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Trabajo Fin de Grado Ciencias Ambientales Estudio y caracterización de un campo de dolinas en la Sierra de Guara mediante Sistemas de Información Geográfica. Survey and characterization of a sinkholes field in Sierra de Guara through Geographic Information Systems. Autor Diego Albardía García Director/es Jesús Guerrero Iturbe ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR 2020 Índice Resumen ................................................................................................................................. 6 Abstract ................................................................................................................................... 7 1. Introducción .................................................................................................................... 8 1.1 Karst y dolinas .............................................................................................................. 9 1.2 Antecedentes ............................................................................................................. 12 2. Objetivos ........................................................................................................................ 14 3. Área de estudio ............................................................................................................. 15 3.1 Clima ........................................................................................................................... 17 3.2 Geología ...................................................................................................................... 19 4. Metodología .................................................................................................................. 21 5. Resultados......................................................................................................................... 25 5.1 Evolución temporal entre 1956 y 2018 .................................................................... 25 5.2 Comparación de MDT05 y LAS .................................................................................. 26 5.3 Caracterización de las dolinas ................................................................................... 27 6. Discusión ........................................................................................................................... 32 6. Discusión ........................................................................................................................ 32 6.1 Caracterización temporal y espacial de las dolinas. ................................................. 32 6.2 Morfometría de las dolinas ....................................................................................... 34 6.3 Origen de las dolinas .................................................................................................. 37 7. Conclusiones ..................................................................................................................... 37 Bibliografía ............................................................................................................................ 39 Listado de anexos: ................................................................................................................ 40 Índice de tablas Tabla 1: Comparación de la digitalización de las dolinas en los años 1956 y 2018. Fuente: Elab. propia. .............................................................................................................................. 25 Tabla 2: Comparación de la digitalización de las dolinas en resoluciones de 5 y 1 metro. Fuente: Elab. propia. ................................................................................................................ 26 Tabla 3: Área mínima, máxima y media de las dolinas, con sumatorio de áreas. Fuente: Elab. propia. .............................................................................................................................. 27 Tabla 4: Distancias entre dolinas. Fuente: Elab. propia. ......................................................... 29 Tabla 5: Índice de distribución espacial de las dolinas de la zona de estudio. Fuente: Elab. propia. ....................................................................................................................................... 30 Tabla 6: Índice de distribución espacial de las dolinas de la zona de estudio. Fuente: Elab. propia. ....................................................................................................................................... 30 Tabla 7: Área, número de dolinas, densidad y área dolinizada de los campos de dolinas. Fuente: Elab. propia con datos propios y de Gracia, J. (1987) y Chueca, J. (1990)............... 34 Tabla 8: Índice de distribución espacial de los campos de dolinas. Fuente: Elab. propia con datos propios y de Gracia (1987). ............................................................................................ 35 Tabla 9: Valor medio de elongación de las dolinas en los campos de dolinas. Fuente: Elab. propia con datos propios y de Gracia (1987) y Chueca (1990). ............................................. 36 Índice de figuras Figura 1: Comparación entre una dolina en MDE con 5 metros (izquierda) y 1 metro de resolución (derecha). Fuente: Elab. propia. .............................................................................. 9 Figura 2: Clasificación morfológica de las dolinas. Fuente: Peña, 2010. ............................... 11 Figura 3: Principales tipos de dolinas según proceso y material. Fuente: Gutiérrez et al., 2008........................................................................................................................................... 