Lluís Domingo Milà: Presidente de la FCE, Geólogo.

Ángel Fernández Cortés: Dpt. de Biología y Geología, Univ. de Almería.

Ignasi de Yzaguirre: Medicina Deportiva, Consejo Catalán del Deporte.

Xavier Font: Facultat de Ciències de la Terra, Univ. Barcelona.

José María Calaforra: Dpt. de Biología y Geología, Univ. de Almería.

Raúl Perez López: Área de Peligrosidad y Riesgos Geológicos. IGME.

Raúl Cano: Geólogo y espeleólogo, UME (Gavà).

AVANCE DE LOS ESTUDIOS ATMOSFÉRICOS EN LAS SIMAS DEL GARRAF (2019)

• INTRODUCCIÓN / OBJETIVO

• ANTECEDENTES

• MARCO FÍSICO

• INSTRUMENTACIÓN / METODOLOGÍA

• RESULTADOS

• DISCUSIÓN / CONCLUSIONES

AVANCE DE LOS ESTUDIOS ATMOSFÉRICOS EN LAS SIMAS DEL GARRAF (2019)

• El macizo de Garraf está situado a pocos kilómetros al sur de Barcelona yrepresenta la cuna de la espeleología catalana.

• Macizo sometido al impacto ambiental provocado por el depósito de residuosurbanos de Barcelona, inaugurado en 1974 y que actualmente se encuentra enfase de restauración.

• Desde el 2002 se realiza un seguimiento atmosférico de las simas de este sector.

• Se ha constatado la presencia de atmósferas anómalas en los entornos delvertedero, y en el 2018 se decide implementar una red de control en continuoque supondrá el sistema de alarma. Con los primeros registros se arrojanresultados ciertamente alarmantes: presencia de atmósferas anóxicas.

• La atmósfera anóxica: % O2 muy bajo, inferior al 7%, incompatible con la vida.Representa niveles más extremos que las atmósferas hipóxicas y su origen sedebe al desplazamiento del O2 por la invasión de algún gas no habitual.

INTRODUCCIÓN

• 2002 - 2009: Modelo atmosférico en las simas del Garraf, se ha definido unmodelo barotérmico, la presión atmosférica ejerce de motor de la dinámicaatmosférica y la temperatura condiciona la homogenización o zonación delaire cavernario.

• 2002 - 2016: Efectos sobre la fisiología humana, se han constatado lasprincipales sintomatologías, remarcando la evolución de la saturación deoxígeno, la capacidad arritmogénica y las alteraciones del sistema nerviosoautónomo (simpático y parasimpático).

• 2002 – 2019: Mapa de hipoxia, un grupo de espeleólogos voluntarios hantomado datos de las simas del Garraf y posteriormente de todo el territoriocatalán. Los datos se recogen en un mapa de Google, abierto al públicopara su consulta.

ANTECEDENTES

MARCO FÍSICO - LOCALIZACIÓN

El macizo de Garraf se eleva como una extensameseta de roca caliza, situado entre el valleinferior del Llobregat, el Mediterráneo y ladepresión del Penedès.

La zona de estudio está emplazada en el centro delmacizo, donde el relieve predominante es unapenillanura con campos de lapiaz, sobre los cualesse localizan las entradas de las simas.

MARCO FÍSICO - LOCALIZACIÓN

MARCO FÍSICO - ENDOKARST

El endokarst está caracterizado por:

• Modestas simas.• Marcado desarrollo vertical.• Pozos en forma de uso• Con bocas pequeñas y mal ventiladas, donde

se generan atmosferas confinadas, muysensibles a las variaciones de las condicionesambientales.

• En todo el Garraf hay más de 30 simas quesuperan los 50 m de profundidad, en la zonade estudio se localizan hasta 20 de éstas.

MARCO FÍSICO - ENDOKARST

MARCO FÍSICO - VERTEDERO

• Inaugurado en 1974 y se clausuró en 2006,actualmente en restauración.

• Se han acumulado 30 millones de Tn de residuosque ocupan 87 ha.

• En la primera fase de restauración se ejecutaron300 pozos de extracción, de unos 20 m deprofundidad, cuando la capa de residuos puedellegar hasta los 100 m.

• El biogás producido es el producto de ladescomposición anaerobia de la materia orgánicade los residuos, constituido principalmente por 55%de CH4 y 45% de CO2.

• La previsión del Área Metropolitana era aprovecharel biogás durante 15 años después de la clausura,siempre y cuando la proporción de metano fuesesuperior al 40 %.

MARCO FÍSICO - VERTEDERO

• Atmósfera hipogea empobrecida en O2 y enriquecidaen CO2.

• El % CO2 presenta un gradiente vertical.• Distribución vertical: Entrada primero del CO2 por la

zona basal, se constata la no existencia desedimentación atm.

• Análisis temporal: Significativas correlaciones con laP.Atm. Respuesta a mareas barométricas. Presenciade estacionalidad horaria en invierno y ausencia deésta en verano.

• Modelo BAROTÉRMICO, la presión atmosférica ejercede motor de la dinámica atmosférica y la temperaturacondiciona la homogenización o zonación del airecavernario.

MARCO FÍSICO - ATMÓSFERAS HIPOGEAS GARRAF

MARCO FÍSICO - ATMÓSFERAS HIPOGEAS GARRAF

• Desde el 2002 hasta el 2018 se han utilizado detectores portátiles de gas, para lasmediciones “in situ” : O2, CO2, CH4 y CO (MultiRae y Drager)

• Una vez verificada la existencia de atmósferas peligrosas, se implementa un controlsistemático en determinadas simas.

