Gli ambienti della Terra

L'ambiente carsico

Il carsismo è l'insieme di processi di erosione delle rocce in cui il fenomeno dominante è quello della dissoluzione della roccia in acqua. Il termine carsismo deriva dalla parola slovena Kras che indica la regione rocciosa tra Trieste e la Slovenia occidentale.

Il processo carsico

Il processo carsico si esplica maggiormente in presenza di:

• Rocce solubili: in ordine di importanza abbiamo tre gruppi di rocce:
  • Rocce carbonatiche: sono composte principalmente da calcari e dolomie. I calcari sono rocce sedimentarie che contengono almeno il 50% di calcite o carbonato di calcio. Le dolomie, invece, sono costituite dal minerale dolomite in varie percentuali. Il processo carsico nelle rocce carbonatiche è quello meglio studiato e più conosciuto per il semplice fatto che le rocce carbonatiche costituiscono la grande prevalenza delle rocce solubili sulla Terra. Infatti, il 12% della superficie terrestre emersa è costituito da rocce carbonatiche. Attualmente circa il 25% delle acque potabili utilizzate proviene da aree carsiche.
  • Rocce evaporitiche: le più importanti dal punto di vista carsico sono il gesso e il salgemma. Nel caso del salgemma (ossia il sale da cucina), la dissoluzione è diretta, con la dissociazione ionica del sale nell’acqua. I depositi di salgemma in affioramento sono talmente solubili che sono distrutti dalle acque meteoriche in breve tempo. Il carsismo nei sali si manifesta soprattutto in regioni aride. Il gesso, invece, affiora più di frequente, e per la sua elevata solubilità può portare alla formazione di un sistema carsico complesso. Il gesso si discioglie in acqua secondo una reazione di dissociazione.
  • Rocce silicee: tra le prime citiamo la quarzite e l’arenaria quarzitica, tra le altre si annoverano ad esempio i graniti. La dissoluzione del quarzo è causata dall’idratazione, in cui la silice reagisce con l’acqua per formare l’acido silicico, a sua volta solubile in acqua. Mostrano i segni della dissoluzione (pseudocarsismo) soltanto in alcuni particolari casi: in genere si tratta di rocce molto antiche che hanno attraversato lunghi periodi con abbondanti piogge a temperature piuttosto alte (climi tropicali attuali). Nei graniti non si tratta di un vero processo di dissoluzione, ma di idrolisi, in cui alcuni minerali (feldspati) si alterano reagendo con l’acqua, mentre i prodotti dell’alterazione (argille) sono portati via dall’acqua.
• Condizioni particolari strutturali e tessiturali della roccia: la dissoluzione avviene con maggiore efficacia in presenza di condizioni strutturali e tessiturali adatte, date dalla presenza di discontinuità (come fratture) e dalla loro permeabilità (capacità di lasciar passare l’acqua).
• Particolari condizioni morfo-climatiche: la dissoluzione avviene naturalmente solo dove è presente acqua in forma liquida, e quindi in zone temperate o tropicali. In aree in cui piove pochissimo (quindi zone aride), oppure in cui predomina il ghiaccio, il processo carsico tenderà ad avere scarsa efficacia.

La solubilità dei carbonati e il ruolo della CO₂

Più c’è CO₂ più le rocce carbonatiche avranno naturalmente un’elevata solubilità. L’anidride carbonica è presente nell’atmosfera e nell’aria contenuta nel suolo. La sua concentrazione in una miscela di gas è normalmente espressa in pressione parziale (in %). Più aumenta la pressione parziale di CO₂ nell’aria e sulla superficie aria-acqua, più CO₂ verrà disciolta in acqua. Il suolo è la fonte più importante di questo gas.

La reazione di dissoluzione

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ↔ Ca²⁺ + 2HCO₃^-

Si tratta quindi di una reazione che si può svolgere sia verso destra (sciogliendo il carbonato di calcio), sia verso sinistra (depositandolo).

I fattori che influenzano la dissoluzione

• CO₂: maggiore è disciolta in acqua e più acida è la soluzione.
• Durezza: percentuale di carbonato di calcio disciolto in acqua.
• Temperatura: se la soluzione acquosa si raffredda la si rende più aggressiva. Il carbonato di calcio è più solubile in acque fredda, a causa del fatto che l’anidride carbonica è più solubile in acqua a temperatura più bassa.
• Pressione idrostatica: il suo aumento fa incrementare la solubilità dell’anidride carbonica e conseguentemente del carbonato in acqua.
• Dissoluzione incongruente: questa si verifica quando due sostanze minerali differenti introducono nel solvente (H₂O) uno ione in comune. Ciò causa un abbassamento della solubilità di ambedue i minerali.

Il paesaggio carsico

Si svilupperà là dove i processi di dissoluzione saranno dominanti rispetto agli altri. Il paesaggio carsico è caratterizzato dall’assenza dell’idrografia superficiale e dall’abbondanza di cavità sotterranee.

