Il carsismo (superiori)

Il fenomeno

Il paesaggio carsico è identificato da un insieme di forme anomale rispetto al paesaggio normalmente derivato dai processi fluviali. Questa morfologia è determinata dalla solubilità della roccia nelle acque di origine meteorica e superficiale. Per questa solubilità, le acque superficiali tendono a penetrare all'interno della massa rocciosa, incidendo con tipiche forme d'erosione le rocce superficiali e creando o allargando vie di circolazione sotterranea: ne deriva la scarsità o assenza di idrografia superficiale e la creazione di un reticolo idrografico ipogeo (sotterraneo), composto sostanzialmente da condotti (grotte). Il carsismo, dal punto di vista descrittivo e delle dinamiche del territorio, è un fenomeno che riguarda soprattutto la geomorfologia, essendo in effetti caratterizzato soprattutto da forme derivate dall'erosione e da depositi di tipo chimico, e solo subordinatamente dall'accumulo di sedimenti (depositi residuali e depositi di grotta, che verranno descritti in seguito).

Questo fenomeno deriva il suo nome dalla regione del Carso triestino, dove il carsismo è stato studiato inizialmente. Sotto il nome generico di carsismo (karst nella letteratura internazionale) vengono generalmente raggruppati fenomeni esogeni di erosione prevalentemente chimica di rocce carbonatiche (calcari, calcari dolomitici, dolomie, ecc.), di alcune rocce solfatiche (gesso, anidrite) e di rocce saline di origine evaporitica (principalmente salgemma). Questi tipi di rocce vengono attaccate in diversa misura dalle acque superficiali, soprattutto dalle acque di precipitazione meteorica, in ragione della loro solubilità. Quest'ultima varia da massima nelle rocce saline (cloruri) a minima nelle rocce carbonatiche a base magnesiaca (dolomie). I fenomeni di carsismo più importanti e diffusi sono nelle rocce carbonatiche, che da sole costituiscono all'incirca il 5% - 10% di tutte le rocce sedimentarie della crosta terrestre.

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Per approfondire questa parte potresti consultare i seguenti testi alle pagine indicate:

• Il fenomeno del carsismo

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I processi

Rappresentazione della molecola dell'acido carbonico in due dimensioni.

Il carsismo ha origine da processi di soluzione chimica, che fanno parte dei processi di alterazione meteorica della superficie terrestre. Il carbonato di Calcio (CaCO₃) è un sale assai poco solubile in acqua. La sua solubilità però aumenta significativamente in presenza di anidride carbonica (CO₂). L'atmosfera terrestre contiene anidride carbonica in ragione dello 0,0407% (407 parti per milione). Le molecole di CO₂ reagiscono con l'acqua presente in atmosfera formando acido carbonico (H₂CO₃):

${\ce {H2O + CO2 <=> H2CO3}}$

L'acido carbonico è instabile , quindi in realtà la reazione è lenta e il suo equilibrio è fortemente sbilanciato verso l'anidride carbonica: la proporzione dell'acido carbonico in soluzione acquosa nell'atmosfera è molto scarsa, intorno allo 0,2%.Le acque piovane quindi sono debolmente acide: la quantità di carbonato che l'acqua meteorica è in grado di dissolvere direttamente è minima.
Tuttavia l'acqua piovana, scorrendo nel terreno, viene arricchita ulteriormente in anidride carbonica derivata dall'attività biologica. Poiché gli organismi aerobici cedono CO₂ mediante la respirazione cellulare (ciclo di Krebs), lo strato superficiale del suolo, dove si concentra la vita, ha un'atmosfera più ricca di anidride carbonica.

Per approfondire questo argomento, consulta la pagina Metabolismo cellulare (superiori).

Anche la degradazione della sostanza organica vegetale in presenza di ossigeno rappresenta una sorgente molto importante di anidride carbonica e può essere descritta in modo semplificato dalla reazione:

${\ce {O2 + CH2O -> CO2 + H2O}}$

dove il termine CH₂O indica un carboidrato semplice ed è utilizzato per rappresentare la materia organica. Maggiore è la pressione parziale di CO₂ nell’atmosfera in contatto con l’acqua, maggiore è l’assorbimento di CO₂ nell’acqua stessa. Il processo è inoltre controllato dalla temperatura: una bassa temperatura favorisce la dissoluzione: quindi l'attacco ai carbonati è più sviluppato nella stagione invernale e nei periodi freddi, soprattutto sotto copertura nivale (entro cui possono formarsi "sacche" d'aria ricche in CO₂).
Tutto ciò favorisce l'attacco chimico dei carbonati e il loro passaggio in soluzione secondo la reazione:

1) $\mathrm {CO_{2}} +\mathrm {H_{2}O} +\mathrm {CaCO_{3}} \longrightarrow \mathrm {Ca(HCO_{3})_{2}} \;$

L'equazione (1) rappresenta la fase dissolutiva del processo carsico, che dà origine alle forme d'erosione carsiche. Il carbonato acido di calcio (Ca(HCO₃)₂) si dissocia in acqua in ioni Ca++ e HCO₃- che vengono asportati dall'acqua di dilavamento. Il materiale non disciolto (ad esempio silice e ossidi metallici) va a costituire i cosiddetti depositi residuali, sovente associati alle forme carsiche.
Un fattore molto importante nel controllo della dissoluzione del carbonato in presenza di CO₂ è il PH: più il PH è basso (sbilanciato verso un ambiente acido), più CaCO₃ può esistere in soluzione in forma di carbonato acido. Per questo l'ambiente acido creato dalla decomposizione della materia organica di origine prevalentemente vegetale, che dà origine a composti acidi (acidi umici e acidi fulvici), è favorevole alla dissoluzione dei carbonati.

L'acqua sotterranea, arricchita fino alla saturazione di carbonato acido di calcio, penetrando in profondità nel sottosuolo, entra in un ambiente in cui la concentrazione di CO₂ può essere minore rispetto alla zona superficiale (ad esempio a causa dell'assenza di luce per la fotosintesi delle piante, e quindi della minore presenza di materia organica). Anche la minore attività biologica in profondità può fornire meno anidride carbonica al sistema. Vi può essere anche una differenza di temperatura: l'ambiente ipogeo (sotterraneo), dopo i primi metri superficiali ha tendenzialmente temperatura stabile, pari alla media della temperatura esterna durante l'anno. Inoltre, aumentando la profondità, la temperatura inizierà ad aumentare per il gradiente geotermico. Se la temperatura rispetto a quella di superficie è più elevata, la CO₂ tende a liberarsi nell'atmosfera di grotta.
Anche quando l'acqua sovrassatura ritorna in superficie a valle del sistema carsico, attraverso delle sorgenti, tende a degasare, cioè a perdere la CO2 in eccesso: il processo è facilitato dalla presenza di salti morfologici, rapide o cascate. Per tutti questi motivi l'acqua, con l'allontanamento di CO₂, può rilasciare il carbonato acido di Calcio sotto forma di carbonato di Calcio insolubile, secondo la reazione:

2) $\mathrm {Ca(HCO_{3})_{2}} \longrightarrow \mathrm {CO_{2}} +\mathrm {H_{2}O} +\mathrm {CaCO_{3}} \;$

L'equazione (2) rappresenta la fase costruttiva del processo carsico, che dà origine alle concrezioni di grotta, in varie forme.