• Se ha instalado unas líneas de tubos, desde la boca hasta diferentes profundidades.Esto permite la obtención de muestras de una forma segura y desde el exterior de lasima.

• El análisis en laboratorio de la concentración de CO2 y CH4 y la determinación de laseñal isotópica δ13C de ambos gases se realiza mediante un espectómetro CRDS dealta resolución (Picarro G2201-i), del Laboratorio de Isótopos Estables de la Universidadde Almería.

METODOLOGÍA E INSTRUMENTACIÓN

C

METODOLOGÍA E INSTRUMENTACIÓN

RESULTADOS

CARLES SELICKE

ARITJOLSRAMON VALLS

RUDA

- 193 m

RESULTADOS

FORAT DE LA RUDA

SIVINOTA

- 132 m

- 72 m- 92 m

- 135 m

RESULTADOS

RESULTADOS

• Presencia de atmósferas hipóxicas. En los entornos del vertedero se registran hasta una veintena desimas que presentan valores inferiores al 17 % de oxígeno.

• Presencia de atmósferas anóxicas, valores extremos alrededor del 5 % de O2, detectados en 4 simas(Aritjols, Ramon Valls, la Sivinota y Forat de la Ruda).

• En las atmósferas anóxicas se registran valores superiores al 5 % CO2, presencia CO y CH4

RESULTADOS

La relación entre el % de O2 y % de CO2 aportar importantesindicios. El índice CAI (Cave Air Index), fórmula propuesta porHalbert (En Smith 1998) relaciona los dos gases:

Es importante interpretar el CAI junto con la fracción degases restantes (RF: Residue Fraction), es decir: N2, vapor deagua y otros gases.

Escenario 1: CAI entre 0,4 - 1,4 y RF entre 78% - 82%(constante). Representa el escenario de las atmósferasnaturales. La adición de CO2 equivale al desplazamiento deO2 y N2. El CO2 proviene del arrastre del agua meteórica,difusión desde el suelo externo, desgasificación de CO2ligada a la precipitación de carbonatos o del metabolismo demicroorganismos del medio subterráneo.

Escenario 2: CAI entre 0 - 0,4 y RF superior al 82%.Atmósferas raras y no habituales. Es el resultado de laintroducción de otros gases, como el CH4 procedente delbiogás. Todas las simas con atmósferas anóxicas.

Cuando el núcleo contiene 6 neutrones, tenemos el isótopo 12C. Es el isótopo de carbono másabundante (98.93 %):

Cuando el núcleo contiene 7 neutrones, tenemos el isótopo 13C. Es un isótopo de carbono menosabundante que el 12C (1.07 %), también es estable físicamente.

Los gases que se emiten desde diferentes fuentes suelen tener una composición isotópica ligeramentediferente que es característica de esa fuente y del mecanismo.Las mediciones de isótopos estables del carbono en gases como el CO2 y el CH4 permiten distinguir lasemisiones de las diferentes fuentes y evaluar el ciclo de estos gases en la zona vadosa del karst lo queno sería posible con sólo medir la concentración de los gases.

RESULTADOS – ENSAYOS ISOTOPICOS

RESULTADOS – ENSAYOS ISOTOPICOS

Los resultados de concentración de CO2 yseñal isotópica δ13C-CO2 se han integrado endiagramas Keeling

las simas de Ramón Valls y Aritjols presentanuna atmósfera subterránea con niveles deCH4 extraordinariamente altos.

En el caso de la sima de Aritjols, una señalδ13C-CO2 muy ligera y próxima a los valoresregistrados en el suelo del vertedero, podríaser además indicativa de un proceso deoxidación incompleta del metano biogénico(presente en demasía y ligado al biogásprocedente del vertedero) que generaría CO2como subproducto.

DISCUSIÓN

La reducción de producción de energía de biogás se corresponde con la tendencia a partir de la cual las simas

empezaron a empobrecerse en O2.

Las simas se encuentran en alineaciones de falla que llegan hasta el vertedero; y considerando las imperfecciones

en la impermeabilización, el biogás sería capaz de desplazarse por estas alineaciones hasta los puntos de depresión

que suponen los espacios cavernarios.

• Se constata la presencia de atmósferas peligrosas (incluso letales) en las simas de los entornos del vertedero del Garraf.

• Se presentan indicios que apuntan hacia una contaminación de las atmósferas cavernarias debida al biogás generado por el vertedero: marcado empobrecimiento en O2, presencia de gases típicos del biogás (CH4, CO y CO2) en elevadas concentraciones y presencia de señales isotópicas δ13C-CO2 próximas a las registradas en el suelo del vertedero.

• Se debe investigar la relación entre la explotación del biogás y el contenido de gases de las atmósferas cavernarias. En todo caso la explotación del biogás no debe responder a un parámetro económico, sino a una necesidad medioambiental.

• Los sucesivos muestreos y análisis isotópicos comparativos de estos gases en todas estas simas, que están planificados en el futuro próximo, aportarán la base de datos necesaria para constatar o refutar estas primeras observaciones.

CONCLUSIONES

• A todos los espeleólogos voluntarios que han contribuido a la elaboración de estos estudios y especialmente a: Emili Bifet, Paula Cociña, Albert Sanmartí, Albert Bengoetxea, Pau Pérez y al grupo de Bomberos de Barcelona (ACEB).

• Por los recursos, asesoramiento y difusión: a la Federació Catalana d’Espeleologia, al Consejo Catalán del Deporte y al Parc Natural del Garraf.

• Este trabajo ha sido financiado parcialmente por los proyectos del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades: CGL2016-78318-C2-(1R y 2R) y CGL2017-83931-C3-2-P AEI/FEDER/UE.

AGRADECIMIENTOS