La speleologia (dal greco spelaion - grotta e logos - discorso)
studia le cavità naturali sotterranee (grotte, caverne, abissi, voragini, ecc.)
la loro genesi, le loro caratteristiche morfologiche ed ambientali, il loro popolamento
attuale e passato.
Caratteristiche ambientali così particolari ed uniche si reggono su di un equilibrio
molto delicato. Le modificazioni artificiali apportate dall’uomo hanno arrecato
alle grotte danni ormai numerosi e gravi. La diseducazione civile del singolo e
a volte della collettività ne ha trasformate alcune addirittura in depositi di rifiuti
inquinandone il suolo ed il bacino idrico interno fino alle acque freatiche.
Questo è un ambiente facilmente danneggiabile ed il processo di rinnovamento
è praticamente nullo potendosi realizzare soltanto in tempi lunghissimi. È necessario
perciò salvaguardare l’integrità delle grotte per non perdere per sempre questi
capolavori della natura.
Le Rocce
La crosta terrestre è formata da rocce. Scientificamente sotto questo termine
vengono compresi molti più materiali di quanti se ne intendano nel linguaggio comune.
Infatti qualsiasi massa minerale, consolidata od incoerente, che fa parte della
crosta terrestre è una roccia, quindi anche sabbie, argille, ghiaie, torbe, ecc.
Le rocce possono essere classificate, secondo vari criteri determinati dagli
scopi che tale classificazione si propone. Quello più comunemente usato suddivide
le rocce secondo il loro processo di formazione in : endogene o ignee, esogene o
sedimentarie, metamorfiche.
Le rocce endogene si formano dal consolidamento per raffreddamento di
masse fuse provenienti dall’interno della crosta terrestre dette magmi.
Il tipo di roccia che ne deriva dipende da numerosi fattori tra i quali la composizione
del magma, il modo e la velocità con cui si raffredda. Possiamo avere tre tipi di
rocce ignee: effusive, intrusive e filoniane.
Le rocce effusive sono quelle che salgono dal mantello ed arrivano in
superficie attraverso i vulcani e si raffreddano e solidificano a contatto con l’aria
o l’acqua (lave). Possiamo avere basalto, trachite, andesite, ecc.
Le rocce intrusive, invece non arrivano all’esterno, ma si solidificano sotto rocce preesistenti (si dice in condizioni plutoniche) e verranno alla luce solo quando l’erosione esercitata dagli agenti meteorici (precipitazioni piovose, erosione fluviale ed eolica, disgregazione operata alternativamente dal gelo e dal calore solare, ecc.) avranno asportato queste vecchie rocce superiori. Il granito è la più importante roccia intrusiva della crosta continentale. Rocce intrusive sono anche: la sienite, la diorite, il gabbro.
Le rocce filoniane sono quelle che ci appaiono come propaggini, riempimenti
di spaccature, con andamenti ora geometricamente regolari, ora capricciosi che si
diffondono in una massa rocciosa. Il magma che sale determina pressioni verso l’alto,
nelle formazioni rocciose della copertura. Queste reagiscono alle spinte che ricevono
secondo le loro proprietà meccaniche, e per lo più si fratturano.
Le fratture rappresentano vie di facile penetrazione del magma fuso che può così
insinuarsi spesso fino a notevoli distanze e formare, consolidando, un sistema di
filoni.
Le rocce sedimentarie sono quelle che si formano per deposizione di frammenti
di rocce preesistenti, di resti animali o vegetali per precipitazione chimica.
Una classificazione delle rocce sedimentarie frequentemente adottata è quella
basata sulla loro genesi. Si distinguono così: rocce clastiche, chimiche, organogene.
Le rocce clastiche sono costituite da clasti, cioè frammenti di diversa
dimensione che si sono formati in conseguenza dell’azione erosiva esercitata dagli
agenti atmosferici sulle rocce preesistenti.
L’acqua, il vento, il ghiaccio trasportano i pezzetti di roccia verso valle,
durante il trasporto essi si frantumano sempre più e si modificano chimicamente
infine si fermano e si sedimentano in luoghi pianeggianti (bacini lacustri e marini).
Si formano rocce che si chiamano conglomerati, brecce, arenarie.
Le rocce chimiche si formano per precipitazione di Sali disciolti nell’acqua
quando sono ad alta concentrazione.
