Behaviour of greenhouse gases (methane and carbon dioxide) in karst cave environmentsthe case of the Nerja Cave system (SE Spain) and The Wombeyan Caves (NSW, Australia)

Resumen

En la presente tesis doctoral se han estudiado diferentes aspectos relacionados con el comportamiento del gas metano (CH4) y del dióxido de carbono (CO2) en los ambientes subterráneos, con particular interés en las fuentes y sumideros de CH4 y la relación entre CH4 y CO2 en los procesos de transporte entre el medio subterráneo (cavidades y zona vadosa) y la atmósfera exterior. Para ello, se ha caracterizado la composición química e isotópica de ambos gases y se han analizado las variables microclimáticas que controlan su distribución espaciotemporal en el interior de dos cuevas kársticas. Por una parte, la Cueva de Nerja (Málaga, España), con casi 5 km de desarrollo topográfico y geometría relativamente simple, con salas y galerías orientadas según dos únicas direcciones (N-S y NW-SE) entre las cotas 130 y 190 m s.n.m. (desarrollo prácticamente horizontal). Y, por otro lado, las Cuevas de Wombeyan (Nueva Gales del Sur, Australia), con un desarrollo topográfico de casi 1 km y una geometría más compleja, con salas y galerías organizadas en distintos pisos kársticos y orientadas según múltiples direcciones. La tesis se plantea con el objetivo principal de contribuir al conocimiento de los procesos que controlan la capacidad de los ambientes subterráneos como sumideros de CH4, así como del transporte de CH4 y CO2 a través de la red kárstica, al objeto de evaluar de forma adecuada la capacidad de estos ambientes como sumideros de CH4 atmosférico. En primero lugar, los resultados indican que ambas cuevas se comportan como sumideros de CH4, aunque la Cueva de Nerja presenta composiciones de CH4 no atmosféricas producidas por comunidades microbianas metanogénicas. Asimismo, la desaparición de CH4 es el resultado de la interacción entre la tasa de ventilación, la entrada de aire vadoso/suelo, y la oxidación a través de la comunidad microbiana específica de cada sala de la cueva. Por otra parte, los sistemas kársticos adyacentes ejercen un papel importante sobre los patrones de ventilación y la composición gaseosa de la atmosfera subterránea. En la Cueva de Nerja, los registros térmicos de alta precisión han permitido corroborar la conexión de la cueva con otros huecos kársticos, así como precisar el modelo previo de ventilación considerando este nuevo sistema. En las Cuevas de Wombeyan, el análisis clúster ha permitido caracterizar con mayor precisión la variación espacial de la concentración de CH4 debida a la influencia del sistema de fracturas por el cual tiene lugar el intercambio gaseoso principal con el exterior. El ensayo de trazador de gas en la Parcela Experimental, y los registros de gases traza como 222Rn en la zona vadosa, indicaron la conexión o ausencia de ella entre sondeos situados a distancias relativamente cercanas entre ellos en las inmediaciones de la Cueva de Nerja.