Seminario Geologia e Carsismo - Gruppo Speleologico Natura

III ciclo di Seminari di Approfondimento
Summonte 18/12/2010
Geologia e carsismo
a cura di Sossio Del Prete
Federazione Speleologica Campana/Gruppo Speleologico Natura Esplora
Foto Sura Ballmann, Lechuguilla cave, USA
Speleologia
(studio del mondo sotterraneo s.l.)
In funzione delle caratteristiche genetiche dell’ipogeo
si distingue:
Speleologia
in Cavità Artificiali
Ricerca esplorazione e studio
delle cavità realizzate
dall’uomo nei secoli e cadute in
disuso
Speleologia
in Cavità Naturali
(grotte s.l.)
Ricerca esplorazione e studio
di tutte le cavità di origine
naturale
Non è raro, tuttavia, che una cavità artificiale abbandonata possa essere completamente
rimodellata da agenti naturali che ne alterano la fisionomia (es. alcuni acquedotti), così come
non è raro che la realizzazione di cavità artificiali intercetti complessi sotterranei naturali
altrimenti inaccessibili (es. grotte di miniera)
Come nascono le montagne?
I processi che portano alla formazione di una catena montuosa vanno
sotto il nome di orogenesi e sono frutto di dinamiche interne alla Terra
molto complesse.
La struttura interna della Terra presenta un Nucleo
(3470km) caldo e fuso nella sua parte esterna
(1370km). Attorno al nucleo si trova il Mantello
(2900km) e la parte più superficiale è la Litosfera. La
Litosfera comprende la Crosta continentale (30-75km)
e oceanica (6km).
Il nostro pianeta è
costituito da una serie di
involucri concentrici che
disperde continuamente
calore con movimenti
convettivi come un
gigantesco motore termico
Raggio terrestre: 6371 km
da Bosellini A., 1996
Come nascono le montagne?
Secondo la teoria della tettonica delle placche la Litosfera (80-100km di
spessore) è un sottile guscio suddiviso in un certo numero di elementi
(placche) incastrati fra loro come tessere di un puzzle e che sono in
continuo movimento l’una rispetto all’altra.
da Bosellini A., 1996
Le frecce e i relativi numeri indicano la direzione e la velocità (in cm l’anno) degli spostamenti delle placche
Come nascono le montagne?
Il risultato di questi sconvolgimenti è ben visibile nelle “cicatrici” presenti
sulla superficie dei continenti e dei fondi oceanici costellate di vulcani e
catene montuose.
La danza dei continenti nelle Ere geologiche
La formazione del supercontinente Pangea (250 milioni di anni fa) è frutto
del girovagare delle zolle per il globo terrestre negli ultimi 500 milioni di anni.
circa 250 milioni di anni fa
circa 200 milioni di anni fa
oggi
fra 100 milioni di anni
Come nascono le montagne?
Gli spostamenti delle placche
si spiegano mediante le
correnti convettive presenti
nel Mantello. Nuova Litosfera
si forma lungo le dorsali
oceaniche che ridiscende,
fredda e pesante, nelle zone
di subduzione, dove si
formano le fosse oceaniche.
da Accordi & Lupia Palmieri, 1986
In corrispondenza delle zone di
subduzione la Litosfera viene
distrutta e si localizzano gli
ipocentri dei terremoti e le
catene vulcaniche alimentate
dalla parziale fusione della
placca in subduzione.
da Bosellini A., 1996
Come nascono le montagne?
Quando due placche si
allontanano fra loro iniziano a
formarsi dei bacini oceanici;
viceversa quando collidono
fra loro si formano archi
vulcanici (scontro tra crosta
oceanica e continentale) o
catene montuose (chiusura
del bacino oceanico e scontro
tra due croste continentali).
da Bosellini A., 1996
E in Italia come siamo messi?
Il continente africano e ciò
che rimane di un suo antico
promontorio (Adria) sono
ancora collegati fra loro lungo
un margine che si immerge
sotto la zona tirrenica. In
corrispondenza di questa
zona si verificano i terremoti
che interessano le nostre
aree.
Spostandosi verso NE, la
zolla di Adria non incontra una
resistenza omogenea. Lungo
le zone di maggior resistenza
si sviluppano i terremoti più
forti (arco Calabro peloritano,
Albania-Montenegro, Alpi
orientali).
da Mantovani E., 1991
E in Italia come siamo messi?
Il risultato di questi scontri tra placche ha portato alla formazione del nostro
Appennino che è costituito da una serie di enormi “trucioli” che si
accavallano fra loro formando le nostre montagne … fatte di rocce originatesi
su antichi fondali marini!
da Mostardini & Merlini, 1986
Tutto iniziò ai tropici tanto tempo fa …
Nel Mesozoico (250-60 Ma), nel vasto
oceano della Tetide sul bordo del
promontorio di Adria (Africa), si
alternavano zone a forte subsidenza
(bacini) e zone a più lenta subsidenza
(piattaforme carbonatiche) dove si
accumulavano fanghi organogeni di
natura calcarea. Il clima era tropicale.
da Patacca & Scandone, 2003 mod.
Foto “d’epoca”!
La migrazione verso nord del continente
africano porterà alla chiusura della Tetide
e alla collisione con la zolla europea con
la formazione prima delle Alpi e poi degli
Appennini.
Prima di questi eventi l’Appennino
meridionale presentava questa
successione di domini paleogeografici.
… poi scoppiarono i casini!
Nel Miocene (20Ma), le Alpi erano già formate. La porzione di crosta
africana su cui giacevano i domini paleogeografici appenninici va in
subduzione sotto la zolla europea. Gli strati più superficiali (5km) e leggeri
non riescono ad immergersi e si deformano e accatastano come trucioli in
superficie a formare la catena appenninica.
da Cinque A., 2005
Lo scenario evolve e vede un bacino in estensione (Tirreno), la catena
appenninica, un bacino di avanfossa (attuale area bradanica) e l’avampaese
(attuale Apulia). Il tutto migrava verso Est.
Dal Pleistocene medio (1Ma) l’avanfossa viene colmata di sedimenti e
diventa terra emersa.
Le rocce raccontano la storia della Terra
Le rocce sono aggregati di minerali e possono essere di moltissime varietà.
Il criterio principale adottato dai geologi per la loro distinzione è quello
genetico mediante il quale si distinguono 3 categorie fondamentali:
Rocce ignee; Rocce sedimentarie e Rocce metamorfiche
Anche se ognuna di
queste categorie ha
caratteristiche
specifiche, i processi
magmatico,
sedimentario e
metamorfico fanno parte
di un unico
Ciclo litogenetico
da Accordi & Lupia Palmieri, 1986
Le rocce raccontano la storia della Terra
Ecco perché si verificano i terremoti, le eruzioni vulcaniche
o troviamo rocce deformate di vario tipo e resti di antichi
animali marini “pietrificati” (fossili) in montagna!!