Possono essere le concrezioni (stalattiti e stalagmiti). Le acque passano attraverso
le rocce calcaree mettendo in soluzione il carbonato di calcio, di cui sono composte
sotto forma di bicarbonato (solubile) e, come è facile il passaggio da carbonato
a bicarbonato, è altrettanto facile il passaggio inverso: in seguito ad evaporazione
o diminuzione di pressione, il bicarbonato di calcio precipita dalla soluzione e
va a formare le concrezioni.
Ma la maggior parte delle rocce chimiche si formano per precipitazione di Sali
soprattutto in mare, estuari, lagune, laghi salati. Per effetto della concentrazione
dei Sali provocata dall’evaporazione di formano rocce dette evaporitiche.
Certi sali essendo meno solubili precipitano prima degli altri e si ha così una
deposizione secondo un ordine di solubilità crescente: prima la dolomia, poi il
carbonato di calcio, poi il solfato di calcio, ed i cloruri, tra cui il cloruro
di sodio, il normale sale da cucina.
Le rocce organogene sono quelle che si formano dalla deposizione e litificazione
(trasformazione dei sedimenti sciolti in roccia) delle parti scheletriche di organismi
animali, dai gusci e dalle conchiglie, o da resti di organismi vegetali o anche
a seguito dell’attività biologica di alghe, polipai, coralli, vermi che fissano
il carbonato di calcio.
Le rocce organogene più importanti sono quelle calcaree.
Sovente si possono ancora vedere intere conchiglie nelle formazioni rocciose,
In altri casi la diagenesi può cancellare ogni traccia degli organismi fossili dai
sedimenti organogeni, trasformando questi ultimi in rocce compatte, più o meno stratificate.
Quasi tutte le rocce sedimentarie presentano una suddivisione in strati questo
perché la deposizione avviene in tempi lunghissimi durante i quali non si mantiene
regolare e costante: può accadere per molteplici cause (quali apporti terrigeni
on interruzioni della sedimentazione per certi periodi) che si depositano sottili
livelli di altro materiale quali argille, limi, ecc che si alternano agli strati
di calcare dando luogo ad una netta superficie di discontinuità chiamata giunto
di strato.
Le rocce metamorfiche (metamorfismo significa cambiamento) sono quelle
che hanno subito una serie di trasformazioni dopo la loro formazione: erano rocce
di origine ignea, sedimentaria, o già metamorfica che sono state sepolte o sono
sprofondate lentamente verso zone più profonde della crosta terrestre. Durante questo
viaggio hanno subito una crescita della pressione dovuta al carico che aumentava
ed un innalzamento della temperatura: per una sola o entrambe di queste ragioni
le rocce sono state modificate nelle loro condizioni fisiche.
Le Grotte
L’origine delle grotte può essere varia: in diversi tipi di roccia si possono
originare grotte come risultato di processi disparati:
- grotte tettoniche: si tratta di cavità elementari, in genere assai semplici
e di scarso interesse speleologico. Si originano da spaccature della roccia seguite
da crolli.
- grotte di scorrimento lavico: hanno origine quando durante una eruzione
vulcanica la superficie di una colata si raffredda e si consolida, mentre il filone
centrale più profondo, allo stato fuso, può ancora defluire: si svuota così una
specie di corridoio, che può raggiungere anche lunghezze considerevoli.
- grotte eoliche: si formano nelle rocce scarsamente o per nulla coerenti
(sabbie, arenarie, argille) e sono dovute alla azione abrasiva del vento (deflazione).
Sono piccole cavità ed hanno generalmente vita breve perché ben presto la volta
e le pareti crollano e le riempiono.
- grotte costiere: causate dall’azione meccanica delle onde dei mari contro
le coste alte e roccioso. L’incessante batti e ribatti della risacca abrade continuamente
la roccia, provocando stacchi di blocchi anche grossi, con conseguente formazione
di nicchioni o caverne.
