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