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Per approfondire questa parte potresti consultare i seguenti testi alle pagine indicate:

• I processi del carsismo

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Le forme carsiche di superficie

L'attacco delle acque acidule si manifesta inizialmente nell'allargamento progressivo delle fessure delle rocce carbonatiche, dapprima in superficie poi sempre più in profondità. Linee di debolezza naturali della roccia (piani di stratificazione, fratture, faglie) costituiscono vie di accesso preferenziali alle acque superficiali e determinano in parte lo sviluppo delle forme erosive. Abbiamo una vasta gamma di forme epigee che vanno dalle dimensioni di pochi centimetri a diversi chilometri. Si distinguono microforme (di dimensioni da centimetriche a metriche) e macroforme (da una decina di metri in su).

Microforme

Si tratta di "sculture naturali" in roccia provocate dalla corrosione, chiamate con il termine collettivo di karren (in Tedesco) o lapiés (in Francese) L'associazione di varie forme singole a karren si definisce karrenfelder o, in Italiano, campi carreggiati o campi solcati. Le forme più comuni sono:

• Scanalature (Rillenkarren). Piccoli solchi rettilinei subparalleli, separati da sottili creste aguzze e taglienti, con profondità da millimetrica a un paio di centimetri, larghezza fino a circa 3 centimetri e lunghezza da una decina di centimetri a poco più di 50 centimetri. Si sviluppano su superfici inclinate, in prossimità di piccoli spartiacque che suddividono i campi solcati.
• Impronte (Trittkarren). Piccole cavità a fondo piatto e contorno semicircolare, su superfici a bassa inclinazione a fondo piatto e aperte verso valle, con diametro da centimetrico a decimetrico.
• Solchi a doccia (Rinnenkarren). Solchi con larghezza e profondità di diversi centimetri e lunghezza di diversi metri, tendenzialmente sinuosi su superfici a bassissima inclinazione e rettilinei su superfici più inclinate; su superfici ad alta inclinazione tendono ad essere molto più marcati, con profondità e larghezze maggiori.
• Vaschette di corrosione (Kamenitza). Cavità chiuse con contorno subcircolare o ellittico, fondo piatto suborizzontale e diametro da centimetrico a metrico; caratterizzate dalla presenza temporanea di acqua stagnante. Sono forme legate alla presenza di alghe e batteri nell'acqua la cui attività facilita la corrosione.
• Karren coperti. Forme ricoperte in parte o completamente da suolo, generalmente arrotondate (rundkarren): solchi arrotondati, forme a camino o imbuto riempite di depositi residuali.
• Fori carsici. Piccole cavità a sezione subcircolare, con diametro da centimetrico a decimetrico ma con sviluppo verticale notevole, in profondità (come vere e proprie "microcaverne").
• Crepacci (Kluftkarren). Solchi di ampiezza variabile e molto sviluppati in profondità, impostati generalmente su fratture e faglie naturali della roccia. Possono terminare bruscamente su uno strato sottostante o assottigliarsi gradatamente o ancora allargarsi verso il basso.
• Cavità anastomotiche di interstrato. Cavità che seguono i giunti di stratificazione naturali della roccia, con andamento che dipende dall'inclinazione degli strati.

Tutte queste forme si possono trovare isolate ma sovente tendono a riunirsi in forme composte: ad esempio le vaschette possono essere collegate a solchi a doccia che fanno da scarico dell'acqua.
Le forme che si sviluppano in profondità (fori, crepacci, cavità anastomotiche di interstrato) si incrociano e confluiscono nella massa rocciosa facilitando la penetrazione delle acque superficiali, e sono legate a processi di speleogenesi (generazione di grotte).

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  Scanalature carsiche.
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  Scanalature.
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  Scanalature.
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  Impronte (in grotta).
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  Fori carsici.
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  Crepacci carsici.
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  Karren sviluppati su superfici molto inclinate: solchi a doccia e cavità anastomotiche di interstrato (suborizzontali).
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  Fori carsici associati a profondi solchi a doccia.
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  Crepacci interessati da solchi a doccia.
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  Solco a doccia sinuoso.
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  Crepacci e vaschette isolate.
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  Scanalature e solchi a doccia con vaschette nelle zone di ristagno.
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  Vaschette allineate lungo un solco a doccia.
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  Vaschette e crepacci.
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  Karren parzialmente ricoperti da suolo e arrotondati (rundkarren).
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  Karren (forme a doccia e fori carsici) con depositi residuali ("terre rosse").

Macroforme

Doline

Fra le macroforme carsiche è forse la più tipica, che caratterizza i paesaggi carsici. Sono forme a conca chiusa. Si riempirebbero d’acqua se pareti e fondo fossero impermeabili, e in qualche caso danno origine a piccoli laghi di dolina. Generalmente però l’acqua viene assorbita da vie di infiltrazione (che spesso sono anche quelle che hanno dato origine alla dolina stessa). I punti di infiltrazione si vedono solo di rado, perché mascherate da suolo o regolite. Il diametro di queste forme è compreso tra 10 e 1000 metri circa, e la profondità tra 2 e 200 metri. Il contorno può essere subcircolare, ellittico o irregolare, spesso lobato o ameboide per la coalescenza di più forme di questo tipo (uvala). Dal punto di vista della morfologia possiamo avere:

• a piatto. Ampia e poco profonda, a fondo piatto; rapporto diametro medio/profondità > 5.

• a ciotola (o a scodella). Relativamente più profonda della precedente, con versanti concavi; rapporto diametro/profondità tra 2 e 5.

• a imbuto. Forma conica, con versanti uniformemente inclinati verso un punto centrale; rapporto diametro/profondità < 2.

• a pozzo. Con pareti subverticali e forma tendente a cilindrica; la profondità può essere molto superiore al diametro (rapporto fino a <<1).

Le forme più frequenti sono quelle a piatto e a ciotola, con profondità intorno 5-20 metri e diametro fino ad alcune decine di metri. Si rinvengono generalmente su superfici a bassa inclinazione (sono tipici delle morfologie ad altopiano), e decisamente rare su versanti ripidi. La densità è molto variabile e la disposizione spesso apparentemente irregolare, anche se in diversi casi tendono ad allinearsi lungo sistemi di faglie o fratture naturali o lungo avvallamenti (valli secche). Dal punto di vista della genesi sono distinguibili vari tipi:

• Doline di dissoluzione. Di gran lunga le più comuni. Originate per dissoluzione della roccia carbonatica da parte delle acque superficiali in movimento centripeto verso un punto di infiltrazione. Il punto in questione diventa così il centro di una forma chiusa che si approfondisce sempre di più. Il drenaggio centripeto determina una concentrazione d’acqua verso il centro, e quindi tende ad accelerare l’erosione in quel punto.