- grotte carsiche: comprendono la stragrande maggioranza delle cavità
sotterranee, i sistemi più estesi e più profondi che si aprono sulla superficie
dei continenti. Sono generate dall’azione corrosiva dell’acqua sulle rocce sedimentarie
prevalentemente carbonatiche (rocce caratterizzate da una elevata percentuale di
carbonato di calcio CaCO3 come i calcari, o carbonato di magnesio
come le dolomie). Questa azione che è prevalentemente
chimica, dà origine non solo alle grotte, ma anche ad altri fenomeni geologici e
morfologici il cui complesso viene detto carsismo. Le grotte maggiori si
aprono nei calcari. Le grotte si formano, anche in altre rocce solubili in
acqua: nel sale, nel gesso e anche in una "roccia" molto particolare: il
ghiaccio.
Il Fenomeno Carsico
Parlando in termini speleologici di grotta s’intende, per motivi di praticità,
una serie di ambienti di dimensioni tali da essere agibili dall’uomo e parlando
di grotte ci riferiremo d’ora in poi esclusivamente alle grotte carsiche.
Dal carso triestino ed il lirico (carso è collegato etimologicamente al
termine celtico karn: rupe, sasso) prende il nome tutto il vasto complesso
di fenomeni riscontrabili sia nella zona del Carso sia in tutte le altre regioni
che per caratteristiche e condizioni geologiche ed ambientali ripetano le morfologie
che si possono identificare nel carso tipico.
È difficile rinvenire strati rocciosi perfettamente orizzontali nei massicci
montuosi e nei rilievi che si osservano comunemente, anche se questi strati si sono
formati sul fondo dei bacini marini ed oceanici in posizione orizzontale, o almeno
sub-orizzontale per accumulo lento e graduale di materiali sedimentanti sui fondali.
Gli strati rocciosi si presentano spesso più o meno piegati e fratturati ed in
posizioni anormali rispetto alla loro giacitura originaria poiché forze endogene
(legate cioè ai movimenti della crosta terrestre che trovano ampi ed esaurienti
spiegazioni nella teoria della tettonica a placche) li hanno piegati e sollevati,
corrugandoli ed accavallandoli fino ad emergere dalla superficie marina. Tale processo,
che viene chiamato orogenesi, ha determinato la formazione delle catene montuose
(anche estese quali le Ande, l’Himalaya e le Alpi). Non è raro trovare in tali catene
rocce calcaree contenenti ancora i resti fossili di animali marini.
Questo processo di sollevamento non è sempre regolare e si è esplicato
in periodi lunghissimi di tempo (milioni di anni) e le rocce hanno spesso avuto
modo di assestarsi lentamente e di raggiungere nuove condizioni di equilibrio apparentemente
inconciliabili con la loro rigidità di massa. Ogni tipo di roccia poi reagisce in
modo differente alle pressioni a seconda della propria rigidità strutturale e della
lentezza e costanza di queste pressioni. Si formano così delle pieghe e delle fratture:
le pieghe più comuni sono l’anticlinale (ondulazioni con la concavità verso
il basso), la sinclinale (ondulazioni con la concavità verso l’alto). La
monoclinale o flessura che è formata dagli strati inclinati tutti
verso un’unica direzione.
Le fratture compaiono, con una grande varietà di tipi, nelle rocce più rigide
e prendono il nome generico di litoclasi. Esse sono il risultato degli sforzi
compressivi e distensivi. La massa rocciosa può o meno subire scivolamenti e dislocazioni
dei due blocchi a contatto. Se ciò avviene si parla di faglia. Le faglie
dirette (prodotte da fenomeni distensivi) sono le più adatte ad innescare la carsificazione.
Le fratture si trovano raramente isolate, spesso compaiono in gran numero ed incrociandosi
tra loro, costituiscono un vero e proprio reticolo che, insieme ai giunti di strato
ed alla porosità intrinseca della roccia, rappresentano dei punti di debolezza della
massa rocciosa attraverso i quali l’acqua (della pioggia o di scioglimento della
neve) può infiltrarsi ed esercitare la sua azione solvente.
L’acqua infatti, scorrendo all’interno di queste discontinuità, attraverso un
processo chimico chiamato corrosione, scioglie il carbonato di calcio di cui le
rocce sono composte.
Nel momento in cui si instaura nel massiccio una circolazione d’acqua (l’acqua
entrata dall’alto dopo essere discesa, attraverso le fratture, fino alla base del
massiccio, esce all’aperto) ha iniziato la formazione della grotta.
