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IL CARSISMO NEI GESSI CON PARTICOLARE RIGUARDO A QUELLI DELL'EMILIA ROMAGNA Paolo Forti (Istituto Italiano di Speleologia, Università di Bologna ) INTRODUZIONE Fino a pochissimi anni addietro (FORTI, 1987a) il carsismo nei gessi era ritenuto essere quasi "il parente povero" di quello nei calcari: si riteneva infatti che tutto dovesse essere a scala minore, dall'estensione delle formazioni alla dimensione delle cavità, per non parlare delle concrezioni o mineralizzazioni secondarie che si volevano praticamente assenti, per questo era stato da sempre se non trascurato certo meno considerato ed analizzato. Procedendo nelle esplorazioni speleologiche però ci si è accorti che enormi territori (in Russia, negli Stati Uniti, Cina etc.) (AA.VV. 1986,1987; GORBUNOVA K.A., 1979) presentano affioramenti di gesso, essenzialmente di età Permiana, ma anche Triassica o Messiniana. Tali territori sono ancora per lo più inesplorati, ma le poche spedizioni speleologiche che vi si sono addentrate hanno sempre incontrato grandi sistemi carsici che nulla avevano da invidiare, anche dal punto di vista delle formazioni secondarie, a quelli presenti nei massicci calcarei. Anche la convinzione che nel gesso le grotte dovessero essere di minore sviluppo rispetto a quelle nei calcari si è dimostrata completamente errata: infatti in Ukraina esistono grotte in gesso di oltre 200 Km. di lunghezza e con potenziali esplorativi ancora notevoli. Certo dal punto di vista della massima profondità (cosa che sta particolarmente a cuore agli speleologi di tutto il mondo) i gessi sono ancora avari, ma quello che è importante è che oramai si sa che costantemente tutta la parte di affioramento gessoso che si trovi al di sopra del livello freatico viene rapidamente carsificata con condotte di dimensioni umane .... il raggiungimento di nuovi record di profondità dipende quindi solamente dalla ricerca di gessi "più spessi". In Italia molte sono le regioni che possiedono aree carsiche gessose (essenzialmente Triassiche o Messiniane, ma non solo): la Sicilia(circa il 10% del suo territorio), la Calabria (circa il 4%), il Piemonte (1,5%), l' Emilia-Romagna (1%), e via via molte altre (Toscana, Abruzzo, Valle d'Aosta etc.) con percentuali minori. Oggi, nonostante esista, soprattutto in Italia, ma anche in Spagna, Ukraina, Russia e Stati Uniti una maggiore attenzione per i fenomeni carsici in gesso, essi risultano essere ancora molto meno studiati di quelli nei calcari. A fronte di questo, però, ci si è oramai resi conto (FORTI, 1987) che essi sono molto importanti sia perchè presentano morfologie assolutamente perfette, a volte migliori delle analoghe in calcare, sia perchè ne possiedono alcune del tutto peculiari, che derivano da meccanismi genetici che solamente nella roccia gessosa possono estrinsecarsi. Il presente articolo è stato strutturato in modo da fornire un breve inquadramento, ma allo stesso tempo di valenza generale, sulle conoscenze attuali nel campo del carsismo e della speleologia nei gessi. Lo scopo è quello di spingere una porzione sempre più consistente di speleologi ad interessarsi a questi ambienti, in maniera che essi possano esser sempre meglio conosciuti e studiati. Considerato il livello esplorativo attuale delle aree carsiche non solo mondiali ma anche italiane, per rimanere in luoghi a noi più limitrofi, siamo assolutamente certi che tutti coloro che si vorranno "dedicare" ai gessi saranno ripagati in breve tempo da grandi soddisfazioni sia esplorative che scientifiche. IL PAESAGGIO DEI GESSI A prescindere dall'età delle formazioni gessose affioranti ed anche indipendentemente dal tipo di grana cristallina ed in buona parte anche indipendentemente dalla loro situazione strutturale, a grande scala il paesaggio dei gessi è caratterizzato costantemente dal fatto che quasi sempre essi si trovano in posizione elevata sui litotipi circostanti e pertanto i rilievi gessosi svettano e risultano ben visibili all'orizzonte. La cosa potrebbe apparire a prima vista assai strana, dato che la solubilità intrinseca del gesso è molto elevata (oltre 2,2 grammi/litro) e di conseguenza apparirebbe logico che la demolizione della roccia gessosa affiorante, ad opera delle acque meteoriche, avvenisse con maggiore rapidità di quella delle formazioni limitrofe impermeabili o comunque meno solubili. In realtà avviene l'esatto opposto poichè tutti i litotipi adiacenti ai gessi sono sottoposti ad una erosione meccanica di gran lunga più intensa. La spiegazione è relativamente semplice: il gesso è una roccia carsificabile e pertanto vige, come accade per le rocce calcaree, il ben noto principio dell'inversione del rilievo (GEZE, 1969). In pratica, nelle aree di affioramento delle rocce carsificabili il ruscellamento di superficie è insignificante: le acque meteoriche vengono "assorbite" in modo diffuso dalla roccia, all'interno della quale poi scavano condotti più o meno grandi (le grotte, appunto). L'usuale evoluzione geo-morfologica porta ad avere le formazioni carsificabili sempre emergenti su tutte le altre. Solamente in casi particolari, quali per esempio quelli delle grandi pianure del Nuovo Messico o dell'Ukraina, ove i gessi, con andamento monoclinalico sono sotto una copertura di materiale alluvionale e si estendono per decine o centinaia di chilometri in maniera suborizzontale, il fenomeno dell'inversione del rilievo non è evidenziabile. LE FORME CARSICHE SUPERFICIALI 1 - Le macroforme A grande scala le aree carsiche