le acque sotterranee e il carsismo

Cognome ................................................................................. Nome ....................................................................................... LE ACQUE SOTTERRANEE E IL CARSISMO Come abbiamo visto parlando del ciclo idrologico, l’acqua che cade al suolo con le precipitazioni segue diversi percorsi: •
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può evaporare, direttamente o in seguito a traspireazione a opera delle piante dovpo che queste l’hanno assorbita dal terreno con le loro radici; può scorrere sul terreno come acqua di dilavamento e confluire nei corsi d’acqua, che alla fine la riportano al mare (deflusso superficiale); infine, può infiltrarsi nel sottosuolo e dare origine alle acque sotterranee, destinate anch’esse a defluire in mare, anche se molto più lentamente dei corsi d’acqua. Una frazione delle acque sotterranee ritorna comunque in superficie attraverso le sorgenti e in seguito al cospicuo prelievo effettuato dall’uomo per mezzo di pozzi e quindi raggiunge il mare attraverso il deflusso superficiale. La possibilità dell’acqua di infiltrarsi nel sottosuolo e di penetrare in profondità dipende dalla permeabilità dei sedimenti e dalle rocce su cui cade, cioè dalla capacità di questi materiali di farsi attraversare dall’acqua stessa; questa capacità è a sua volta determinata dalla porosità dei materiali rocciosi, dovuta alla presenza di spazi vuoti (pori) tra le loro particelle costituenti: i pori devono essere abbastanza grandi da lasciare circolare l’acqua al loro interno. Quando possiedono questi requisiti, i sedimenti e le rocce sono permeabili: ne sono esempi le rocce incoerenti come la ghiaia e la sabbia, rocce coerenti come le arenarie (formate da sabbia cementata) e le rocce in genere che presentino fratture al proprio interno (comune è il caso dei calcari). Quanto maggiore è la porosità, tanto più elevata è la quantità di acqua che può essere assorbita. La porosità, tuttavia, non è sufficiente a rendere una roccia permeabile: l’argilla, per esempio, è molto porosa, ma i pori hanno un diametro talmente ridotto che l’acqua, dopo averli riempiti, vi aderisce, senza possibilità di muoversi. L’argilla quindi fa parte delle rocce impermeabili, che includono anche in genere le rocce compatte non fraturate, di qualunque origine. Le falde acquifere L’acqua piovana, dopo essersi infiltrata in uno strato superficiale permeabile, per gravità scende verso il basso fino a che incontra uno strato impermeabile (in genere costituito da argilla o da rocce compatte). In una falda freatica, l’acqua può essere prelevata per mezzo di un Lo schema mostra la differenza essenziale tra una falda pozzo che “peschi” al di sotto della superficie di falda. Se il prelievo freatica, che poggia su uno strato impermeabile, e una falda di acqua supera la capacità della falda di ricaricarsi con l’acqua artesiana, che è compresa tra due strati impermeabili. che giunge dalla zona di accumulo, la superficie di falda si abbassa. L’acqu
ua si accumu
ula al di soprra di questo strato imperrmeabile, impregnando llo strato perrmeabile e fo
ormando unaa falda acquiffera al cui interno scorree lentamentee seguendo laa pendenza.
