LA  FORMAZIONE  DELLE  GROTTE

 ROCCIA E TETTONICA 

La roccia è un aggregato di minerali, intendendosi per minerale un corpo naturale omogeneo costituente la litosfera;  un corpo è omogeneo quando due sue porzioni, ugualmente orientate, presentano identiche caratteristiche chimiche e fisiche; la distinzione valida a livello microscopico, perde valore a livello atomico essendo la materia discontinua. Per esempio se prendiamo un cristallo di salgemma e lo rompiamo in minutissimi frammenti, ciascuno di essi avrà uguale composizione chimica (NaCl) ed uguali proprietà fisiche (durezza, sfaldatura, ecc.). Se invece rompiamo un pezzo di granito otterremo dei frammenti costituiti da quarzo, altri da ortoclasio, ecc.. Il granito non è omogeneo, pur essendo un corpo naturale costituente la litosfera; infatti è una roccia. Analogo ragionamento si può fare per un marmo, che pur essendo per esempio costituito solo da calcite, avrà ogni singolo elemento uguale agli altri, ma diversamente orientato. Una roccia quindi è costituita da più minerali che sono i costituenti essenziali, e da altri presenti  in quantità minore che sono i costituenti accessori, distribuiti uniformemente nella massa della roccia. 

La classificazione  delle rocce, oltre a tener conto della composizione mineralogica, tiene conto anche dei processi genetici che hanno portato alla loro formazione. Quest’ultimo criterio fornisce una prima grande suddivisione delle rocce in tre gruppi:

1)  Rocce magmatiche che si sono formate per consolidamento del magma presente nelle regioni profonde della crosta terrestre.

2)  Rocce sedimentarie formatesi per deposizione sul fondo di mari o laghi o sulle terre emerse, di materiali trasportati dal vento o dall’acqua o che precipitano per l’azione di organismi o per evaporazione dell’acqua stessa.

3)  Rocce metamorfiche che derivano da rocce preesistenti (sia magmatiche che sedimentarie o anche metamorfiche) per trasformazione ad opera di elevate temperature  o pressioni che  si sviluppano all’interno della crosta terrestre  ad opera di movimenti tettonici  o a causa del peso di strati gravanti sulle masse rocciose.

 Le rocce che interessano principalmente lo speleologo sono essenzialmente le rocce carbonatiche. Le rocce carbonatiche sono rocce sedimentarie; ai nostri fini si possono citare:

1)  Calcite (CaCO3)

2)  Aragonite  (CaCO3 meno stabile che tende a trasformarsi in calcite)

3)  Dolomite (CaCO3 . MgCO3).

La dolomite presenta superfici  cristalline ed è difficilmente attaccabile dall’azione chimica dell’acqua  (è attaccata da acido cloridrico concentrato a caldo), mentre la calcite è più attaccabile dall’azione chimica dell’acqua (dà effervescenza già con acido cloridrico diluito a freddo) e quindi è la più interessata dal fenomeno carsico.

I calcari generalmente si sono formati  per sedimentazione in ambiente marino a profondità piuttosto modeste, ma esistono anche calcari di tipo continentale, quali il travertino che si forma presso le sorgenti con acque ricche  di carbonato di calcio che sono costrette a depositare in parte quando, giunte all’aria libera, tendono a perdere CO2 e l’alabastrite, che non è altro che la concrezione degli speleologi.

Il travertino a causa della sua porosità, non favorisce il fenomeno carsico, ma bisogna prestare la massima attenzione alle “placche di travertino” anche di modesta estensione, di qualunque età esse siano, poiché può essere  la  preziosa indicazione di una sorgente ormai esaurita che permette l’accesso a sistemi carsici di notevole importanza.

Le rocce così come noi le vediamo, raramente si sono formate nella stessa posizione; il complesso delle deformazioni subite dalla crosta terrestre e le cause che le producono  sono studiate dalla tettonica.

Citiamo alcuni esempi di deformazioni che più di frequente possono essere incontrate dallo speleologo: la faglia è una frattura accompagnata dallo spostamento relativo di due lembi; la frattura può essere beante o aperta quando c’è stata un’azione distensiva, oppure chiusa nel caso di un’azione compressiva.  Per diaclasi si intende una frattura senza spostamento relativo; per gli speleologi ha il significato di frattura beante subverticale. molto stretta ed estesa. Le pieghe si sono prodotte in seguito a deformazioni avvenute su rocce che avevano comportamento plastico; fondamentalmente si distinguono in anticlinali quando la convessità è rivolta verso l’alto, e in sinclinali quando è rivolta verso il basso.