Va precisato che in realtà l’acqua sarebbe in grado di sciogliere solo una piccola
quantità di carbonato di calcio, perciò la sua azione avrebbe scarsa efficacia,
se non ci fosse la presenza di anidride carbonica sciolta in essa (in genere catturata
dalla pioggia nell’atmosfera od a contatto con terreni vegetali). La CO2,
per via di alcune reazioni chimiche, aumenta enormemente il potere corrosivo dell’acqua.
L’assorbimento dell’acqua può essere disperso ossia suddiviso in miriadi di fratture.
Questa situazione si verifica tipicamente nelle zone carsiche prive di vegetazione
ed interessate da estesi campi solcati (caratteristiche forme di corrosione generate
dal breve scorrere delle acqua piovane sulla roccia scoperta). Superfici anche vaste
si presentano così percorse da una serie di cataletti, più o meno profondamente
incisi, separati da rossetti tondeggianti o da affilate lame di roccia. Nei calcari
d’alta quota è questo il modo d’assorbimento più diffuso. La neve si accumula nei
solchi più profondi e vi permea a lungo mentre le acque nel loro lento disgelo,
assai ricche di anidride carbonica, provocano un ulteriore approfondimento.
La seconda forma di assorbimento viene detto concentrato ed è tipica dei calcari
rivestiti da un manto di vegetazione (carso coperto) che impermeabilizza le discontinuità
della roccia sottostante. In queste zone si ha facilmente la formazione di vaste
depressioni chiuse in cui si concentrano e si riversano tutte le acque di una area.
È questo il caso più favorevole alla formazione di grandi cavità.
Un caso intermedio di assorbimento è costituito dalle doline (termine
slavo – piccola valle). Sono delle depressioni che si formano in superficie in corrispondenza
di una zona di calcari molto fratturati. È un punto in cui si concentrano le acque,
provenienti da tute le direzioni, prima di essere lentamente inghiottite dal terreno.
Le dimensioni delle doline sono variabilissime da poche decine di centimetri ad
alcune centinaia di metri.
Depressioni chiuse di maggiori dimensioni (anche centinaia di km²) con il fondo
generalmente pianeggiante e coltivabile prendono il mene di piani carsici
o polje (in slavo – campo piano).
Le acque che si concentrano in queste depressioni vengono raccolte e smaltite
da inghiottitoi che possono presentarsi come grotte praticabili, come fessure inagibili
o come tappi detritici.
Se i campi solcati sono prodotti del breve scorrere in superficie e dell’assorbimento
delle acque meteoriche, le grotte costituiscono invece un fenomeno carsico direttamente
correlato con il deflusso sotterraneo. Perché l’acqua possa scorrere è necessario
un dislivello. Pertanto le grotte operano sempre trasferendo acqua da una area più
elevata, o zona di assorbimento, ad una più bassa, o zona di risorgenza. Tutto il
tragitto sotterraneo avviene in quella che si chiama zona di scorrimento. Tutta
l’area esterna in cui le acque vengono convogliate in una grotta prende il nome
di bacino di alimentazione.
L’acqua penetra attraverso le fratture della zona di assorbimento e percola verso
il basso sotto l’azione della forza di gravità finché l’incontro con rocce impermeabili
non le impedisce un’ulteriore perdita di quota. Si viene così ad accumulare una
certa quantità di acqua che occupa la parte bassa della montagna imbibendone quasi
tutte le fatturazioni. La parte superiore, le cui fessure sono occupate dall’aria
e saltuariamente percorse da acqua di percolazione, si dice zona vadosa.
Quella inferiore, le cui fessure sono allagate dall’acqua di fondo si dice zona
freatica.
Nella zona vadosa, dove le acque sono soggette alla forza di gravità e pertanto
tendono ad un percorso il più possibile verticale, abbiamo la formazione di grotte
verticali costituite da una successione di pozzi, eventualmente collegati tra loro
da tratti orizzontali (gallerie).
Le gallerie si modellano dalle originarie fratture a seconda del modo in cui
le acque le percorrono.
Se la quantità d’acqua non è sufficiente a riempire completamente la frattura
si formano ambienti molto alti e stretti denominati forre.
Nella zona freatica si formano, sotto pressione idrostatica, grotte lunghe e
spesso sub-orizzontali che possono raccogliere le acque provenienti da più punti
di assorbimento (collettori). Questi condotti sono caratterizzati da lunghi
corridoi oppure da intricati labirinti.