Rocce sedimentarie stratificate
Microfossili (Matese)
Ammoniti mesozoiche (Dolomiti)
Mesopieghe nei calcari marnosi della Formazione
di Longano (Matese; N. Russo)
Piega nei calcari cretacici di M. Fellino – Roccarainola (S. Del Prete)
Credete sia finita qui?
Al complesso di fenomeni e processi che portano alla formazione di rocce e
montagne, si accompagnano altrettanto complessi fenomeni e processi che portano
al loro costante disfacimento ad opera degli atmosferìli meglio noti come
degradazione meteorica o weathering.
In questo modo si determina il modellamento delle forme del paesaggio.
Degradazione meteorica
(i due processi comunque agiscono sempre in contemporanea)
Degradazione fisica
Degradazione chimica
(Oscillazione della temperatura)
(Alterazione chimica delle rocce)
Crioclastismo
Termoclastismo
Disgregazione meccanica della roccia
in blocchi di varie forme e dimensioni
Ossidazione
Idratazione
(es. anidrite che si trasforma in gesso)
Idrolisi
(es. argillificazione dei feldspati ad opera di acqua e
anidride carbonica)
Dissoluzione
Da qui si inizia a andare per grotte!
(es. sostanze ferrose)
(es. carsismo)
Trasformazione della roccia in detrito di varie
dimensioni e costituzione chimico mineralogica.
Importante processo per la formazione del suolo.
Il processo della dissoluzione carsica
Tutte le rocce della superficie terrestre sono continuamente sottoposte ai
processi della degradazione meteorica (disgregazione fisica e alterazione
chimica)
Il processo della
dissoluzione carsica
consiste nella messa in
soluzione di roccia (in
genere di natura
carbonatica) da parte
dell’acqua di pioggia
acidificata da anidride
carbonica …ma anche da
altre sostanze
CO2 nell’aria: 0,038%
CO2 nel suolo: 0,3 - 10%
CO2 nell’atmosfera della grotta: 0,5 - 1% (cioè sino a 25 volte superiore la concentrazione
nell’atmosfera esterna)
Morfologie carsiche
Le forme carsiche
sono distinte in
forme di superficie o epigee
(epicarso o exocarso)
forme sotterranee o ipogee
(ipocarso o endocarso)
Forme di dissoluzione prodotte
dal ruscellamento delle acque di
origine atmosferica su superfici di
roccia esposta o coperte da
detrito o suolo (carso coperto)
Forme di dissoluzione prodotte
dalla circolazione profonda delle
acque di infiltrazione o di origine
endogena (es. acque termali)
Morfologie epigee
I rillenkarren o scannellature sono tipiche
morfologie da dissoluzione riconoscibili su
superfici di roccia nuda. Hanno dimensioni
di pochi centimetri e somigliano ad una rete
di piccoli canali separati da spartiacque
molto aguzzi.
Calcari di Nago, Trentino Alto Adige (U. Sauro)
I solchi a doccia sono forme incavate che si
generano su superfici lisce e possono avere
andamento tortuoso su superfici poco inclinate
e rettilineo su quelle più inclinate.
Sono larghi circa 1 decimetro e profondi da
alcuni centimetri a vari decimetri e lunghi alcune
decine di metri.
Talora si associano a formare sistemi ramificati
simili a un reticolo idrografico
Monte Baldo, Veneto (U. Sauro)
Morfologie epigee
Anche nelle rocce
evaporitiche (gessi,
salgemma e anidriti)
possono originarsi
morfologie simili a
quelle delle rocce
carbonatiche.
In questi casi, però, il
processo genetico è la
soluzione della roccia
in acqua, ovvero la
roccia si scioglie anche
in acqua non acidificata.
Karren nei gessi di Serre Balate, Sicilia (U. Sauro)
Morfologie epigee
La roccia subito al di sotto del suolo
viene maggiormente aggredita dal
processo carsico perché l’acqua
dispone di maggiori quantità di anidride
carbonica.
Quando l’acqua penetra più in
profondità, lungo piani di frattura
possono originarsi i Karren cavernosi o
Monti Lessini, Veneto (U. Sauro)
crepacci carsici.
I crepacci sono spesso riempiti di
sedimenti fini residuali (es. residuo
insolubile dei calcari) e clasti rocciosi.
Monti Lessini, Veneto (U. Sauro)
Quando la dissoluzione carsica incide
profondamente il substrato
carbonatico può originare delle
morfologie relitte come le città di
pietra, le torri di pietra, le foreste di
pietra, etc.
Morfologie epigee
La dolina è la forma più comune e caratteristica di un paesaggio carsico.
Negli Stati Uniti è più frequente l’utilizzo del sinonimo sinkhole adottato con
finalità prevalentemente ingegneristiche.
Conche chiuse imbutiformi o a scodella possono avere diametri anche di
centinaia di metri e profondità comprese tra pochi decimetri e oltre 100 metri.
Morfologie epigee
Le doline di soluzione si formano in
corrispondenza di zone rocciose
fratturate ove l’acqua percola attraverso
le fessure (struttura idrologica).
Si crea così una via di percolazione
preferenziale che diventa anche luogo di
corrosione accelerata.
Monti Berici, Veneto (U. Sauro)
L’evoluzione del
processo comporta
l’abbassamento della
superficie morfologica
creando una forma
concava chiusa (forma
morfologica).
Morfologie epigee
Le doline di crollo si originano per
fenomeni di collasso della volta di
cavità prossime alla superficie.
Se non ostruite dai massi da crollo
possono permettere l’accesso a sistemi
di cavità sottostanti o alla zona satura
dove si trova l’acqua di fondo.
Comolella, Monti Tifatini, Campania (N. Russo)
Blue Lake, Imotski, Croazia (U. Sauro)
I sinkhole delle aree carsiche – ipotesi genetiche
Le ipotesi genetiche in alcuni casi sono ancora poco chiare. Complessi e vari sono i
meccanismi e i contesti geologici nei quali si può formare un sinkhole.
Collapse sinkhole
Caprock sinkhole
Solution sinkhole
Buried sinkhole
Dropout sinkhole
Suffosion sinkhole
Nisio (2003) e Nisio et al. (2007) sulla base
dei numerosi casi di studio italiani,
suddividono i fenomeni in base al
meccanismo genetico.
Waltham et al. (2005) propongono
una classificazione che suddivide i
fenomeni in sei tipologie principali.
Si riferisce alle aree carbonatiche o
con substrato carbonatico poco
profondo.
I sinkhole delle piane alluvionali – ipotesi genetiche
I dropout sinkhole si formano per il crollo di una cavità in terreni
coesivi (es. argille) al di sopra di un substrato carsificabile. Se la
copertura è costituita da materiali non coesivi (sabbie sciolte,
ghiaie, ecc.), il processo è più o meno lento e continuo (suffosion
sinkhole).
Nisio et al. in merito ai sinkhole nelle
aree di pianura fanno riferimento a un
meccanismo profondo di erosione dal
basso ad opera di acque mineralizzate
ed emissioni gassose lungo faglie che
dal bedrock carbonatico attraversano
notevoli spessori di coperture (ipotesi
ancora molto dibattuta!).