gessose sono caratterizzate da un grande sviluppo di macroforme quali le Valli Cieche e le Doline. Le valli cieche sono morfologie che si sviluppano nei litotipi non carsificabili al contatto con rocce "permeabili per carsismo". In questi litotipi il ruscellamento delle acque meteoriche incide normali valli fluviali fino al punto in cui emerge la roccia carsificabile, nel nostro caso il gesso. pertanto sul fondo di queste valli si aprono uno o più inghiottitoi attraverso i quali l'acqua prosegue il suo percorso sottoterra. Le maggiori valli cieche si sono sviluppate in Italia a contatto degli affioramenti dei gessi messiniani sia Emiliani-romagnoli (valle cieca dell'Acquafredda nel Bolognese, valle cieca del rio Stella nella Vena del Gesso romagnola,) che siciliani (valle cieca dei Biviere a Santa Ninfa etc.), mentre minori risultano esser le dimensioni delle omologhe forme nei gessi triassici, probabilmente anche per una loro minore tenacità. L'altra forma carsica di grandi dimensioni assai diffusa nei gessi è la dolina. Le doline sono depressioni generalmente imbutiformi, prodotte dalla dissoluzione della roccia ad opera delle acque di precipitazione meteorica: di norma presentano al fondo una cavità assorbente subverticale in cui si riversano tutte le acque piovane raccolte dalla dolina stessa. La superficie e la profondità delle doline sono molto variabili: il loro sviluppo è condizionato da un insieme di fattori, che vanno dalla situazione tettonico-strutturale dell'affioramento alla quota relativa del piano di campagna rispetto alla zona di saturazione all'interno del massiccio. In generale, osserveremo doline maggiori in zone di non alta tettonizzazione, con notevoli spessori di roccia gessosa al di sopra della falda. Nei gessi dell'Emilia-Romagna si va da pochi metri di diametro e di profondità fino a valori che sfiorano i 500 metri di diametro ed oltre i 100 metri di profondità (dolina della Spipola, nel Bolognese). Lo sviluppo delle doline è controllato, come appena detto dalle lineazioni tettoniche: faglie e sistemi di fratture facilitano l'infiltrazione delle acque all'interno della roccia gessosa. E' facile, per questo motivo, osservare doline allineate secondo una direzione ben precisa, appunto quella del disturbo tettonico che ne è condizionato e ne condiziona la storia evolutiva. Pur raggiungendo, come abbiamo appena visto, dimensioni ragguardevoli, gran parte delle morfologie macroscopiche dei gessi dell'Emilia-Romagna sono giovani, essendo nate a partire dal tardo Quaternario quando l'erosione differenziale (con conseguente inversione del rilievo) ha cominciato a fare emergere i gessi dalle formazioni vicine. Va qui accennato che, sempre per i gessi dell'Emilia-Romagna, esistono chiare interrelazioni tra gallerie carsiche, livelli di sorgenti, terrazzi fluviali e variazioni del livello del mare Adriatico, le quali sembrano indicare che la carsificazione dei gessi, quale attualmente vediamo, sia qui iniziata solo poche centinaia di migliaia di anni addietro e che comunque i fenomeni conobbero il loro maggior sviluppo nell'ultimo postglaciale, essenzialmente durante i periodi caratterizzati da forti precipitazioni (FORTI & FRANCAVILLA, 1990). Ancora oggi l'evoluzione geomorfologica locale è molto rapida e provoca, in breve arco di di tempo, la nascita di nuove piccole doline e l'apertura di nuovi pozzi assorbenti. A grande scala le modalità evolutive del paesaggio nei gessi sono sicuramente le medesime anche se sono state studiate in dettaglio solamente nel caso degli affioramenti evaporatici dell'Emilia-Romagna come schematizzate nella Fig. 1. Mentre il gesso andava "emergendo", la rete di drenaggio superficiale (Fig. 1a), impostata sulle linee di discontinuità esistenti, iniziava la suddivisione in blocchi della dorsale gessosa. I fiumi principali possedevano sufficiente energia per tagliare da parte a parte i gessi, mentre questi si sollevavano (sia in senso assoluto che relativo), per allargare le loro valli e mantenere un percorso subaereo. I torrentelli minori avevano assai meno energia e di conseguenza i loro bacini si "isolavano" in forma di valli cieche, alimentando cavità o sistemi carsici sotterranei (Fig. 1b). Contemporaneamente, iniziava la formazione di doline nella parte superiore degli affioramenti gessosi, ove peraltro restavano fossilizzati alcuni tratti di paleovalli fluviali. L'approfondimento delle valli principali ovviamente provocava un progressivo abbassamento del locale livello di base carsico, innescando l'apertura di nuovi inghiottitoi e risorgenti a quote meno elevate: le acque sotterranee abbandonarono così lunghi tratti di gallerie, in alcuni casi ancor oggi perfettamente conservati. Qualora rallenti la velocità di abbassamento del livello di base e quindi la velocità dell'escavazione fluviale, l'evoluzione delle valli subaeree è essenzialmente il risultato dell'erosione regressiva, mentre le grotte si ampliano anche a seguito di processi di condensazione, molto più lenti, attivi sulle volte. Questi due fenomeni paralleli causano la parziale o totale trasformazione dei fiumi sotterranei in superficiali, con la creazione di nuove valli secondarie, spesso a forra (Fig. 1d). Queste ultime, nel caso si riattivi una fase di approfondimento vallivo sufficientemente rapido, possono a loro volta essere abbandonate in tale stato dall'acqua, alla continua ricerca di percorsi più diretti (ne è un esempio il paleoalveo a cielo aperto della Tanaccia, più noto con il nome di Buchi del Torrente Antico).
