Il carsismo è un processo geologico affascinante e complesso, modellato dall'interazione tra l'acqua e le rocce solubili. Questo termine, originariamente coniato per descrivere i prodotti della dissoluzione delle rocce carbonatiche della regione del Carso, al confine tra il Friuli-Venezia Giulia e la Slovenia, è oggi universalmente utilizzato per indicare tutti quei fenomeni di modellamento superficiale e sotterraneo causati dall'azione delle acque meteoriche, sorgive e profonde su specifiche tipologie di roccia.
Definizione e Caratteristiche del Fenomeno Carsico
Il carsismo si riferisce a un processo geologico causato dalla lunga esposizione di rocce, tendenzialmente a composizione calcarea, alla dissoluzione chimica provocata dall’interazione con le acque meteoriche. Tutto avviene al buio più completo, attraverso un lavorìo continuo per secoli e secoli, in modo lento, lentissimo. L'unico rumore percepibile è quello dell’acqua: il gocciolio continuo, eterno, sempre nello stesso punto, e lo scrosciare rumoroso nei condotti quando giungono le piogge penetrate dall’alto. Nelle acque profonde e buie vive un animaletto, un anfibio subacqueo, il proteo, roseo e liscio, caratterizzato dall'essere cieco e senza occhi.
Le aree in cui si presenta il carsismo hanno caratteristiche ben definite:
- Presenza di rocce superficiali solubili (calcari, dolomie o evaporiti).
- Precipitazioni meteoriche abbondanti.
- Superfici complessivamente subpianeggianti, prive di rilievi marcati.
- Presenza di sistemi di fessurazione delle rocce.
- Notevole aridità con scarsa vegetazione, dovuta all'assenza di una circolazione superficiale delle acque.
In Italia, il carsismo è molto diffuso proprio per l'ampia presenza di rocce calcaree e dolomitiche, mentre i depositi di salgemma, pur essendo molto solubili, sono rari e poco estesi.
Il Processo di Dissoluzione Chimica
Il carsismo è un processo chimico di soluzione operato dall’acqua, che agisce sciogliendo i minerali solubili delle rocce. Il processo di degradazione chimica è principalmente attribuito all’azione delle acque meteoriche. Queste, oltre a trasportare piccole concentrazioni di CO2 sottratta all’atmosfera durante la formazione delle gocce di pioggia, si acidificano ulteriormente durante lo scorrimento sul terreno e sui suoli, formando una soluzione di acido carbonico debole (H2CO3).
L'erosione carsica è dovuta alla dissoluzione del carbonato di calcio. Il carbonato di calcio (calcare) è poco solubile nell'acqua pura, ma quando si scioglie in essa una certa quantità di anidride carbonica (CO2), si forma acido carbonico: H2O + CO2 → H2CO3.
A contatto con la roccia calcarea, la soluzione acida reagisce con il carbonato di calcio (CaCO3) producendo un composto altamente solubile, ossia il bicarbonato acido di calcio (Ca(HCO3)2), il quale si dissocia in ioni Ca2+ e HCO3- all’interno delle acque. L'acido scioglie il calcare (CaCO3) formando il carbonato acido (bicarbonato) di calcio (Ca(HCO3)2) che è solubile e viene allontanato rapidamente. Questa interazione gradualmente dissolve la roccia carbonatica, producendo le strutture geomorfologiche caratteristiche degli ambienti carsici.
Come molti processi geologici, il carsismo è un fenomeno che si sviluppa su lunghi periodi di tempo, da centinaia a migliaia di anni. La velocità dei processi di dissoluzione non dipende solo dal pH delle acque e dalla composizione mineralogica della roccia interessata. L’azione solubile dell’acqua di pioggia può avvenire solo se la roccia è già fratturata. L’acqua ha infatti la necessità di infiltrarsi entro le fratture, in genere di origine tettonica, e iniziare a svolgere lungo le pareti la sua lenta e lunghissima attività solvente.