Dolina di dissoluzione.

• Doline alluvionali. Si formano quando abbiamo sedimenti alluvionali che ricoprono formazioni carbonatiche (o comunque solubili): la creazione di cavità di dissoluzione o di crollo in queste ultime provoca la formazione di infossamenti a dolina nelle alluvioni soprastanti.

Dolina alluvionale.

• Doline di crollo (o di collasso). Cavità, spesso a pozzo, che si formano per il crollo del soffitto di grotte sottostanti. Possono dare accesso a grotte di notevole entità, fiumi e laghi sotterranei. I cenotes dello Yucatan sono forme di questo tipo. Se la forma è cilindrica e il rapporto diametro/profondità è piccolo si definiscono anche pozzi di crollo.

Dolina di crollo.

• Doline di subsidenza. Cavità che si formano in rocce coerenti, non solubili (ad esempio arenarie o argille) che poggiano su rocce solubili. La formazione di cavità di dissoluzione in queste ultime provoca subsidenza differenziale e fenomeni di crollo nelle formazioni rigide soprastanti.

Dolina di subsidenza.

Talvolta il punto di infiltrazione al fondo di una dolina si evolve in una voragine profonda subverticale, definita inghiottitoio (ponor). Nella regione del Carso triestino, sloveno e istriano queste forme si definiscono foibe.

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  Doline di piccole dimensioni.
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  Dolina a piatto.
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  Doline a ciotola.
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  Dolina a imbuto.
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  Dolina con inghiottitoio al fondo.
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  Dolina di collasso.
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  Dolina di collasso (pozzo di crollo).
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  Cenote allagato (Yucatàn).
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  Dolina con lago all'interno.
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  Schema di dolina alluvionale.
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  Allineamento di nghiottitoi (ponor).

Polje

Diagramma di un Polje.

Sono forme carsiche chiuse molto grandi, di dimensioni chilometriche e forma grossolanamente prismatica o irregolare. Polje è un termine slavo che significa campi piani; sono tipici del Carso dinarico, tra Istria, Slovenia e Croazia, anche se si trovano in tutte le aree del globo in cui si sviluppano morfologie carsiche su ampie aree. Il polje tipico presenta fondo piatto e orizzontale e versanti piuttosto ripidi (intorno a 30°); l'angolo di raccordo dei versanti con il fondo è brusco e lineare. Il fondo può presentare una sottile copertura detritica o alluvionale, che generalmente non arriva al piede dei versanti, e talvolta vi possono essere inghiottitoi (ponor). Ci possono essere rilievi residuali (hum), piccoli rilievi ripidi isolati che sorgono dal fondo piatto del polje, tendenti ad essere via via cancellati per corrosione.

Nei polje attivi il fondo viene allagato stagionalmente, quando gli inghiottitoi e in generale i punti di infiltrazione non riescono a smaltire tutta l'acqua che affluisce nel bacino dalla pioggia o da eventuali sorgenti. Nella stagione piovosa gli inghiottitoi possono addirittura invertire il flusso e trasformarsi in sorgenti. Durante le inondazioni stagionali si verifica una corrosione marginale che mantiene netto l'angolo di raccordo tra fondo e versanti. Talora può esservi un drenaggio definito, con corsi d'acqua stagionali (asciutti nella stagione calda) che attraversano il polje, avendo origine da una sorgente carsica e sparendo in un inghiottitoio. Vi sono per altro polje ormai inattivi, in cui il fenomeno dell'inondazione stagionale non si verifica più, ad esempio per inattivazione dell'idrografia carsica sotterranea la cui parte attiva si è spostata ad un livello più basso. Queste forme sono in via di degradazione e la morfologia tende ad addolcirsi. Vi sono casi in cui il fondo del polje interseca la superficie piezometrica, e quindi può formarsi un lago di polje (o lago carsico). Questi laghi non hanno corsi d'acqua superficiali come immissari o emissari, e il loro livello è molto variabile con il livello della falda acquifera; possono anche essere stagionali o inaridirsi per anni in corrispondenza di una fase climatica più secca, e ricomparire ad una stagione più piovosa del solito.

I polje sono spesso situati entro depressioni tettoniche o graben (fosse delimitate da faglie di tipo normale o distensivo in cui si ha sprofondamento della porzione di roccia tra le faglie stesse), e sovente si sviluppano al contatto tra rocce solubili e insolubili, per erosione differenziale. Quando esiste un livello piezometrico di falda acquifera definito, i fondi dei polje tendono ad allinearsi in corrispondenza del livello piezometrico. Talora i polje non sono chiusi ma si raccordano da un lato con pianure o valli fluviali. Nelle regioni tropicali umide si possono trovare polje molto grandi, con veri e propri corsi d'acqua perenni divaganti.

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  Morfologia a polje in Appennino (Campania, Benevento).
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  Polje in Spagna (Malaga, Andalusia).
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  Polje in Spagna (Asturie).
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  Lago di Doberdò (Italia, Friuli), un tipico lago di polje.
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  Inghiottitoio carsico (ponor)
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  Ponor: il corso d'acqua si riversa nel sottosuolo al raccordo tra piana e parete carsica.
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  Schema concettuale che illustra uno stile tettonico di tipo distensivo, a horst e graben. I due margini crostali indicati dalle frecce tendono ad allontanarsi tra loro determinando il collasso di alcune parti di crosta che formano quindi fosse, o graben, delimitati da faglie normali (o dirette). I Polje tendono spesso a formarsi in corrispondenza di graben.

Valli carsiche

Schema delle principali macroforme d'erosione carsiche.

Nelle regioni carsiche in realtà si possono trovare valli fluviali, asciutte o con corsi d'acqua che le percorrono, che tuttavia presentano delle anomalie rispetto alla "normale" morfologia fluviale. L'azione dei processi carsici delle valli fluviali impostate su rocce solubili produce valli cieche, valli morte, valli chiuse e canyon di crollo.

• Valle cieca. E' una valle con un corso d'acqua attivo al fondo, che non arriva a defluire alla foce in superficie perché a un certo punto l'acqua si riversa in un inghiottitoio. Si tratta in origine di una normale valle fluviale al cui fondo la corrosione apre un inghiottitoio che è in grado di assorbire tutta la portata d'acqua del fiume. Da quel momento, la parte a monte dell'inghiottitoio continua ad approfondirsi, perché un alveo fluviale attivo è sede di erosione, sia meccanica che chimica, mentre la parte a valle viene inattivata e cessa di approfondirsi, divenendo una valle morta. Nella valle cieca tendono ad aprirsi sempre nuovi punti di infiltrazione e inghiottitoi, quindi la parte attiva della valle tende a ridursi sempre di più verso monte, poiché il fiume è sostituito gradualmente dal drenaggio carsico ipogeo.