In conclusione, normalmente è richiesta una notevole preparazione per eseguire un rilevamento geologico, tuttavia lo speleologo potrà eseguire rilievi di dettaglio sia riconoscendo la roccia in cui si apre una grotta, sia determinando gli elementi strutturali.

Comunque, il problema che si pone in genere allo speleologo è semplicemente quello di distinguere un calcare da una dolomia e di rilevare direzione, inclinazione ed immersione degli strati.

 

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Roccia e Tettonica

Speleogenesi

Speleopoiesi

Forme carsiche sotterranee

 SPELEOGENESI 

Col termine speleogenesi si intende l’insieme dei fenomeni che portano alla formazione dei vuoti all’interno della roccia ed alla sua successiva evoluzione per dar luogo ad una grotta. Sorvoliamo sui tipi di cavità che non interessano lo speleologo e trattiamo brevemente  la formazione di grotte in ambiente carsico.

Queste grotte devono il loro sviluppo alle varie azioni, chimica, fisica  e meccanica, che l’acqua svolge di volta in volta sulla roccia.

Innanzi tutto va detto che , essendo l’acqua alla base del processo, è necessario che essa possa penetrare all’interno della roccia, e che quindi esistano dei vacui  nel massicci; tali cavità iniziali possono essere  contemporanee alla formazione della roccia (singenetiche) , oppure formarsi in un secondo tempo, ed è questo il caso più comune per cause di origine tettonica, e quindi per deformazione e sopratutto fratturazione della roccia.

Una volta formato il reticolo iniziale di fessure, interstrati, canaletti, ecc. l’acqua inizia a circolare  e ad esplicare  la sua azione aggressiva sulla roccia. Questa aggressione, finché i cunicoli  saranno di dimensioni ridotte, potrà essere solo chimico/fisica e non meccanica; man mano che i condotti iniziali aumentano di dimensioni, l’acqua comincia ad acquisire moto turbolento, trasportando detriti solidi in sospensione e sul fondo, e di conseguenza ad esplicare azione demolitrice meccanica sulla roccia attraversata.  Parliamo adesso dei principali meccanismi chimico/fisici con cui  l’acqua può aggredire la roccia.

Si ha dissoluzione semplice quando l’acqua attraversa rocce idrosolubili (gessi) e quindi semplicemente le discioglie. Si ha corrosione  quando si instaura quel processo essenzialmente chimico in cui l’acqua in presenza di anidride carbonica, attacca il carbonato di calcio e lo solubilizza; questo tipo di azione  è il meccanismo fondamentale speleogenetico  nelle rocce carsiche, dato che esse, in prima approssimazione, non sono solubili in acqua. La dissoluzione del calcare implica  quindi una presenza di anidride carbonica disciolta in acqua la cui provenienza è di vario tipo: l’acqua piovana raccoglie CO2 nell’atmosfera, poi assorbe quella presente nel suolo grazie all’azione di microrganismi e piante fino a raggiungere concentrazioni centinaia di volte superiore, poi ancora si arricchisce dell’anidride carbonica  prodotta da vari acidi minerali in presenza di carbonati e infine di quella prodotta dall’ossidazione degli acidi umici ( acidi organici prodotti dalla decomposizione dei prodotti naturali nel suolo).  L’acqua ricca di anidride carbonica discioglie il carbonato di calcio fino a saturazione, cioè alla condizione di equilibrio; al di là  di tale condizione inizia a depositarlo creando in tal modo le concrezioni.

Le azioni descritte, nel corso di milioni di anni hanno dato luogo a molteplici tipi di grotte, che nel proseguo del testo andremo ad analizzare.