12 Figura 4: Zonas kársticas de las Sierras Exteriores. Fuente: Rodríguez, 1983. ...................... 13 Figura 5: Mapa de localización de la zona de estudio. Fuente: Elab. propia. ........................ 16 Figura 6: Vista de los Llanos de Cupierlo y el Tozal de Cubilás. Fuente: Elab. propia. .......... 17 Figura 7: Temperaturas medias mensuales en el periodo 1961-1990. Fuente: Elab. propia a partir de IAEST, 2020. ............................................................................................................... 18 Figura 8: Precipitaciones medias mensuales en el periodo 1981-2010. Fuente: Elab. propia a partir de IAEST, 2020. ............................................................................................................ 19 Figura 9: Depósitos fósiles en rocas próximas a los Llanos de Cupierlo. Fuente: Elab. propia. ................................................................................................................................................... 20 Figura 10: Número de dolinas dependiendo de su área, agrupadas cada 1000 m2. Fuente: Elab. propia. .............................................................................................................................. 28 Figura 11: Posible uvala en los Llanos de Cupierlo. Fuente: Elab. propia. ............................. 29 Figura 12: Rosa de direcciones con sumatorio de orientaciones del eje mayor de las dolinas. Fuente: Elab. propia.................................................................................................... 32 6 Resumen Se ha realizado un estudio en el campo de dolinas de los Llanos de Cupierlo (Huesca) con intención de conocer su evolución y sus características. También se ha tratado de conocer cuál es la mejor metodología a seguir utilizando SIG. Se han comparado ortofotos de 1956 y 2018 para conocer la evolución. Se han comparado archivos MDE de 5 y 1 metro de resolución de pixel. Se ha utilizado el MDE de 1 metro de resolución para conocer distintos parámetros de las dolinas: área dolinizada, densidad, índice de distribución espacial, pendiente, red de drenaje y orientación. Se ha utilizado bibliografía para conocer la geología de la zona. Se observa crecimiento de número y área de dolinas, aunque la metodología utilizada se cree que no es conveniente. Los resultados obtenidos mediante la digitalización en el MDE de 1 metro son más precisos. Se obtiene un porcentaje de dolinización del 8,85 % y una densidad de 31,72 dolinas/km2. La distribución de las dolinas en los Llanos es aleatoria. La orientación de las dolinas es NE-SO, coincidente con fallas presentes. El campo se ha generado debido a la escasa pendiente, al clima frío y lluvioso, y a la naturaleza caliza de la zona. Palabras clave: MDE, ortofotos, dolinización, LIDAR. 7 Abstract A study has been carried out in the sinkhole field of the Llanos de Cupierlo (Huesca) with the intention of knowing its evolution and its characteristics. Also tried to know which is the best methodology using GIS applications. Orthophotos from 1956 and 2018 have been compared to know their evolution. 5 and 1 meter pixel resolution DEM files have been compared. The 1 meter resolution DEM has been used to know different parameters of the sinkholes: dolinized area, density, spatial distribution index, slope, drainage network and orientation. Bibliography has been used to know the geology of the area. There is a growth in sinkholes number and area, although the methodology used is believed to be inappropriate. The results obtained by digitizing in the 1 meter DEM are more accurate. A dolinization percentage of 8.85% and a density of 31.72 sinkholes/km2 are obtained. The distribution of sinkholes in the Llanos is random. The orientation of the sinkholes is NE-SW, coinciding with faults present. The field has been generated due to the low slope, the cold and rainy climate, and the limestone nature of the area. Keywords: DEM, orthophotos, dolinization, LIDAR. 8 1. Introducción Los Llanos de Cupierlo, situados en el Parque Natural de la Sierra y Cañones de Guara, en la provincia de Huesca, han sufrido un gran modelado kárstico, dando lugar al mayor campo de dolinas de todo Aragón. Si bien existen otros campos de dolinas a nivel autonómico tanto en calizas como en evaporitas, el campo de dolinas de los Llanos de Cupierlo es único por su ubicación en altura, su elevada densidad de dolinización y es el de mayores dimensiones de la provincia de Huesca (Gracia, 1987; Chueca, 1990). A pesar de que esta zona ya fue estudiada por Rodríguez Vidal e incluida en su Tesis Doctoral en 1983, contiene numerosas preguntas todavía sin responder referidas tanto a la distribución espacial y temporal como a los procesos genéticos implicados. Este trabajo busca la caracterización de este campo de dolinas, y conocer por qué aparecen en esta zona. Para ello resulta muy útil el uso de herramientas SIG (Sistemas de Información Geográfica), ya que permiten la obtención de un buen número de variables para poder caracterizar la zona y realizar un seguimiento de su evolución. Estas aplicaciones son especialmente útiles en lugares inaccesibles o de difícil acceso como es el caso de la presente zona de estudio, la cual se encuentra a 3 horas andando del lugar de aparcamiento. Existe un gran número de herramientas SIG a disposición del público, como mapas, ortofotos o modelos digitales de elevaciones (MDE) que permiten obtener información muy interesante sobre distintos parámetros geométricos (orientación, área, volumen, dirección del eje mayor y menor…), distribución espacial o evolución de las dolinas. Esta información se obtiene a través de distintos procesos realizados mediante aplicaciones como QGIS o ArcMap. Con el paso del tiempo, los SIG han ido perfeccionando sus herramientas. Una de estas evoluciones en las herramientas SIG es la capacidad de obtener archivos MDE con resoluciones más altas, lo que permite la obtención de datos mucho más precisos. A modo de ejemplo, en la Figura 1 se muestra la diferencia de una dolina en un MDE de 5 metros de resolución y en otro de 1 metro. 