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Spleogenesi

  • Categoria principale: ROOT
  • Pubblicato: Mercoledì, 21 Ottobre 2009 07:30
  • Visite: 17811
  • 21 Ott

PROCESSI SPELEOGENETICI

Fatta esclusione per alcuni tipi di roccia, le grotte si sviluppano nelle rocce calcaree, che siano di origine sedimentaria o metamorfiche; le prime costituiscono una famiglia numerosa ed eterogenea: calcari di origine chimica, formatisi per deposizione e precipitazione del carbonato di calcio; i calcari di origine organogena o biogeni, costituiti prevalentemente da resti (gusci o scheletri calcarei) di organismi viventi o dall’azione degli stessi organismi in grado di fissare il carbonato di calcio.Le metamorfiche, citando come esempio il marmo rappresentano il risultato di un metamorfismo termico o di contatto su una roccia carbonatica.Quando una successione carbonatica, a seguito di eventi tettonici, viene sollevata al punto di emergere sopra il livello marino, si trova ad essere sottoposta all’azione degli agenti atmosferici i quali iniziano il lento ma inarrestabile lavoro di smantellamento e modellamento della porzione emersa.Questo processo chimico – fisico si chiama carsificazione, tale termine indica una particolare condizione morfologica del terreno roccioso, il nome carso, che rappresenta anche una porzione di territorio tra Italia ed ex Jugoslavia, ha radici antiche pre – indoeuropea Kar – Karsa – Karra – Garra dal significato di roccia, pietra, terreno sassoso, fino ad arrivare al termine di uso internazionale di Karst.Il fenomeno di modellazione esterna di un massiccio carbonatico viene indicato con il nome: Carsismo Epigeo o superficiale; mentre quello interno: Carsismo Ipogeo.La carsificazione avviene per EROSIONE e CORROSIONE (più precisamente SOLUBIZZAZIONE). L’elemento fondamentale per cui s’inneschi questo meccanismo è l’acqua (H2O). L’acqua scorrendo esercita un’azione erosiva e di abrasione dovuta anche alle particelle solide in sospensione, mentre l’azione corrosiva e dissoluzione è generata dall’acqua arricchita (acidificata ) di anidride carbonica (CO2), le interazioni chimico – fisiche e gli equilibri tra gli elementi:

roccia calcarea CaCO3 equilibrio ionico Ca++ CO3--

Acqua H2O H+ OH-

Anidride carbonica CO2

Sono regolate da una serie di reazioni chimiche che inquadrano il fenomeno della dissoluzione, esse si possono cosi riassumere:L’acqua filtrando nel terreno si arricchisce di anidride carbonica

CO2 + H2O = H2CO3 Acido Carbonico

H2CO3 <-> H+ HCO3- Ione idrogeno + ione bicarbonico

Questo scambio è regolato dalla concentrazione di CO2 contenuto nel terreno, dalla temperatura e dalla pressione, questo è anche reversibile.

CaCO3 <-> Ca++ CO3-- Ione calcio + ione carbonato

La presenza di ioni di idrogeno rende possibile il processo della dissoluzione in quanto lo ione di idrogeno H+ si lega con lo ione carbonato CO3--, generando uno ione bicarbonico rompendo l’equilibrio ionico CA++ CO3--. Gli ioni HCO3- e lo ione CA++ sono solubili in acqua, quindi per ogni CO2 in acqua si sciolgono 3 ioni.

Quando l’equilibrio viene a realizzarsi ( saturazione ), il processo si arresta. Ora in queste condizioni, può innescarsi il procedimento inverso: infatti è sufficiente un minimo squilibrio, pressione o temperatura , per provocare la precipitazione di carbonato di calcio che non si trova più in equilibrio con l’acqua che contiene CO2.

In conclusione, più un’acqua contiene anidride carbonica disciolta più carbonato è in grado di solubilizzare.

 


 

1.1 CARSISMO ESTERNO (EPIGEO)

Con il termine Carsismo Epigeo indichiamo un particolare paesaggio in cui l’azione dell’acqua ha modificato la morfologia del territorio. Nelle zone dove questa azione è particolarmente visibile si possono distinguere diverse forme:

1.1.1 SOLCHI CARSICI

o docce, sono solchi della larghezza e profondità di parecchi centimetri e lunghezza di parecchi metri, presentano un andamento tortuoso meandriforme sulle superfici poco inclinate; hanno invece un andamento rettilineo su superfici più inclinate.

La presenza di campi solcati, la loro densità, e le forme dipendono da svariati fattori, principalmente dalla purezza dei calcari. In presenza di troppe impurità, ad esempio quelli dolomitici, dove nella composizione, entra a far parte oltre che al calcio anche il magnesio, l’opera di corrosione da come risultato una massa di blocchi più o meno grossi, senza alcuna particolare disposizione.I solchi carsici sono frequentemente osservabili su massicci calcari montani in quanto il clima nivale, permette all’acqua più fredda di trattenere più a lungo l’anidride carbonica.

