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9.1 Geologia e carsismo

Ere Geologiche
Era Periodo Anni (milioni)    
Neozoico (Quaternario) Olocene 0.01 Ominidi  
Pleistocene 1.8    
Cenozoico (Terziario) Pliocene 5.2   Orogenesi alpina
Miocene 26 Erba
Oligocene 37-38 Scimmie antropomorfe
Eocene 53-54 Elefanti
Paleocene 66  
Mesozoico (Secondario) Cretaceo 66-145 Piante con fiori Serpenti Mammiferi  
 Superiore 66-100 ammoniti, rudiste, rettili marini, dinosauri, piccoli mammiferi  
 Inferiore 100-145 dinosauri, uccelli e angiosperme  
Giurassico 145-199 Dinosauri Ammoniti Uccelli Apertura Oceano Atlantico
 Malm 145-161    
 Dogger 151-183 Vita marina (ammoniti, bivalvi), conifere  
 Lias 183-199    
Triassico 248 Dinosauri rettili marini, ammoniti, esacoralli  
 Sup. - Retico 206-210    
 Sup. - Norico 210-221    
 Sup. - Carnico 221-227    
 Med. - Ladinico 227-234    
 Med. - Anisico 234-242    
 Inf. - Scitico 242-248    
Paleozoico (Primario) Permiano 280 Palme e conifere Rettili  
Carbonifero 345 Piante Pesci Anfibi Insetti Rettili Ammoniti Orogenesi Ercinica
Devoniano 395    
Siluriano 430 Anfibi Foreste  
Ordoviciano 500 Pesci Cefalopodi Brachiopodi Briozoi Coralli Vegetali Orogenesi Caledoniana
Cambriano 570 Trilobiti Spugne Vermi  
Archeozoico (Arcaico) Algonchiano 700 Vermi Meduse  
Archeano 4500 Batteri Alghe  
La geologia e` la scienza che si occupa integralmente di tutti i fenomeni naturali che coinvolgono la superficie e l'interno della Terra. Con la crescente specializzazione di qualsiasi settore scientifico-tecnologico, oggi pi� che di geologia dovremmo parlare di Scienze della Terra, intendendo con questo termine il carattere pluralistico, integrativo e retroattivo che e` insito in tutte quelle discipline, sottodiscipline, specializzazioni che si propongono di analizzare i fenomeni biologici, chimici, fisici che definiscono tutte le reti di relazioni sottese sul pianeta Terra, sia sulla superficie che nel profondo del sottosuolo. Per i nostri fini, che piu` che modesti, definiremmo umili, preferiremmo mantenere il termine onnicomprensivo di Geologia [659] [660] [661] [662] [663] .
Geologia: una condizione necessaria, ma non sufficiente per circoscrivere l'oscuro universo che permea intorno a quel fenomeno chiamato carsismo, di cui le grotte rappresentano forse l'aspetto piu` appariscente e stimolante per una ricerca umana che non conosce ne' soste ne' limiti, tesa a svelare (e talora a creare...) i piu` reconditi aspetti della realta`. Di sicuro la geologia, per come viene comunemente intesa, e` necessaria come contorno alla definizione del concetto di carsismo: a tutti quanti gli speleo e` certo capitato di osservare i terreni in cui si aprono le grotte, notando l'aspetto esteriore delle rocce, il tipo di discontinuita` che disturba l'apparente regolare stratificazione delle rocce, la forma delle gallerie, la relazione tra i tipi di rocce e le diverse architetture o strutture ipogee e cosi` via. Di conseguenza la geologia rappresenta un aspetto fondamentale del peculiare rapporto uomo-carsismo, come pure una condizione non sufficiente nel circoscrivere e delimitare tutte quelle variabili che concorrono a costruire letteralmente il carsismo; forse troppo spesso nelle relazioni dei convegni e congressi nazionali ed internazionali si tende a circoscrivere l'aspetto geologico con quattro scarne note tuttte incentrate su pochi denominatori