L’azione chimica di dissoluzione del carbonato è influenzata notevolmente dal grado di acidità presente nell’ambiente, determinato dalla presenza di anidride carbonica (CO2). La variazione del pH modifica in maniera sostanziale il processo, tanto è vero che l’acqua marina, il cui pH è attorno al valore di 8 (leggermente alcalino), non consente più il verificarsi della dissoluzione.
Rocce Suscettibili e Non Suscettibili al Carsismo
Generalmente, solo tre tipi di rocce possono essere incarsite: i calcari, le dolomie e i depositi di salgemma. È inutile cercare strutture carsiche nei graniti, nei porfidi, nelle trachiti, nei basalti, nei tufi, nelle filladi, negli scisti, nelle arenarie e nelle marne. Tutte queste rocce sono infatti costituite da minerali a bassissima solubilità, quasi nulla. La resistenza meccanica del calcare aiuta la formazione delle grandiose cavità carsiche, sopportando agevolmente gli sforzi di taglio e di compressione senza dar luogo a crolli e sprofondamenti, che sono piuttosto rari nei massicci calcarei. Al contrario, sono frequenti nei territori carsici impostati nei gessi, poiché il solfato di calcio è molto più solubile della calcite, rendendo l'evoluzione del carsismo e la formazione di cavità più rapide, e il gesso resiste molto meno al peso e alla trazione.
Se il calcare non è puro, possono restare nel suolo minerali residuali, principalmente ossidi di ferro e minerali argillosi, che conferiscono colorazioni particolari al terreno: nelle regioni mediterranee resta spesso una copertura di argilla rossa (terre rosse), mentre nelle zone tropicali si forma la bauxite. Queste coltri residuali sono insolubili, restano in superficie e riempiono le cavità e le depressioni lasciate dalla dissoluzione. Nelle zone depresse si forma così un suolo, di potenza ridotta, in grado di trattenere acqua e utilizzabile per le coltivazioni per la sua fertilità.
Forme Carsiche Superficiali
Un paesaggio carsico superficiale è letteralmente scolpito dall’acqua e presenta una topografia piuttosto irregolare. Camminando su queste montagne, oltre a queste strane forme del suolo, colpisce l’assenza di una rete superficiale d’acqua attiva: valli e alvei asciutti, siccità, niente sorgenti. Tutta l’acqua di pioggia o di scioglimento della neve si infiltra rapidamente in profondità, nel sottosuolo. Solo in caso di afflussi meteo eccezionali, come nell’alluvione del novembre 1966 o in occasione della tempesta Vaia, le valli normalmente asciutte hanno scaricato a valle, ai piedi dei monti incarsiti, portate rilevanti.
Campi Solcati (Karren)
Tra le morfologie più comuni vi sono i campi solcati, o carreggiati (karren). Si tratta di scanalature parallele, inclinate e con andamento rettilineo che si formano sulla superficie della roccia dove scorrono i rivoli di acqua. I solchi sono larghi e profondi fino a qualche decina di centimetri, sono separati da creste acuminate e possono raggiungere lunghezze metriche. Si formano per erosione differenziale quando il terreno calcareo non è esposto in modo omogeneo all'azione delle acque meteoriche, a causa della presenza di discontinuità, oppure quando l'acqua ristagna su alcune superfici, o ancora quando scorre su un pendio lungo linee preferenziali.
Doline, Uvala e Polje
Le doline carsiche, comunemente note come sinkhole, sono probabilmente le morfologie carsiche più note. Si tratta di depressioni sub-circolari a fondo chiuso (profondità variabile dai 2 ai 200 m e diametro compreso tra i 10 e i 1000 m) con diverse profondità e forme, come ad esempio a imbuto, a pozzo o a ciotola. La loro genesi è attribuita alla graduale dissoluzione della roccia a partire dalla sua superficie esterna o al crollo del soffitto di cavità carsiche nel sottosuolo (le cosiddette doline da collasso). Le dimensioni delle doline possono variare da pochi metri fino a qualche chilometro.
