10 carsismo

Il carsismo è un processo di erosione
chimica che si sviluppa :
in presenza di rocce solubili:
- rocce evaporitiche (gesso, salgemma);
- rocce carbonatiche (calcari, dolomie, marmi …).
in presenza di acqua:
- zone temperate, tropicali etc … (attuali o passate).
in presenza di condizioni strutturali e tessiturali favorevoli:
- porosità secondaria (fratture, stratificazione ...);
- permeabilità (capacità di lasciar passare l’acqua).
In presenza di rocce calcaree, la reazione (reversibile) è:
CaCO3 + H2O + CO2 = Ca++ + 2HCO3bicarbonato di calcio Ca(HCO3)2
La quantità di un gas sciolto nell’acqua dipende dalla pressione e dalla
temperatura:
legge di Henry
L’aumento di pressione e la diminuzione di temperatura fanno
aumentare la quantità di gas disciolto in acqua
Importanza del fattore CLIMA
SOLUBILITÀ DEI MINERALI IN ACQUA
Con piccole quantità di CO2 disciolto (PCO2 = 0,001 bar)
e a temperatura di 25°C diversi minerali sono più o meno solubili:
- calcite: 60 mg/L
- dolomite: 50 mg/L
- quarzo: 12 mg/L
- gesso: 2400 mg/L
- salgemma: 360000 mg/L
Grotta di Frasassi, Genga, Marche, Italia (foto J. De Waele)
SOLUBILITÀ DEI MINERALI IN ACQUA
Quando invece la PCO2 è più alta (0,1 bar), alla stessa temperatura
la solubilità dei carbonati aumenta notevolmente:
- calcite:
400
mg/L
- dolomite:
300
mg/L
mentre quella
degli altri minerali
non varia.
Cascata di tufa sul Verdon, Francia (foto J. De Waele)
IL BIOSSIDO DI CARBONIO (CO2)
NEI SUOLI
La CO2 presente nel suolo è la più importante fonte di questo gas
che rende le acque aggressive per le rocce carbonatiche.
La quantità di CO2 in un suolo dipende da una serie di fattori:
-La porosità del suolo;
-L’attività biologica;
-La temperatura
-La pressione
-La presenza di altri acidi
-La miscelazione con altre soluzioni
L’ANIDRIDE CARBONICA (CO2) NEI SUOLI
la quantità di CO2
nei suoli dipende dal
tipo di substrato e di
suolo, dal clima e
dalla stagione.
In suoli ben
sviluppati
le attività biologiche,
responsabili
per la produzione
della CO2,
sono molto intense
soprattutto
nell’orizzonte B.
L’ANIDRIDE CARBONICA (CO2) NEI SUOLI
Le stesse attività si intensificano per temperature superiori ai
20°C, mentre rallentano a temperature basse. CO2 quindi
viene prodotta a livello del suolo soprattutto durante la
stagione calda, rallentando durante la stagione fredda.
Nell’emisfero nord le massime concentrazioni di CO2 nell’aria
di grotta si riscontrano durante l ’ estate (luglio-settembre),
mentre le minime corrispondono ai mesi di gennaio-marzo.
Processo carsico – Società Speleologica Italiana 2009
LA TEMPERATURA
Con PCO2 =
0,03% a 25°C si
sciolgono 55
mg/L di CO2
nell’acqua.
Abbassando
la temperatura
a 0°C tale
valore aumenta
fino a 75 mg/L.
Questo è dovuto
al fatto che la
CO2 è più solubile
in acqua
a temperatura
più bassa.
LA PRESSIONE
Un aumento
nella pressione
idrostatica
fa incrementare
la solubilità della CO2
e conseguentemente
del carbonato in acqua.
Questo processo
si verifica
negli acquiferi,
con aumenti
della solubilità
di circa 6 mg/L
per ogni 100 metri
di colonna d’acqua.
Classificazione delle forme
carsiche
Forme
carsiche di
superficie
(epigee)
Forme
carsiche
ipogee
Zona
vadosa
Interfaccia
freaticovadosa
Zona
freatica
Microforme
Scannellature
vaschette
1 metro
Forme
carsiche
epigee
Macroforme
Microforme
Macroforme: Doline
La dolina è una depressione nel
paesaggio carsico, circondata da
rilievi
L’acqua viene smaltita per via
sotterranea, preleva dai versanti del
materiale che trasporta sul fondo della
dolina: colluvione.
La dissoluzione continua all’interfaccia
roccia-colluvione
Vari tipi di doline
sinkhole
La dissoluzione è
controllata dalle
discontinuità
Le doline hanno una
forma tondeggiante
perché si impostano in
corrispondenza di incroci
di faglie o fratture (zone
di debolezza)
Altre macroforme carsiche epigee: valli cieche, valli secche, inghiottitoi
Un paesaggio carsico è caratterizzato da un caos idrografico superficiale,
le acque vengono assorbite da fratture e inghiottitoi, che possono anche
trovarsi sul fondo delle doline. Non ci sono veri e propri corsi d‘acqua.