sempre uguali l'uno all'altro: tipo di roccia (magari con scheletrica descrizione), eta` geologica, intensita` di fratturazione, direzione delle fratture, presenza o assenza di scorrimento idrico. Molto spesso in queste descrizioni si tende a dare una rappresentazione a dir poco falsa del carsismo, con un atteggiamento che definiremmo fin troppo riduttivo e fissista che ignora volutamente la dinamica complessita` ambiguita` ed impredicibilita` del mondo carsico, definito e poggiante su un nugolo di variabili spesso di incerta attribuzione (si pensi solo al formidabile problema di datare strutture vuote, cave o la ricostruzione dell'evoluzione di complessi ipogei lunghi decine se non centinaia di Km...) in cui presumibilmente i limiti tra cio` che e` puramente fisico (le pietre, per intenderci, o l'acqua o le correnti d'aria) e ci� che e` biologico (popolazioni batteriche, accumuli vegetali in decomposizione, l'azione indiretta di suoli o coperture boschive) tendono a compenetrarsi in complesse relazioni simbiotiche, con meccanismi difficilmente sottoponibili a simulazioni di laboratorio.
Date queste premesse, in sostanza pi� speculative e filosofiche che operative, passiamo ora a descrivere i principali tipi di rocce in relazione a quello che chiamiamo carsismo. Che cos'e` o come si puo' definire il carsismo? Anzitutto qualche cenno etimologico: carsismo deriva dalla parola slovena kras che indica pietra, roccia, poiche` questo e` l'aspetto che balza immediatamente agli occhi a chi percorre un territorio carsico: un paesaggio piuttosto aspro, articolato, con molti affioramenti di roccia che si presentano in forme tormentate, spesso solcate da profonde fratture su cui agisce l'acqua corrosiva, accentuando le discontinuita` originarie delle rocce, la loro eterogeneita`. Piu` complessa e` invece la definizione seria di carsismo, se si considera la varieta` delle situazioni geologiche, morfologiche, climatiche e biologiche su cui agisce il carsismo. Cercando di essere i piu` semplici possibili, si puo` definire carsismo come un processo chimico-fisico di smantellamento di rocce, con la formazione di una struttura (interna alle rocce) ove avvengono fenomeni di trasferimento di materia (in sostanza acqua ed aria), dalla superficie terrestre nel sottosuolo e da li` di nuovo in superficie. In soldoni, nella definizione appena data, vengono introdotti due termini chiave, a nostro giudizio complementari ed irrinunciabili :
  1. l'effetto chimico-fisico di smantellamento delle rocce;
  2. l'esistenza di una struttura interna alle rocce ove possiamo osservare un accentuato trasferimento di materia con scambi continui della stessa tra la superficie ed il sottosuolo.
Di conseguenza, non basta indicare la presenza di una corrosione superficiale o interna alla roccia per parlare di carsismo, bensi` occorre pure specificare l'esistenza di un reticolo di vuoti ove vediamo la gerarchizzazione di flussi continui (l'acqua come elemento essenziale, ma pure l'aria e materiale solido, quali particelle rocciose e sostanze biologiche). Una volta inquadrato il concetto di carsismo, si pu� ora passare in rassegna la classificazione fondamentale delle rocce e esaminare quali di queste sono soggette a carsismo. Sulla Terra distinguiamo tre grandi famiglie:
  1. rocce magmatiche;
  2. rocce metamorfiche;
  3. rocce sedimentarie;
Vediamo ora un po' pi� in dettaglio queste tre categorie.