• Valle morta. E' una valle secca, priva di corso d'acqua, il cui fondo è caratterizzato da punti e zone di infiltrazione, esposti o ricoperti di sedimenti alluvionali e regolite, e spesso da doline e inghiottitoi. La valle morta tende a propagarsi a monte per retrocessione degli inghiottitoi (il processo descritto al punto precedente).

• Valle chiusa. Una sorgente carsica può talora scavare a monte una forra per erosione regressiva. Questo lineamento però si chiude bruscamente in corrispondenza del punto emittente della sorgente, senza un reticolo di drenaggio sviluppato a monte che lo alimenti.

• Canyon di crollo. E' il risultato della fusione di più pozzi di crollo, di solito allineati lungo una direttrice strutturale di una certa importanza (faglie o fratture). Spesso caratterizzato da ponti naturali come residui della volta crollata.

Schema di valle allogenica di un corso d'acqua che scorre su un territorio carsico provenendo da un'area con rocce non solubili. In rosso le rocce insolubili, che in questo esempio giacciono stratigraficamente sotto quelle solubili.

Il fiume che attraversa un territorio carsico può avere origine in un'altra area, area caratterizzata da rocce non solubili. In tal caso, si tratta di una valle allogenica (letteralmente: che ha origine altrove). Entrando in un'area carsica, il corso d'acqua può dare origine ad una o più delle morfologie già descritte. Al confine tra le due aree possono impostarsi diversioni del canale principale (che tende a sovraescavare al contatto tra le rocce solubili e non), forme a polje e inghiottitoi, a seconda del tipo di contatto tra le due formazioni rocciose.

Nel tratto di attraversamento, generalmente gli affluenti superficiali perdono di importanza o cessano di alimentare il corso d'acqua principale: spesso si riducono a piccole valli secche "sospese" sopra la valle principale, in rapido approfondimento per la maggiore erosione concentrata nel fondovalle. Lo stesso corso d'acqua principale inizia a subire perdite consistenti d'acqua da punti di infiltrazione sul fondo, e può ridursi, come già visto, ad una valle cieca. Il fiume può proseguire nel sottosuolo, come fiume sotterraneo, con un alveo ipogeo.

Le diversioni fluviali da parte dei condotti carsici possono riversare le acque di corsi d'acqua superficiali in altri fiumi più a valle, anche in bacini idrografici diversi, oppure disperderle nel territorio attraverso un reticolo di condotti da cui riaffiorano in superficie come sorgenti. E' il caso di fiumi anche importanti, come il Danubio in Germania meridionale, nel comune di Immendingen, regione del Baden-Württemberg, ove scompare nel terreno carsico e alimenta in parte sorgenti e fiumi del bacino del Reno) e il Timavo (tra Croazia, Slovenia e Friuli). Quest'ultimo Nasce (con il nome Reka, che significa semplicemente "fiume") in Croazia da una sorgente carsica, si inabissa nelle Grotte di San Canziano in Slovenia e percorre 39 chilometri in alveo ipogeo per riapparire in territorio italiano presso il Golfo di Trieste e sfociare nel Mare Adriatico dopo circa due chilometri.

• 
  Valle morta dell'alto Danubio (Germania).
• 
  Schema che illustra la derivazione carsica dal Danubio attuale al fiume Ach (che ha origine da una sorgente carsica).
• 
  Corso d'acqua inghiottito da un ponor (regione dell'Arcadia, grecia).
• 
  Corso d'acqua (da destra) che termina in un inghiottitoio.
• 
  Canyon di crollo con ponte naturale residuale.

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Per approfondire questa parte potresti consultare i seguenti testi alle pagine indicate:

• Forme d'erosione superficiali carsiche

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Le forme carsiche sotterranee

Forme d'erosione

Come abbiamo visto, le forme epigee, quello che si vede dall'esterno del paesaggio carsico, costituiscono in realtà l'interfaccia di scambio d'acqua tra la superficie e il reticolo idrografico sepolto che caratterizza le aree carsiche (forme ipogee). Solo una piccola parte di queste "vie d'acqua" è accessibile all'uomo. Il termine che viene associato nell'accezione comune a tutto questo è grotte. I principali processi che determinano la formazione delle grotte sono:

1. L'azione di corrosione chimica delle soluzioni acquose: corrosione e riprecipitazione del carbonato.
2. L'azione meccanica dell'acqua e dei detriti da essa trasportati: erosione e deposizione di materiali (ghiaie, sabbie, argille).
3. L'azione delle gravità: crolli di materiale da volte e pareti di grotte già formate e accumulo di detriti di frana.

Dal punto di vista della morfologia si possono distinguere:

• gallerie: condotti carsici da suborizzontali a debolmente inclinati.
• pozzi, camini e abissi: condotti carsici subverticali o ad elevata inclinazione.

Dal punto di vista funzionale, queste cavità possono essere:

Schema illustrativo delle morfologie carsiche ipogee.

• praticamente prive d'acqua (ad eccezione dei periodi di pioggia). Siamo nella zona di percolazione o zona vadosa, in cui l'acqua di infiltrazione normalmente non satura i vuoti della roccia, che sono prevalentemente aerati. Abbiamo stillicidio (gocciolamento d'acqua da volte e pareti), scorrimento di veli d'acqua sulle pareti e scorrimento di rigagnoli sul fondo. In questa zona abbiamo il massimo assorbimento d'acqua durante le precipitazioni atmosferiche.
• con acqua più o meno abbondante, ma con periodi di inondazione completa o in cui sono temporaneamente asciutte (gallerie anfibie). Siamo in una zona con caratteristiche intermedie, o zona di trasferimento in cui abbiamo stillicidio abbondante (percolazione concentrata) e scorrimento di correnti con battente d'acqua significativo sul fondo.
• sempre sature d'acqua. Siamo nella zona freatica, sotto il livello della falda acquifera. Qui l'acqua si muove sotto pressione nei condotti.

All'interno di un sistema carsico, procedendo dall'alto verso il basso, passeremo da cavità asciutte o con stillicidio, a cavità via via più ricche d'acqua, fino a cavità inondate permanentemente. Ai diversi caratteri idrologici corrisponde anche una successione ideale di morfologie diverse.

La morfologia nella zona più superficiale corrisponde all'idea comune di "grotta carsica". Le gallerie sono tendenzialmente asciutte (quelle più accessibili), e hanno una morfologia generalmente irregolare, sia in piante che in verticale. Il fondo è spesso ricoperto da argille residuali, detriti provenienti dalla superficie, blocchi crollati dalla volta. Le pareti e il soffitto presentano nicchie di distacco dei blocchi accumulati sul fondo, e sovente concrezioni calcaree (può essere la zona più ricca di concrezioni). Sovente si trovano delle sale, allargamenti poligonali o ellittici posti all'incrocio di due o più gallerie, spesso con il pavimento occupato dai massi crollati dalla volta; talora al posto della volta stessa (completamente crollata) si apre un pozzo verticale che comunica con la superficie. Se il pozzo ha diametro molto piccolo rispetto allo sviluppo verticale abbiamo un camino. Se lo sviluppo verticale è molto esteso (centinaia, fino a migliaia di metri) si definisce un abisso.