9 Figura 1: Comparación entre una dolina en MDE con 5 metros (izquierda) y 1 metro de resolución (derecha). Fuente: Elab. propia. Como puede observarse, la diferencia entre ambas resoluciones es considerable. En la digitalización de estas dolinas, esta diferencia es muy significativa ya que puede dar datos distintos en posteriores procesos para su caracterización, como en el cálculo de áreas u orientaciones. Utilizando la tesis de Rodríguez Vidal (1983) como base fundamental de este estudio, se cree conveniente el análisis de esta zona mediante tecnología más moderna, ya que exceptuando esta tesis, los estudios en la zona son escasos o nulos. Además, utilizando los estudios de Gracia (1987) y Chueca (1990), se ha realizado una comparación entre campos de dolinas para conocer las características de las dolinas de la zona de estudio. 1.1 Karst y dolinas Se conoce como Karst a una forma de relieve de distintas características debido a la disolución de las rocas subyacentes. Por lo general, el modelado kárstico afecta principalmente a rocas calizas y a rocas evaporíticas, aunque también puede darse en rocas sedimentarias y metamórficas de composición mayormente carbonatada (Gutiérrez, 2001). El constituyente principal de las rocas calizas es el carbonato de calcio (CaCO3), el cual es poco soluble en agua pura (16 mg/l a 16oC de temperatura). Sin embargo, este compuesto reacciona con los ácidos. En la naturaleza, la combinación de CO2 con H2O da lugar a formación de ácido carbónico (H2CO3), el cual sí reacciona con el carbonato cálcico para formar bicarbonato de calcio (Ca(HCO3)2), que es soluble y fácilmente transportable por el agua. De este modo, su solubilidad varía entre 80 y 350 mg/l en función del contenido en CO2. Como todos los gases la 16 Figura 5: Mapa de localización de la zona de estudio. Fuente: Elab. propia. 17 Dentro de la zona de estudio se encuentran la localidad Nocito y los antiguos municipios de Bentué de Nocito y Used. Pueden observarse también picos importantes, como el Tozal de Guara (2077 m), el Tozal de Cubilas (1938 m) y Cabeza de Guara (1845 m). Estos picos crean un gran contraste con los valles de la zona, como el de Nocito o el Alcanadre, debido al gradiente de altura. Los Llanos de Cupierlo se encuentran a 1670 msnm y poseen un área de 8 km2. En este paraje, la principal vegetación que se encuentra es erizón (Echinospartum horridum) y boj (Buxus sempervirens), así como algún ejemplar de abeto (Abies alba). Se trata de una zona asociada tradicionalmente al pastoreo, por lo que se encuentran también zonas de pastos (ver Figura 6). Figura 6: Vista de los Llanos de Cupierlo y el Tozal de Cubilás. Fuente: Elab. propia. 3.1 Clima Esta zona posee un clima característico, ya que se encuentra en la división geológica entre los Pirineos y la depresión del Ebro, aunque es un clima predominantemente continental. En la Figura 7 se muestran las temperaturas mensuales mínimas, máximas y medias en el periodo de 1961-1990, tomadas en la Estación Meteorológica de Panzano (IAEST, 2020). 18 Figura 7: Temperaturas medias mensuales en el periodo 1961-1990. Fuente: Elab. propia a partir de IAEST, 2020. Como puede observarse, las temperaturas medias obtenidas en la zona rara vez alcanzan los 20°C, siendo julio y agosto los meses más cálidos, con máximas de 27°C y mínimas de 14°C aproximadamente. Enero, febrero, noviembre y diciembre son los meses más fríos, con temperaturas medias menores a los 5°C. Las temperaturas máximas de estos cuatro meses no alcanzan los 10°C, mientras que las mínimas de enero, febrero y diciembre se encuentran por debajo de los 0°C. Las precipitaciones son repetidas durante todo el año, aunque menos intensas en los meses de febrero, marzo y julio. Estas precipitaciones pueden ser observadas en la Figura 8, siendo estas una media en el periodo 1981-2010, tomadas en la misma estación. 19 Figura 8: Precipitaciones medias mensuales en el periodo 1981-2010. Fuente: Elab. propia a partir de IAEST, 2020. Los meses de primavera y otoño son los que más precipitaciones aportan, superándose los 80 mm de media mensual, mientras que los de verano e invierno rara vez superan esta cantidad. 3.2 Geología En la zona de estudio se encuentran principalmente superficies estructurales en calizas (pertenecientes al Triásico superior, Cretácico superior y Paleoceno) de la formación BelsuéAtarés, y superficies estructurales en areniscas y margas (pertenecientes al Luticiense) de las formaciones Pont de Suert, Adraén y Bona, y Tremp. (Rodríguez, 1986; Millán, 2006). La unidad más interesante, en la que se encuentran Los Llanos de Cupierlo, es caliza con depósitos fósiles de Nummulites y Alveolinas, con materiales pertenecientes al Luticiense, de la formación Guara (IGME, 1950; Rodríguez, 1986; Millán, 2006). En la Figura 9 se muestra una roca próxima a los Llanos de Cupierlo con depósitos fósiles: 20 Figura 9: Depósitos fósiles en rocas próximas a los Llanos de Cupierlo. Fuente: Elab. propia. Las principales estructuras que se encuentran en la zona de estudio son pliegues NorteSur y Este-Oeste, así como fallas y cabalgamientos (IGME, 1950). Los principales anticlinales y sinclinales en dirección Norte-Sur son el sinclinal de Rodellar y los anticlinales de Balcés y