Negli ambienti carsici più antichi, sul fondo delle doline può essere presente un inghiottitoio che, similmente al collo di un imbuto, permette il passaggio delle acque verso le cavità sotterranee. Infatti, i paesaggi carsici più evoluti solitamente non presentano un chiaro reticolo idrografico, poiché nel tempo le acque in superficie tendono ad infiltrarsi e scomparire nel sottosuolo attraverso punti di assorbimento, proprio come gli inghiottitoi. Quando l'inghiottitoio è particolarmente profondo e con pareti verticali, a pozzo, viene detto foiba.
Con il progressivo allargarsi di più doline, si può distruggere la parete di separazione, per cui si fondono e si inglobano tra loro, formando conche composte di grandi dimensioni, chiamate uvala. L'ulteriore ampliarsi e congiungersi di molte cavità carsiche porta alla formazione di polje, ampi bacini allungati (fino a qualche decina di chilometri), con pendii ripidi e fondo piano, che talvolta ospitano piccoli laghi. I polje possono formarsi anche in corrispondenza di depressioni tettoniche, provocate dall'abbassamento, lungo faglie, di un blocco roccioso rispetto a quelli circostanti, ma vengono poi modellati e allargati dalla dissoluzione.
Altre Forme di Erosione Superficiale
Esistono anche altre forme di erosione superficiale tipiche del carsismo, come torri, canyon, gole e valli scavate dalle acque. Ci può essere anche una forma di deposito superficiale, il travertino, in prossimità di sorgenti o di cascate.
Il Carsismo nel Sottosuolo: Grotte e Condotti
Uno degli aspetti più affascinanti del carsismo è rappresentato dalle forme di modellamento sotterraneo. L’acqua, infiltrandosi nel sottosuolo, dissolve la roccia e genera condotti che ne permettono il deflusso in profondità. Attraverso l'azione chimica, ma anche meccanica, la soluzione acquosa amplia progressivamente le fratture nella roccia e i piani di stratificazione, creando vere e proprie cavità. Quando più fratture si intersecano, si forma un condotto che raccoglie l'acqua, che poi confluisce in condotti sempre più grandi. La pressione allarga le fessure nelle pareti del condotto e, quando l'acqua defluisce, frammenti di roccia franano formando grotte e gallerie a decorso suborizzontale o pozzi e abissi (salti verticali di centinaia di metri) subverticali.
Con il passare del tempo e il progredire dei processi di infiltrazione e dissoluzione, queste cavità si ingrandiscono e possono talvolta unirsi tra di loro, formando grotte e gallerie con andamento sub-orizzontale, così come pozzi o abissi, ovvero tunnel con un andamento prevalentemente verticale. Queste strutture possono estendersi per diverse centinaia di metri e possono ospitare fiumi e laghi sotterranei. Nelle regioni carsiche si osserva spesso l'improvvisa scomparsa di corsi d'acqua superficiali che vengono inghiottiti in profondità per riemergere poi in superficie (risorgenza), anche a parecchi chilometri di distanza.
All’interno dei massicci carsici si sviluppa un groviglio estesissimo di pozzi, grotte, condotti, che si sviluppano, anche per decine e decine di chilometri, drenando superfici molto estese. Dalla superficie non ci rendiamo conto delle dimensioni delle strutture carsiche presenti nel sottosuolo. Solo visitando le imponenti grotte aperte al pubblico, lunghe chilometri, si può avere la sensazione dell’enormità delle cavità.