Sifone carsico; a) semplice; b) "pensile".

Al di sotto di questa zona, l'acqua diviene sempre più abbondante, ricoprendo il fondo delle gallerie. Le gallerie hanno spesso un solco d'erosione pronunciato al fondo, che segna l'approfondimento di un condotto. Questo solco si forma in seguito al mutamento delle condizioni del condotto da freatiche a vadose, cioè quando il livello della falda acquifera si abbassa e l'acqua si raccoglie sul fondo e tende a eroderlo scavandovi un solco: questi condotti tendono ad assumere una sezione allungata, fusiforme o a "buco di serratura". Vi possono essere anche forme opposte alle precedenti, cioè gallerie con canali di volta: si formano quando il corso d'acqua sotterraneo non erode il fondo ma depone sedimenti che tendono a colmare la galleria. In questo caso l'acqua corrente erode la volta formandovi un solco. Abbiamo la presenza di pozzi cascata, corrispondenti a salti morfologici delle gallerie: il pozzo si forma sotto la cascata per la concentrazione della dissoluzione e dell'azione meccanica dell'acqua sotto la cascata, incrementata dalla presenza di detrito, che erode la roccia per abrasione. Vi possono essere tratti di galleria completamente allagati (sifoni); questi possono essere statici (invasi da acqua ferma) o attivi (attraversati da una corrente d'acqua) e semplici (condotti a "U") o pensili (con una soglia a valle); questi ultimi per tracimazione danno origine ad un pozzo cascata.

Al di sotto del livello di falda, nella zona freatica, i condotti in pressione sono prevalentemente di forma tubolare e suborizzontali (perché non si ha più percolazione verticale), con sezioni subcircolari o ellittiche, prive di concrezioni (perché non si ha stillicidio né veli d'acqua che possano deporre il carbonato). In realtà il livello di falda può avere oscillazioni anche molto ampie (dell'ordine anche delle decine di metri), in conseguenza degli apporti meteorici. Si può distinguere in effetti anche una zona epifreatica, che rappresenta la zona interessata dalle oscillazioni del livello di falda, e può arrivare a comprendere negli episodi di piena gran parte della zona intermedia. Questa zona è caratterizzata da forte dissoluzione chimica, perché le acque meteoriche hanno un basso contenuto di sali e quindi risultano molto aggressive per i carbonati, e da forte erosione meccanica, per la presenza di correnti acquee dovute al deflusso durante le piene, che portano in carico molto materiale detritico proveniente dai livelli superiori. La zona epifreatica ha una notevole importanza nella speleogenesi dei condotti carsici, che vengono creati entro la zona freatica e successivamente allargati entro la zona epifreatica con l'abbassamento della falda.

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Per approfondire questa parte potresti consultare i seguenti testi alle pagine indicate:

• Forme d'erosione sotterranee carsiche

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  Grotta di nettuno
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Forme di deposito

Nell'evoluzione delle grotte hanno una parte importante i fenomeni di riempimento, per opera dei tre principali processi già descritti. Due tipi di depositi possono essere distinti in base all'entità del trasporto e alla provenienza:

• depositi alloctoni: portati dall'esterno.
• depositi autoctoni: che hanno subito un trasporto limitato all'interno del sistema carsico.

Spesso non è facile distinguere i depositi alloctoni, se la loro composizione è la stessa della roccia presente nel reticolo carsico. I termini di questo tipo meglio distinguibili sono quelli di origine non compatibile col territorio carsico (di composizione silicatica o da formazioni carbonatiche non presenti in loco).
I depositi di crollo e di deposizione chimica (concrezioni) sono ovviamente autoctoni. I depositi residuali (le già ricordate terre rosse) sono un altro deposito autoctono. Un altro deposito autoctono molto comune nelle grotte è la sostanza organica: si tratta di guano, ovvero escrementi di animali appartenenti alla fauna cavernicola, come i pipistrelli, e le loro ossa. Ossa di animali possono spesso però essere alloctone, cioè portate dall'esterno per opera delle acque (o appartenenti ad animali caduti accidentalmente nel sistema carsico): un esempio può essere lo scheletro dell' uomo di Altamura (un esemplare di Homo neanderthalensis), conservato in concrezioni carsiche (Grotta di Lamalunga, presso Altamura, in Puglia). Ovviamente in questo caso è fondamentale la determinazione tassonomica in base ai reperti (ossa di animali non cavernicoli chiaramente non possono essere autoctone).
Le forme di concrezioni (gli speleotemi) più comuni sono:

Le più comuni concrezioni di grotta; a) stalattiti; b) stalattiti tubolari o cannule (stalattiti incipienti); c) stalagmiti; d) stalagmiti a cupola o a piatti rovesciati; e) colonne; f) vele; g) cortine o drappi; h) elictiti; i) latte di grotta; j) vaschette con dighe di concrezione (gours); k) concrezioni monocristalline; l) concrezioni a colata o gluteiformi; m) rete di fratture carsiche; n) pozze.

• Stalattiti. Forme cilindriche o coniche pendenti dalla volta, con morfologie molto varie, da tozze a molto sottili, lunghe da pochi centimetri a diversi metri. Le stalattiti iniziano a formarsi dall'acqua che esce da una frattura o microfrattura della roccia: si forma prima un tubicino (cannula) con diametro pari a quello delle gocce d'acqua che lo generano, attraverso il quale scorre l'acqua che gocciola all'estremità distale. Mentre si forma la goccia, l'acqua libera CO₂ nell'atmosfera della grotta (povera di questo gas) e depone carbonato sull'orlo del tubicino in forma di un anello di microcristalli di calcite. Col tempo il continuo deposito ostruisce il tubicino e l'acqua che fuoriesce alla base scorre sulla sua superficie esterna iniziando a depositare strati concentrici di carbonato intorno al tubicino, che si ispessisce e si allunga a formare la stalattite. Si possono formare stalattiti eccentriche o elictiti: forme ramificate e in alcuni casi con punte rivolte verso l'alto: queste forme possono essere il risultato di deposizione da parte di microfratture in cui l'acqua è in pressione ed esce a spruzzi, oppure da deposizione sotto l'azione di correnti d'aria.

• Cortine e vele. Le cortine hanno l'aspetto di drappeggi con andamento in genere lineare o debolmente ondulato, spesso con micro-stalattiti all'estremità libera. Le vele appaiono come "vele latine" (triangolari), con una forma puntuta a stalattite che costituisce il lato più lungo. Si formano quando le gocce d'acqua non cadono direttamente ma scorrono per un certo tratto sulla volta, e sono costituite quindi prevalentemente da bande di accrescimento parallele alla volta. Il loro spessore minimo è quello di una goccia d'acqua (circa 5 mm), ma spesso queste forme raccolgono anche contributi di flussi d'acqua laterali, quindi possono essere anche più spesse, e con bande di accrescimento verticali (a "nervatura").