1.1.2 DOLINE

Depressione chiusa d'origine carsica, con ripide pareti, di forma ovale o circolare, lunga al massimo poche centinaia di metri. Si distinguono tre tipi di doline:

doline di dissoluzione (1), che si formano per dissoluzione lenta e diffusa del suolo dovuta alle acque che stagnano intorno a una cavità assorbente per qualche tempo dopo precipitazioni meteoriche;

doline di crollo (2), dovute allo sprofondamento del suolo al di sopra di una cavità carsica;

doline di subsidenza (3) sono doline in depositi non consolidati, che vengono evacuati attraverso il sistema carsico sottostante.

In un primo stadio le doline sono assorbenti, hanno cioè al fondo un inghiottitoio nel quale defluiscono le acque, ma poi le acque, che vi confluiscono, apportano argille di decalcificazione che ostruiscono i condotti carsici. Le doline si trasformano allora, dopo ogni pioggia, in paludi o in stagni, che si asciugano lentamente per effetto dell'evaporazione.

(1)            (2)   (3)

 

1.1.3 POLJE

Sono forme carsiche chiuse di grandi dimensioni, tipicamente presenta un fondo piano ed orizzontale e versanti relativamente ripidi. Nei polje attivi il fondo viene allagatostagionalmente quando gli inghiottitoi non riescono a smaltire tutta l’acqua che affluisce nel bacino.

 

 

 

 


 

1.2 CARSISMO INTERNO (IPOGEO )

Il carsismo ipogeo rappresenta un’insieme di favorevoli condizioni geologiche che unitamente a situazioni meteorologiche, idriche e geografiche, opportune e indispensabili, consentono l’instaurarsi del processo chimico – fisico, distruttivo o costruttivo, all’interno di porzioni più o meno estese della crosta terrestre, generando antri, caverne, abissi e quegli intricati reticoli di gallerie che spesso fungono da serbatoio idrico.

1.2.1 GENESI

La grotta come la conosciamo, esplorandone i meandri, gallerie e scendendo i suoi pozzi, è ormai nella sua fase senile, l’acqua ha ormai abbandonato il suo processo di subilizzazione della roccia carbonatica. Il processo, in realtà, inizia nelle microporosità della roccia dove l’acqua, penetrandovi, esercita un’azione chimica aggressiva.

Ghiaia porosità di tipo interstiziale, calcare di tipo fessurale

Un altro elemento non trascurabile è il tempo. Infatti nel tempo questi “vacui“ si allargano, si collegano tra loro diventando condotte in cui l’acqua scorre a pressione, occupando ogni spazio disponibile, esercitando, in questa fase, anche un’azione erosiva e di abrasione contribuendo alla disgregazione della roccia. Il processo termina con la distruzione stessa della cavità.

Conclusioni:

1.2.2 MORFOLOGIA DELLE CAVITÀ:

I vacui vengono mano a mano allargati, sotto l’azione debolmente acida dell’acqua, fino a formare condotti interamente occupati dall’acqua stessa ed hanno la caratteristica di essere a sezione elittica. Il processo di erosione in questa fase segue le leggi dell’idrodinamica. Nelle strozzature del condotto aumenta la velocità della corrente, che tenderà ad eliminare i restringimenti. La stessa cosa avviene nelle curve, per tale motivo tendenzialmente i percorsi sono rettilinei e le sezioni circolari. In seguito all’allargamento del condotto l’acqua non circola più a pressione ma scorre a pelo libero, come un qualsiasi corso d’acqua in una stretta gola.