Vi è un altro importante agente morfogenico (che genera forme) costituito dalla forza di gravità, che provvede al distacco di parti della volta o delle pareti, aumentando progressivamente il volume delle camere. Capita a volte che le stesse stalattiti si stacchino e crollino, come i "cannoni", un curioso monumento all'interno della Grotta dell’Alabastro. Ancora, fenomeni di tipo gravitativo portano ad ammassare detrito che può occludere completamente le gallerie di comunicazione che, ancora una volta, possono essere riaperte dal lavoro dell’acqua. L’ampliamento progressivo verso l’alto può portare allo sfondamento e crollo completo della volta, dando così origine ad una cavità a cielo aperto. A questo punto l’erosione delle pareti può procedere più rapidamente fino a distruggere completamente la grotta.
Il carsismo si compone di un sistema complesso di cavità, dalle forme e dimensioni più disparate, entro cui circola l’acqua. Questo corpo idrico possiede un livello base che è costituito dalla quota più bassa verso cui l’acqua può scendere e che, generalmente, coincide proprio col livello del mare. Si può comprendere perciò come le variazioni del livello marino, anche a causa dell’innalzamento tettonico, possano attivare o far cessare il processo carsico. Le grotte potrebbero essere considerate la porta terminale e accessibile di quel grande acquedotto all’interno delle montagne e che, come nel caso di alcune coste, finisce poi per creare innumerevoli sorgenti in prossimità della riva. Quando si incontrano i due tipi di acqua, quella dolce e quella marina, che possiedono caratteri di salinità, temperatura e densità diverse, non avviene nessun mescolamento in condizioni normali: l’acqua dolce, più leggera, galleggia sull’altra provocando un netto piano di separazione tra le due.
Concrezioni Carsiche: Stalattiti e Stalagmiti
I processi carsici includono anche una fase costruttiva, esemplificata dalle spettacolari costruzioni che l'acqua edifica dentro le cavità e le grotte, ridepositando parte della calcite che ha sciolto durante il suo percorso sotterraneo. Dalle fessure della volta delle grotte l’acqua gocciola piano piano. La superficie della goccia rimane attaccata come un velo alla roccia il tempo sufficiente per permettere alla CO2 di liberarsi e all’acqua di evaporare. Di conseguenza dal bicarbonato solubile si riforma il carbonato poco solubile (la calcite), che si deposita con un velo a costruire pian piano la stalattite e le altre stranissime forme.
Le stalattiti e stalagmiti sono concrezioni verticali che si protendono dalle volte di una cavità sotterranea (stalattiti) o si elevano dai pavimenti (stalagmiti) e sono il risultato della precipitazione del carbonato di calcio contenuto nelle soluzioni acquose che circolano nel sottosuolo. In altre parole, il calcare, dopo essere stato rimosso dalla roccia dai processi di dissoluzione, si deposita nuovamente sotto forma di cristalli.
Il processo di formazione di stalattiti e stalagmiti è molto lungo. Si stima infatti che occorrano oltre mille anni affinché, goccia dopo goccia, la concrezione raggiunga una lunghezza di circa 10 centimetri. Tuttavia, la velocità di crescita dipende da molti fattori, tra cui il grado di saturazione delle acque, la temperatura, la pressione, l'umidità e la presenza di luce o silenzio. Chi ha visitato qualcuna delle numerose grotte carsiche accessibili in Italia si sarà certamente reso conto della bellezza e della meraviglia che rivestono queste deposizioni.
Le gocce d'acqua che cadono sul pavimento, contengono ancora del calcare che si deposita al suolo, creando concrezioni chiamate stalagmiti, che si accrescono verso l'alto e hanno una forma più tozza e massiccia delle corrispondenti stalattiti e sono prive del condotto interno. Stalattiti e stalagmiti possono crescere fino a saldarsi formando colonne di alabastro.
L'Evoluzione del Paesaggio Carsico
Il paesaggio carsico subisce notevoli trasformazioni con il trascorrere del tempo, suddivisibili in stadi:
Stadio giovanile
Nel massiccio calcareo primitivo si formano solchi di erosione e piccole doline a forma di imbuto, generalmente provviste di inghiottitoio. La circolazione idrica superficiale perde progressivamente consistenza per l'aumento di infiltrazioni nel sottosuolo: l'idrografia superficiale è sostituita da una sotterranea. Contemporaneamente aumenta la corrosione sotterranea fino ad incontrare una roccia poco solubile.