9.1.1 Rocce Magmatiche

Derivanti dalla solidificazione di materiale fuso (il magma), in genere a base di silicio, le rocce magmatiche sono tra le rocce piu` diffuse in assoluto, presenti in enormi volumi, al fondo degli oceani o al di sotto della copertura sedimentaria piu` superficiale. Abbiamo 2 ampie categorie:
Denominazione Minerali Carattere Colore Intrusive Filoniane Effusive
Sialiche (Si, Al) Quarzo SiO2 acido chiaro graniti    
Ortoclasio KAlSi3O8   dioriti  
Plagioclasio NaAlSi3O8 CaAl2Si2O8   sieniti gabbri
Feldspato     foiditi
Femiche (Fe, Mg) Biotite basico verde scuro rioliti    
Anfiboli   trachiti  
    andesiti basalti
      nefeliniti
Ultrafemiche Pirosseni fortemente basico verde scuro     pirosseniti
Olivine     peridotiti
La tipologia dei cristalli nelle rocce metamorfiche dipende dalle condizioni di solidificazione e dalla composizione della roccia. Le rocce magmatiche intrusive che hanno subito un lento raffreddamento presentano forme cristalline riconoscibili ad occhio. Quelle effusive hanno un aspetto vetroso, o con microcristalli. Tra questi due estremi si hanno rocce filoniane con cristallini immersi in una matrice amorfa. Quando il fuso solidifica repentinamente in superficie i componenti gassosi possono formare bolle che restano imprigionate.
Le diverse specie minerali hanno temperature di fusione differenti percio` durante il processo di solidificazione esse si formano dal fuso in tempi diversi (cristallizzazione frazionata). Le prime specie a cristallizzare presentano forme piu` regolari (idiomorfe), le successive vanno a riempire gli interstizi (allotriomorfe).
La temperatura di fusione delle rocce varia tra 1000 e 1300°C, in dipendenza della pressione e del tipo di roccia. Rocce ricche di silicati risultano molto viscose, poiche` si formano catene di gruppi (SiO4)4-; la presenza di ioni metallici, K+, Na+, Ca2+, Fe2+, ..., tende ad ostacolare la formazione di queste catene e rende il magma piu` fluido.