2 - Le microforme L'alta solubilità del gesso rispetto a quella del calcare e la sua grana cristallina, che normalmente raggiunge nel gesso selenitico dimensioni centimetriche, fanno sì che le microforme superficiali, così comuni nelle aree carsiche classiche, nei gessi siano piuttosto rare (FORTI, 1987a), inoltre alcune morfologie, quali le kamenitze, risultano essere del tutto assenti, a causa del fatto che sui gessi non si possono instaurare i meccanismi di corrosione biologica (basati sull'aggressione del carbonato di calcio da parte dell'anidride carbonica di origine biotica), che sono alla base dello sviluppo di queste forme. L'unica microforma sufficientemente diffusa è quella dei karren: le sue caratteristiche però risultano essere assolutamente controllate dalla grana cristallina, più che dalle caratteristiche litologico-strutturali, dall'età della formazione o dal clima dell'area. Minore è la grana cristallina, più sviluppati risultano essere i karren, mentre le dimensioni trasversali e la profondità di questi solchi di dissoluzione sono direttamente proporzionali alla dimensione media degli elementi cristallini nella roccia gessosa affiorante. Ciò dipende dal fatto che la dissoluzione dei singoli cristalli ad opera delle acque meteoriche porta ad una disarticolazione del tessuto cristallino con facilità di dilavamento degli elementi così corrosi e conseguente impossibilità di evoluzione per forme di corrosione superficiali di dimensioni inferiori o uguali ai cristalli stessi. In generale quindi è abbastanza facile osservare i karren su gessi microcristallini, quali di norma sono quelli permiani o triassici, mentre nei gessi messiniani queste morfologie risultano molto più rare, anche se nei gessi di Santa Ninfa, in Sicilia, in un caso si sono osservati grandi e splendidi karren su gessi a grana centimetrica (AA.VV., 1989). Discorso assolutamente analogo va fatto per tutte le altre microforme carsiche (Crestine, denti etc.), che risultano essere assai più rare dei karren, ma che sono comunque controllate geneticamente dalla grana cristallina del gesso. Da ultimo va citato che in zone particolarmente aride quali le aree gessose del Nuovo Messico sono stati anche osservati microkarren e microvaschette di dissoluzione (di genesi quindi differente dalle kamenitze) impostatisi sul piano di sfaldamento di monocristalli di gesso secondario (di dimensioni metriche): in questo caso, ovviamente non è risultato valido il rapporto grana cristallina - dimensioni delle microforme e questo perchè, dato lo sviluppo dei cristalli, essi in realtà si presentavano rispetto alla pioggia come un materiale assolutamente omogeneo ed equivalente ad un calcare a grana piccolissima. In questo caso le meandrizzazioni dei karren e la forma dei bordi delle microvaschette risultavano controllate dai piani reticolari del macrocristallo su cui si erano formate. Le caratteristiche tessiturali, tipiche dei gessi messiniani a grana cristallina centimetrica, hanno permesso lo sviluppo di forme assolutamente peculiari quali le candele e le bolle di scollamento. Le prime sono forme di dissoluzione-erosione ben note da tempo nei gessi emiliano-romagnoli, essendo state descritte già nel secolo scorso (CAPELLINI, 1876). Si tratta di solchi subverticali, profondi anche un metro ed alti sino a 10 metri, che si sviluppano attorno agli imbocchi degli inghiottitoi sovrastati da ripide pareti di roccia viva sulle quali, per la mancanza di copertura vegetale, l'acqua può ruscellare con una certa energia. Sono molto belle le candele presenti all'interno del Parco Carnè nella Vena del Gesso Romagnola o quelle del Buco delle Candele nel Bolognese, ma le più grandi e ben sviluppate si trovano, a livello delle conoscenze attuali, nei gessi di Sorbas in Spagna. L'altra forma peculiare, le bolle di scollamento, pur essendo assai diffusa in tutti gli affioramenti gessosi di età messiniana, non era stata presa in alcuna considerazione sino a pochi anni or sono, quando è stata descritta nei gessi messiniani di Sorbas in Spagna (CALAFORRA, 1986; PULIDO BOSCH, 1986), di Bologna (FORTI, 1987b), e di Santa Ninfa in Sicilia (AA.VV., 1988). Le bolle di scollamento sono rigonfiamenti sferoidali, o più frequentemente ellissoidali, delle bande cristalline più superficiali di uno strato di gesso; si formano esclusivamente nelle zone dove la roccia è scoperta e di norma, ma ciò non è strettamente necessario, la stratificazione è suborizzontale (v. Fig. 2).