• Stalagmiti. Forme simili alle precedenti ma rivolte verso l'alto, con la base sul fondo della grotta. Possono essere di varia forma anche queste, e in alcuni casi possono raggiungere altezze notevoli (alcune decine di metri). Sono costruite per opera delle gocce che impattano sul pavimento cadendo dalla volta: queste depositano una sottile pellicola di carbonato che si accresce a strati in altezza. La loro struttura, più che concentrica, è a "cupole sovrapposte", per il tipo di deposizione. Talora la lamina di carbonato può prolungarsi oltre l'orlo della formazione, dando luogo a morfologie particolari (somiglianti a pile di piatti rovesciate, foglie etc.).

• Colonne. Si formano per incontro del prolungamento verso il basso delle stalattiti e crescita verso l'alto delle stalagmiti.

• Croste concrezionali. Ricoprono le pareti dei vani, prolungandosi sul pavimento con morfologie a colata, formate dalla deposizione da parte di veli d'acqua, oppure per impatto di gocce o spruzzi "di rimbalzo" per venute d'acqua dalla volta o da cascate e cascatelle, con morfologia mammellonare (concrezioni gluteiformi).

• Barriere (gours). Si tratta di "dighe" composte da concrezione che formano serie di vaschette pensili. La loro peculiarità è che sono generalmente di spessore piuttosto sottile (fino a pochi millimetri) rispetto all'altezza. Questi speleotemi (le serie di dighe sovrapposte) possono raggiungere altezze di diversi metri. Si formano con acque poco sovrassature di carbonato (altrimenti, con elevate saturazioni, il carbonato precipiterebbe uniformemente dando luogo a concrezioni "normali"). La precipitazione avviene solo in corrispondenza della soglia della vaschetta per degassazione causata dalla minima turbolenza dovuta alla tracimazione dell'acqua. La formazione della vaschetta inizia quando si ha un ostacolo naturale che favorisce in questo modo la precipitazione, e prosegue con il meccanismo indicato, formando una diga verticale relativamente sottile, con la sommità perfettamente orizzontale. Se le acque sono più sovrassature, la vaschetta tende a colmarsi gradualmente in quanto l'orlo del gour tende a espandersi verso l'interno (perché la precipitazione può avvenire più a monte dell'orlo di tracimazione).

• Pisoliti (o perle di grotta). Si tratta di concrezioni libere (cioè non ancorate al substrato), di forma subsferica o ellissoidale, di dimensioni da millimetriche a centimetriche (fino a una quindicina di centimetri). Sono costituite da lamine concentriche di carbonato cresciute intorno ad un nucleo di cristallizzazione, che può essere un granello di sabbia o un frammento vegetale o di osso. Si trovano tipicamente in vaschette alimentate per stillicidio o saltuariamente da deboli correnti, per precipitazione da acque sovrassature di carbonato, e generalmente sono in gruppi più o meno numerosi, fatti di esemplari di dimensioni anche molto diverse. Per la loro formazione sono necessarie alcune condizioni: devono trovarsi completamente immerse nell'acqua (altrimenti non potrebbero crescere in forma sferoidale); l'energia del mezzo deve aumentare di tanto in tanto, sia pure limitatamente, per smuoverle e impedire che si saldino al substrato (correnti molto deboli o anche microsismi sono sufficienti); l'energia cinetica dell'acqua però non deve essere tale da indurne lo sfregamento l'una contro l'altra, che può facilmente eroderle. Se la densità delle pisoliti in una stessa vaschetta è molto alta, diversi esemplari non potranno assumere la forma sferoidale perché impedite dai vicini (vi sono pisoliti anche irregolari, cilindriche o di forma cuboide).

• Latte di grotta o latte di monte. Si tratta di aggregati microcristallini di carbonato (calcite e aragonite, forma metastabile del carbonato di calcio), ma possono essere anche di solfati (gesso), di consistenza plastica se idratati e polverulenti se asciutti, di colore bianco-latteo (di qui il nome) o bianco-giallastro. Hanno origine da veli d'acqua sovrassatura quasi fermi, alimentati per condensazione o per capillarità dalle microfratture della roccia. Ricoprono le pareti in strati centimetrici ma possono formare speleotemi tipo stalattiti, stalagmiti, vele (in questo caso però risultano plastici al tatto e non duri), oppure formare "gocce" sferoidali sull'estremità di speleotemi concrezionati. Nel passato il latte di monte si raccoglieva nelle "grotte lattarie" per somministrarlo alle puerpere perché si credeva che ne miglioresse il latte (questa pratica è durata in talune zone fino all'inizio del secolo scorso).

• Cristalli. Da acque molto sovrassature (brine) e calme, per evaporazione progressiva, il carbonato può precipitare direttamente in macro-cristalli, con orientazione casuale e abito cristallino ben delineato o compenetrati.

I tempi di formazione sia delle stalattiti sia delle stalagmiti sono lunghissimi, si parla infatti di centinaia di anni, ma soprattutto di migliaia perché si formino le colonne.

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Per approfondire questa parte potresti consultare i seguenti testi alle pagine indicate:

• Depositi e concrezioni di grotta

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  Stalattiti
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  Inizio di formazione di una stalattite
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  Stalattite incipiente.
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  Elictiti (stalattiti eccentriche).
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  Elictiti.
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  Elictiti.
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  Cortine (drappeggi).
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  Vele e cortine.
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  Stalagmite
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  Stalagmiti.
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  Stalagmiti.
• 
  Campionario di speleotemi.
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  Stalagmite
• 
  Stalagmite
• 
  depositi a colata.
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  Depositi a colata.
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  Colate (gluteiformi).
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  Vaschette e barriere (gours).
• 
  Vaschette e gours.
• 
  Vaschette e gours.
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  Vaschette su forme a colata.
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  Pisoliti (perle di grotta) in una vaschetta.
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  Pisoliti. Notare le forme non sferoidali (fino a cuboidi) di alcune.
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  Pisoliti "fossili", ormai inattive e cementate.
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  Latte di grotta idratato, con aspetto tipico di "feltro" di microcristalli aciculari (aghiformi).
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  Aspetto del latte di grotta che riveste le pareti di una cavità.
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  Latte di grotta in ammassi mammellonari.
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  Latte di grotta fuoriuscito da fratture.
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  crescita di cristalli di aragonite.

Evoluzione dei sistemi carsici

Da quanto detto finora, si comprende che generalmente un sistema carsico sotterraneo nel corso della sua evoluzione generalmente passa per tre fasi:

• Fase giovanile, in cui il sistema è in condizioni freatiche (in pressione); i fenomeni di dissoluzione sono predominanti e il sistema si dice attivo.
• Fase matura, in cui il sistema è in condizioni vadose, in cui abbiamo sia fenomeni di erosione e dissoluzione, sia di deposito e precipitazione, e il sistema è ancora in gran parte attivo.
• Fase senile, in cui il sistema è prevalentemente in condizioni aerate, e prevalgono i processi di crollo e riempimento; in questa fase il sistema è sostanzialmente inattivo.