Distribuzione dei fenomeni di sinkhole in Campania
In Campania, attualmente sono note oltre 150 fenomenologie.
Tra queste, numerosi sono i sinkhole in calcari presenti soprattutto su
versanti che per questo motivo raramente interferiscono con l’antropizzato.
Nell’ambito di questa tipologia
le morfologie più significative
sono quelle della Penisola
Sorrentina (sinkhole della Jala)
e di Pertosa per la loro
significativa interferenza con
importanti infrastrutture
antropiche (gallerie ferroviarie
e tracciati autostradali).
da Del Prete et al. in press
Distribuzione dei fenomeni di sinkhole in Campania
Nei calcari interessati da falde mineralizzate si possono creare fenomeni di
ipercarsisimo ed improvvisi collassi di cavità talora in concomitanza di eventi
sismici.
Montepugliano (Telese)
Distribuzione dei fenomeni di sinkhole in Campania
In alcuni casi, questi fenomeni hanno notevoli ripercussioni sulla stabilità dei
versanti in area carsica e sulla realizzazione di importanti opere infrastrutturali.
Spesso si associa l’apertura di importanti trench (lunghe fratture beanti) a monte
per probabili fenomeni di detensionamento innescati dall’apertura del sinkhole.
Spacco della Jala (M. Ruocco)
Sezione geologica del versante della Jala
(Budetta et al. 1996)
Grotta sotto lo Spacco di Pozzano
(S. Del Prete)
Sinkhole e contesto geologico
Sinkhole in rocce carbonatiche
della Puglia
- coinvolgono tutte le litologie affioranti
(substrato calcareo, calcareniti, ecc.)
- frequente sviluppo lungo linee di
discontinuità tettonica
- ammassi rocciosi molto fratturati e
carsificati (con cavità anche rilevanti)
- stretta connessione a fenomeni di
ipercarsismo (specie lungo le fasce
costiere)
Sinkhole in calcari della Campania
contemporanea presenza di:
- faglie attive
- ammassi calcarei molto fratturati e
carsificati (cavità non di grandi
dimensioni)
- falde mineralizzate (sorgenti sulfuree),
ipercarsismo ed indebolimento della
roccia
- sviluppo in concomitanza di forti
terremoti (da dimostrare)
Sinkhole connessi a cavità antropiche
Frequente è l’apertura di voragini connesse alla presenza di cavità artificiali
abbandonate (es. Cave e miniere ipogee). Anche in questo caso gli studi speleologici
forniscono preziose informazioni ai fini di una corretta pianificazione.
Foto US News &
World Report
Foto S. Del Prete
Sinkhole profondo 140 metri, apertosi il 15 Giugno 1994 in un deposito di
gesso in cui era stata realizzata una miniera di fosfati nella Florida.
La voragine così prodotta ha scaricato più di 100.000 m3 di gesso e acque
tossiche e radioattive all’interno dell’acquifero della Florida.
Lusciano (CE), voragine apertasi il 12 Settembre 1998 in
pieno centro abitato.
Suscettibilità all’innesco di sinkhole
… tuttavia non mancano esempi anche di cavità naturali in centri urbani
potenzialmente suscettibili all’innesco di sinkhole
ANTRO DI MATALO
Maddaloni (CE)
Foto B. Bocchino
0
200 m
Foto S. Del Prete
Morfologie epigee – i paesaggi carsici
La combinazione di processi carsici e processi fluviali o glaciali o tettonici,
etc., favorisce lo sviluppo di forme miste (valli cieche e morte, polje,
cockpit, etc.).
Queste forme sono spesso influenzate anche da fattori litologici,
climatici e vegetazionali e possono dare origine a paesaggi carsici
molto particolari e caratteristici.
Morfologie epigee – i paesaggi carsici
Le più grandi forme chiuse di origine carsica sono i polje o campi carsici.
Sono grandi conche chiuse dal fondo sub pianeggiante che possono anche
ospitare laghi stagionali le cui acque vengono smaltite attraverso
inghiottitoi posti ai margini o all’interno della piana.
Polje di Popovo, Croazia (U. Sauro)
Morfologie epigee – i paesaggi carsici
Il polje del Lago del Matese ha una lunghezza di quasi 10 km ed è ubicato a 1011 m
di quota nel cuore del massiccio del Matese. È bordato dalle cime di M. Miletto
(2050 m), La Gallinola (1923 m) e M. Porco (1535 m), M. Soglio (1523 m), M.
Pastonico (1626 m). Le sue acque sono smaltite attraverso gli inghiottitoi di
Scennerato e Brecce tamponati negli anni ‘20 per limitare le perdite del Lago da
parte della Società Meridionale di Elettricità.
Polje di Lago Matese,
Campania (N. Russo)
Morfologie epigee – i paesaggi carsici
Poiché si tratta di conche chiuse in
genere a deflusso endoreico i polje
sono anche aree molto vulnerabili dal
punto di vista dell’inquinamento delle
falde acquifere.
Monte Terminio, Campania
Polje di Lago Laceno,
Campania (A. Santo)
Morfologie epigee – i paesaggi carsici
Nelle aree tropicali con climi caldo-umidi
l’elevata capacità solvente delle acque sulle
rocce carbonatiche da origine a grandi doline
contigue dette cockpit separate fra loro da
strette selle e rilievi a forma di cono.
Guangxi, Cina (U. Sauro)
L’evoluzione nel tempo del processo di
dissoluzione può portare alla formazione di
una vasta pianura (polje) aperta o chiusa nella
quale possono elevarsi isolati coni o torrioni
rocciosi relitti (carso a torri o fenglin).
L’evoluzione di vallette incassate nei versanti e
convergenti verso il fondo può determinare un
perimetro dalla forma stellata o poligonale
Guanxi, Cina (U. Sauro)
Morfologie epigee – i paesaggi carsici
Nelle aree con abbondanti precipitazioni solide, l’accumulo della neve può
condizionare lo sviluppo delle morfologie carsiche (paesaggi nivocarsici).
Molto spesso le doline funzionano da trappole per la neve che, soggetta a
fusione stagionale, può accelerare il fenomeno della dissoluzione.
Paesaggio nivocarsico dei Monti Velebit, Croazia (U. Sauro)
Morfologie epigee – i paesaggi carsici
Un paesaggio suggestivo tipico delle aree tropicali caldoumide e quello del carso a pinnacoli (stone forest).
Queste morfologie sono state prodotte per l’azione
corrosiva della acque circolanti sotto una potente copertura
di suolo.
Man mano che veniva
modellata la superficie
carsificabile, anche le
coperture si adattavano
alle morfologie
sottostanti fino alla
messa a giorno della
roccia nuda.
Gunung Mulu Natural Park, Sarawak
(Trillo S.)
Morfologie epigee – i paesaggi carsici
il gesso (CaSO4 * 2 H2O ) ha una
solubilità molto più elevata dei calcari.