Il Bussento nel Cilento è,
dopo il Timavo in Friuli, il
caso più spettacolare di
fiume sotterraneo
Inghiottitoi
Canyon carsico
So Gorropu, Sardegna
Macroforme:
i polje
Campi tettono-carsici,
endoreici, ampie depressioni
chiuse con profondità elevata,
tale da far escludere l’azione
della sola dissoluzione
Il fondo del polje può essere
occupato da un lago stagionale
Massiccio del M.
Cervati (Cilento)
Piani d’Ischia (M. Terminio)
Valle morta
Valle cieca
Forme carsiche ipogee
Nelle zone a clima temperato, le
soluzioni si saturano con
concentrazioni più alte di CaCO3
e giungono in sottosuolo ancora
aggressive, dando luogo al ricco
sviluppo di forme ipogee
Infiltrazione concentrata
In rocce carbonatiche l’infiltrazione -e la dissoluzione- avvengono
lungo le discontinuità.
Crepacci carsici nel Rosso ammonitico, Veneto, Italia (foto U. Sauro)
Infiltrazione diffusa
dove le rocce carbonatiche sono coperte da uno strato permeabile
(un suolo, uno strato di sabbia) l’infiltrazione avviene diffusamente
attraverso questo strato. Le acque alla loro entrata
nella roccia carbonatica sono in genere ancora sottosature
e in grado di sciogliere la roccia in modo efficace, almeno nei primi metri.
La presenza di vegetazione rende le soluzioni più aggressive,
perché arricchite di acidi humici
I FATTORI
CHE INFLUENZANO
LA SPELEOGENESI
Fattori geologici:
- passivi;
- attivi.
Fattori climatici:
- precipitazioni;
- temperatura.
Fattori biologici:
- attività biologica
(produzione di CO2).
Grotta di Is Angurtidorgius, Sardegna, Italia (foto G. Pani)
I FATTORI GEOLOGICI PASSIVI
Litologia:
- tipo di roccia (calcare, dolomia, gesso, sale, quarzite);
- porosità
Struttura:
- superfici di strato;
- fratture, faglie;
I FATTORI GEOLOGICI ATTIVI
Morfologia:
- pendenza del terreno;
- energia del rilievo (dislivello zona assorbente/sorgenti);
- tipo di drenaggio superficiale.
Idrogeologia:
- tipo di alimentazione (diffusa, concentrata, indiretta);
- provenienza dell’acqua (epigenica, ipogenica);
principali zone di infiltrazione
Grotte a prevalente sviluppo verticale
Zona vadosa
Zona freatica
Grotte a prevalente sviluppo orizzontale
Grotte orizzontali
LE GROTTE “TRAPPOLE DI ACCUMULO”
Le grotte sono tra i più longevi componenti del paesaggio.
Durante tutta la loro esistenza si comportano come trappole di accumulo per:
- SEDIMENTI FISICI
Fluviali, marini, vulcanici …
Manufatti
- SEDIMENTI BIOLOGICI
Materiale organico
(pezzi di piante, animali …)
Guano
- DEPOSITI CHIMICI
Speleotemi (concrezioni,
mineralizzazioni)
Grotta della Colonna Egiziana, Iglesias, Sardegna, Italia (foto P. Forti)
I DEPOSITI CHIMICI
I depositi chimici di grotta
vengono chiamati genericamente
SPELEOTEMI
Grotta del Fico, Sardegna, Italia (foto P. Forti)
(forme di grotta).
Grotta di Castellana, Puglia, Italia (foto P. Forti)
I depositi chimici delle grotte – Società Speleologica Italiana 2009
SPELEOTEMI
Grotta di Valdemino, Liguria,
Italia (foto F. Facchinetti,
Arch. GSB/USB)
Grotta di Cabrespine, Francia (foto P. Forti)
Jeita Cave, Libano (foto P. Forti)
I depositi chimici delle grotte – Società Speleologica Italiana 2009
Esempi di speleotemi
I travertini
Monti del Matese
I MASSICCI CARBONATICI CAMPANI CON MAGGIORE
CONCENTRAZIONE DI GROTTE
Monti Picentini
Monti Alburni
Monti del Cervati
Monti di Sapri
Monte Bulgheria
Schema geologico semplificato della Regione Campania: in verde le principali aree
carsiche, in marrone i rilievi collinari terrigeni, in viola i distretti vulcanici, in giallo
le piane costiere e le conche intermontane