Le gallerie o condotti freatici in questa zona si formano quando
l’acqua occupa totalmente la discontinuità originaria. La corrosione avviene su
tutta la superficie della frattura o dell’interstrato, in questo caso con una più
incisiva azione in prossimità della zona della discontinuità. La forma che la galleria
assume è perciò rispettivamente tonda od ellittica.
Numerose sono pure le forme miste dovute a repentini cambiamenti del livello
dell’acqua.
Una grotta, generalmente, durante la sua evoluzione, passa da una fase freatica
ad una vadosa e quindi ad una caratterizzata da fenomeni di crollo e riempimenti.
(Anche se in alcuni casi si possono avere fasi di ringiovanimento con una ripresa
di fenomeni tipici di una grotta “giovane”).
Siamo nello stadio detto di maturità caratterizzato da frane e concrezionamento
(stalattiti e stalagmiti) che può giungere anche alla più o meno completa occlusione
della cavità.
Quando le acque defluiscono per una via più bassa, la grotta diventa fossile,
cioè priva di circolazione d’acqua.
Tutte le grotte, prima o poi, vengono distrutte dall’erosione superficiale (acqua,
vento, gelo).
Gli Ambienti che costituiscono una Grotta: terminologia
Ingresso: vano d’accesso, comunicante più o meno ampiamente con l’esterno.
Galleria: ambiente sub-orizzontale sviluppato in una sola direzione, con sezione ampia.
Cunicolo: ambiente sub-orizzontale sviluppato in una sola direzione, con sezione stretta.
Strettoia: restringimento di galleria, di difficile percorribilità.
Sala: vasto ambiente sviluppato in tutte e tre le direzioni.
Labirinto: intreccio di ambienti variamente intercomunicanti.
Pozzo: vano sub-verticale, con sezione orizzontale di regola tondeggiante, che sprofonda
rispetto al piano della galleria di accesso.
Salto: brusco dislivello nel pavimento della grotta.
Camino: forma analoga al pozzo, che si innalza rispetto alla volta della galleria di accesso.
Scivolo: dislivello obliquo a forte pendenza, nel pavimento della grotta.
Cengia: ripiano sub-orizzontale sul fianco di un pozzo e di un salto.
Formazione delle Concrezioni
Le grotte sono, in genere ambienti poco ospitali per l'uomo. La regola
generale è che l'aria delle grotte è satura di umidità e con una temperatura
praticamente costante.
Acqua ed aria in un qualsiasi ambiente chiuso vanno in equilibrio fra
loro quando l'aria diviene satura di vapor d'acqua. In grotta, in genere, ci
sono entrambi i fluidi, in ambiente chiusi o semi-chiusi: l'acqua ha così tempo
di evaporare e saturare di umidità le masse d'aria che fluiscono nella montagna.
Le grotte sono quasi sempre attraversate da grandi flussi d'acqua:
grosso modo la loro temperatura è quella media delle acque che entrano
sottoterra, e dunque, all'incirca, quella media delle precipitazioni (pioggia o
neve) in quella particolare località. Normalmente, perciò, le variazioni di
temperatura da una grotta all'altra sono piuttosto grandi, legate al clima della
regione e alla quota.
Le
concrezioni costituiscono i più importanti, i più noti ed i più caratteristici
metodi di riempimento chimico delle grotte.
Quando una goccia d’acqua satura sbocca sul soffitto di una sala o di una galleria
viene esposta all’aria libera, ossia in un ambiente le cui condizioni chimiche sono
completamente diverse. Perde parte della anidride carbonica ed in conseguenza precipita
il carbonato di calcio che cristallizza ad anello intorno alla goccia.
Quando la goccia cade, resta questo anello di calcite, e goccia dopo goccia si
forma un tubicino, cavo all’interno. Se l’ambiente è tranquillo continua ad allungarsi
formando una stalattite.
Col tempo il meato di alimentazione si può otturare, e per accrescimento laterale,
la stalattite assume sempre più forma conica.
Se la velocità di caduta delle gocce è molto elevata, la calcite non si deposita
totalmente sul soffitto, ma cristallizza attorno al punto di caduta sul pavimento,
formando una stalagmite, che si accresce dal basso verso l’alto.