Morrano, los cuales van acompañados de cabalgamientos de edades muy variables. Estas estructuras se caracterizan por ser vergentes al Oeste, por lo que este flanco se puede encontrar bastante verticalizado (entre 40° y 80°), mientras que el flanco Este rara vez supera los 30° de buzamiento. La edad de estas estructuras varía dentro del Eoceno. El anticlinal de Balcés se forma durante el Luticiense medio y queda fosilizado en el Luticiense superior. Sin embargo, el sinclinal de Rodellar y el anticlinal de Morrano se forman durante el Bartoniense, quedando fosilizados durante el Priaboniense (IGME, 1950). Por otro lado, el principal plegamiento en dirección Este-Oeste que se encuentra en la zona de estudio es el anticlinal de Cabeza de Guara. Este se caracteriza por poseer un plano axial casi vertical, con una ligera vergencia hacia el Sur (IGME, 1950). Las fallas, catalogadas como normales, son abundantes en la zona, las cuales poseen direcciones aproximadas de Nordeste-Suroeste (IGME, 1950). Todos estos factores generan una serie de superposiciones de estructuras con direcciones Norte-Sur y Este-Oeste, lo que se traduce en una zona estructuralmente compleja (IGME, 1950). 21 4. Metodología Inicialmente se ha delimitado la zona de estudio. Para ello se han tomado como límites el embalse de Vadiello al oeste y el río Alcanadre, a su paso por Rodellar, al este. Los municipios de Used y Santa Cilia limitan la zona al norte y sur respectivamente. Para llevar a cabo el presente TFG se ha seguido una secuencia de etapas concatenadas que se describen a continuación. Inicialmente, para conocer la problemática de la zona de estudio en detalle, se realizó una salida de campo a los Llanos de Cupierlo y su entorno. En ella se realizaron fotografías y se reconoció el terreno de una forma más precisa, prestando atención a la red de drenaje, morfometría de las dolinas y geología. El siguiente paso fue la búsqueda bibliográfica sobre los tipos de dolinas y sus procesos de formación en buscadores académicos como Alcorze, Dialnet y Researchgate, así como la búsqueda de estudios previos en la zona. Se han buscado también estudios sobre distintos campos de dolinas, con el fin de poder comparar el campo de los Llanos de Cupierlo con otros campos de dolinas existentes. Así mismo se procedió a la digitalización de la geología de la zona a partir de los mapas geológicos de España a escala 1:50.000 (1ª serie) de las hojas 248 (Apiés) y 249 (Alquezar) pertenecientes al Instituto Geológico y Minero de España (IGME). Las estructuras geológicas han sido digitalizadas a partir de los mapas del estudio de Millán (2006) “Estructura y cinemática del frente de cabalgamiento surpirenaico de las Sierras Exteriores aragonesas”. Posteriormente, se procedió a la cartografía, digitalización y caracterización morfométrica de dolinas en la toda la zona de estudio, con especial atención al campo de dolinas de los llanos de Cupierlo. Para ello fue necesario la descarga de las ortofotos del PNOA histórico (1956-57) y del PNOA Máxima Actualidad (2018) de las hojas MTN50 HU30 248 y 249. Estas descargas se han realizado desde el centro de descargas del Centro Nacional de Información Geográfica (CNIG). Utilizando la aplicación ArcMap de ArcGis, y habiendo elegido previamente el sistema de coordenadas (en este caso se ha escogido ETRS 1989 TM30N), se digitalizaron las dolinas por separado en el año 1956 y 2018, creando un mapa comparativo, para así conocer la evolución temporal de las dolinas. Con el fin de aplicar otras técnicas de teledetección, se procedió a digitalizarlas de nuevo partiendo de modelos digitales de elevaciones de diferente resolución. Se han utilizado un modelo digital del terreno con paso de malla de 5 m (MDT05), correspondientes al año 2010 y archivos LIDAR 1ª Cobertura en formato LAZ del Instituto Geográfico Nacional (IGN) del año 2010 y una resolución de 0,5 m. Ambos archivos se han obtenido de la página web del centro de 22 descargas del CNIG. La digitalización de las dolinas se realizó sobre modelos de sombras obtenidos a partir de los datos del terreno. En el MDT de 5 m, este tuvo que ser transformado en modelo de sombras mediante la herramienta Hillshade de ArcMap (Spatial Analyst Tools > Surface > Hillshade). En el caso de los archivos LIDAR el proceso fue más complejo, siendo necesario su descompresión en formato LAS mediante el algoritmo laszip, el cual hay que descargarlo y añadirlo a la toolbox de ArcMap. Posteriormente se creó un LAS Dataset para trabajar todos los ficheros como si fueran uno solo (Data Management Tools > LAS Dataset > Create LAS Dataset). En las propiedades del Dataset, en el apartado Filter, se marcó la casilla ground para filtrar solo los datos de la superficie del terreno. El LAS Dataset obtenido se pasó a raster mediante la herramienta LAS Dataset to Raster (Conversion Tools > To Raster > LAS Dataset to Raster), asignando a la casilla de Sampling value un valor de 1. De este modo, la resolución del raster será de 1x1 m. Al raster obtenido se le aplica la Herramienta Hillshade (Spatial Analyst Tools > Surface > Hillshade). Sobre este Hillshade se realiza la digitalización de las dolinas. Si bien la resolución del LIDAR era originalmente de 0,5 m, el modelo de sombras tuvo que realizarse a una resolución de 1 m dado que a una resolución de 0,5 m se obtenían numerosos artefactos. Se ha realizado un mapa comparativo de las digitalizaciones obtenidas mediante ambas metodologías. Estas dos digitalizaciones se utilizaron posteriormente para determinar la importancia de la resolución en la cartografía de dolinas. Una vez cartografiadas las dolinas, éstas fueron caracterizadas morfométricamente y espacialmente sobre el hillshade del MDE de 1 