I gessi che affiorano in Italia si sono
formati nel periodo Messiniano 6,5 - 5,5
milioni di anni fa...
Affiorano principalmente in Sicilia (nel
trapanese), in Emilia Romagna (nel
bolognese) e in Calabria (nel crotonese).
Per questo tipo di rocce i processi di
soluzione sono predominanti e
possono formarsi paesaggi con grande
sviluppo di depressioni chiuse.
Doline nei gessi di Bai Su Tan, Uzbekistan
(T. Bernabei)
Speleogenesi: definizioni
La speleogenesi è l’insieme dei processi che portano alla formazione
delle grotte.
Dove per grotta s’intende:
una cavità naturale di dimensioni tali da essere accessibile all’uomo.
I processi speleogenetici sono molteplici e si manifestano in tutti i
contesti geologico-ambientali.
La maggior parte delle grotte è formata prevalentemente da processi
di dissoluzione in rocce carbonatiche (speleogenesi carsica).
Speleogenesi in rocce carbonatiche
Nelle rocce carbonatiche le grotte si formano essenzialmente grazie a due
tipi di processi in cui l’agente è l’acqua:
- processi chimici (dissoluzione della roccia e corrosione)
- processi fisici (erosione)
Le acque coinvolte possono essere:
- acque meteoriche (epigeniche - ricarica dall’alto verso il basso)
- acque profonde (ipogeniche - ricarica dal basso verso l’alto)
Le sostanze acide che partecipano al processo carsico possono essere:
- acido carbonico (H2CO3)
- acido solforico (H2SO4)
L’importanza della speleogenesi
Capire come si formano i sistemi carsici nelle varie situazioni geologico strutturali e climatiche consente di utilizzare queste conoscenze anche in
alcuni campi scientifici applicati, in particolare:
- L’idrogeologia carsica: è sicuramente il campo applicato più importante,
anche perché le acque carsiche diventano via via più importanti (perché
abbondanti) per l’approvvigionamento idrico dell’uomo;
- Gli idrocarburi: il ruolo della porosità carsica (permeabilità e porosità
causata da processi di dissoluzione) nella migrazione e nello stoccaggio
di fluidi mineralizzati (idrocarburi soprattutto);
- Geologia ambientale: pedologia, doline di crollo e subsidenze,
inquinamento delle falde ecc.;
- Studi paleo-ambientali e paleo-climatici: le grotte sono dei potenti archivi
naturali e lo studio delle morfologie e dei depositi possono aiutare a
ricostruire la storia geologica e geomorfologica di ampi territori.
Speleogenesi –
la corrosione
Lo sviluppo del fenomeno carsico in un massiccio roccioso è condizionato
da numerosi fattori i più importanti dei quali sono quelli geologici e climatici.
I tempi in cui si esplicano tali azioni si misurano nell’ordine dei 10.000 anni.
Vari sono anche i fattori
che influenzano
l’aggressività delle
acque e il processo di
corrosione tra cui:
Temperatura;
Regime idraulico;
Miscela di acque;
“Ioni estranei”;
Termalismo;
Attività biologica, etc.
I Fattori che influenzano la speleogenesi
Fattori geologici
- Passivi
- Attivi
Fattori climatici
- Precipitazioni
- Temperatura
Fattori biologici
- Attività biologica (produzione di CO2)
I Fattori Geologici passivi
Litologia
- Tipo di roccia (calcare, dolomia, gesso, sale, quarzite)
- Strutture sedimentarie (stratificazione, porosità, etc.)
Andamento dei sistemi carsici
in funzione dell’assetto
strutturale: A) tabulare; B)
monoclinale; C) a pieghe (De
Waele e Piccini, 2008)
Sezione geologica schematica
della Spluga della Preta: RA
Rosso Ammonitico; m) marne
e argilliti intercalate ai calcari
(De Waele e Piccini, 2008)
Struttura
- Superfici di strato
- Fratture, diaclasi, faglie
- Clivaggio
- Disposizione degli strati (inclinazione)
- Posizione strato carsificabile nella sequenza geologica
- Spessore dello strato carsificabile
Speleogenesi –
il condizionamento litologico
Quando una roccia carsificabile è interposta a formazioni non carsificabili e
presenta giaciture sub orizzontali, le acque in assenza di gradienti
piezometrici fluendo molto lentamente agiscono in maniera pressoché
uniforme in tutte le fratture dell’ammasso dando origine a una grotta
labirintica.
La Grotta
Optimisticheskaia in
Ucraina si sviluppa per
oltre 150 km in un
affioramento gessoso
di spessore non
superiore a 20 m.
Speleogenesi - 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)
- Posizione delle emergenze (ed il loro abbassamento)
Tettonica
- Faglie attive
- Deformazioni gravitative
da Santangelo & Santo, 1995 mod.
Speleogenesi - i Fattori climatici e biologici
Regime pluviometrico
- Quantità (e tipo) di precipitazione
- Distribuzione nel tempo
Temperatura
- velocità delle reazioni chimiche
- solubilità della CO2 in acqua
- stato fisico dell’acqua (ghiaccio o liquido)
- evaporazione
Vegetazione
-tipo e densità
Foto L. Ferranti
Il clima varia nel tempo
(es. intervallarsi di periodi glaciali e interglaciali)
e viene fedelmente “registrato” nelle concrezioni
Parentesi … le Grotte come archivio scientifico
Le grotte tendono a conservare tutto quello che vi si raccoglie
dentro.
• Ambiente molto stabile che si conserva per
un periodo di tempo molto lungo;
• con bassa o bassissima energia (fisica,
chimica e biologica).
Pertanto l’attività speleologica può
risultare estremamente importante in
molti campi della ricerca scientifica.
Grotta di Toirano, resti di orso
Grotta di S. Angelo,
basculamento asse di
crescita
Grotta di Castelcivita, scavo archeologico
Grotta Milano, scavo paleontologico
Speleogenesi - i Fattori biologici
Alcune grotte una volta abbandonate dall’acqua sono colonizzate da colonie
di pipistrelli molto numerose causando l’accumulo di enormi quantità di
guano. I processi di trasformazione e mineralizzazione del guano oltre a
essere esotermici e instaurare correnti convettive nell’aria di grotta
producono grandi quantità di CO2, vapor d’acqua e acidi forti (nitrico, solforico
e fosforico).
Il processo carsico evolve con
sviluppo di forme concave e
cupole di condensazionecorrosione sul soffitto.