Una faalda acquiferra può essere di due tipi: freatica o a
artesiana. Una falda f
freaticca (dal grecco phréar = = pozzo) è una falda acquifera a
lim
mitata solo inferiormen
nte da uno strato imperrmeabile; il livello supeeriore dello strato impregnato di acqua, a
detto
o superficie ffreatica, pu
uò variare in
n base all’app
porto delle piogge; al di d sopra della superficiee freatica si trova la zo
ona di aera
azione, che viene v
attravversata dall’accqua piovanaa di infiltrazione. L’acqu
ua di una falda freatica può essere prelevata peer mezzo di pozzi comun
ni che pesch
hino in essa: l’acqua nel pozzo raggiu
unge al masssimo il livello della superfficie freatica e deve pertaanto essere sollevata con
n l’ausilio di mezzi meccaanici. Una faalda artesian
na è una fald
da acquifera che viene a trovarsi intrrappolata, cio
oè “confinatta”, tra due sstrati imperm
meabili non o
orizzontali (faalde di questto tipo sono comuni nellla regione francese dell’A
Artois, da cu
ui il loro nom
me); poiché la zona di alim
mentazione ssi trova a unaa quota più eelevata rispeetto alla falda, l’acqua si trova in pressione, come
e all’interno di una “cond
dotta forzata”. SSchema di una falda artesia
ana. In un pozzzo artesiano, l’acqua tendee piezometrica. a salire fino a raggiungerre il livello dellla superficie p
Se si sscava un pozzzo fino a ragggiungere la falda, l’acqu
ua, per il prin
ncipio dei vasi comunicanti, risale spontaneamen
nte nel pozzo
o fino a raggiiungere il livvello più alto
o della falda, chiamato su
uperficie piezzometrica. SSe la testa de
el pozzo, chiamato pozzo
o artesiano, èè situata più in basso della superficiee piezometricca, l’acqua fu
uoriesce zam
mpillando. LO SFRUTTAM
MENTO DEELLE FALDE ACQUIFERE. Le fald
de acquiferee, dopo i ghiaacciai, rappreesentano la principale risserva di acqu
ua dolce disp
ponibile sullaa Terra e quella da cui l’u
uomo prelevva per mezzzo di pozzi la maggior parte dell’acqua che uttilizza. Spessso le acque sotterraneee sono sottop
poste a eccessivi prelievii, soprattutto
o per scopi aagricoli e industriali, tali da superare la naturale capacità di rricarica delle falde; questo provoca u
un graduale aabbassamen
nto del livello
o di falda e, come conseeguenza, si p
può determinare il meno della subsidenza: s
il terreno soprastante s
la falda, svuotato dell’aacqua, tende a cedere,, compattandosi e fenom
abbasssandosi. In Italia il fen
nomeno della subsidenzza interessa parte della Pianura Paadana e alcu
une zone co
ostiere dell’Adriatico. Le ssorgentii Quand
do le acque ssotterranee affiorano in superficie si origina una sorgente; il caso più sem
mplice è quello di una sorgente di con
ntatto, che si s forma quaando la supeerficie freaticca di una falda incontraa la superficiie terrestre: è il caso di molte sorgenti montane, che sgorgano alla base di un versan
nte montuoso. Scchema di una sorgente di ccontatto. Sch
hema di un tra
atto della lineea delle risorgive nella Pianura Padana.
Talvollta l’acqua emerge da un
na sorgente a una temp
peratura superiore a 20°C
C: si tratta in questo casso di una sorgente terma
ale, in cui l’acqua proviene da grand
di profondità o dopo essere stata in contatto con rocce maggmatiche; le acque calde di queste so
orgenti sono molto ricchee di sali mineerali. Tipi paarticolari di ssorgenti sono le risorgive, chiamate anche fontaanili, che affiorano nelle zone di passsaggio tra l’alta e la bassa pianura; una regione mo
olto ricca di risorgive è laa Pianura Pad
dana. L’acqu
ua che alimeenta le risorrgive è quellla che si racccoglie alla base b
delle Alpi, A
nella co
osiddetta fasscia pedemontana, costituita da terreeni alluvionali porosi: in eessi si infiltraa l’acqua della pioggia e dei numerossi fiumi che sscendono daall’arco o, andando aa formare un’estesa faldaa acquifera cche si muove
e verso la basssa pianura. Qui il terren
no diventa arrgilloso alpino
e quin
ndi impermeabile e costrringe la faldaa a risalire in superficie, fo
ormando la ccosiddetta liinea delle risorgive. Tipich
he delle regio
oni calcaree sono le sorg
genti carsiche, che tuttavvia no sono aalimentate d
da vere e pro
oprie falde id
driche, ma daa acque sotteerranee che circolano lib
beramente in
n grotte, cuniicoli e cavità da esse stessse scavate n
nella roccia.
