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Carsismo e speleogenesi, i meccanismi di formazione delle grotte.
(tratto da "corso base di speleologia" di Franco Delogu)
I motivi per cui nel sottosuolo si formano delle
cavità possono essere diversi secondo il tipo di roccia: il gesso, il ghiaccio, le rocce eruttive e il
calcare danno luogo a cavità sotterranee, ma visto che le grotte in roccia calcarea sono le più importanti per
estensione, numero e bellezza, é di queste che si parlerà. Le altre, pur essendo oggetto di studio da parte
della speleologia, vanno considerate delle rarità studiate da pochissimi specialisti. Per capire come si forma e si evolve una cavità carsica bisogna partire da molto lontano, e risalire a centinaia di milioni di anni fa. Il calcare si forma in ambienti sottomarini, ed é il frutto di un lungo processo di sedimentazione del carbonato di calcio (CaCO3), prodotto dal disfacimento di alghe, gusci di molluschi, plancton, e di quello normalmente contenuto nell'acqua di mare. Questo strato melmoso di CaCO3, intercalato da diversi depositi, ad esempio argillosi e limicoli, é andato via via aumentando e, con un processo di consolidamento chiamato "diagenesi", è diventato una roccia, il calcare appunto. Questa roccia é dunque una massa non compatta, ma formata da strati più o meno omogenei intercalati da strati di materiali |
soprattutto argillosi e incoerenti, chiamati "giunti di strato" (figura 46): é proprio qui che, grazie ad una maggiore solubilità, si formano dei vuoti che favoriscono l'insorgere dei fenomeni di carsificazione.Con il movimento della crosta terrestre questa massa rocciosa viene spinta, compressa e fratturata, dando origine a rilievi, pieghe e faglie (figura 47). Avremo cosi' degli imponenti ammassi calcarei con un certo numero di fessure e di fratture, all'interno delle quali l'acqua produrrà dei fenomeni, prima scorrendo in superficie (carsismo superficiale), quindi penetrando in profondità (carsismo profondo). |
Le zone carsiche sono inconfondibili
perché l'acqua agisce sempre con particolare intensità sulla loro superficie, creando dei paesaggi
caratteristici. Le forme sono sempre aguzze ed aspre, quasi sempre aride perché l'acqua tende a scomparire
nelle numerose fessure ed a riversarsi nei condotti sotterranei. |
carsismo profondo Vediamo
ora come l'acqua agisce sul carbonato di calcio nei processi di carsismo profondo. il processo di corrosione chimica
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Il carbonato di calcio é
insolubile in acqua, dunque questa non dovrebbe avere nessun effetto sul calcare. Ma l'acqua piovana,
attraversando l'atmosfera, e successivamente, una volta giunta sul terreno, strati di foglie e materiali
organici in decomposizione, si carica di anidride carbonica (CO2). A contatto con quest'acqua ricca
di CO2 il carbonato di calcio CaCO3 si trasforma in bicarbonato di calcio Ca(HCO3)2,
un sale solubile in acqua secondo la seguente reazione chimica reversibile:
CaCO3 + H2O + CO2 ===== Ca(HCO3)2 cioé: carbonato di calcio + acqua + anidride carbonica = bicarbonato di calcio. Dunque questo flusso d'acqua carico di CO2 si insinua nelle numerose fessure e fratture del calcare, soprattutto nei punti dove queste si intersecano, e compie un lento lavoro di corrosione, facendosi strada nei giunti di strato e cercando sempre nuove vie, e allargando quelle che già percorre. Questa aggressività viene esaurita in breve tempo, ma basta l'incontro con dell'altra acqua a diverso tenore di CO2 o di diversa temperatura perchè la soluzione torni ad essere insatura e quindi nuovamente aggressiva (effetto Boegli, figura 50). idrologia sotterranea Dunque l'acqua scorre dentro la roccia
calcarea cercando sempre di scendere attraverso le fessure. Avremo dunque una zona superficiale, dove l'acqua
viene assorbita (zona di assorbimento), una zona di percolazione (zona vadosa) dove l'acqua transita, una zona
freatica sommersa perché l'acqua non trova sbocchi per scendere oppure defluisce troppo lentamente, e una
risorgenza quando |
l'acqua riesce ad uscire in superficie
(figura 51). Per questo motivo nella zona di percolazione si avranno spesso fiumi e laghi sotterranei, anche con
forte scorrimento che, per effetto delle particelle trasportate che erodono meccanicamente la roccia, aumentano
l'approfondimento dei condotti.