A seguito di tale processo abbiamo come risultato finale forre, anche profonde parecchi metri, meandri, che si impostano lungo le discontinuità tettoniche come faglie e grandi fratture, l’aspetto e simile a quello delle forre ma le pareti alte e ravvicinate descrivono delle sinuosità generate dal regime turbolento dell’acqua, marmitte, scavate dai mulinelli dell’acqua, pozzi, conseguenza dell’erosione verticale dell’acqua in corrispondenza di vuoti che si sviluppano verticalmente.Nelle gallerie fossili, condotte molto antiche abbandonate dall’acqua, esiste un fenomeno di dissoluzione inversa ; il velo dell’acqua esistente sulle pareti delle gallerie, generata per condensa e comunque debolmente acida, promuove la formazione di lame, spuntoni e forme bizzarre e casuali.Come abbiamo visto, l’acqua si trova in equilibrio chimico tra il carbonato disciolto e l’anidride carbonica, in questa situazione basta una minima variazione delle condizioni chimico – fisiche per portare l’acqua ad un livello di soprasaturazione del carbonato di calcio, che inevitabilmente precipita, dando origine al fenomeno del concrezionamento. Con il temine concrezione si definiscono tutti i depositi formati dall’accumulo più o meno ordinato e regolare di veli o ammassi di CaCO3 sotto forma di calcite (sistema cristallino trigonale) o della sua modificazione polimorfa, l’aragonite, che cristallizza nel sistema rombico.Le stalattiti, stalagmiti, colate, sono il risultato di questo processo e ornano tra le più spettacolari cavità esistenti.Generalmente una goccia sgorga da una minuscola frattura, nel nuovo ambiente “libero”, la goccia è sottoposta ad una minor pressione , che gli contente di liberare parte dell’anidride carbonica nell’atmosfera. Si formano minuscoli cristalli di carbonato di calcio che, per le forze di tensione superficiale, si dispongono sulla superficie della goccia e tendono a migrare sui punti di contatto tra quest’ultima e la roccia; dando origine ad un microscopico cerchio di calcite che aumenterà in lunghezza e formerà una stalattite. Le stalagmiti, invece, si innalzano dal pavimento, generate dalle medesime gocce che generato la stalattite che non hanno depositato completamente il loro contenuto di carbonato di calcio, nel tempo arrivano a congiungersi con le stalattiti formando le colonne, qualora l’alimentazione idrica rimanga costante e sufficiente nel tempo. Le colate vengono generate dallo scorrimento di un velo d’acqua lungo le pareti della cavità depositando il carico di carbonato di calcio in esso contenuto.

 


 

1.3 SISTEMA CARSICO

 

Un sistema carsico sotterraneo è un sistema di cavità tra loro collegate ed accessibili dall’esterno. A seconda che siano o meno percorse dall’acqua vengono suddivise in gallerie attive, semiattive e fossili. Un sistema carsico possiede una forma geometrica derivata dagli effetti combinati di vari fattori quali ad esempio la sedimentazione, che condiziona spessore ed estensione della zona permeabile; la tettonica, responsabile della pendenza e della fatturazione degli strati di sedimentazione.

Un sistema è generalmente suddiviso in quattro zone ideologiche fondamentali:

zona superficiale di assorbimento,

zona di trasferimento verticale (Vadosa)

zona dei movimenti misti (Vadosa)

zona satura (Freatica).

 

Zona di assorbimento comprende tutta quella superficie le cui acque andranno ad alimentare il collettore principale, in questo territorio si distinguono due zone: assorbimento disperso, in cui l'acqua è assorbita attraverso le microfratture, le doline e pozzi, e zone di assorbimento in massa, come gli inghiottitoi, dove l'acqua entra in grande quantità. Il sistema carsico può essere alimentato da bacini che non sono strettamente legati al massiccio ( vedi le polje ) in cui una zona impermeabile si trova a contatto con il sistema.

Zona di trasferimento verticale formata da una rete di vuoti drenanti (vadosa) anche di grande dimensioni che consentono il trasferimento, essenzialmente per gravità, della massa idrica che durante le precipitazioni sono di notevole quantità, verso i condotti più profondi fino alla zona satura.

Zona dei movimenti misti in cui i moti dell’acqua hanno un comportamento sia verticale che orizzontale, in cui le acque di ruscellamento confluiscono in fiumi sotterranei che preludono all’acquifero profondo.

Zona satura è costituita da quella parte dell’intero sistema carsico nel quale il reticolo di gallerie è completamente pieno d’acqua (freatico) e rappresenta il volume totale dell’acquifero. Questa zona è soggetta a oscillazioni del volume chiamato livello piezometrico o superficie piezometrica e rappresenta il livello che raggiunge l’acqua, invadendo le zone sovrastanti, in occasione di piene.

Come viene “assorbita”, l’acqua viene restituita dalla zona che possiamo definire di affioramento. La fuoriuscita può avvenire all’aria libera, ed è allora facilmente individuabile, esce da gallerie debolmente inclinate lungo le quali scorre a pelo libero; oppure sotto pressione da sorgenti o fratture della roccia; oppure può risalire da grande profondità, altre volte il sistema ipogeo ha il suo sbocco sotto uno strato di depositi alluvionali, oppure da sorgenti sottomarine. Le sorgenti possono essere attive, da cui l’acqua esce perennemente, o semi attive che funzionano da troppo pieno in occasione di piene.

 

 

Bibliografia:

F. Cossutta - chimica e carsificazione

G. Bianucci, E. Ribaldone Bianucci - La chimica delle acque sotterranee

Autori vari – Manuale di speleologia – Cai

Collignon B. – Il manuale di speleologia

Greppi G. – Idrologia