m de resolución (LIDAR). Para ello, se aplicaron distintas ecuaciones y herramientas en ArcMap. Los parámetros morfológicos obtenidos han sido: Área, densidad y distribución espacial de las dolinas Se obtuvo el área máxima, mínima y media de las dolinas, así como el sumatorio de áreas, a partir de la herramienta Statistics. Para ello, primero se ha calculado el área de cada dolina mediante la herramienta Calculate geometry. Se han agrupado las dolinas en grupos dependiendo de su área (cada 1000 m2), para así obtener una mejor percepción de la variedad de las áreas obtenidas. La densidad de las dolinas se ha calculado a partir del cociente entre el número de dolinas y el área de la zona. El porcentaje de área dolinizada se ha obtenido mediante el cociente entre el sumatorio de áreas de las dolinas y el área de la zona, multiplicado por 100. La distancia euclídea mínima, máxima y media que existe entre dolinas se ha calculado utilizando la herramienta Calculate Distance Band from Neighbor Count (Spatial Statistics Tools > Utilities > Calculate Distance Band from Neighbor Count). Para conocer la dispersión de las dolinas se utiliza 23 la herramienta Average nearest neighbor (Spatial Statistics Tools > Analyzing Patterns > Average Nearest Neighbor). Esta herramienta utiliza el método de Clark y Evans (1954) para el cálculo del índice de distribución espacial, el cual consiste en una serie de ecuaciones que incluyen las siguientes variables: Distancia media al vecino más cercano (La): Se obtiene para cada dolina. Es la distancia entre el centroide de una dolina y el centroide de la dolina más próxima a ella. Distancia media teórica al vecino más cercano (Le): Es la distancia entre dolinas obtenida en un ámbito teórico, con una distribución de máxima aleatoriedad. Se obtiene mediante la siguiente ecuación, donde D es la densidad de dolinas: Índice de distribución espacial (R): Muestra el valor utilizado para definir la distribución de las dolinas. Se obtiene mediante la siguiente ecuación: El valor del índice varía entre 0 y 2,1491, siendo 0 el valor que representa una máxima agrupación y 2,1491 el que representa una máxima dispersión. Si el valor se encuentra próximo a 1 significa que la dispersión es aleatoria. Pendiente El mapa de pendientes proporciona información acerca de la diferencia de altura entre las celdas del raster. En este caso se ha calculado en grados, mediante la herramienta Slope (Spatial Analyst Tools > Surface > Slope), en una escala de verde a rojo dependiendo si la pendiente es menor o mayor respectivamente. Red de drenaje Para poder obtener mapas de dirección y acumulación de flujo, así como de la red de drenaje, es necesario realizar una corrección al raster mediante la herramienta Fill (Spatial Analyst Tools > Hidrology > Fill). De este modo, no se tienen en cuenta posibles sumideros. El raster obtenido es el que se utiliza para la obtención de los tres mapas anteriormente mencionados. 24 El mapa de dirección de flujo representa la dirección de cada celda en base a la dirección de la mayor pendiente. A cada celda se le asigna un valor distinto dependiendo la dirección que tome, siendo 8 estos valores: Este: 1 Sureste: 2 Sur: 4 Suroeste: 8 Oeste: 16 Noroeste: 32 Norte: 64 Nordeste: 128 Para obtener este mapa se utiliza la herramienta Flow Direction (Spatial Analyst Tools > Hidrology > Flow Direction). A cada uno de los valores se le asigna un color. A partir del mapa de dirección de flujo se crea el mapa de acumulación de flujo, es decir, las áreas en las que se el flujo se concentra. La obtención de este mapa es mediante la herramienta Flow Accumulation (Spatial Analyst Tools > Hidrology > Flow Accumulation), y muestra, mediante valores de 1 o 0, las zonas en las que se acumula el flujo y las zonas en las que no, respectivamente. Utilizando la calculadora raster (Spatial Analyst Tools > Map Algebra > Raster Calculator) en el raster de acumulación de flujo, se obtiene la red de drenaje. Para ello hay que señalar que sólo debe mostrar los valores que estén por encima de 2000. Esta red de drenaje ha tenido que ser corregida, ya que los barrancos aparecían de forma descontinua. Longitud del eje mayor y orientación de las dolinas La obtención del eje mayor de cada dolina se ha generado mediante la herramienta Minimum Bounding Geometry (Data Management Tools > Features > Minimum Bounding Geometry). Esta herramienta convierte todos los polígonos en rectángulos, de modo que pueden conocerse tanto el eje mayor como el eje menor. A partir de estos dos valores se ha calculado el valor del factor de elongamiento, mediante el cociente entre el eje mayor y el menor. Este valor podría indicar el grado de control estructural que ejercen las fracturas y la pendiente de la zona sobre la forma de las dolinas. Si este valor es mayor que 1 quiere decir que la longitud de la dolina 25 es mayor que su anchura, por lo que la forma de esta podría verse afectada por algún factor externo. Por último, a partir de los datos de orientación de las dolinas, se ha generado un gráfico radial mediante la aplicación de Microsoft Excel, el cual muestra un sumatorio de las dolinas que se orientan a cada dirección. Los resultados obtenidos han sido comparados con otros estudios encontrados sobre campos de dolinas, y sobre la zona de estudio. 