Con l'andare del tempo, le cavità carsiche finiscono per riempirsi completamente di sedimenti; il sistema carsico è quindi ormai fossile. Grotte fossili (paleocarsiche) si possono riconoscere su pareti rocciose artificiali o naturali, e testimoniano antichi episodi di carsificazione (paleocarsismo).
Questa sequenza di fasi è legata al progressivo abbassamento della falda acquifera nella massa di roccia carbonatica, con il progredire della speleogenesi (secondo le modalità già esposte).

I fattori di rischio ambientale

I fenomeni gravitativi

Abbastanza ovvio è il rischio, da parte di persone o animali di cadere entro le aperture che si aprono verso l’esterno del sistema carsico. Per questo gli elementi del paesaggio carsico come doline, inghiottitoi, grotte etc. devono essere riconosciuti, inventariati e debitamente segnalati come fonti di pericolo. Esiste un Catasto nazionale delle Grotte d’Italia, disponibile online.

Inoltre, come già detto, la parte superficiale (epicarsica) di un sistema carsico è affetta da processi di crollo dovuti al progredire della dissoluzione (frane da crollo o da sprofondamento). Si tratta in genere di fenomeni localizzati, a meno di eventi sismici rilevanti che possono provocare crolli diffusi. A parte il caso fortuito in cui questi fenomeni coinvolgano persone penetrate entro le grotte del sistema carsico, questo tipo di rischio può essere consistente quando vi sono manufatti, impianti, infrastrutture (strade, ferrovie) o abitati che insistono su un terreno carsico e che possono essere coinvolti dallo sprofondamento di settori del sistema carsico sotterraneo, o che possono essere interessati da crolli di pareti rocciose carsificate.

Per approfondire questo argomento, consulta la pagina Il modellamento dovuto a fenomeni atmosferici (superiori)#Modellamento dovuto alla gravità.

Il fenomeno va innanzitutto individuato e mappato: a questo scopo si applicano metodi di prospezione diretta (rilevamento geologico di superficie, sondaggi meccanici) e indirette (prospezioni geofisiche di tipo georadar, geoelettrico, sismico a rifrazione). Gli interventi a difesa, una volta mappato e delineato il livello di rischio, vertono principalmente sul consolidamento del terreno interessato dal fenomeno, con metodologie che dipendono principalmente dall’estensione delle cavità sotterranee e dallo stato di degrado della roccia.

• intasamento delle cavità ipogee con materiali inerti (naturali o artificiali) e/o calcestruzzo drenante (per evitare l'accumulo di sovrapressioni); questo tipo di soluzione è praticabile solo per volumi abbastanza ridotti e se l’estensione volumetrica delle cavità è ragionevolmente conosciuta. E’ possibile suddividere le cavità in camere isolate (di volume noto) realizzando paratie di micropali armati.
• Realizzazione di impalcati di sostegno in calcestruzzo armato.
• Iniezione di miscele cementizie o resine per impermeabilizzazione e consolidamento.
• Palificazioni: pali ancorati nel terreno stabile al di sotto delle cavità superficiali.

Se Il fenomeno carsico interessa pareti in roccia, gli interventi comprendono oltre ad iniezioni di consolidamento opere di difesa paramassi (spritzbeton, ancoraggi, reti paramassi, gallerie paramassi)

Per approfondire questo argomento, consulta la pagina Il modellamento dovuto a fenomeni atmosferici (superiori)#Opere di difesa dei versanti.

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Per approfondire questa parte potresti consultare i seguenti testi alle pagine indicate:

• Frane
• Opere di difesa dei versanti

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I caratteri e i problemi degli acquiferi carsici

Gli acquiferi costituiti da rocce carbonatiche litificate (calcari, dolomie) hanno caratteristiche di porosità e permeabilità significativamente diverse rispetto a quelli costituiti da rocce terrigene.

Arenaria in sezione sottile. La resina epossidica di colore blu riempie ed evidenzia la porosità, che è molto elevata nonostante la roccia sia piuttosto antica (Triassico).

Prendiamo un esempio di acquifero terrigeno composto da sabbie (o arenarie): qui vi è un sistema poroso interno con prevalente porosità primaria (cioè relazionata con la tessitura della roccia, ovvero con vuoti presenti tra i granuli che la compongono); generalmente in questo tipo di rocce tali vuoti sono intercomunicanti: si parla quindi di porosità efficace. La progressiva precipitazione di cementi nella porosità primaria può ridurre in parte la porosità e la permeabilità, ma in maniera generalmente abbastanza uniforme, o comunque non tale da occludere completamente il sistema poroso (se non dopo molto tempo e/o in presenza di soluzioni particolarmente concentrate); a questo contribuisce il fatto che i minerali delle rocce terrigene clastiche (il quarzo soprattutto) sono piuttosto stabili (più dei carbonati). In queste condizioni, l’acqua si sposta prevalentemente all’interno della porosità primaria della roccia, negli spazi intergranulari, sotto l’effetto della gravità. Questo meccanismo opera anche un processo di filtrazione e depurazione delle acque superficiali (come un filtro di tipo meccanico). Può esservi anche una porosità e una permeabilità secondaria, dovuta alla presenza di fratture di origine tettonica, ma il suo contributo (a meno di una forte cementazione della porosità primaria) è di solito locale e nettamente subordinato. La risposta di acquiferi di questo tipo agli eventi di precipitazione meteorica è molto meno veloce rispetto a quella della rete di drenaggio superficiale (l’acqua si sposta meno velocemente all’interno della falda rispetto ai corsi d’acqua di superficie).

Sezione sottile di un calcare bioclastico (in cui i granuli costituenti sono costituiti da microfossili). Gli spazi intergranulari sono riempiti completamente da un mosaico di cristalli di calcite, e la porosità è praticamente obliterata.

Nelle rocce carbonatiche, molto più sensibili all’alterazione di tipo chimico, dopo la deposizione e il seppellimento, con l’aumento progressivo della pressione e della temperatura e l’aggressività sempre maggiore delle soluzioni acquose circolanti nei pori, avvengono una serie di fenomeni di dissoluzione, riprecipitazione e ricristallizzazione (crescita di cristalli di calcite o dolomite di neoformazione), che riducono drasticamente la porosità primaria, e la modificano spesso occludendo in gran parte i canali che connettono i vuoti tra le particelle che compongono la roccia, in tal modo riducendo anche la porosità efficace e la permeabilità primaria. Quando queste rocce vengono di nuovo in affioramento a causa dei movimenti tettonici, si crea una porosità secondaria dovuta sia alle discontinuità di origine tettonica (faglie, fratture e microfratture), sia ai fenomeni carsici di dissoluzione, caratterizzata da elevata permeabilità (secondaria), a causa delle dimensioni notevoli dei vuoti, dell’ordine anche dei metri. In queste condizioni, l’acqua si sposta prevalentemente (e molto velocemente), in maniera localizzata, nella porosità secondaria e soprattutto nei sistemi di cavità carsiche. Per questi motivi i sistemi carsici hanno una risposta molto rapida agli apporti meteorici, simile a quella dei corsi d’acqua superficiali, e una scarsa capacità di filtrazione (per le grandi dimensioni dei meati in cui l’acqua si muove).