Stadio di maturità
Le doline diventano più ampie e a forma di ciotola, con il fondo e spesso anche i fianchi rivestiti da terra rossa, insieme a solchi e creste sulla roccia scoperta. Con il procedere dell'evoluzione, le doline si fondono formando le uvala. L'idrografia superficiale è scomparsa del tutto e nel sottosuolo si hanno corsi d'acqua, cascate e laghetti all'interno di cavità che aumentano di dimensioni fino a provocare il crollo della volta. Si creano così delle doline di crollo.
Stadio di vecchiaia
Si ha la demolizione del massiccio calcareo fino alla falda freatica sottostante e rimangono solo torri e rilievi residuali.
Esempi Significativi di Carsismo in Italia
Il carsismo è ben presente in numerose parti del nostro paese, con esempi spettacolari e studi approfonditi.
Il Carso Triestino e il Fiume Timavo
Il complesso del Carso Triestino è famoso e formidabile, estendendosi in territori di Italia, Slovenia e Croazia. Ha dato il nome a questo importante e complesso fenomeno, caratterizzato da migliaia di doline, foibe, cavità e le fantastiche grotte di Postumia.
Un imponente corso d’acqua sotterraneo è il Timavo, dalla storia incredibile. Il Timavo nasce in Istria, da un gruppo di sorgenti, in montagna ad una quota di circa 780 m s.l.m. Ha un percorso iniziale superficiale di circa 55 km. Poi improvvisamente si inabissa entro una grande cavità carsica, a San Canziano (Grotte del Timavo), e scompare. Riemerge a giorno, dopo un percorso sotterraneo di circa 40 km, da una serie di risorgive presso Duino, sulla costa adriatica. Che si tratti dello stesso Timavo scomparso a San Canziano è stato ripetutamente confermato da prove sperimentali svolte con traccianti coloranti.
È molto interessante rilevare che a circa 15 km a valle delle grotte di San Canziano si apre nel calcare del sottosuolo di Trebiciano una serie di voragini e pozzi che giungono, dopo una discesa di circa 330 m, ad una enorme grotta lunga centinaia di metri, sul cui fondo scorre il Timavo. Quando il Timavo si immerge nel sottosuolo nelle grotte di San Canziano ha una portata media di appena 1 mc/s. Un'esperienza diretta in queste grotte ha rivelato il Timavo uscire impetuoso e rumoroso da una galleria con una portata di vari mc/s, percorrere velocissimo la base della grotta e scomparire improvvisamente dopo un centinaio di metri entro un’altra galleria dalla parte opposta.
Il Carsismo in Veneto: Asiago e Montello
Numerosi esempi di carsismo si trovano anche in Veneto. Ricordiamo il Buso della Rana sui Lessini di Malo a Priabona, Bocca Lorenza sul fianco del Summano sopra Santorso, le grotte di Oliero sul Brenta presso Valstagna, la Bigonda in Valsugana sotto Cima 12, e il Ponte di Veja nel Veronese.
Il massiccio dell’Altopiano di Asiago, esteso per circa 500 km2, contiene nel suo interno un unico grandioso sistema carsico, che scarica le sue acque sul fondo della valle del Brenta alle sorgenti di Oliero presso Valstagna, dopo un salto di oltre 1000 m, con una portata media di circa 15 mc/s.
Il Montello: Un Caso Particolare
Il Montello, un colle solitario a ridosso del Piave, in destra orografica allo sbocco del fiume in pianura, ha una forma a fagiolo, lungo circa 15 km e largo appena 5, raggiungendo un’altezza massima di 370 m s.l.m. Questo colle, inaspettatamente, è interessato da un molto diffuso carsismo, con centinaia di doline in superficie e da grotte, condotti e caverne nel sottosuolo; sono state censite almeno un centinaio di grotte.