La formazione di un sistema carsico

Nelle rocce carbonatiche le grotte si formano essenzialmente grazie a due tipi di processi in cui l’agente è l’acqua: processi chimici (dissoluzione della roccia e corrosione) e processi fisici (erosione fluviale e gravitativa). Le acque coinvolte possono essere di origine:

• Epigeniche: acque meteoriche ricche di acido carbonico.
• Ipogeniche: acque profonde, termali o minerali, ricche di acido solforico.

Una volta che una roccia viene a contatto con le acque meteoriche la nascita di un sistema carsico avviene con l’instaurarsi di un gradiente idraulico e attraverso la successione di tre principali fasi:

• Formazione di protocondotti: l’acqua si muove nelle discontinuità in condizione sature (erosione chimica).
• Configurazione della rete di drenaggio preferenziale.
• Allargamento veloce dei condotti e maggior conducibilità idraulica. C’è un flusso turbolento (erosione fisica) e la formazione di un livello piezometrico (definisce la quota reale della falda in metri sul livello del mare).

Tipi di assetti strutturali

• Assetto tabulare: ha un aspetto a gradini, in cui si alternano piani a sviluppo prevalentemente orizzontale (livelli più carsificabili o a minor permeabilità) e zone prevalentemente verticali che collegano i vari piani.
• Assetto monoclinale (strati uniformemente inclinati): i sistemi carsici assumono un andamento che rispecchia la struttura geologica e sono caratterizzati da condotti di origine vadosa (meteorica) che tendono a seguire l’immersione degli strati.
• A pieghe: In presenza di pieghe, avremo sostanzialmente situazioni riconducibili all’assetto monoclinale con inclinazione diversa.

Le forme carsiche

Tra queste due forme esistono dei complessi funzionali dati dalla combinazione di forme appartenenti ai due gruppi. Le due forme sono:

• Epigee (forme di superficie): esiste una vasta gamma di forme carsiche di superficie molto diverse, comprese tra i pochi centimetri e parecchi chilometri:
  • Microforme: forme minori con dimensioni da centimetriche a metriche. Sculture provocate dalla corrosione per ruscellamento su superfici di affioramenti rocciosi. Sono dette solchi o karren. Si formano su strati rocciosi leggermente inclinati che affiorano dal terreno. Un insieme di numerosi karren costituisce i campi solcati o carreggiati. I solchi a loro volta possono essere distinti in:
    • Scannellature: piccoli solchi rettilinei subparalleli, separati tra loro da sottili creste aguzze. La lunghezza delle scannellature è di 10-60cm, la larghezza di 1-3cm e la profondità di 0,2-2cm. Si trovano su superfici con inclinazioni varie, in prossimità degli spartiacque fra i piccoli bacini idrografici nei quali è suddivisibile la superficie rocciosa dei campi solcati.
    • Vaschette: sono cavità chiuse, a perimetro subcircolare, della lunghezza compresa tra i 5cm e alcuni metri, con fondo piatto disposto orizzontalmente.
    • Impronte: si tratta di piccole cavità a fondo piatto e contorno semicircolare, aperte da un lato, situate su superfici non molto inclinate. Il diametro del fondo piatto si aggira intorno ai 10cm.
    • Fori: sono piccole cavità a sezione subcircolare paragonabili a vere e proprie microcaverne.
    • Crepacci carsici: è una forma intermedia tra microforme e macroforme. Sono solchi di larghezza variabile con profondità e lunghezza considerevoli. Si trovano in corrispondenza di fratture e possono restringersi verso il basso o terminare su uno strato sottostante.
  • Macroforme: forme di dimensioni più che decametriche, riconducibili a processi di infiltrazione dell’acqua. Le varie forme sono:
    • Le doline: sono depressioni di dimensioni variabili comprese per il diametro fra 10 e 1000 metri e per profondità tra i 2 e i 200 metri. Il fondo delle doline corrisponde a un punto di assorbimento concentrato dell’acqua (detto inghiottitoio). L’acqua viene assorbita attraverso le vie sotterranee. Spesso il suolo o il detrito mascherano gli inghiottitoi. Quando due o più doline si fondono si forma una dolina detta dolina coalescente. Le doline si possono formare in due modi:
      • Doline di soluzione normale: si originano per dissoluzione della roccia da parte dell’acqua di ruscellamento superficiale in movimento centripeto (che tende verso il centro) verso un punto assorbente che diventa il centro di una forma chiusa che si approfondisce sempre di più e un luogo di corrosione accelerata.
      • Doline di collasso o di crollo: sono cavità spesso a pozzo nei calcari o in altre rocce solubili, formatesi per il crollo del soffitto di grotte.
      • Doline alluvionali: sono delle conche chiuse che si formano in materiali alluvionali in seguito all’originarsi, in rocce solubili sottostanti, di cavità carsiche di soluzione sub-superficiale o di crollo.
      • Doline di subsidenza in roccia: sono cavità che si formano in rocce coerenti e permeabili ma non solubili che poggiano su rocce solubili. La formazione di cavità carsiche nelle rocce solubili provoca fenomeni di crollo e subsidenza nelle formazioni rigide sovrastanti.
    • Le uvala: forme più grandi delle doline che possono derivare dall’unione di più doline.
    • Le polje: sono grandi depressioni chiuse, con dimensioni superiori al chilometro, dal fondo pianeggiante che possono talvolta ospitare laghi temporanei. Caratteristico è il contatto tra la zona suborizzontale ed i margini relativamente ripidi.
    • Cockpit: tipico delle regioni caldo-umide, si tratta di raggruppamenti di doline a stretto contatto e contorno poligonale separati da strette insellature e picchi di forma conica o a torre. Quando le depressioni di un carso a cockpit raggiungono la zona satura inizia un allargamento delle depressioni stesse e lo smantellamento delle colline. Il paesaggio evolve in un polje in cui possono restare dei picchi residuali (Hum) relitti degli spartiacque originari.
    • Valli carsiche: come le gole e i canyon. Si tratta di profonde forre dai ripidi versanti in roccia il cui fondo può essere percorso da un fiume oppure asciutto; nel primo caso il fiume può provenire da un territorio costituito da rocce insolubili. Il risultato della carsificazione di valli fluviali modellate in rocce solubili sono:
      • Le valli morte: manca di un corso d’acqua sul fondo, che è cosparso di punti di assorbimento visibili o mascherati da depositi alluvionali o detritici.
      • Le valli cieche: ha invece un corso d’acqua, ma questo non arriva a defluire alla foce per una via superficiale. L’acqua viene assorbita da un inghiottitoio che si apre da una grotta contro una parete calcarea, a valle.
• Ipogee (forme di profondità): le grotte sono cavità accessibili all’uomo. Prendono il nome di gallerie se presentano un andamento suborizzontale. Prendono il nome di pozzi se presentano un andamento subverticale. Si riconoscono tipicamente tre zone caratterizzate da flussi idrici:
  • Zona vadosa: è la zona più superficiale di percolazione (passaggio lento di un liquido attraverso una massa porosa) in cui l’acqua presente, soprattutto dopo le precipitazioni piovose, ha circolazione essenzialmente verticale attraverso fessure cavità e pori. In questa zona sono più comuni i pozzi la cui profondità può arrivare fino a diverse centinaia di metri.
  • Zona epifreatica: in questa zona si formano delle condotte con un solco di erosione sul fondo. Sono forme derivate dall’erosione del fondo da parte di acqua corrente a pelo libero. Il solco viene scavato quando si verifica un mutamento delle condizioni idriche da quelle “in pressione” a quelle “vadose”. La sezione trasversale tende ad assumere un aspetto caratteristico “a buco di serratura”.
  • Zona freatica: l’acqua è sempre presente e circola grazie alla pressione. Nelle grotte ora asciutte si trovano ben conservate e talvolta presentano sulle pareti tipiche ondulazioni date dalle “impronte di corrente”.