Grafica P. Petrignani, 2004
Controllo idrogeologico
A seconda del tipo di alimentazione i processi speleogenetici cambiano,
e quindi anche le risultanti morfologie saranno differenti:
Acque epigeniche (acque discendenti, in cui l’aggressività chimica deriva da
fonti presenti sulla superficie terrestre, legate cioè a processi esogeni)
-Infiltrazione concentrata autoctona (brevi corsi d’acqua sviluppati
su calcari che spariscono nel sottosuolo attraverso inghiottitoi)
-Infiltrazione alloctona (le acque arrivano da aree confinanti con terreni
impermeabili e quando arrivano sui calcari si infiltrano nel sottosuolo)
-Infiltrazione diffusa diretta (infiltrazione lungo molteplici fessure nella
zona dell’epicarso)
-Infiltrazione diffusa indiretta (dove le rocce carbonatiche sono
da Galdenzi S., 2004
coperte da strati permeabili, l’infiltrazione avviene attraverso questo strato)
Acque ipogeniche (acque salienti, in cui l’aggressività chimica deriva in genere
da fonti profonde, legate cioè a processi endogeni)
- Iniezione basale di acque meteoriche (antiche)
- Risalita di acque termali a chimismo bi-carbonatico
- Risalita di acque termali a chimismo solfatico
da Galdenzi S., 2004
Controllo idrogeologico
Infiltrazione alloctona: le acque arrivano da aree confinanti con terreni
impermeabili e quando arrivano sui calcari si infiltrano nel sottosuolo
L’inghiottitoio è un punto idrovoro che assorbe le acque di ruscellamento
superficiale o incanalate e le convoglia attraverso vie sotterranee in
profondità fino alla falda di base.
Spesso costituiscono i
principali accessi a
estesi e profondi
complessi sotterranei.
Grotta del Fumo, Monti
Alburni, Campania (Ardito F.)
Controllo idrogeologico
Infiltrazione diffusa diretta: infiltrazione lungo molteplici fessure non
penetrabili dall’uomo presenti nella zona dell’epicarso. In questo caso non si
formano corsi d’acqua importanti ma solo piccoli rivoli dopo le piogge che
convogliano l’acqua verso l’epicarso.
Sotto l’epicarso, dove le
acque di infiltrazione si
concentrano, si
possono formare grotte
esplorabili.
Monti del Matese, Campania (N. Russo)
Speleogenesi –
Grotte epigeniche e ipogeniche
Le grotte epigeniche sono
prevalentemente formate da processi
chimico-fisici connessi ad acque di
infiltrazione meteorica la cui aggressività
chimica dipende da fonti presenti sulla
superficie terrestre.
da Galdenzi S., 2004
Le grotte ipogeniche sono formate
da processi chimico-fisici connessi
ad acque che raggiungono lo stato
solubile (o carsificabile) dal basso
(Klimchouk, 2007). Vale a dire che
l’aggressività di queste acque deriva
da fonti profonde (H2S o CO2) legate
a processi endogeni.
da Galdenzi S., 2004
Grotte ipogeniche
Le acque salienti sciolgono la roccia carbonatica per:
1) Dissoluzione da raffreddamento di acque termali ricche in CO2;
2) Dissoluzione indotta da acque sulfuree;
3) Dissoluzione dovuta a miscela di acque a diversa composizione chimica.
Solo le prime 2 sono tipiche di acque ipogeniche mentre la 3 si realizza anche
nel carsismo epigenico.
In sintesi l’acido solfidrico in contatto con acque
ossigenate si ossida e genera acido solforico.
Il processo è attivo in prossimità della tavola
d’acqua. L’acido solforico reagisce con il calcare
con formazione di gesso e anidride carbonica.
da Galdenzi S., 2004
H2S + 2O2
H2SO4 + CaCO3 + H2O
H2SO4
CaSO4·H2O + CO2
Un altro modo per produrre acido solforico è attraverso l’ossidazione di solfuri come la
pirite
Grotte ipogeniche
Questo tipo di dissoluzione è più importante di quella con CO2 solo nella zona
epifreatica o interfaccia falda sulfurea atmosfera della grotta.
Per questo motivo le grotte sulfuree
tendono a svilupparsi su livelli che
corrispondono ai vecchi
stazionamenti della falda sulfurea.
da Galdenzi S., 2004
L’ossidazione dell’H2S spesso avviene anche grazie
all’azione di solfobatteri. L’acido solforico prodotto dal
loro metabolismo contribuisce alla speleogenesi.
La presenza di solfobatteri si evidenzia nella falda
sulfurea per la presenza di filamenti biancastri e, sui
soffitti sopra la falda, per la presenza di fanghi organici
scuri dove si formano stalattiti organiche, dette
mucoliti, da cui stilla acido solforico.
Grotte ipogeniche
Le grotte ipogeniche sono
caratterizzate dall’assenza di
morfologie da flusso idrico (scallops,
marmitte, etc.), assenza di sedimenti
clastici (sabbie, ciottoli, etc.),
caratteristica forma in grande dei
sistemi carsici (grotte labirintiche),
tipiche morfologie cupuliformi e
presenza di minerali particolari (es.
gesso).
Modello evolutivo della Cueva di
Rancho Guadalupe (Messico)
Grafica P. Petrignani, 2004
Grotte ipogeniche
In zona freatica profonda, quando acque
ipogeniche risalgono lungo fratture verticali e
incontrano strati di rocce permeabili e solubili,
avviene dissoluzione per mescolamento di
acque a diversa composizione.
da Forti, 2006, mod.
Si tratta di dissoluzione
localizzata che porta alla
formazione di saloni più
o meno irregolari (geodi)
a seconda di quante
fratture portano l’acqua
dal profondo.
Speleogenesi –
il reticolo carsico ipogeo
Un massiccio carsificato, dal punto di vista idrogeologico, a partire dalla
superficie può essere trasversalmente suddiviso in tre zone.
Zona vadosa o di percolazione occasionalmente percorsa dalle acque
che si muovono in direzione prevalente sub verticale;
Zona di oscillazione o epifreatica intermedia alle due precedenti e
pertanto periodicamente allagata o non;
Zona satura con i vuoti perennemente allagati.
Area di alimentazione
EPICARSO
Zona di trasferimento
O EPIFREATICA
Area di emergenza
Speleogenesi –
il sistema carsico
Un sistema carsico è l’insieme dei condotti e delle fessure interconnesse
(rete 3D) in cui circola l’acqua che da una zona di assorbimento e
trasferimento defluisce verso un unico recapito finale.
Un sistema carsico corrisponde ad un
bacino idrografico sotterraneo, ovvero a
una zona di un massiccio carsico in cui
l’acqua di assorbimento per via sotterranea
attraverso una rete di fessure e gallerie
defluisce verso una zona di emergenza
(fronte sorgivo)
da Giulivo & Santo, 2005
da Bellucci et al., 1995 mod.
Speleogenesi –
il sistema carsico
Civita et al., 1992, riconoscono tre diversi modelli concettuali di sistemi carsici
definiti: sistemi con rete a dreno dominante, sistemi con reti a dreni
interdipendenti e sistemi con rete a circolazione dispersiva.