Vanno
o infine rammentate le o
oasi del deseerto che son
no sorgenti cche si formano in seguito
o all’affioram
mento di unaa falda artesiana, la cui orrigine può trrovarsi anchee a centinaia di chilometrri di distanzaa. Schema di sorgente ccarsica, di cui è mostrato un o nella foto. esempio
Il carsismo All’azione “combinata” delle acque della pioggia e di quelle che circolano nel sottosuolo si deve una particolare forma di modellamento del paesaggio superficiale e sotterraneo in zone dove sono presenti rocce solubili, come per esempio i calcari che, come sappiamo, sono costituiti da carbonato di calcio (CaCO3); questo fenomeno, causato da processi sia di dissoluzione sia di precipitazione del carbonato di calcio, è chiamato carsismo; il termine deriva dal Carso, una regione ricca di rocce calcaree delle Alpi orientali, al confine tra l’Italia (Venezia Giulia) e la Slovenia. Già abbiamo in precedenza accennato come l’acqua piovana arricchita di diossido di carbonio (CO2) eserciti un’azione dissolvente sulle rocce calcaree: il CO2 presente nell’atmosfera passa in soluzione nell’acqua della pioggia, conferendo a questa una debole acidità, sufficiente per aggredire chimicamente il carbonato di calcio, trasformandolo in bicarbonato di calcio, Ca(HCO3)2, che è solubile e viene pertanto trascinato in soluzione e allontanato dalla roccia. Le acque meteoriche esercitano la loro azione dissolvente insinuandosi nelle fratture delle rocce e ampliandole sempre più; col tempo si formano cunicoli e cavità dove l’acqua scorre liberamente e velocemente, per cui si instaura un sistema di circolazione idrica sotterranea all’interno della formazione calcarea. Affinché il fenomeno del carsismo assuma dimenisoni rilevanti occorre non solo che le rocce siano fessurate, ma anche che il clima della regione sia piovoso e che le temperature medie non siano eccessivamente basse (condizioni che accentuano i processi erosivi). In superficie il carsismo produce tipiche forme di modellamento del paesaggio, tra cui le doline (“piccole valli”): si tratta di depressioni concave, del diametro compreso tra pochi metri e qualche centinaia di metri, profonde fino a circa 200 m. Alcune delle principali forme di erosione superficiale e profonda di una regione carsica. Talvolta i corsi d’acqua alla superficie possono scomparire in un inghiotitoio e compiere una parte del loro tragitto attraverso cunicoli sotterranei. Ne è un esempio il fiume Timavo, presso Trieste, che dopo un percorso di circa 40 km in profondità riemerge in superficie a pochi chilometri dal mare Adriatico. Spesso, sul fondo della dolina, si forma un inghiottitoio, attraverso il quale le acque della pioggia confluiscono all’interno della formazione calcarea; in certi casi l’inghiottitoio viene ostruito da materiali argillosi impermeabili, residui dei calcari, chiamati terre rosse, per cui le doline possono ospitare laghetti temporanei; le doline, allargandosi nel tempo, possono unirsi tra loro formando ampie depressioni chiamate, con un termine slavo, uvala. Altre particolari strutture superficiali sono i campi carreggiati, dovuti all’erosione differenziata dell’acqua sulle rocce calcaree, che appaiono profondamente solcate da incisioni simili a quelle lasciate dalle ruote di un carro su un terreno fangoso. Nel sottosuolo l’acqua che penetra attraverso inghiottitoi e fessure della roccia, scava cavità di varia forma e dimensione, formando grotte e gallerie (quelle a sviluppo verticale sono chiamate pozzi). Molte grotte sono collegate tra loro e formano sistemi che si estendono anche per decine di chilometri; al loro interno possono svilupparsi veri e propri corsi d’acqua sotterranei. Nelle grotte l’acqua esercita anche un’azione costruttiva, formando depositi o concrezioni calcaree talvolta spettacolari. Le concrezioni si formano in seguito al lento gocciolamento dell’acqua ricca di bicarbonato di calcio attraverso le fessure sulla volta e sui fianchi delle grotte: a causa della diminuita pressione e della maggiore temperatura all’interno