Per la "crescita" di queste strutture è necessario che la stratificazione interna al banco gessoso non sia molto potente (mai superiore ai 50-60 cm.). Inizialmente si verifica lo scollamento progressivo di un livello corticale rispetto a quello immediatamente sottostante: questo distacco è facilitato se tra le bande cristalline coinvolte esiste un anche minimo velo argilloso. La parte centrale si innalza, sempre ad opera delle spinte compressive laterali che si sviluppano per l'aumento di volume di questo straterello: aumento di volume a sua volta determinato dalla disarticolazione del tessuto cristallino per l'azione combinata degli agenti meteorici (umidità, variazioni di temperatura etc.). Spesso alla sommità della bolla si osservano dei fori subcircolari che, nei casi di maggiori dimensioni, permettono di entrare all'interno della stessa. Con il passare del tempo il progressivo ampliarsi del foro sommitale provoca la demolizione totale di questa morfologia che forse è quella, sui gessi, a più rapido sviluppo (si calcola che l'evoluzione completa, dall'iniziale distacco alla distruzione totale della bolla, non comporti più di un centinaio di anni). Recentemente, nel deserto del Nuovo Messico, è stato possibile osservare una certa quantità di bolle di scollamento nei gessi permiani che vi affiorano: tali gessi hanno una grana cristallina in generale minore di quella degli omologhi messiniani, ma le condizioni climatiche più spinte hanno permesso ugualmente l'evoluzione di bolle di scollamento, anche se di minori dimensioni. I MOTIVI DELL'ASSENZA DI MICROFORME SOTTOCUTANEE NEI GESSI Una delle cose che maggiormente differenzia il carsismo nei gessi da quello nei calcari è la totale assenza di forme sottocutanee, che sono invece assolutamente comuni e diffuse in questi ultimi. Il motivo di questa diversità va ricercato innanzitutto nel differente meccanismo di aggressione esplicitato dall'acqua di infiltrazione meteorica a livello della superficie di calcare o di gesso. Nel caso dei litotipi carbonatici il meccanismo è essenzialmente di corrosione carsica ad opera della anidride carbonica disciolta e pertanto il fatto stesso che l'acqua prima di arrivare a livello della roccia abbia attraversato uno strato di suolo pedologico ne aumenta grandemente il potere corrodente, a causa del concomitante aumento nella concentrazione della CO 2.Nel caso dei gessi, il meccanismo prevalente è quello della dissoluzione semplice, per nulla influenzata dall'attraversamento di un suolo pedologico. Inoltre la solubilizzazione del gesso, essendo cineticamente controllata dalla diffusione dallo strato limite alla soluzione (v. Fig. 3), dipende fortemente dalla turbolenza dell'acqua che scorre a contatto con la superficie gessosa.
Le condizioni normali al di sotto della copertura di un suolo sono tali da diminuire moltissimo la quantità d'acqua che arriva in contatto diretto della roccia, da evitare generalmente il moto turbolento di quest'ultima, tranne che in contatto di fratture assorbenti, e da diminuirne la velocità e quindi trasformare il moto dell'acqua da turbolento a laminare. Se a questi fattori si aggiunge poi che i macrocristalli di gesso, presentando grandi facce assolutamente lisce, non vengono praticamente "bagnati" dall'acqua che vi fluisce sopra, si comprenderà benissimo come in generale nelle rocce gessose non saranno mai presenti forme sottocutanee. Le uniche morfologie che possono svilupparsi nei gessi sotto copertura sono quelle causate dal flusso dell'acqua nelle zone limitrofe ai punti di assorbimento. Se la quantità d'acqua in gioco è molto grande si ha l'evoluzione di doline di dissoluzione sottocutanea (molto comuni per esempio nell 'area dei gessi permiani di Pinega nella Siberia del Nord) (FORTI, 1990); se viceversa la massa d'acqua in gioco è minore si ottengono piccole incisioni a candela in corrispondenza delle fratture beanti, quali quelle che possono osservarsi, essendo state messe a nudo dall'attività estrattiva, sulla parete della Cava Filo nei Gessi messiniani di Bologna. LA CIRCOLAZIONE IDRICA NEI GESSI QUALE FATTORE CONDIZIONANTE LA SPELEOGENESI Le caratteristiche peculiari della roccia gessosa influenzano la possibilità di infiltrazione dell'acqua e quindi, in ultima analisi, la carsificazione stessa. Tali caratteristiche possono esser riassunte nelle seguenti: alta solubilità, facile erodibilità, bassissima porosità primaria e bassa densità di fratture. Le rocce gessose, specialmente quelle macrocristalline (quali quelle selenitiche messiniane) sono pochissimo permeabili per porosità. L'infiltrazione prima, e la circolazione ipogea poi, avviene quindi esclusivamente lungo linee strutturali (fratture, faglie o interstrati). Queste relazioni tra situazioni strutturali e fenomeni carsici appare ben evidente se si raffrontano le direzioni di allungamento delle principali cavità carsiche con l'andamento delle linee di disturbo tettonico presenti nell'area (JAKUS, 1977; FINOTELLI et AI., 1986). In questo senso l'evoluzione del carsismo nei gessi risulta esser relativamente più "semplice" di quello analogo in rocce carbonatiche ove, pur essendo sempre molto forte, il controllo strutturale non è totale, influendo anche in alcuni casi particolari (PASSERI, 1968) la porosità primaria. L'elevata solubilità dei gessi (circa 2,2 g/l) e la loro facile erodibilità meccanica ad opera di flussi canalizzati (soprattutto lungo le superfici di interstrato), fanno sì che l'evoluzione dei condotti sia generalmente molto rapida, come anche la loro classazione, comportando di norma tempi di sviluppo di 1-2 ordini di grandezza inferiori a quelli richiesti in ambiente carbonatico. Questo comporta la formazione rapida di gallerie che collegano direttamente i punti di immissione ai recapiti, con la creazione di cavità molto semplici e poco ramificate. Le fratture minori, non interessate dai flussi idrici diretti, tenderanno a sigillarsi sia per l'accumulo di depositi fisici (argilla, silt) sia per la deposizione di gesso secondario susseguente all'idratazione di eventuale anidrite presente o alla evaporazione di soluzioni sature durante i periodi di magra. Per quanto detto si può quindi affermare che l'evoluzione speleogenetica nei gessi è rapidissima lungo le linee principali di deflusso e nulla da tutte le altre parti. Dal punto di vista idrogeologico possiamo quindi dire che le grotte in gesso sono schematizzabili come una rete di drenaggio a primario fortemente dominante con un'unica condotta principale in cui si riversano via via affluenti secondari. In pratica le grotte in gesso risulteranno esser costituite da lunghi tratti di gallerie suborizzontali raccordati da pozzi verticali (v. Fig. 4).