Tipo Matese
Tipo
Picentini-Caposele
Tipo Alburni
da Vigna B., 2001
Speleogenesi –
il sistema carsico
Si sviluppano in ammassi rocciosi compatti,
fratturazione non elevata ma interessata da
notevole carsificazione. La rete di drenaggio è
impostata in grossi collettori principali e
secondari che smaltiscono rapidamente gli
apporti infiltrativi. Le portate sono molto
variabili così come quelle delle sorgenti che
alimentano. Rapida risposta agli input
infiltrativi.
da Vigna B., 2001
Monti Alburni, Campania (S. Del Prete)
Si sviluppano in ammassi rocciosi con
fratturazione estesa e carsificata. Possono
essere presenti numerose grotte verticali che
convogliano l’acqua verso le zone più
profonde. A quota prossima alle sorgenti la
zona allagata presenta cavità collegate fra loro
che costituiscono importanti serbatoi d’acqua.
La risposta agli input infiltrativi e relativamente
meno rapida del caso precedente. Fenomeni
di pistonaggio.
Speleogenesi –
il sistema carsico
Si sviluppano in ammassi rocciosi con
intensa fratturazione anche a piccola scala.
La circolazione idrica è più simile a quella
di un acquifero poroso in ghiaie o sabbie.
Non esistono collettori ma una estesa rete
di flusso omogenea e dispersa nella
miriade di fratture. Le cavità presenti si
formano per favorevoli condizioni locali.
da Vigna B., 2001
Le acque si muovono lentamente per la ridotta permeabilità complessiva e alle
sorgenti giungono acque vecchie (talora mineralizzate) infiltratesi anni prima. La
variazione delle portate delle sorgenti è molto contenuta.
Ovviamente in natura queste
schematizzazioni non sono mai
troppo rigide
Monti Tifatini, Campania (A. Santo)
Morfologie ipogee
Forme di dissoluzione prodotte dalla circolazione profonda delle acque di
infiltrazione superficiale o di origine endogena (es. acque termali).
Da un punto di vista morfologico si distinguono:
Cavità sub orizzontali (gallerie) tipiche della zona freatica ed epifreatica;
Cavità ad asse inclinato o sub verticali (pozzi) tipiche della zona vadosa.
In funzione del regime idraulico si distinguono:
Cavità prive d’acqua (fossili);
Cavità con abbondante acqua che possono essere periodicamente
asciutte o totalmente inondate ;
Cavità sempre sommerse.
Morfologie ipogee –
le gallerie
Riconoscere i fattori che determinano una forma consente di ricostruire
gli eventi che hanno portato allo sviluppo di un sistema carsico.
Una condotta in pressione o galleria singenetica si sviluppa nella parte di
un sistema carsico con presenza costante di acqua (zona satura).
Hanno ampiezza variabile,
andamento planimetrico
più o meno ondulato e
sezione trasversale sub
circolare quando si
sviluppa in un ammasso di
roccia omogeneo e privo di
discontinuità significative.
Scrooge cave, New Mexico (M. Chiesi)
Morfologie ipogee –
le gallerie
Quando la presenza di discontinuità (piani di strato, fratture e faglie)
comporta una diversa aggredibilità della roccia, la sezione trasversale di
una condotta evolve per dissoluzione differenziata ed assume forme
ellittiche, sinuose, etc.
Sistema Festivalnaja, Uzbekistan (Vianelli M.)
Morfologie ipogee –
le gallerie
La presenza di discontinuità
nell’ammasso e di livelli più o meno
carsificabili possono influenzare
notevolmente la morfologia di una
galleria.
In alcuni casi la fratturazione della
roccia può favorire il distacco di
blocchi di varie dimensioni che
incastrandosi fra le pareti
contribuiscono a rendere più
articolata la morfologia.
Scrooge cave, New Mexico (M. Chiesi)
Morfologie ipogee –
i grandi ambienti
Talvolta la formazione di ambienti ipogei
è legata anche a fenomeni di
fratturazione e collasso della volta che
comportano una progressiva
migrazione verso l’alto di una cavità e
al suo ampliamento.
La dissoluzione legata ad acque che
permeano le fratture, tende ad isolare
frammenti e blocchi di roccia
causandone la caduta.
La morfologia di questi ambienti dipende
sempre da più fattori concomitanti e le
volte tendono ad assumere la forma
(ogivale o ad arco) più stabile dal punto
di vista geomeccanico.
Galleria fossile del sistema St. Paul, Filippine (Vianelli M.)
Morfologie ipogee –
i grandi ambienti
Quando una galleria nella zona vadosa viene definitivamente abbandonata
dall’acqua, il pavimento di molti grandi ambienti è di norma costituito da
imponenti accumuli di massi crollati dalla volta.
La pezzatura e la forma dei blocchi può essere molto variabile e dipende
dalle caratteristiche dell’ammasso roccioso.
Grotta della Spipola, Emilia
(P. Forti)
Morfologie ipogee –
i pozzi
Il pozzo è un vuoto ad andamento verticale che deriva dall’ampliamento di
una o più fratture lungo cui le acque possono defluire velocemente in
profondità. Il pozzo evolve dal basso verso l’alto.
Se il pozzo è alimentato a monte da un corso d’acqua che proviene da una
galleria si parla di pozzo cascata.
Se il pozzo si forma
in ambiente vadoso
ad opera delle acque
di percolazione si
parla di pozzo
classico.
Pozzo della Seggiola, Marguareis, Piemonte (Vigna B.)
Grotta di Candraloni, M. Terminio,
Campania (F. Maurano)
Morfologie ipogee –
scallops
Le impronte di corrente o scallops sono sculture ondulate dovute
all’escavazione della roccia da parte dell’acqua in regime di circolazione
turbolenta che causa piccoli vortici a contatto con la parete.
Queste concavità, di dimensioni centimetriche, sono asimmetriche e la
parte più scavata è posta verso monte rispetto al flusso della corrente.
Grotta Savi, Trieste (F. Cucchi)
Speleotemi e speleopoiesi
La speleopoiesi e l’insieme di fenomeni chimici e fisici che portano alla riduzione
ed eventualmente la chiusura dei vuoti presenti nell’ammasso roccioso.
Gli speleotemi sono sicuramente la maggiore attrazione delle grotte.
Essi sono formati normalmente da calcite ma a volte consistono di
minerali differenti.
Lo studio sistematico dei meccanismi
minerogenetici di grotta è iniziato solo molto di
recente.
Attualmente solo un piccolo numero di grotte è stato
studiato, ma oltre 300 minerali di grotta sono già
stati osservati, alcuni del tutto nuovi.
Le cavità naturali non sono un ambiente favorevole alla
minerogenesi e la quasi totalità dei depositi chimici è
rappresentata da carbonato di calcio e gesso.
Anemoliti
Speleotemi
Il concrezionamento carsico è responsabile di oltre il 95% di tutti i depositi
chimici presenti nelle grotte.