Quando dalla stessa acqua, sul medesimo allineamento, si formano una stalattite
ed una stalagmite, queste congiungendosi possono formare una colonna.
Stalattiti e stalagmiti possono accrescersi nelle forme più varie.
Le stalattiti mantengono però in generale sempre una forma appuntita, mentre
le stalagmiti sono più tozze e con estremità piatta o tondeggiante.
Altre forme di concrezionaemnto sono:
- Cortine e vele: hanno origine quando la goccia, prima di staccarsi per
cadere al suolo, percorre un certo tratto di parete inclinata, deponendo carbonato
di calcio lungo tutto il percorso.
- Eccentriche: sono quelle stalattiti e stalagmiti che presentano una
forma anomala od irregolare che non seguono affatto, nella loro crescita, la legge
di gravità.
Possono formarsi per:
a) azioni di correnti aeree lentissime che influenzano
la direzione di crescita della stalattite facendole assumere la forma a zanna d’elefante.
b) Germinazione di cristallini di calcite. La germinazione
è l’unione fra vari individui cristallini che non avviene in forma parallela, ma
secondo leggi ben definite e caratteristiche per ogni specie di minerale.
c) Azione della capillarità della goccia lungo
la concrezione.
-
Perle di grotta: minuscole sfere di calcite, che si accrescono attorno ad un
nucleo, di materiale estraneo (es.: un granellino di sabbia). Si formano nelle conchette
sul pavimento in presenza di stillicidio abbondante.
Oltre alla crescita, lo stillicidio determina la continua rotazione delle “perle”
che in questo modo assumono la forma sferica.
-
Vaschette: si formano quando un lievissimo velo di acqua a livello del pavimento,
incontrando un piccolo rialzo, dà origine ad una pozzetta. Se al bordo cristallizza
un po’ di calcite, si forma una minuscola diga e la vaschetta diventa stabile, innalzando
i suoi bordi sempre più.
Se vi sono asperità in successione su di un pavimento inclinato, si formano vaschette
anch’esse in successione.
Le concrezioni possono essere variamente colorate. Quando sono molto bianche significa che, in genere, la calcite è purissima, altrimenti la colorazione dipende da piccole quantità di Sali disciolti nelle acque di percolazione, che rimangono come impurità nella calcite. Gli Idrossidi di ferro ed alluminio, ad esempio, conferiscono colorazioni che vanno dal giallo al rosso, mentre il biossido di manganese tende verso il nero.
Le velocità
di deposizione delle concrezioni sono legate al dettaglio delle condizioni
ambientali che le causano. Variano ampiamente: alle nostre latitudini e
con il nostro clima la velocità di crescita varia da 3 a 400 millesimi di
millimetro ogni anno. In casi particolari le variazioni possono essere ancora
più grandi: per esempio le acque termali riescono talvolta a far crescere
concrezioni con velocità centinaia di volte maggiori dei massimi appena
detti.
D'altro canto bisogna tener presente che le concrezioni possono smettere
di crescere anche per lunghi periodi o addirittura, se le condizioni dell'acqua
sono variate a sufficienza, essere parzialmente ridisciolte.
Processi di Soluzione
Il carbonato di calcio (CaCO3), costituente essenziale dei calcari,
è poco solubile in acqua pura, ma viene facilmente sciolto se essa contiene acido
carbonico
H2O + CO2 <=> H2CO3
o altri acidi di origine vegetale. Il carbonato si trasforma così in bicarbonato di calcio
H2CO3 + CaCO3 <=> Ca(HCO3)2
che viene asportato. Ai processi di soluzione delle rocce calcaree seguono quelli di deposizione. Un leggero aumento di temperatura, o più in generale una diminuzione del tenore di CO2, fanno precipitare il carbonato, che forma così le stalattiti, le stalagmiti e le altre concrezioni calcaree.
Quando l’escursione termica con l’esterno è elevata oppure quando l’atmosfera ipogea è più povera di CO2 rispetto all’aria o all’acqua provenienti dalla superficie, una parte dell’anidride carbonica abbandona l’acqua, facendo precipitare il carbonato. Questi depositi, formati da minuti cristalli, aderiscono alla volta delle caverne e accrescendosi verso il basso, danno origine alle stalattiti. Qualora il contenuto di carbonato di calcio assuma particolare consistenza, questo precipita sul pavimento formando così le stalagmiti.