Solamente in casi particolari, con grandi masse d'acqua che fluiscono lentamente in condizioni epifreatiche in formazioni altamente tettonizzate, ma con assetto monoclinalico suborizzontale, si possono ottenere " pattern labirintici bidimensionali", come nel caso dell'Ukraina (Jacuks, 1977, FORD, 1990). In tutti gli altri casi, l'idrodinamica all'interno delle formazioni gessose risulterà, per lo scorrimento rapido delle acque, del tutto simile a quella che caratterizza un fiume esterno. La velocità di sviluppo delle condotte carsiche nei gessi ha, come conseguenza, da una parte il dimensionamento delle stesse per le massime portate possibili (cioè quelle di piena), con conseguente nessuna o minima oscillazione del livello della falda, anche sospesa; dall'altro la creazione di cavità carsiche a più piani sovrapposti che si sviluppano di mano in mano che la quota dei recapiti varia per abbassamento o innalzamento del livello di base. La messa in equilibrio con il nuovo livello di base è breve nel tempo, anche se può variare da luogo a luogo in funzione della portata del corso d'acqua sotterraneo e del gradiente idraulico. A questo proposito, nel sistema Spipola-Acquafredda nel Bolognese si è potuto osservare (v. Fig. 5) come a causa di un abbassamento della superficie di falda di circa 10 metri a livello della risorgente, abbassamento repentinamente indotto dai lavori di una cava, si è attivato un processo speleogenetico che procedeva rapidamente controcorrente; dopo appena 10 anni il fiume sotterraneo, anche nei periodi di piena, non scorreva più nel suo vecchio alveo a oltre 500 m. dal recapito, mentre in magra risultava secco per ulteriori 300 m. Se ne può dedurre che condotte carsiche per almeno 200 l/s (tale è la portata di piena del sistema ricordato) siano state "scavate" alla velocità di circa 50 metri l'anno (FORTI & FRANCAVILLA, 1990).
L'elevata velocità di scorrimento e di raccordo con il livello di base locale fa sì che in generale le cavità carsiche nei gessi siano caratterizzate da lunghe condotte suborizzontali, raccordate ai punti di immissione da pozzi verticali. La stessa morfologia delle condotte all'interno delle formazioni gessose, vista la bassa capacità di immagazzinamento, dipende, come vedremo più avanti, direttamente dallo scorrimento delle acque successivo all'infiltrazione e quindi in ultima analisi dall'andamento delle precipitazioni. Un'altra differenza fondamentale tra il carsismo in calcare e quello in gesso sta nel fatto che in quest'ultimo non esistono meccanismi di "carsificazione profonda", quali per esempio l'effetto Bogli, l'effetto acidi forti o i tanti altri attivi nei massicci carbonatici e che permettono di trasformare in aggressive acque ormai sature: ciò è essenzialmente dovuto al fatto che lo ione solfato ha un comportamento chimicamente del tutto differente rispetto a quello carbonato. Non entreremo qui nel merito di queste differenze di comportamento chimico, ma sarà sufficiente notare che questo fatto combinato alla bassa porosità e alla bassa fratturazione, comporta l'impossibilità pratica di evoluzione di grotte in gesso al di sotto del livello freatico (FORTI & FRANCAVILLA, 1991) (v. Fig. 6).
Solamente nel caso particolare di una conformazione strutturale tale che permetta una iniezione basale di acqua insatura rispetto al gesso (v. Fig. 7), nel caso cioè di una alimentazione dal basso dell'acquifero gessoso, si potrà avere l'evoluzione di gallerie freatiche che avranno un andamento simile a quelle che caratterizzano le grotte in gesso normali, con l'unica differenza che inizialmente si avranno gallerie verticali ascendenti e quindi gallerie suborizzontali poco al di sotto della superficie piezometrica. Tali casi, comunque, sono assai rari ed attualmente non documentati dal punto di vista speleologico, ma solamente da evidenze idrogeologiche (PULIDO BOSCH, 1986).