Le forme di deposito

• Stalattiti: forme cilindriche o coniche pendenti dal soffitto e spesso sottili e qualche volta lunghe parecchi metri. L'acqua che esce a soffitto forma una goccia che resta appesa fino a che non raggiunge una dimensione sufficiente affinché la gravità ne provochi il distacco. Durante questo tempo si può avere uno squilibrio della CO₂ fra la goccia e l'aria, cosicché l'anidride carbonica diffonde nell'aria. Si deposita allora del calcare lungo il cerchio di contatto fra la goccia e la roccia, formando un anello di calcare. La stalattite cresce accumulando calcare su questo anello di calcare, e formando così un tubicino (dal diametro di 5-10mm). L'evoluzione della concrezione dipende dalla intensità del flusso d'acqua. Dentro è cava.
• Stalagmiti: forme cilindriche tozze che si accrescono verso l’alto a partire dal pavimento. Alcune raggiungono l’altezza di 30 metri. Sono formate dalle gocce che cadono al suolo e, ancora sovrassature, depositano il calcare presso il punto di caduta. Si forma così una deposizione arrotondata a cupola su cui poi cresce la stalagmite per deposizione di successive gocce. Le stalagmiti hanno una forma arrotondata, più tozza rispetto alle stalattiti. Non essendo limitate dalla gravità arrivano a dimensioni enormi, fino a 60-70 metri di altezza.
• Colonne: derivano dalla fusione di una stalagmite con una stalattite.
• Colate e vele: si formano per scorrimento di veli o gocce d’acqua su pareti inclinate.

La formazione del cristallo di aragonite

Il carbonato di calcio precipita anche in una seconda forma cristallina, l'aragonite. Questa forma cristalli molto sottili e allungati, come spine, di colore spesso bianco.

L'ambiente periglaciale

Per ambiente periglaciale si intende un ambiente freddo, indipendentemente dalla distanza dai ghiacciai.