Per studiare i tempi e le modalità di risposta di un sistema carsico agli input di acque superficiali è necessario conoscere con buona confidenza i punti di uscita (la zona di emergenza) del sistema stesso, di solito sorgenti o fiumi carsici. La zona di emergenza e i punti di controllo vengono generalmente individuati mediante traccianti artificiali (chimici, ottici, isotopici), immessi a monte in punti opportuni (pozzi artificiali, torrenti sotterranei…). Una volta individuate le stazioni di misurazione, vengono registrati i tempi tra l’inizio dell’episodio di pioggia e la fuoriuscita del tracciante dai punti di emergenza. Parallelamente, vengono registrati altri parametri: ad esempio portata, temperatura, torbidità, durezza (misura del contenuto in carbonato), conducibilità elettrica, concentrazione di microrganismi.

La curva di variazione nel tempo della portata ad una certa stazione (idrogramma) viene confrontata con le variazioni degli altri parametri. Nell’esempio generale proposto, vediamo un idrogramma riportato insieme al pluviogramma (o ietogramma) che fornisce la distribuzione della quantità di pioggia nel tempo. Si vede che il tempo di ritardo del picco di piena rispetto al picco di pioggia è molto breve. Inoltre sono riportati altri parametri:

• la torbidità (solidi in sospensione)
• la concentrazione di microorganismi
• la durezza dell’acqua (contenuto in CaCO3)

Esempio generale di idrogramma di piena per una sorgente carsica (conseguente ad un episodio pluviale), con la variazione di parametri chimici e biologici durante il deflusso dell'onda di piena. Nell'esempio a destra si vede un idrogramma in cui sono distinguibili in base alla pendenza del ramo di deflusso i contributi delle parti del sistema carsico corrispondenti ai condotti (gallerie) e al reticolo di fratture.

Il tempo t₀ corrisponde all'inizio delle precipitazioni. L’inizio del picco di piena (t₁ – t₂) corrisponde alla venuta delle acque accumulate nel reticolo carsico della zona freatica, spinte avanti verso la zona di emergenza dalle acque di piena. Sono acque ricche in CaCO3, e infatti la durezza non varia significativamente. Con l’incremento della piena (t₂ – t₃) arrivano le acque accumulate nella zona vadosa: la durezza diminuisce, mentre inizia ad aumentare la torbidità, insieme al contenuto in microorganismi portati dalla parte superficiale del sistema carsico. Successivamente (a partire da t₃) arrivano le vere e proprie acque meteoriche che hanno attraversato velocemente tutto il sistema spazzando via parte del materiale dei depositi superficiali e causando un aumento ulteriore della torbidità. La portata di piena diminuisce poi gradualmente nella fase di deflusso, mentre si ripristinano i valori degli altri parametri (t₄) alle condizioni originarie.
Altri parametri addizionali possono essere registrati, come la temperatura (che generalmente tende a decrescere con l’arrivo delle acque di infiltrazione dall’esterno), e la conducibilità elettrica (che dipende dall’attività ionica delle soluzioni, quindi tende a diminuire con il picco di piena a causa della minore presenza di sali nelle acque piovane). Questa sequenza di eventi è stata verificata da numerosi studi, anche se non è sempre rispettata in tutti i suoi punti, perché il comportamento del sistema carsico è determinato da molti fattori, relativi sia all’entità e alla distribuzione nel tempo delle precipitazioni, sia alla distribuzione spaziale del reticolo di fratture e condotti.
La pendenza del picco di piena nella fase di deflusso è indicativa dei diversi contributi nell’ambito del reticolo carsico: così il tratto a maggior pendenza indica il contributo del sistema di condotti (da cui l’acqua defluisce molto rapidamente), mentre il tratto a pendenza minore indica il contributo del sistema diffuso di fratture (in cui l’acqua di piena defluisce più lentamente). Vi possono essere più colmi di piena dovuti alle fluttuazioni pluviometriche oppure alla complessità interna del sistema carsico, con diversi rami drenanti, che causa irregolarità e ritardi nel deflusso. In generale, le sorgenti carsiche sono caratterizzate da una certa variabilità e da un'ampia escursione stagionale della portata, soprattutto quelle che hanno alle spalle un sistema dominato da condotti carsici, mentre le sorgenti che derivano da un reticolo più diffuso hanno maggiore continuità e costanza nelle portate (anche se le portate possono essere quantitativamente limitate).

La ricostruzione dei flussi all’interno del sistema carsico ha notevole importanza per l’accertamento della qualità delle acque e l’approvvigionamento idrico per le popolazioni locali. E’ infatti evidente che la rapidità di flusso all’interno dei sistemi carsici e la loro bassa capacità di filtrazione sono anche causa della loro vulnerabilità all’inquinamento. Inoltre l’ecosistema di grotta, presente sia nella parte superficiale del sistema carsico che in quella profonda con adattamenti peculiari, è estremamente fragile e vulnerabile.
Le sostanze inquinanti possono essere di tipo urbano (rifiuti solidi, materiali plastici e organici, idrocarburi, derivati da reti fognarie e discariche abusive) e di tipo agricolo (pesticidi e fertilizzanti dilavati dalle acque meteoriche). I fiumi allogenici (provenienti da aree esterne alla regione carsica) possono avere un ruolo notevole nell’apporto di inquinanti all’interno del sistema carsico, tanto più difficile da controllare in quanto spesso l’inquinamento proviene da aree a diversa giurisdizione.
Inoltre, l’inquinamento non è dovuto soltanto all’apporto diretto delle acque superficiali. Infatti per le caratteristiche di sedimentazione e deposizione chimica all’interno di questi sistemi le sostanze inquinanti tendano ad accumularsi con le concrezioni e i depositi, permanendovi anche a lungo inalterate per la relativa stabilità delle condizioni di temperatura e l’ambiente protetto dal vento e dalle intemperie, per infiltrarsi lentamente in profondità o essere rimesse subitaneamente in circolo in seguito ad eventi di piena particolarmente intensa o crolli o altri eventi erosivi.
Il turismo e l’escursionismo, infine, sia occasionale che speleologico, per quanto possa essere una risorsa talora non indifferente per l’economia locale, se non monitorato e regolato attentamente può contribuire ad alterare le condizioni climatiche e l’atmosfera all’interno delle grotte, influendo negativamente sulle condizioni di deposizione chimica, con rifiuti e sostanze inquinanti, con vandalismi, con l’introduzione di specie esterne invasive.

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Per approfondire questa parte potresti consultare i seguenti testi alle pagine indicate:

• Diagenesi post-deposizionale delle rocce terrigene e carbonatiche
• Comportamento degli acquiferi carsici
• Sensibilità all'inquinamento degli acquiferi carsici

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