della grotta, parte del diossido di carbonio disciolto nell’acqua che stilla dalle pareti si libera come gas e il bicarbonato di calcio si trasforma in carbonato di calcio insolubile, che si deposita in forma di minuti cristalli. Dalle gocce d’acqua che stillano dalla volta ceddendo il loro deposito di carbonato di calcio si originano strutture pendenti, di forma in genere conica, dette stalattiti, che si accrescono verso il basso; dalle gocce che cadono sul pavimento si formano strutture che si accrescono verso l’alto dette stalagmiti; stalattiti e stalagmiti possono arrivare a incontrarsi formando colonne. Le grotte e le cavità carsiche possono formare sistemi molto estesi che si sviluppano anch eper centinaia di chilometri; in Italia, le grotte sono numerose e tra le principali si possono citare quelle di Castellana di Puglia (provincia di Bari). GUIDA ALLO STUDIO 1.
Che cosa si intende per permeabilità dei sedimenti e delle rocce? ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ 2.
Come si origina una falda acquifera? ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ 3.
Qual è la differenza tra una falda freatica e una falda artesiana? ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ 4.
In che cosa consiste il fenomeno della subsidenza? ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ 5.
In che modo si formano le risorgive nella Pianura Padana? ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ 6.
In che cosa consiste il fenomeno del carsismo? ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ 7.
Che cosa sono le doline? ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ 8.
Qual è la differenza tra una stalattite e una stalagmite? ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ 9.
Completa la seguente frase scrivendo i termini opportuni. Una falda________________________ che impregna uno strato roccioso permeabile disposto sopra uno strato impermeabile è detta ________________________; se invece è imprigionata tra due strati rocciosi impermeabili è detta ________________________. 10.
Indica se le seguenti affermazioni sono vere (V) o false (F). a.
L’argilla è una roccia porosa molto permeabile. V F b.
I fontanili sono un tipo particolare di sorgente. V F c.
L’acqua della pioggia è debolmente basica. V F d.
Il bicarbonato di calcio è un sale solubile. V F e.
Le stalagmiti si accrescono verso il basso. V F f.
Il carsismo è frequente nelle zone desertiche. V F 11.
Osserva la figura, completala collocando correttamente i termini elencati sotto e rispondi alle domande. a.
strato impermeabile; b.
pozzo artesiano; c.
strato permeabile; d.
falda freatica; e.
pozzo comune; f.
falda artesiana. Che cosa mostra la figura? ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ Come varia il livello della superficie freatica? ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ Che cos’è la zona di aerazione? ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ 12.
Completa il seguente schema con i termini sottostanti. [ Pozzo ÕFaglia Õ Sorgente Õ Falda acquifera Õ Roccia impermeabile ] 13.
Osserva l’immagine e descrivi di cosa si tratta. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. Esistono due tipi di falde idriche: le falde freatiche e le falde artesiane. Le prime, che si trovano a profondità ______________________ sono costituite da strati ______________________che contengono sia aria sia acqua. Le seconde sono localizzate tra due strati ______________________e si trovano a profondità di norma ______________________delle precedenti. Dalle falde ______________________ l’acqua sale spontaneamente dai pozzi, mentre dalle falde ______________________deve essere attinta. [permeabili • freatiche • maggiori • modeste • artesiane • impermeabili• minori • elevate] 14.
Per falda artesiana si intende una riserva di acqua dolce… A.
B.
C.
D.
…che può risalire spontaneamente in superficie perché sotto pressione …che può essere attinta attraverso pozzi freatici …localizzata tra rocce permeabili …che non può essere utilizzata perché molto inquinata