5. Resultados 5.1 Evolución temporal entre 1956 y 2018 Para conocer la evolución temporal de las dolinas entre los años 1956 y 2018 se realiza la comparación del número de dolinas, así como de sus áreas. Estos datos son obtenidos de las digitalizaciones en las ortofotos del PNOA histórico (PNOA 1956) y la de máxima actualidad (PNOA 2018). Ortofotos PNOA 1956 PNOA 2018 Diferencia Número de dolinas 310 318 8 Área máxima (m²) 5245,9926 9874,57378 4628,58118 Área mínima (m²) 38,362532 84,060381 45,697849 Sumatorio áreas (m²) 289257,311 311013,013 21755,702 Media de áreas (m²) 933,088099 978,028342 44,940243 Desviación estándar (m²) 900,279869 994,209556 93,929687 Tabla 1: Comparación de la digitalización de las dolinas en los años 1956 y 2018. Fuente: Elab. propia. Como puede observarse en la Tabla 1, se obtiene una mayor cantidad de dolinas en la digitalización de 2018, con áreas mínimas, máximas y medias más altas. La desviación estándar indica que el área de las dolinas es muy variada. La mayoría de las dolinas digitalizadas en ambos años son las mismas, aunque se identifican 10 dolinas nuevas en la digitalización de 2018, 32 Mediante la Figura 12, en forma de gráfico radial, se muestra el sumatorio de las orientaciones de las dolinas, divididas en franjas de 10 grados. Como puede observarse, la dirección predominante que toman estas dolinas es NE-SO. 6. Discusión 6. Discusión 6.1 Caracterización temporal y espacial de las dolinas. Observando las cartografías de dolinas realizadas a partir de las fotografías aéreas, se observa que el número y área de las dolinas es mayor en la digitalización de 2018 que en la de 1956. Concretamente se observa un incremento de 8 dolinas nuevas entre 1956 y 2018 y un aumento del sumatorio del área de las mismas de 21755 m2. La diferencia creciente en el número y área de las dolinas apunta a la aparición de nuevas dolinas y a un crecimiento de las existentes en los últimos 72 años. Figura 12: Rosa de direcciones con sumatorio de orientaciones del eje mayor de las dolinas. Fuente: Elab. propia. 33 Cabe también la posibilidad de que todas las dolinas estuvieran presentes ya en el 1956, pero debido a la resolución de la imagen no se cartografiaran todas las existentes. De ser cierta esta posibilidad, las dolinas no habrían experimentado ningún crecimiento ni se hubieran formado nuevas dolinas. Para poder salir de dudas sobre la influencia de la resolución en la identificación de dolinas en el área de estudio, se han comparado los resultados obtenidos a partir de los MDT de 5 m y LIDAR a 1 m. En este caso, calculando la diferencia entre las digitalizaciones con ambas resoluciones, mostrada en la Tabla 2, se observa que la digitalización a 1 m de resolución permitió cartografiar 42 dolinas más que las observadas con el MDT de 5 m. Evidentemente, debido a la lentitud de los procesos kársticos en calizas y la inexistente diferencia temporal entre la adquisición de los dos modelos de elevaciones, la diferencia en el número de dolinas es debido a la mejoría en la resolución espacial que aporta el LIDAR. Este incremento debido al aumento en la resolución aportada por los datos LIDAR permite visualizar dolinas pequeñas que no se verían con un tamaño de pixel mayor y diferenciar varias dolinas juntas entre sí que eran cartografiadas como una sola con el MDT de 5 m de resolución. Del mismo modo, existen diferencias notables en el área de las dolinas dependiendo de la resolución de modelo digital de elevaciones utilizado. Las dolinas digitalizadas con el MDT de 5 m de resolución tienen una mayor área media, mínima y máxima. Con este método, el sumatorio de las áreas de todas las dolinas es de 747655 m2. Por el contrario, considerando los datos LIDAR a una resolución de 1 m el sumatorio de las áreas es de 714645 m2, menos que el obtenido a una resolución de 5 m. Esta diferencia es debido al mayor tamaño del píxel en los modelos de 5 m, que hace que se sobreestime el tamaño de las dolinas digitalizadas En consecuencia, los mejores resultados se obtienen utilizando tanto fotografías aéreas como modelos de elevaciones de alta resolución. En este caso tanto las ortofotos del PNOA de Máxima Actualidad como los datos LIDAR a una resolución de 1 m fueron herramientas esenciales para llevar a cabo una cartografía de detalle. No obstante, se identificó un mayor número de dolinas utilizando la ortofoto del PNOA. Concretamente, se detectaron 44 dolinas más con la ortofoto que con el LIDAR. Esto puede deberse a que algunas dolinas tengan una profundidad inferior a 1 m y en consecuencia queden fuera del alcance de detección del LIDAR (resolución de 1 m). Sin embargo, la salida de campo demuestra que todas las dolinas incluidas las de menor tamaño presentan una profundidad muy superior al metro. Esto sugiere que la falta de visión tridimensional de las ortofotos, a pesar de su alta resolución, puede llevar a errores y una sobreestimación del número y área de las dolinas, y de la densidad de dolinización. Atendiendo a estos datos, la metodología que ha resultado ser más eficaz para la cartografía de dolinas ha sido 34 la elaboración de mapas de sombreado con datos LIDAR. En cualquier caso, siempre es recomendable comprobar la cartografía en el campo en caso de que hubiera dolinas de pequeño tamaño, de geometrías en artesa colmatadas de sedimentos o con profundidades inferiores al metro que escapen a la resolución de los datos LIDAR. 