 SPELEOPOIESI 

Mentre il termine speleogenesi indica l’insieme dei fenomeni chimici e fisici che portano alla formazione di una grotta, il termine speleopoiesi comprende i fenomeni chimici e fisici che portano ad un accumulo di materiale al suo interno, fino a un eventuale riempimento totale. Il materiale che si accumula in una cavità può essere suddiviso in depositi fisici, chimici e biologici; se poniamo attenzione alla loro provenienza possiamo suddividerli in depositi autigeni cioè presenti in loco, oppure allotigeni cioè provenienti dall’esterno; infine, può essere fatta una ultima distinzione in depositi permanenti, i quali rimangono e non sono più rimossi, e depositi temporanei, quali sabbie  e argille che si depositano  al decrescere di una piena per essere poi rimosse da quella successiva. Di maggiore interesse sia per gli aspetti suggestivi che per l’imponenza del fenomeno, sono i depositi chimici,costituiti più comunemente da carbonato di calcio e la cui genesi  è illustrata dalla nota formula : CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 che letta da sinistra a destra rappresenta la corrosione, da destra a sinistra il concrezionamento. Le concrezioni, come è stato già detto si formano in ambiente vadoso in quanto  è necessario l’elemento gassoso, assente in ambiente freatico. Infatti, se consideriamo una goccia d’acqua satura che scende lentamente in una frattura della roccia e sbocca in una cavità maggiore, essa subisce una diminuzione di pressione, e pertanto libera anidride carbonica  e deposita carbonato di calcio. Il deposito può avvenire anche per innalzamento della temperatura, cosa frequente in grotta nei pressi degli imbocchi, ma insignificante in profondità; l’evaporazione dell’acqua, che potrebbe anch’essa provocare precipitazione di carbonato di calcio, non avviene nelle grotte perché l’atmosfera ha un’umidità relativa del 100%. I tipi di concrezione in grotta sono di una varietà di forme vastissima; tuttavia è possibile distinguerle in concrezioni di parete, soffitto e di pavimento a seconda del luogo dove si formano. Considerando le concrezioni che si formano sul soffitto di una cavità; nel caso in cui la goccia  d’acqua sbocchi in una posizione da cui per giungere al pavimento deve immediatamente staccarsi, allora si formeranno stalattiti singole o, nel caso in cui l’acqua provenga da una fessura, si formeranno cortine. I tipi possibili di concrezione di soffitto sono due: le stalattiti e le eccentriche; le stalattiti si suddividono a loro volta in stalattiti vere e proprie e cannule  dette anche “spaghetti”. Il meccanismo di formazione di questi due ultimi tipi è analogo; l’elemento che le differenzia è la velocità di distacco dell’acqua, infatti, se essa è sufficientemente lenta si ha la stalattite vera e propria; man mano che aumenta si hanno stadi intermedi fino a giungere alla cannula classica, che è un tubicino vuoto con pareti di carbonato di calcio sottili e fragili; superata anche la velocità di formazione delle cannule non si hanno più concrezioni. Alla categoria delle eccentriche si fanno appartenere quel tipo di concrezioni che non seguono la legge di gravità per accrescersi; ciò accade nei seguenti casi: quando una stalattite è sottoposta a ventilazione notevole e costante;  quando intervengono geminazioni macrocristalline di calcite o aragonite; quando, a causa del canalicolo di alimentazione estremamente sottile e del lunghissimo tempo di ritenzione della goccia  (che praticamente non deve mai staccarsi), i microcristalli che si accrescono all’interno della goccia stessa non subiscono l’effetto di gravità e possono assumere direzioni del tutto casuali.

Passiamo ora ad esaminare le concrezioni di parete , che possono essere di due tipi: le vele  e le concrezioni di splash; nel primo caso, la goccia percorre un tratto di parete prima di distaccarsi, depositando carbonato di calcio lungo tutto il percorso, dando luogo in tal modo ad una concrezione dalla forma estesa e sottile: appunto la vela.  Nel secondo caso  si hanno concrezioni di tipo mammellonare, che si sviluppano in presenza di stillicidio abbondante, le gocce rimbalzano sulle pareti; se trovano adeguate condizioni quali escrescenze depositano il carbonato di calcio che si accresce  appunto in forma di mammelloni.

Le concrezioni di pavimento si riassumono nelle seguenti forme: stalagmiti, tazzette e pisoliti. Le stalagmiti, che per inciso rappresentano le concrezioni di maggiori dimensioni in grotta, vengono generate dall’impatto sul terreno di una goccia che si distacca dal soffitto; il loro accrescimento avviene a sezione circolare, in quanto la goccia al suolo  si disperde in modo radiale, e il deposito è massimo al centro; di conseguenza inizialmente assumono la forma di calotta sferica, e man mano che gli strati si sovrappongono, i bordi tendono  ad allargarsi e a divenire più ripidi, fino a che non diventano verticali; a questo punto inizierà l’accrescimento in altezza. I fattori che influenzano l’accrescimento stalagmitico sono due: la qualità di acqua relativamente allo spessore, il suo contenuto il suo contenuto in anidride carbonica relativamente alla velocità di accrescimento in altezza.  Si possono verificare casi in cui alla sommità di una stalagmite vi sia un foro in luogo della consueta vaschetta; ciò accade a causa di temporanea variazione chimica dell’acqua  che da concrezionante diventa aggressiva. La stalagmite e la corrispondente stalattite, accrescendosi tendono ad unirsi formando una colonna, che ovviamente non si svilupperà più in altezza ma in larghezza.