l'architettura delle grotte Nella zona che abbiamo definito freatica, cioè invasa dall'acqua, questa scorre a pressione, provocando l'allargamento delle fessure e producendo delle gallerie a sezione subcircolare o ellissoidale, che poi, venuta meno la pressione |
dell'acqua perché questa é riuscita a penetrare più in basso, si approfondiranno nella parte inferiore (figura 52). Quando l'acqua, in fase di percolazione, trova spazio verso il basso, scava dei pozzi verticali, quando invece é costretta a scorrere in piano perché ha raggiunto uno strato impermeabile o poco permeabile, la grotta tenderà a svilupparsi | |
orizzontalmente, a volte con andamento a labirinto. Prima o poi comunque l'acqua trova una risorgenza o un livello più basso, e allora le zone prima sommerse si svuoteranno gradualmente. Un'altra teoria molto accreditata sulla genesi delle cavità carsiche é quella dell'"erosione inversa" del Maucci (figura 53). Secondo questa teoria l'acqua, in una cavità, corrode la volta perché il livello sale continuamente a causa dell'accumulo di detriti sul fondo, fino a sboccare all'esterno per il crollo della volta. |
Dunque in grotta avremo dei pozzi
verticali originati dal passaggio dell'acqua in fratture verticali dove la solubilità é alta; avremo un
reticolo di gallerie orizzontali e suborizzontali che si creano in zone freatiche, con dei saloni dovuti
all'incontro con calcare quasi puro e quindi molto carsificabile, o, secondo la teoria della corrosione per
miscela di acque, all'incontro tra apporti d'acqua aventi diversi tenori di CO2 ; e queste gallerie
possono essere attive, cioè interessate da un regime idrico, o fossili, cioè abbandonate dall'acqua, che é
presente solo con dei gocciolamenti (stillicidio). (figura 54).
concrezionamento Come abbiamo visto, l'acqua svolge nelle zone freatiche di una grotta un'azione corrosiva dovuta alla reazione dell'acqua carica di CO2 con il CaCO3. Ma cosa succede quando l'acqua trova un passaggio verso il basso e abbandona una cavità? Succede che mentre prima si aveva solo una fase liquida, ora si ha anche una fase gassosa, l'aria. A questo punto la CO2 si può liberare e la reazione |
prima indicata procede in senso opposto: il bicarbonato di
calcio cede l'anidride carbonica e ridiventa carbonato di calcio, solidificandosi e formando concrezioni
di diversa forma (figura 55). Cosi' uno stillicidio dalla volta depositerà calcite nel punto di uscita formando
una stalattite o una cannula, e parte della goccia arriverà sul pavimento formando una stalagmite. Col tempo
stalattite e stalagmite si uniranno a formare una colonna. Un ruscellamento da una fessura in parete tenderà a
formare una colata, se questo ruscellamento avviene sul pavimento formerà una crosta stalagmitica, a
volte con vaschette. Le concrezioni possono avere un'infinità di forme, ed é questo che rende le grotte cosi' belle ed attraenti, anche se certo non é questo l'aspetto più importante della speleologia. Un'altra meraviglia del mondo sotterraneo é rappresentata dalle eccentriche, strane formazioni cristalline che non seguono le leggi di gravità ma hanno uno sviluppo apparentemente casuale, in ogni direzione. Tutt'oggi esistono, sulla loro genesi, diverse teorie ma poche certezze. |
varie concrezioni in grotta A. medusa B. stalattite C. stalagmite D. crostone stalagmitico E. stalattite a ginocchio F. colonna G. eccentriche H. cannule I. stalattite contorta L. foro da corrosione M. stalagmite a piatti N. stalagmite a candela O. stalattite di ghiaccio P. cortina stalattitica Q. Stalagmite R impiantata su -----stalagmite Q preesistente S. cascata stalagmitica |
Tabella I - sezioni di cavità carsiche
A: tipi di condotte freatiche |
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C: ex condotte freatiche col fondo inciso da un solco di erosione vadosa | |
D: cavità verticali 11 : pozzo fusoidale semplice |
Tavola II - ciclicità dei fenomeni evolutivi carsici
1 : la grotta si forma all'incontro fra giunti di
strato e fratture
2 : la cavità si amplia 3 : inizia il concrezionamento 4 : si riempie completamente, dopodichè si ricomincia dal n° 1 |
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