I PRINCIPALI MECCANISMI DI FORMAZIONE DELLE GROTTE Abbiamo già accennato in precedenza al fatto che perchè si abbia carsificazione profonda nei gessi è necessario che l'acqua possa penetrarvi attraverso fratture beanti, sottolineando come la speleogenesi sia controllata dalle varie situazioni strutturali locali. Tuttavia, a causa dell'elevata solubilità della roccia, in genere le originarie morfologie tettonico-strutturali non si conservano oppure non sono individuabili negli ambienti ipogei: infatti è sufficiente il passaggio di una piccola quantità d'acqua per un tempo relativamente modesto per mascherarne ogni traccia, sostituita con forme di chiara origine dissolutiva o modificata dai crolli. I meccanismi che possono portare all'allargamento delle discontinuità primarie sono essenzialmente 3: la dissoluzione semplice, la condensazione e la corrosione ipercarsica. La carsificazione dei gessi, comunque, è in primo luogo opera della dissoluzione semplice. Per farsi un'idea di quanto la dissoluzione possa essere efficace, basti pensare che nel sistema rio Stella-rio Basino (FORTI et Al., 1989) scorre un fiume sotterraneo con portate medie di oltre 10 l/s: tenendo conto della velocità con la quale si raggiunge l'equilibrio di solubilizzazione, ogni secondo dal sistema escono 40 grammi di roccia, il chè teoricamente porta, nell'arco di un anno, alla creazione di un vuoto corrispondente ad un cubo di circa sette metri di lato. A questo processo carsogeno, di gran lunga il più efficace, si affiancano, in ordine di importanza quantitativa, la corrosione per condensazione (CIGNA & FORTI, 1986) e l'effetto dell'anidride carbonica disciolta (FORTI & FABBRI, 1981). L'azione corrosiva esplicata dalla condensazione ha luogo in quanto aria esterna calda e umida entra in ambienti (quelli di grotta) più freddi e, diminuendo la sua temperatura, diviene sovrasatura di vapor acqueo che condensa sulle pareti e soprattutto sulle volte delle cavità. L'acqua così depositatasi è ovviamente pressoché distillata e pertanto risulta assai aggressiva nei confronti della roccia gessosa. Il clima continentale temperato, caratteristico dell'Emilia-Romagna fa sì che questo effetto sia particolarmente marcato, al punto che calcoli fatti per il sistema carsico della Spipola, nei Gessi bolognesi, hanno dimostrato come nell'arco dell'anno questo effetto sia responsabile della dissoluzione di ben 5 metri cubi di roccia gessosa, valore che rappresenta circa il 2-3% della dissoluzione complessiva riscontrata nel sistema stesso (CIGNA & FORTI, 1986). Questo meccanismo è particolarmente efficace nelle regioni a clima continentale umido (quali quelle del bolognese), mentre perde un poco di importanza nelle aree con scarse escursioni termiche o con bassissima umidità relativa dell'aria. L'ultimo processo speleogenetico è dovuto alla presenza di anidride carbonica nelle acque di infiltrazione. Quando queste acque raggiungono i gessi ed iniziano a dissolverli, immediatamente si instaurano una serie di equilibri chimici (v. Fig. 8) che, portando alla deposizione di concrezioni di carbonato di calcio (sale molto meno solubile del gesso), causano una solubilizzazione di gesso aggiuntiva.
Questo meccanismo speleogenetico è certamente di gran lunga meno efficace dei due precedenti anche e soprattutto perchè la deposizione di una concrezione calcarea bilancia l'ampliamento dei vuoti nel gesso. E' invece estremamente importante per giustificare l'esistenza di una buona parte delle concrezioni carbonatiche all'interno di grotte gessose: infatti molte concrezioni si sono sviluppate e continuano ad accrescersi in grotte scavate nel gesso affiorante e pertanto è da escludere che tali depositi siano collegati alla dissoluzione, da parte delle acque di infiltrazione meteorica, di sovrastanti strati di marne o altri litotipi calcarei. La corrosione dovuta all'anidride carbonica disciolta è inoltre responsabile dell'evoluzione di alcune forme concrezionarie in carbonato di calcio del tutto particolari ed assolutamente limitate all'ambiente dei gessi, delle quali parleremo in un paragrafo successivo. Come già detto precedentemente tutti e tre questi meccanismi speleogenetici possono essere attivi solamente nella zona non saturata. Questo spiega la quasi totale assenza di morfologie freatiche nelle grotte in gesso. In effetti sino ad ora si era ritenuto che la mancanza di tali forme fosse una conseguenza della rapidità dell'evoluzione speleogenetica che portava ad un loro rapido mascheramento o smantellamento. Va qui comunque accennato che le forme "freatiche" (quali le gallerie subcircolari o i canali di volta) che si osservano in alcune aree gessose, segnatamente quelle polari o del Nuovo Messico, ma anche seppur più raramente nei gessi Emiliano - Romagnoli, non siano in realtà forme realmente sviluppatesi in zona di saturazione, ma viceversa siano tratti di grotte sviluppatesi in zone vadose che, per motivi strutturali (v. Fig. 9) o per motivi idrodinamici locali (dovuti al particolare regime delle precipitazioni), in determinati momenti o anche per lunghi periodi vengono completamente allagati.