Ciò che colpisce esaminando il Montello, oltre all’estensione sotterranea sorprendente delle strutture carsiche su un colle di così limitata estensione, è la composizione geologica del rilievo, che non è calcarea come ci si potrebbe aspettare, ma formata da un conglomerato di ghiaie e ciottoli alluvionali cementati da incrostazioni carbonatiche. Questo è stato oggetto di studi idrogeologici per la progettazione della diga di Falzè, al fine di verificare la possibilità di rilevanti perdite d’acqua verso la vicina pianura attraverso le cavità carsiche.
Misura della Dissoluzione Carsica: L'Esperienza dell'Oliero
Per comprendere quanto le acque carsiche sciolgano e quanto le cavità si allarghino nel tempo, un'esperienza è stata condotta sulle sorgenti del sistema dell’Oliero. Nel 1967, è stata misurata una volta alla settimana la portata delle sorgenti del sistema dell’Oliero, nella zona di Valstagna sul Brenta, che sono lo scarico idrico dell’intero massiccio calcareo dell’Altopiano di Asiago. Le sorgenti sono il Covol dei Siori, il Covol dei Veci, Ponte Subiolo e Nassa, tutte ubicate nella stessa zona lungo il fondovalle del Brenta.
La portata media delle 4 sorgenti è stata di circa 15 mc/s, pari ad una portata complessiva di quell’anno di 460 milioni di m3. Assieme alla misura della portata è stata misurata anche la durezza delle acque, un parametro chimico che indica il contenuto in soluzione dei sali di Ca e Mg nelle acque. Nel nostro caso il contenuto in calcite, considerata la composizione calcarea del massiccio dell’Altopiano. La durezza media delle 4 sorgenti è risultata di circa 15 °F (gradi francesi).
Considerando che 1 °F corrisponde a circa 9.5 mg/l e conoscendo quanti litri le sorgenti hanno scaricato nel 1967 (460 milioni di m3), è risultato che in quell’anno sono usciti dalle viscere della montagna 63.450.000 kg di calcite, pari a circa 2 kg/s. Con un peso di volume della roccia calcarea di circa 2.5 gr/cm3 ne risulta un volume complessivo di circa 25.400 m3.
Questo volume di roccia sciolta in un anno, ben 25.400 m3, può sembrare a prima vista notevole. In realtà, spalmato sulle centinaia di chilometri di sviluppo delle strutture carsiche presenti nel massiccio, rappresenta una inezia, ad indicare i tempi lunghissimi che sono stati necessari per la realizzazione delle strutture carsiche.
L'Impatto Antropico sugli Ambienti Carsici
L’uomo ha spesso approfittato del carsismo. Moltissime grotte, in tutte le parti del mondo, sono state abitate in tempi lontani, preistorici, e i nostri antenati vi hanno lasciato tracce evidenti con resti di manufatti e anche di stupefacenti pitture. In Cina, Iran, Slovenia, Nord Vietnam, Tunisia e Marocco sono state visitate strutture di dimensioni vastissime.
Tuttavia, sconsideratamente, abbiamo anche approfittato delle cavità utilizzandole come discariche di rifiuti. Le grotte sono state trovate piene di pezzi di auto, motorini, lavatrici, pneumatici, bidoni di liquidi pericolosi, letti, sedie, batterie elettriche, pezzi di trattori, armi e munizioni, plastiche di ogni tipo e scheletri di animali. È un mondo fantastico, misterioso, imprevedibile, che suscita sempre meraviglia.
Il processo carsico nella costruzione delle fantasiose e spettacolari figure di calcite entro le grotte agisce in un perfetto e fragile equilibrio di temperatura, pressione, umidità, luce e silenzio. Quando migliaia di persone entrano per visitare le grotte, questo certamente ha un impatto significativo sull'ambiente locale, disturbando l'equilibrio naturale.
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