algumas características, como descrito a seguir:
Existem determinados condicionantes para a elaboração do carste, sendo a composição mineralógica da rocha solúvel, sua estrutura (acamamento e fraturamento), espessura, localização topográfica, o clima atuante, a vegetação e solos existentes, os principais fatores no modelado destes relevos. A variação nestes componentes, na escala de tempo-espaço, modifica a intensidade ou mesmo a forma de atuação dos processos morfogenéticos existentes, acarretando na criação de inúmeras tipologias cársticas. (Marinho, 1990).
As regiões cársticas apresentam características especiais do ponto de vista geomorfológico e hidrogeológico. São elas, de acordo com Costa & Silva in Feitosa & Manuel Filho (2000):
presença de extensas zonas sem correntes de água superficial; • • • • • • • •
ocorrência de depressões cuja drenagem é subterrânea;
existência de cavidades no subsolo pelas quais circulam correntes de água subterrânea;
pequeno valor de escoamento superficial;
grande rapidez de infiltração das chuvas e outras águas superficiais;
grande variação dos valores de transmissividade e coeficiente de armazenamento; complexa circulação de água subterrânea; e,
existência de zonas desnudas de vegetação.
Além das características acima citadas, White (1988) destaca que as paisagens cársticas são marcadas, do mesmo modo, pela presença de depressões fechadas de diferentes tamanhos e arranjos, conhecidas como dolinas.
Os carstes são caracterizados, também, por apresentarem entradas de águas superficiais em condutos localizados na superfície do terreno, os chamados sumidouros.
Estes pontos localizados de infiltrações, conforme Costa & Silva in Feitosa & Manuel Filho (2000), devem-se à grande variabilidade espacial da permeabilidade e da
capacidade de infiltração, que é muito maior em meios cársticos do que em outros meios permeáveis. Além dos sumidouros, são peculiares às regiões cársticas a presença
de surgências ou ressurgências, que correspondem à saída de água subterrânea na superfície do terreno.
Outro aspecto que merece destaque nas paisagens cársticas é a ocorrência de cavernas. Estas são um componente subterrâneo do relevo cárstico formado pela dissolução de certos tipos de rochas pela água subterrânea. A exemplo disso, citam-se os terrenos constituídos por rochas calcárias, onde ocorre a dissolução da calcita, principal mineral constituinte das rochas carbonáticas. Dessa maneira, como visto na Figura 5.2, ocorre a dissolução ácida do carbonato de cálcio pelo ácido carbônico, gerado pela reação entre água e gás carbônico.
Além das peculiaridades anteriormente descritas, as cavernas estão intrinsecamente relacionadas às outras feições cársticas, servindo freqüentemente como condutos para transporte de água subterrânea captada em superfície, que, posteriormente, escoa rumo às nascentes, servindo de ambiente para deposição.
Resumidamente, como apresentado na Figura 5.3, as paisagens cársticas são marcadas hidrológica e geomorfologicamente pela existência de alguns componentes principais e especiais, tais como dolinas, cavernas, condutos subterrâneos, surgências e sumidouros.
Figura 5.2 - Dissolução e precipitação da calcita num perfil cárstico de origem calcária.
Figura 5.3 - Principais componentes do sistema cárstico.
Fonte - Karmann in Teixeira et. al., 2001.
Segundo Bonacci (1987), o escoamento das águas em regiões cársticas é dividido em dois tipos: o escoamento difuso e o turbulento.
O escoamento difuso, também conhecido como escoamento laminar, ocorre conforme Bonacci (s.d.), nas camadas cársticas inferiores, caracterizadas por apresentarem pequenas juntas e fissuras. Neste caso, mediante Bonacci (1987), o escoamento é caracterizado por apresentar um longo período de retenção das águas cársticas nas rochas, seguindo os princípios da lei de Darcy, similar ao fluxo no meio poroso.
O escoamento turbulento, similar ao escoamento dos condutos, ocorre nas camadas cársticas mais superiores, sendo estas caracterizadas por apresentarem um grau de carstificação mais desenvolvido. Assim, ocorrendo em fissuras grandes através dos condutos cársticos, cujas dimensões variam da ordem de 1 cm até alguns metros, o escoamento turbulento apresenta grandes velocidades quando comparadas ao regime laminar. Acredita-se que, conforme Jennings (1985), o escoamento encontrado nas grutas e canais com mais de 1 cm de diâmetro seja turbulento, sendo governado não
mais pela lei de Darcy e sim pela equação de Darcy-Weisbach. A Figura 5.4 ilustra esses dois tipos de escoamento presentes nos cenários cársticos.
Figura 5.4 - Representação esquemática do escoamento em uma região cárstica. A) Escoamento difuso com aproximações de um meio poroso.
B) Escoamento turbulento com aproximações de um escoamento em canais.
Fonte - Dreybrodt, 1988.
Apesar de ter sido feita uma abordagem generalizada dos ambientes carstificados, vale ressaltar que cada sistema cárstico possui características próprias e que modelos hidrogeológicos pré-concebidos e inspirados em determinados carstes não são imediatamente adaptáveis a todos os sistemas.