LE FORME CARSICHE SOTTERRANEE All'interno delle grotte in gesso possiamo osservare una grande varietà di forme tra le quali le più diffuse ed affascinanti sono quelle tipiche dei tratti di galleria suborizzontali: tra queste sono comuni i meandri che, a volte, si trasformano in veri e propri stretti canyons a pareti sinuose larghi anche pochi decimetri ed alti fino ad alcune decine di metri. Tali canyons rappresentano l'evoluzione gravitativa delle gallerie orizzontali che hanno continuato a mantenersi in equilibrio con il livello dei recapiti, di mano in mano che questi andavano approfondendosi, spesso a seguito dell'erosione fluviale esterna. Sempre comunque sulla volta del meandro è possibile osservare la frattura o i pattern di fratture che hanno dato luogo all'evoluzione successiva di questa forma. Come accennato in precedenza, l'impossibilità pratica del carsismo di spingersi nelle rocce gessose sotto il livello freatico fa sì che nei gessi, a differenza di quanto si verifica nei calcari, le morfologie freatiche siano molto rare e, come accennato in precedenza si siano originate non in vere situazioni di "saturazione". Per di più la rapidità evolutiva delle grotte in gesso di norma non permette il mantenimento di queste classiche forme, presto obliterate da quelle successive sviluppatesi in ambiente vadoso. Tra i pochissimi esempi di tipiche morfologie freatiche esistenti nei gessi dell'Emilia-Romagna, comunque di limitata estensione, possiamo ricordare la condotta forzata a sezione ellittica della grotta del Ragno, i laminatoi dei rami inferiori della grotta della Spipola, nel bolognese, e, in Romagna, una breve condotta a sezione perfettamente circolare nella Grotta Alien a Brisighella ed il tratto denominato "la Penitenza" nell'Abisso Fantini. Infine esiste un unico esempio di "carsismo sommerso" attivo, di notevoli dimensioni, nella Vena del Gesso: l'affluente a sifone del rio Basino. La presenza di questo singolare ramo completamente allagato e di ragguardevole portata è senza dubbio da mettere in relazione con le consistenti dislocazioni tettoniche che interessano localmente l'affioramento gessoso. In zone climatiche particolari, quali quelle polari nel nord della Siberia e quelle continentali aride del Nuovo Messico sono state osservate grandi gallerie subcircolari completamente ricoperte da scallops: anche in questo caso, l'evoluzione di queste morfologie non è stata realmente freatica, nel senso che la condotta forzata si è evoluta al di sopra del livello piezometrico a causa delle grandi variazioni nell'apporto idrico dipendenti dai particolari climi esistenti in questi luoghi, dove per ragioni diametralmente opposte l'acqua circola nelle grotte con grande violenza, ma solo per brevissimi periodi dell'anno. In queste condizioni non si raggiunge sempre il dimensionamento delle gallerie per il massimo flusso possibile e di conseguenza si possono ottenere locali e temporanei innalzamenti del livello idrico con conseguente possibilità di mettere in pressione porzioni più o meno vaste del sistema sotterraneo. Da ultimo è bene notare che, analogamente a quel che succede per le microforme esterne, l'evoluzione di scallops nelle condotte a pressione nei gessi è possibile solamente se la grana cristallina è sufficientemente piccola per permetterne la formazione e se la roccia gessosa è abbastanza tenace. Per questo motivo mentre tali microforme ipogee sono piuttosto comuni nei gessi permiani, divengono rarissime nei gessi triassici o messiniani. Un'altra morfologia molto comune nelle grotte in gesso si sviluppa nelle zone nelle quali si ha l'intersezione di differenti lineazioni strutturali, ed in particolar modo se queste provocano la convergenza di più flussi idrici e quindi di più gallerie: è facile che vengano a crearsi vasti ambienti di crollo nei quali il soffitto è costituito dalla coalescenza delle varie nicchie di distacco dei blocchi caduti. Il pavimento è invece un accumulo, a volte in forma di conoide, di grossi blocchi di frana di dimensioni generalmente metriche. Il maggior salone di crollo conosciuto nei gessi messiniani dell'Emilia-Romagna si trova nella Grotta della Spipola nel Bolognese. Al margine delle fasce, spesso assai ristrette, nelle quali si sono scaricati con maggior forza gli stress tettonici, quindi nelle immediate vicinanze di faglie di una certa entità, può accadere che i banchi gessosi siano stati deformati e forzati a scollarsi (una particolare superficie di debolezza è ovviamente costituita dagli interstrati marnoso-argillosi) ma non risultino troppo fratturati. In tal caso l'avanzare del carsismo può portare alla formazione di sale, o gallerie anche molto ampie ma basse (laminatoi), in cui il soffitto, liscio, non è altro che la superficie basale del banco soprastante mentre il piano di calpestio, altrettanto liscio, è il tetto dello strato che le acque hanno sottoscavato provocandone l' abbassamento (un bell' esempio è rappresentato dalla Sala Piatta della Tanaccia nei gessi di Brisighella) (COSTA & FORTI, 1992). Un altro elemento morfologico molto comune nei gessi di tutto il mondo sono i pozzi verticali, che di norma collegano lungo elementi strutturali subverticali gli inghiottitoi esterni al livello di base attuale o ad un paleolivello da cui altri pozzi scendono sino alla zona attiva: generalmente la sezione del pozzo aumenta di dimensioni con la profondità e tende a divenire sempre più circolare: il diametro massimo è alla base, costituita da un pavimento suborizzontale ingombro di massi di crollo. Questa morfologia "a campana" è tipica dei cosiddetti pozzi a cascata, scavati