9.1.2 Rocce Metamorfiche

Le rocce metamorfiche (dal greco antico metamorfosis: trasformazione) sono generate da preesistenti rocce magmatiche, sedimentarie, metamorfiche sottoposte a condizioni di pressione e/o temperatura diverse dalle condizioni iniziali. Anche questa e` una categoria vastissima, con minerali costituenti di composizione silicea e pertanto non carsificabili. Esistono comunque delle eccezioni, talora con cavita` lunghe 2 Km ed oltre (come nel caso di grotte aprentesi in micascisti cloritici, in Brasile..).
Sulla base dei minerali costituenti queste rocce metamorfiche, dobbiamo fare una particolare eccezione per due categorie di rocce alquanto diffuse:
Nel caso delle quarziti, esse possono dare luogo a manifestazioni carsiche peculiari poiche` il quarzo tende ad essere molto solubile sotto l'attacco di soluzioni acquose acide, ricche di anidride carbonica e sostanze contenute nel suolo vegetale (acidi organici, tannini, etc..). Queste situazioni sono peculiari di climi equatoriali e derivano dalla associazione dei seguenti fattori:
  1. elevata piovosita`;
  2. forte temperatura;
  3. grande disponibilita` di vegetazione, con suoli molto ricchi di humus e popolazioni batteriche che possono facilitare la dissoluzione dei granelli delle rocce.
L'esempio piu` bello di questo carsismo e` quello fornito dalla regione meridionale del Venezuela, con la presenza di massicci plateau ed altopiani dalla morfologia molto accidentata. La sommit� di questi tavolati e` intersecata in ogni senso da reticoli fittissimi di fratture, messi in risalto da una fortissima corrosione chimica, facilitata da una piovosita` quotidiana. Il risultato di tutto questo e` la creazione di un profondo reticolo di scorrimento sotterraneo, con gallerie alte e strette impostate sulle fratture. La superficie risulta butterata da colossali sprofondamenti (le simas) profondi anche 300 m. L'acqua che vi penetra, esce a giorno sui bordi di questi tavolati, spesso con spettacolari sorgenti a cascata. Chi e` stato in tali posti garantisce di essersi trovato in un ambiente unico, piu` simile a qualche realta` aliena che non alle regioni terrestri che noi conosciamo...
In precedenza abbiamo accennato ai marmi come roccia carsica. In effetti in Italia la grotta piu` estesa (l'Antro del Corchia con circa 50 km di sviluppo) si apre proprio nei marmi delle Apuane. Queste rocce in genere si presentano molto pure e sono attraversate da un fittissimo reticolo di fratture, due fattori che in associazione tendono ad esaltare le manifestazioni carsiche, con una presenza di vuoti talora impressionante. In Italia i marmi, a parte le Alpi Apuane, non sono molti diffusi, a differenza di paesi come la Norvegia dove le uniche grotte esistenti si trovano proprio in queste rocce. Nel complesso, per via della loro purezza , i marmi offrono forme carsiche molto estetiche ed esasperate, talora molto interessanti per i rapporti tra morfologia e discontinuita` strutturali- in questo caso l'originario insieme di granuli di calcite subisce profonde modificazioni strutturali (ordinamento degli atomi secondo nuove direzioni) con trasformazioni delle iniziali impurita` (ad esempio argilla) in minerali micacei, lamellari, che tendono a concentrarsi in orizzonti ben definiti ed ad essere asportati meccanicamente dall'erosione delle acque. Nelle Apuane il campionario di tali forme e` pressoche' completo.
Per quanto riguarda le zone marmifere pi� vicine a noi, ricordiamo il territorio dell'Ossola meridionale con lenti di marmo impuro cavate ancor oggi per il Duomo di Milano (zona di Candoglia ed Ornavasso), con limitate manifestazioni carsiche.
Un distinguo va poi posto al termine generico marmo. Per i cavatori il marmo e` definito come qualunque pietra atta ad essere lucidata e pertanto la categoria risultante e` molto vasta, senza distinzione con le rocce sedimentarie. Invece, dal punto di vista scientifico marmo e` un'esclusiva roccia metamorfica, anche se va detto che i calcari (vedi terminologia piu' avanti) in profondita` subiscono trasformazioni tali da risultare veri marmi o quasi. Un esempio molto classico per i geologi delle Alpi Liguro-Piemontesi e` offerto dai Calcari di Val Tanarello, vecchi di ca 150 milioni di anni. Mano a mano che ci si sposta dalle zone meno deformate delle Alpi al settore interno, inizialmente sottoposto a temperature e pressioni elevate, si osserva la transizione dei calcari a veri e propri marmi candidi o di aspetto mandorlato: i Marbres di Guillestre. Un settore magnifico per osservare affioramenti estesi di tali marmi e` certo il Massiccio del Marguareis, tra Francia, Liguria e Piemonte. Qui i Marbres di Guillestre offrono manifestazioni carsiche estesissime, con campi di lapies (vedi piu' avanti) molto suggestivi a cui corrispondono in profondita` colossali verticali scavate nella massa pura dei marmi (ad es. il P180 dellAbisso Cappa).
A rigor di logica, per quanto possa sembrare strano, anche il ghiaccio puo` essere inquadrato nelle rocce metamorfiche, poiche' deriva dalla trasformazione di acqua in condizioni di temperature e pressioni diverse da quelle originali; i cristalli di neve tendono a subire continui assestamenti nella disposizione molecolare tramite processi di fusione (per costipamento del manto nevoso) ed immediata solidificazione, generando una massa omogenea di cristalli di ghiaccio che tendono a fluire creando i ghiacciai veri e propri. Pure nei ghiacciai troviamo sistemi carsici il cui studio speleologico (a parte l'interesse per i glaciologi) e` iniziato solo negli anni 80. Da quel poco che ne sappiamo, finora non sono stati scoperti grandi sistemi, pur nelle aree molto glacializzate (Antartide, Hielo Continental [Argentina Meridionale]), sia per problemi ambientali (distanza dalle zone civilizzate, basse temperature, presenza continua di acqua), che per questioni dinamiche interne ai corpi glaciali. Si tratta in effetti di sistemi molto dinamici, con un flusso continuo di ghiaccio che tende a modificare costantemente, di anno in anno, gli eventuali sistemi ipogei presenti.
Grotte si possono sviluppare nel ghiaccio se questo non ha crepacci, che causano assorbimento diffuso, ed e` abbastanza compatto e pieno [664] .

Metamorfismo: tipi
Fig. 304. Metamorfismo: tipi
Le condizioni fisiche a cui viene sottoposta la roccia determinano differenti tipi di metamorfismo. I principali parametri fisici sono la temperatura e la pressione. Una elevata temperatura porta a modifiche mineralogiche (ricristallizzazione), mentre una alta pressione produce modifiche strutturali. Se la pressione non e` omogenea si ha scistosita`, cioe` la formazione di superfici di disposizione dei minerali. Queste possono essere parallele alla stratificazione oppure oblique (clivaggio).