6.2 Morfometría de las dolinas Como puede observarse en los resultados, la diferencia entre el área mínima y máxima de las dolinas de los Llanos de Cupierlo es notoria. Es probable que algunas de las dolinas que mayor superficie abarcan sean producto de la unión de dos o más depresiones, lo que se conoce como uvalas. Es también destacable que la mayoría de las dolinas de mayor área se sitúan en zonas de fondo de barranco, lo que podría favorecer el aumento de su tamaño. La densidad de dolinas obtenida en este estudio se ha comparado con los campos de dolinas estudiados por Gracia (1987) en el sector central de la Cordillera Ibérica y por Chueca (1990) en el sector oriental del Pirineo, obteniéndose la Tabla 7: Campo de dolinas Área (km²) N. Dolinas Densidad (dolinas/km²) Área dolinizada (%) Llanos de Cupierlo 8,07 256 31,72 8,85 Villaroya P2 5,89 203 35,06 5,42 Villaroya P1 3 26 8,6 1,64 La Tortuera 49,03 365 7,44 8,1 Odón 18,1 118 6,52 7,37 El Villarejo 16,4 161 9,82 2,97 Turbón 2,58 92 35,65 18,68 Tabla 7: Área, número de dolinas, densidad y área dolinizada de los campos de dolinas. Fuente: Elab. propia con datos propios y de Gracia, J. (1987) y Chueca, J. (1990). Como se observa en la Tabla 7, la densidad de dolinas en los llanos de Cupierlo es entre 3 y 4 veces mayor que Villaroya P1, La Tortuera, Odón y El Villarejo y semejante a la obtenida en Villaroya P2 y en el Turbón. Además, la densidad de dolinas obtenida en este estudio para los Llanos de Cupierlo (31,72 dolinas/km2) es ligeramente superior al calculado por Rodríguez Vidal en 1983, el cual mostraba una densidad de 29,5 dolinas/km2. Esta ligera diferencia se debe a que 35 el número de dolinas identificadas mediante la metodología utilizada en el presente estudio es mayor. Cabe destacar que el trabajo de Rodríguez Vidal (1983), a pesar de ser un trabajo antiguo y no disponer de modelos digitales de elevaciones, consiguió unos resultados muy próximos a la realidad, gracias a un exhaustivo trabajo de fotogrametría y trabajo de campo. Igualmente, si se compara el porcentaje de área dolinizada en Cupierlo con respecto a otros campos de dolinas del territorio aragonés, se observa que los Llanos junto con el campo de dolinas del Turbón ofrecen la mayor área dolinizada de todas las zonas estudiadas. Esto significa, que no solo existe un gran número de dolinas sino que además existen dolinas de grandes dimensiones ocupando una importante área de la zona de estudio. Finalmente, atendiendo al índice de distribución espacial y a que no existen valores de distribución para el campo de dolinas del Turbón, el campo de dolinas de Cupierlo es el que tiene un índice más cercano al agrupamiento (Tabla 8). Esto quiere decir que las dolinas de Cupierlo poseen menor distancia entre ellas que en el resto de campos y por tanto, representa la zona con el mayor agrupamiento de dolinas por km2. Campo de dolinas Índice de distribución espacial Llanos de Cupierlo 0,962721 Villaroya P2 2,146 Villaroya P1 1,9 La Tortuera 1,16 Odón 1,86 El Villarejo 1,55 Tabla 8: Índice de distribución espacial de los campos de dolinas. Fuente: Elab. propia con datos propios y de Gracia (1987). Como se ha visto en el apartado de resultados, las longitudes del eje mayor de las dolinas varían entre los 6,87 y 330,38 metros, valores que difieren respecto al estudio realizado por Vidal (1983) en los Llanos de Cupierlo. Esta diferencia podría corresponderse a variaciones en la metodología utilizada para delimitar las dolinas. 36 A modo de comparación se ha realizado la Tabla 9, con los valores medios de elongación tanto de los Llanos de Cupierlo como de los estudios de campos de dolinas en zonas carbonatadas estudiados por Gracia (1987) y Chueca (1990). Campo de dolinas Elongación Llanos de Cupierlo 1,76 Villaroya P2 1,69 Villaroya P1 1,66 La Tortuera 1,95 Odón 1,72 El Villarejo 1,82 Turbón 1,41 Tabla 9: Valor medio de elongación de las dolinas en los campos de dolinas. Fuente: Elab. propia con datos propios y de Gracia (1987) y Chueca (1990). En el estudio de Gracia (1987) se habla sobre que este factor de elongación aporta información sobre el control estructural de factores como el diaclasado, concluyendo que estos campos están claramente influidos por estos factores. El valor de elongación obtenido para los Llanos de Cupierlo indica que existe un claro control estructural de las dolinas por parte de las diaclasas presentes en la zona. Además, analizando la orientación de las dolinas, la cual es predominantemente SO-NE, se observa una posible relación con las fallas de la zona, las cuales poseen la misma dirección. En lo que respecta a la pendiente, el bajo valor de este parámetro en la zona de los Llanos de Cupierlo hace de esta un lugar idóneo para la captación de agua, tanto de las precipitaciones en forma de lluvia como del posible deshielo. Las zonas que aparecen con pendientes mayores corresponden a dolinas que poseen algún lateral escarpado (por lo general, dolinas de mayor tamaño). 37 Por lo general, la red de drenaje obtenida en la zona de estudio presenta una morfología bien jerarquizada. Los principales receptores de esta red son el río Guatizalema, en la zona más occidental, y el río Alcanadre en la zona oriental. La excepción a esta jerarquización aparece en la zona de los Llanos de Cupierlo, lugar en el que la red de drenaje desaparece o queda difusa. Esto indicaría que los Llanos de Cupierlo se trata de una zona de recarga de acuíferos, algo que se potenciaría con la escasa pendiente del lugar. 6.3 Origen de las dolinas En la zona de estudio, a pesar de existir más formaciones carbonatadas, solo aparecen dolinas asociadas a la formación Guara (calizas con nummulites y alveolinas). Es por ello que esta unidad geológica debe contener una serie de características geológicas que la hacen propensa a experimentar los procesos kársticos. A falta de estudios petrográficos que den luz a esta cuestión, es posible que sean calizas con una mayor porosidad intergranular que favorezca la infiltración, circulación de las aguas y, en consecuencia, su disolución. Si bien la karstificación es mucho más intensa en esta unidad carbonatada, no se encuentran estos fenómenos de disolución en toda su extensión. De hecho, las dolinas aparecen en dos zonas claramente diferenciables: Los Llanos de Cupierlo (256 dolinas), y su vertiente norte (18 dolinas). Es muy probable que estas 18 depresiones se hayan producido por la naturaleza caliza de la zona y por la escasa pendiente. En el caso de los Llanos de Cupierlo entran en juego, además de estos dos factores, otros como la fuerte fragmentación que ha sufrido la zona, la red de drenaje, que favorece la captación de agua en la zona de los Llanos, o el clima lluvioso y frio de la zona, que favorece la disolución de las calizas. Ligado a esto último, se encuentra otro factor importante en el proceso de dolinización de los Llanos, el cual es la altura, que hace que el clima de la zona sea propicio para crear estas formaciones. Las dolinas identificadas se tratan de dolinas en cubeta, las cuales se han generado por la disolución del sustrato soluble. 