Ca2+ + 2HCO3 -
CaCO3 + CO2
Le acque contengono sempre una
quantità di sali disciolti. Quando
queste affiorano all’interno di una
cavità parte dell’anidride carbonica
disciolta viene liberata in
atmosfera. Ciò può causare una
sovrasaturazione dell’acqua
rispetto a un sale (calcite,
aragonite, gesso, etc.) il quale
precipita sotto forma di concrezioni.
da Forti P., 2006
Speleotemi
Meccanismi minerogenetici in ambiente di grotta
Processi
T (°C)
Meccanismi
A T alta
Sublimazione
B T bassa
Deposizione da aerosol e vapori
100 ÷50
Solfati, cloruri
2
Solubilizzazione
Evaporazione
100 ÷10
Solfati, Cloruri
3
Alterazione
Ossidazione, idratazione-deidratazione,
doppio scambio
100 ÷0
Si-, Al-, Fe ossidi-idrossidi, solfati
4
Carsico
Diffusione
40 ÷0
Carbonati
A- Digestione, dissoluzione, doppio scambio
40 ÷0
Fosfati, solfati, nitrati, cloruri,
1*
5
6
> 100
Prodotti
Attività
biologica
B- Combustione del guano
Cambio di fase
Congelamento, sublimazione
200 ÷400
<0
Solfuri, ossidi, idrossidi
Minerali organici
Ghiaccio
* Il processo 1A è confinato nell’ambiente vulcanico
La differenza tra concrezioni e mineralizzazioni
non è genetica ma solo morfologica.
Geode di Pulpì, Andalusia, Spagna
Speleotemi
Una concrezione è una roccia depositata dall’acqua ed ha al suo
interno una serie di bande o laminazioni di accrescimento.
La forma delle concrezioni non dipende dal minerale di cui sono
fatte ma è controllata esclusivamente dal tipo di moto del fluido
che le genera.
Moto dell’Acqua
Principali forme risultanti
caduta Stalattiti, tubolari, vele
Gocciolamento
impatto Stalagmiti, conuliti, cerchi, da splash
Scorrimento
Crostoni, colonne, barriere, moonmilk
Sommersione
Pisoliti, coralloidi, moonmilk
Saliente
geysermiti
Evaporazione
Cristalli flottanti, coralloidi
Capillarità
Eccentriche, dischi
Condensazione
Rims, boxworks, coralloidi, moonmilk
Immagine SEM di calcite flottante (P. Forti)
Speleotemi -
tubolari
Le tubolari sono stalattiti particolari il cui diametro
rimane costante e coincidente con quello della goccia
(0,4-0,6 cm). Lo spessore del deposito non supera
alcuni decimi di millimetro mentre la lunghezza può
essere di vari metri
Il gocciolamento è lento quanto
basta per la deposizione di
calcite ma abbastanza veloce
da consentire che questa
avvenga solo al margine della
goccia.
Grotta Su Clovu - Sardegna
Speleotemi –
stalattiti e stalagmiti
Le stalattiti rappresentano la forma di concrezionamento di grotta più
comune. Hanno un canalicolo interno da cui fluisce l’acqua che prima di
gocciolare deposita calcite sul bordo facendola allungare.
Sezione di stalattite
L’acqua che percola lungo la
superficie esterna della stalattite
deposita sottili veli concentrici che
ne causano l’accrescimento radiale
Nel punto di caduta di una goccia, qualora
la stessa non abbia esaurito il potere
concrezionante, si forma una stalagmite.
Le stalagmiti non hanno canalicolo interno.
da Forti P., 2006
Speleotemi –
colonne
L’unione di una stalattite e di una stalagmite forma una colonna la cui
evoluzione non dipenderà più dal gocciolamento (ormai interrotto) ma dal
flusso d’acqua sulla superficie esterna.
Foto B. Vigna
Lechuguilla, New Mexico (USA)
Speleotemi di Aragonite
La Calcite e l’Aragonite hanno la stessa formula chimica ma
differente abito cristallino.
Nelle normali condizioni di P e T la Calcite è la fase stabile del
Carbonato di Calcio, inoltre l’Aragonite è molto più solubile.
Tuttavia in grotta l’Aragonite è il secondo minerale più
comune; perché?
Abito cristallino
della Calcite
Abito cristallino
dell’Aragonite
I 3 parametri che influenzano la
precipitazione di Calcite o Aragonite sono:
Foto Dave Bunnel
1) Concentrazione ione Magnesio;
2) Grado sovrasaturazione e velocità precipitazione;
3) Pressione parziale di CO2 nell’atmosfera di grotta.
Foto Sura Ballmann
Lechuguilla, New Mexico (USA)
1) È dimostrato che per rapporto molare Mg/Ca=0,4
l’Aragonite può formarsi in ambiente naturale. Oltre 2,9
è addirittura l’unica a formarsi. Il meccanismo che porta
all’aumento di questo rapporto è l’evaporazione.
Man mano che precipita Calcite aumenta il rapporto
Mg/Ca e ne consegue che precipita Aragonite.
da Forti P., 2000
Speleotemi di Aragonite
In realtà il Mg non entra nel reticolo cristallino dell’Aragonite ma inibisce la crescita
della Calcite la cui struttura cristallina viene disturbata e distorta dal Mg (o altri ioni
estranei).
2) È dimostrato che una velocità di precipitazione molto
bassa in soluzioni a bassa sovrasaturazione, l’Aragonite si
forma facilmente sotto forma aciculare.
Zona di
accumulo di CO2
da Forti P., 2000
3) Anche la CO2 influenza la deposizione di Calcite o
Aragonite in condizioni di assoluta mancanza di circolazione
d’aria. L’accumulo di CO2 sul pavimento della grotta
contribuisce a rendere meno sovrasaturi i film d’acqua lungo
le pareti.
Speleotemi –
eccentriche
Un’eccentrica è una concrezione che, partendo da una superficie rocciosa o anche
da una concrezione preesistente, si sviluppa in ogni direzione senza essere
apparentemente influenzata dalla gravità.
L’acqua che giunge alla sommità dell’eccentrica per capillarità è tanto poca da non
gocciolare mai. Qualora fosse tanta da gocciolare si trasformerebbe in tubolare.
I cambi di direzione possono essere
dovuti a vari fattori tra cui l’energia di
formazione dei cristalli, impurezze,
asimmetria del velo d’acqua,
canalicoli secondari, etc.
Foto Bozzolo A
Foto N. Thompson
da Forti P., 2000
Speleotemi –
colate
Le colate si originano per deposizione di calcite da un sottile velo d’acqua
che fluisce sopra di loro e possono avere una gran varietà di forme.
Le più comuni sono le canne d’organo (simili alle colonne) e i crostoni
stalagmitici che si depongono su pendii quasi orizzontali costituendo
spesso il pavimento di alcune gallerie.
Grotta Gournier, Francia (G. Frabetti)
Speleotemi –
gours
Le dighe di concrezione che sbarrano il flusso
dell’acqua generano una serie di vasche
pensili dette “gours”.
I gours possono variare da decine di metri in
altezza e larghezza sino a pochi millimetri
(microgours).
La superficie superiore è
suborizzontale poiché è solo
nella zona di tracimamento
che si instaurano le
condizioni necessarie al
concrezionamento.
Acquedotto Fontanelle (S. Del Prete)
Grotta del Cervo, Abruzzo (G. Frabetti)
La sovrasaturazione aumenta dove il
film d’acqua si assottiglia e la turbolenza
aumenta.