Le tazzette  si formano quando l’acqua scorre su un terreno in leggera pendenza. In queste condizioni la massima saturazione si ha a livello di superficie e quindi la deposizione avviene lungo i bordi delle eventuali asperità emergenti, che pertanto tendono a divenire sempre più vaste  e ad unirsi formando cordonature sempre più ampie. Se per una causa qualsiasi un bordo si rompe , l’acqua esce solo da questa zona, che si incrosta rapidamente ripristinando il cordone. Caratteristica saliente delle terrazze è l’omogeneità del livello dei bordi.  All’interno di vaschette o comunque di depressioni, possono instaurarsi le condizioni favorevoli per la formazione di pisoliti o perle di grotta. Il meccanismo di formazione è il seguente: lo stillicidio in una pozza d’acqua provoca agitazione  e quindi lo svolgimento di anidride carbonica e la precipitazione di carbonato di calcio, sia sulle pareti che su qualsiasi corpo estraneo; lo stillicidio stesso provoca l’agitazione delle perle cosicché ruotano  e non si saldano alle pareti, assumendo di conseguenza la forma sferica o cilindrica a seconda del tipo di moto. Altro tipo di riempimento può essere costituito da mineralizzazioni che si manifestano sottoforma di macrocristalli che possono dar luogo anche ad eccentriche improprie.

Infine abbiamo i riempimenti dovuti a depositi biologici, costituiti da guano e da ossa, il primo derivante dall’attività organica di pipistrelli e uccelli; nell’evoluzione di questi sedimenti interviene l’attività di microrganismi  e i prodotti dell’alterazione delle rocce carbonatiche su cui si depositano.

 FORME CARSICHE SOTTERRANEE 

Gli elementi più classici che  si presentano in grotta, a parte gli elementi di deformazione tettonica quali diaclasi, ecc., sono essenzialmente saloni, gallerie, pozzi, sifoni, fusoidi, scallops, marmitte, ecc.  Si dice galleria vadosa quella asciutta o in cui l’acqua scorre a pelo libero: galleria freatica è quella totalmente riempita dall’acqua; quest’ultima presenta corrosione su tutta la superficie, con forma cilindrica o ellittica, con l’asse maggiore coincidente con un giunto o una frattura. 

La galleria vadosa presenta erosione e corrosione accentuata nella parte inferiore percorsa dall’acqua, quindi ha forma sviluppata più in verticale  che orizzontale. Un pozzo è dovuto ad acque aggressive provenienti dall’alto, per stillicidio o cascata; in quest’ultimo caso si ha il progressivo arretramento della parete ove scorre l’acqua con il conseguente allargamento del pozzo. Un pozzo che si sviluppa verso l’alto prende il nome di camino, ma non vi è nessuna differenza  morfologica con il pozzo se non nel modo in cui si presenta allo speleologo.  Un sifone pensile è un tratto di galleria freatica posta tra due gallerie vadose, totalmente riempito d’acqua e superabile solo con tecniche subacquee. Un sifone di fondo è invece  quello che si trova a contatto con la superficie freatica e  pertanto è completamente allagato.

Sorgente è il punto in cui acque  sotterranee vengono a giorno; se è evidente che l’acqua è stata assorbita a monte si parla di risorgenza.

Grotta di attraversamento è una cavità che attraversa completamente il massiccio calcareo ed è percorribile nei due sensi. Laminatoio è una galleria freatica che corre tra due strati ed ha sezione fusoidale con l’asse maggiore posto nel piano degli strati.  Scallops sono chiamate le sculture alveolari a forma di cucchiaino con la parte più ampia e depressa posta contro il verso della corrente, si formano per il moto vorticoso dell’acqua nella fase freatica. Marmitte di evorsione sono forme a volte di dimensioni considerevoli, dovute ai vortici che fanno rotolare i ciottoli sul fondo.  Esistono anche marmitte inverse che si formano sulla volta delle gallerie, ma sono dovute a corrosione per miscela di acque e quindi caratteristiche delle gallerie freatiche.

                                                                                                                    Stefano Mortari