7. Conclusiones Respecto a la evolución temporal de las dolinas, se podría afirmar que las dolinas han crecido en área y en número. Sin embargo, se cree que para un buen estudio de estas características es conveniente usar otro tipo de metodología, ya que con las ortofotos utilizadas no se trabaja con la precisión necesaria para este tipo de estudios. Respecto a la comparación entre MDT05 y LIDAR se obtiene un mejor resultado en la digitalización de las dolinas con MDE de 1 metro de resolución (LIDAR) que con los de 5 metros 38 (MDT05). Si bien es cierto que trabajar con este tipo de archivos requiere de ordenadores más potentes, y en algunos procesos de ArcMap el tiempo invertido es mayor. Respecto al origen de este campo de dolinas se puede concluir que se debe principalmente los siguientes factores: al clima frío y lluvioso de la zona, ligado a la altura, a su naturaleza caliza y a la escasez de pendiente, lo que provoca una recepción del recurso hídrico en los Llanos. Comparando con otros estudios, la densidad de dolinas y el porcentaje de área dolinizada de los Llanos de Cupierlo son bastante altos, obteniéndose una densidad de 31,72 dolinas/km2 y un porcentaje de dolinización de 8,85 %. Las dolinas de los Llanos de Cupierlo poseen un índice de dispersión más cercano al agrupamiento que en otros estudios, indicando que estas dolinas se encuentran concentradas, a poca distancia unas de otras. El valor de elongación y la orientación de las dolinas indican un control estructural de estas por parte de las fallas presentes en la zona, observándose una dirección de las dolinas NESO, tal como afirmó Rodríguez (1983). 39 Bibliografía Benayas Polo, R. (2019). GEASIG. Análisis de MDT y superficies con ArcGIS. Obtenido de https://www.geasig.com/analisis-mdt-y-superficies-con-arcgis/ Chueca Cía, J. (1990). El modelado exokárstico en la vertiente oriental del macizo del Turbón (Provincia de Huesca). Lucas Mallada, 2, 57-74. Clark, P. J., & Evans, F. C. (1954). 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Londres: Macmillan Press. 40 Listado de anexos: Tabla final con área, longitud de eje mayor y orientación de las dolinas digitalizadas…….41 Mapa de evolución temporal de las dolinas……………………………………………………….…………..50 Mapa de comparación entre MDE de 1 m y 5 m………………………………………………….………….51 Mapa de pendientes de los Llanos de Cupierlo.…………………………………………….………………..52 Mapa de detalle de los Llanos de Cupierlo……………………………………………….……………………..53 Mapa final de las dolinas de la zona de estudio……………………..…………….…………………………54 41 Tabla final con área, longitud de eje mayor y orientación de las dolinas digitalizadas Dolina Area (en m²) Longitud de eje mayor (en m) Orientación (en °) 1 579,008214 27,880362 4,085617 2 61,044029 9,755163 78,690068 3 62,72414 10,583354 90 4 114,24754 16,171095 75,963757 5 50,403327 10,327315 98,130102 6 67,764472 12,179249 80,537678 7 57,648805 11,052392 101,309932 8 38,082513 10,583354 36,869898 9 264,897483 24,795201 102,528808 10 27,673701 6,875314 101,309932 11 70,564657 10,439357 9,462322 12 56,703742 11,441697 54,462322 13 197,518036 18,256287 90 14 183,02708 18,864669 23,198591 15 260,522194 26,382254 6,009006 16 178,931809 20,933792 74,054604 17 86,630718 12,211379 164,054604 18 217,049325 19,557045 87,273689 19 12203,90546 234,329388 52,744711 20 2662,555728 60,838832 74,054604 21 1646,928697 63,961029 62,102729 22 1014,366948 56,086287 26,565051 23 716,987321 34,92507 90 24 4732,872369 131,336508 45 25 406,026798 26,463474 168,690068 26 287,018943 24,508665 98,130102 27 270,392846 31,947885 26,565051 28 2129,890573 79,157114 48,012788 29 1136,314997 84,03004 17,525568 30 580,75833 31,413031 175,601295 31 3776,889274 152,34178 33,690068 48 236 1078,071153 45,429236 74,054604 237 2763,432386 116,791243 75,963757 238 2395,90813 64,343966 110,854458 239 4027,015783 128,473799 51,788975 240 757,800015 35,965987 131,185925 241 778,801401 47,294172 83,990994 242 445,404397 27,550223 40,601295 243 332,521946 23,812548 90 244 2019,633295 70,336274 64,179008 245 1211,954989 48,232666 104,931417 246 301,019867 19,831439 8,130102 247 233,64042 25,135467 90 248 721,060278 35,842228 157,750976 249 272,142961 20,140215 174,289407 250 2791,784257 77,836465 128,047043 251 78,405175 10,583355 90 252 113,092464 17,534384 95,440332 253 224,014785 26,192466 135 254 122,289321 18,692226 174,289407 255 45,940532 9,901346 66,801409 256 50,534585 7,876221 172,874984 257 63,911418 9,37138 153,434949 258 990,565377 38,069288 108,434949 259 713,172069 37,041741 90 260 1327,462612 54,526484 77,471192 261 1614,481556 50,693923 96,340192 262 200,983265 19,84379 90 263 1097,217416 46,992001 105,945396 264 482,191825 25,575983 85,236358 265 1409,052997 75,366018 52,594643 266 632,281731 35,646448 6,340192 267 571,237702 49,391507 45 268 458,670272 31,133499 78,690068 269 253,696744 27,465193 14,036243 49 270 9379,856754 250,422871 29,577839 271 2451,806819 109,706908 29,931512 272 1643,778489 97,893072 54,107334 273 1411,468157 67,807681 12,680383 274 11229,86117 212,913465 85,236358 50 51 52 53 54