Da Forti, 2009 – Concrezioni, Supporti didattici SSI
Speleotemi –
pisoliti
Le pisoliti o “perle di grotta” sono concrezioni libere di forma sub sferica
costituite da bande concentriche di minerale accresciutesi attorno ad un
nucleo di aggregazione. Si trovano in gruppi all’interno di vaschette.
Hanno dimensioni da pochi centesimi di
millimetro (ooliti) a oltre 15 cm.
Pisoliti sezionate (P. Forti)
Grotta di Valdemino, Liguria (R. Banti)
La possibilità di mantenersi isolata e non
cementarsi al pavimento su cui è
appoggiata dipende dalla possibilità di
vibrazione e dal moto dell’acqua.
Maggiore è l’energia cinetica dell’acqua
maggiore sono le dimensioni delle pisoliti.
AbissoAstrea, Toscana
Speleotemi – i Giganti
Giganti di gesso fino a 8 m di lunghezza e diametri superiori al metro
possono essere osservati non solo nei geodi di Naica ma anche nelle grotte
in gesso di Sorbas in Spagna, in Ukraina o come “candelieri” nelle grotte
ipogeniche di Lechuguilla nel Nuovo Messico (USA).
Paolo Petrignani
Cueva de los Cristales, Naica, Messico
Come mai il gesso può sviluppare grandi
cristallizzazioni in grotta e gli altri
minerali di grotta no?
Sura Ballmann
Chandelier Ballroom, Lechuguilla, New Mexico (USA)
Speleotemi – i Giganti
Il gesso è molto solubile (quasi 2,5 g/l in normali condizioni di P e T) ed il
raggiungimento della sovrasaturazione per la sua precipitazione è molto
difficile. Inoltre, i meccanismi che possono portare a un aumento della sua
concentrazione in soluzione sono vari e spesso lenti.
La bassa o bassissima
sovrasaturazione è la premessa che
favorisce l’accrescimento dei grandi
cristalli rispetto alla nucleazione
(creazione di nuovi germi cristallini).
Geode gigante di Pulpì, Miniera di Pinar del Jaravìa, Spagna (Forti, 2004)
Un ulteriore impulso a questo processo è dato dall’alta solubilità del gesso
che in una soluzione al limite di saturazione (soluzione ne aggressiva ne
concrezionante) rende possibile la cannibalizzazione dei germi cristallini più
piccoli da parte dei maggiori.
Speleotemi – i Giganti italiani
Sebbene in bibliografia non esiste nessuna
segnalazione di grandi cristallizzazioni di gesso
in grotta, campioni provenienti da varie miniere
toscane e siciliane lasciano supporre che anche
in Italia “dovevano” esistere grotte di miniera
simili a Pulpì.
È noto che nella miniera di zolfo di Cozzo Disi a
Casteltermini (AG) in Sicilia esistesse qualcosa
del genere.
Le grotte che li ospitavano (note come Garbere)
oggi si trovano 300 m sottoterra in gallerie
minerarie abbandonate e colmate.
L’unica testimonianza di quanto scoperto nel
1949 e solo in un manoscritto depositato dal
tecnico minerario Antonio La Porta al CIDS di
Bologna.
Disegno originale di A. La Porta,
in Forti, 2004
Le Grotte Vulcaniche
Il meccanismo speleogenetico delle grotte vulcaniche non è un fenomeno
carsico e per questo viene definito pseudocarsico.
Le grotte vulcaniche differiscono fra loro per genesi e morfologia.
Quelle più importanti per dimensioni e sviluppo sono i tubi di lava ad
andamento sub orizzontale che possono raggiungere sviluppi chilometrici e
andamenti complessi.
Esistono anche grotte impostate
lungo linee di debolezza
strutturale nelle rocce vulcaniche.
L’isolamento di masse
prismatiche, la presenza di rocce
molto fratturate o lo svuotamento
delle parti meno compatte di
strutture vulcaniche (dicchi), per
l’azione erosiva del vento o del
mare favorisce la creazione di
vuoti sotterranei dello sviluppo
anche di alcune decine di metri.
Grotta del Mago, Ischia
Grotta del Sole, Ischia (S. Del Prete)
Le Grotte Vulcaniche – i tubi di lava
Le grotte di scorrimento lavico si formano durante eruzioni vulcaniche di
magmi molto fluidi (magmi basici a basso tenore di silice o basaltici).
Eruzione del 1985, pendici sud dell’Etna,
Sicilia (E. Lo Giudice)
Cratere
principale
Colata
Cratere
secondario
Condotto
vulcanico
Litosfera
Camera
magmatica
Astenosfera
Magma
Da A.G. Privitera, 2009 – Grotte Vulcaniche, Supporti didattici SSI
Le Grotte Vulcaniche – i tubi di lava
La colata lavica forma, per
raffreddamento, degli argini laterali
che contengono il flusso lavico ad
alta temperatura.
Quando anche la parte superiore del
flusso riesce a solidificare e saldarsi
con gli argini si forma un tubo al cui
interno la lava continua a scorrere
fluida.
Quando termina l’alimentazione della
lava fluida lo svuotamento del
condotto genera una grotta chiamata
tubo di lava.
Da Privitera, 2009 – Grotte
Vulcaniche, Supporti didattici SSI
Le Grotte Vulcaniche – i tubi di lava
Al termine dell’eruzione la galleria lavica può essere esplorata solo dopo
che si è raffreddata (circa 1-2 anni).
In genere hanno forma sub cilindrica e
diametri anche di 10 metri. Il fondo è
sub pianeggiante e cosparso di materiali
scoriacei.
La volta arrotondata può presentare
frequenti aperture verso l’esterno per il
crollo del sottile diaframma di lava
formatosi nella fase di solidificazione.
Le pareti laterali presentano
rigonfiamenti dovute a modificazioni
plastiche causate dalle pressioni di
carico delle rocce laterali sulle pareti del
condotto ancora caldo (cca 1000°C)
dopo lo svuotamento.
Galleria di scorrimento lavico, Monte Etna,
Sicilia (A. Marino)
Gli speleotemi di lava non sono delle vere e
proprie concrezioni poiché singenetiche con la
cavità e di composizione mineralogica e
petrografica simile a quella delle pareti del
tubo di lava.
La genesi delle stalattiti di lava inizia quando il
tubo non è più occupato in toto da lava fusa
ma anche da gas ad altissima temperatura. I
processi che si sviluppano rendono fluida la
lava del soffitto che tende a colare e formare
le stalattiti da rifusione. In altri casi è
l’oscillazione del livello di lava nel tubo a
lasciare brandelli di lava semifluida sul soffitto
che poi cola.
Apua cave, Haway, USA (W. Halliday)
Le Grotte Vulcaniche – speleotemi
Le stalagmiti si sviluppano per
sovrapposizione di brandelli di lava fusa che
cade dal soffitto.
Ana Heya, Rapa Niu, Cile
(foto P. Forti)
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