Serie Metamorfiche
  Perdita di plasticita` Ricristallizzazione Lastrificazione Nuova mineralizzazione (miche, clorite)  
Argilla Argillite Argilloscisto Micascisto Fillade
Marna   Ardesia    
Arenarie   Quarzite   Paragneiss
Calcare   Marmo    
Dolomia   Dolomia saccaroide    
Calcari argillosi   Calcescisti   Filladi carbonatiche

9.1.3 Rocce Sedimentarie

E veniamo ora alle rocce sedimentarie ove si concentrano le rocce piu` interessanti per il carsismo. Con il termine di rocce sedimentarie si indicano tutte le rocce derivate dalla deposizione, accumulo e trasformazione di sedimenti incoerenti. Il sedimento rappresenta il prodotto della interazione di fattori fisico-chimici con i materiali preesistenti esposti alla superficie terrestre; in altre parole l'originaria roccia (magmatica o metamorfica o sedimentaria stessa) subisce una sorta di degradazione chimica e meccanica, con parte del materiale originario preso in carico da fluidi (acqua soprattutto, ma anche aria) che tendono poi a rilasciarlo e deporlo sotto altre forme e configurazioni. In seguito si ha la compattazione e consolidamento tramite processi chimico-fisici (diagenesi).
Dato il tipo di processi coinvolti nei sedimenti, parliamo di tre grandi categorie:
  1. rocce clastiche generate dal trasporto meccanico di particelle delle piu' varie dimensioni;
  2. rocce di costruzione organica;
  3. rocce di precipitazione chimica.
Rocce Clastiche
Dimensione granuli Cementate Sciolte
>2 mm conglomerati breccie (ruditi) ghiaie detriti
tra 2 mm e 1/16 mm arenite sabbia
<1/16 mm lutiti argille
tra 62 e 4 micron siltiti fango
Nella prima classe troviamo i conglomerati (derivati dall'accumulo di ghiaie), le arenarie (generate dalle sabbie), le peliti (accumulo di argille). I conglomerati e le arenarie possono essere carsificate se almeno parte dei minerali sono di tipo solubile (ad es. la calcite). Spesso nel territorio lombardo si riconoscono lembi di conglomerati ben cementati letteralmente cariati da cavita` perlopiu` superficiali. Nel caso del Varesotto e` istruttivo percorrere il solco del Rio Tinella (Oltrona al Lago), i cui fianchi sono interessati da numerosi ripari incisi in grossi banconi di conglomerati spesso ricchi di ciottoli calcarei e spalmature di cemento calcitico. Fuori della Lombardia ricordiamo almeno le cavita` trevigiane aperte nei conglomerati che costituiscono il rilievo collinare del Montello; qui e` nota la Busa di Castel Sotterra, interamente scavata in ghiaie ben cementate e lunga oltre 6 Km... All'estero sono famose le grotte siberiane in conglomerato con sviluppi di decine di Km....
I criteri di classificazione delle rocce psefitiche (ruditi) comprendono:
Per la classificazione delle rocce psammitiche (arenarie) si considera la composizione mineralogica dei grani (in base al contenuto relativo di quarzo, calcite, feldspati e fillosilicati) e si usa una denominazione in cui il nome del costituente principale viene anteposto alla roccia (es. quarzoarenite).
Per la classificazione delle rocce pelitiche (lutiti e siltiti) si fa riferimento al contenuto di minerali argillosi, minerali residuali, e fango carbonatico.

Calcare e dolomia
Fig. 305. Calcare e dolomia
Nella seconda classe troviamo la categoria piu` importante per il carsismo in assoluto: le rocce carbonatiche, ovvero quelle costituite da carbonati vari: di calcio (i calcari) e di calcio e magnesio (le dolomie). Nel complesso tali rocce sono legate all'azione di organismi marini che estraggono i carbonati dissolti nell'acqua (perlopiu`marina) e li fissano, li separano in strutture scheletriche (ad esempio i coralli) che vengono poi trasformate in vere rocce.

Nella terza classe troviamo le cosiddette evaporiti: rocce generate dalla concentrazione, saturazione e separazone di sali disciolti nelle acque; in questo caso il processo di formazione e` esclusivamente chimico, legato al raggiungimento di una soglia di saturazione dell'acqua che porta in soluzione tutti i sali, oltre la quale soglia avviene una brusca separazione dei sali (si parla in genere di precipitazione); tipiche rocce sono:
Entrambe queste due categorie (sale e gesso) sono soggette a forti fenomeni carsici, connessi con l'elevata solubilita` di tali rocce. Vediamo allora qualche dettaglio su queste categorie di rocce.

O. Sules (escluse le figure) Wed Sep 10 22:06:07 2008
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