dall'acqua che precipitava ed in alcuni casi ancora precipita da un livello superiore ad uno inferiore. Un esempio tipico è rappresentato dal grande pozzo (38 metri di profondità) che collega la dolina dell'Abisso Peroni, nei Gessi di Rontana e Castelnuovo, al corso d'acqua ipogeo del complesso Fantini-Mornig-Peroni-Cavinale. A fianco di queste principali forme vadose e freatiche le grotte in gesso ospitano, con uno sviluppo del tutto eccezionale, morfologie di dissoluzione denominate canali di volta e pendenti. I canali di volta sono incisioni meandrizzanti dalla caratteristica forma di "U" rovesciata osservabili su soffitti di gallerie suborizzontali, che si sviluppano, differentemente da tutte le altre morfologie da erosione o da dissoluzione, in maniera del tutto indipendente dagli elementi strutturali presenti, quali piani di stratificazione, litoclasi e fratture in genere. La genesi dei canali di volta è stata spiegata in tempi abbastanza recenti (PASINI, 1974). L'acqua, quando scorre con moto laminare molto lento, tende a depositare le particelle fini di argilla e limo che trasporta in soluzione: il pavimento della galleria viene in tal modo preservato da ogni ulteriore corrosione o erosione e l'acqua, a seguito del progressivo accumulo di sedimenti, viene a scorrere a contatto con il tetto della galleria. E, per corrosione/erosione antigravitativa, il flusso idrico provvede a scavarsi un "letto" incidendo il soffitto. Proprio a causa della bassa energia non è inusuale che l'acqua divaghi scavando più canali di volta, tutti di modeste dimensioni, che, intersecandosi, isolano porzioni gessose simili, ma solo in prima approssimazione, a tozze stalattiti: i Pendenti. Queste morfologie divengono visibili e, in certo qual modo, fossilizzano qualora si instauri un nuovo ciclo erosivo classico (cioè gravitativo) e l'acqua, scorrendo con rinnovata energia, provveda ad asportare in parte o in toto i sedimenti fini depositati in precedenza. Infine, val la pena di accennare alle particolari morfologie a cupole o a grandi megascallops che la condensazione sviluppa rispettivamente sulle pareti aggettanti e sui soffitti di quelle gallerie di grotta ove tale meccanismo speleogenetico può essere attivo: tra le più belle e grandi cupole di dissoluzione da condensazione si trovano nelle grotte di Sorbas in Spagna, ma anche in alcune grotte dell'Emilia-Romagna, quali per esempio il sistema Spipola-Acquafredda tali morfologie sono evidenti e chiare. Da ultimo, pur non essendo forme di origine strettamente carsica, non si può non accennare in questa sede ai mammelloni tipici delle rocce gessose messiniane e particolarmente presenti in alcune grotte romagnole, quale quella di Onferno, o bolognesi (Spipola, Prete Santo ecc.), caratteristiche per gli imponenti e scenografici soffitti appunto "a mammelloni". I mammelloni sono tozze protuberanze di forma conica e di dimensioni variabili, il diametro di base, come avviene nella Grotta di Onferno, può superare i 2 metri. Sono localizzati nella superficie inferiore dei banchi gessosi; il vertice, verso il quale convergono le estremità dei cristalli di gesso "a ferro di lancia" che costituiscono il mammellone, è sempre rivolto verso il basso. L'origine è sedimentaria: con i mammelloni si apre una fase di deposizione del gesso dopo un periodo di sedimentazione argilloso-marnosa lagunare. La forma conica è frutto dell'aggregazione coalescente a "cavolo" del gesso che cristallizza attorno ai primi nuclei. Questa struttura in rapido accrescimento tende a sprofondare sotto il suo stesso peso nel sottostante livello plastico fino a quando le basi di più mammelloni, via via di superficie sempre maggiore, si saldano tra loro dando origine ad un piano di sedimentazione orizzontale (VAI & RICCI LUCCHI, 1976). Poichè i mammelloni non sono comunissimi ed in ogni caso non possiedono il medesimo sviluppo dimensionale è evidente che quest'ultimo doveva essere regolato dalle condizioni sedimentologiche e fisico-chimiche locali. L'acqua corrente ha provveduto ad evidenziare questa morfologia attraverso il dilavamento diretto ma più spesso inducendo il franamento ed il distacco del materiale marnoso ed argilloso inglobante, creando in tal modo ampi saloni il cui soffitto è movimentato, senza soluzione di continuità, da grandi mammelloni. I DEPOSITI FISICI E CHIMICI 1 - I sedimenti fisici Gli inghiottitoi e gli ambienti ipogei dei gessi sono spesso caratterizzati dalla presenza di consistenti depositi fisici (argilla e sabbie, più raramente ghiaie e ciottoli fluitati ), che a volte occludono completamente saloni e gallerie raggiungendo spessori anche di vari metri. Mentre la frazione più grossolana dei sedimenti ha un'origine sempre allogenica, è stata cioè trasportata all'interno della formazione gessosa dai fiumi esterni, diverso è per la frazione più fine. Infatti gran parte di quest'ultima deriva dall'erosione, ad opera delle acque sotterranee degli interstrati marnoso-argillosi che di norma, ma con spessori diversissimi, separano tra loro i vari banchi di gesso, indipendentemente dall'età della formazione. Proprio l'abbondanza di depositi a granulometria fine permette il massiccio sviluppo nelle grotte nei gessi messiniani di morfologie quali i canali di volta ed i pendenti illustrati in precedenza. 2 - I depositi chimici Passando a considerare i depositi chimici (le concrezioni e le mineralizzazioni secondarie), bisogna premettere che esistono ben pochi studi su quest'argomento incentrati sulle grotte in gesso del mondo ed essi sono limitati essenzialmente a pochi casi particolari generalmente relativi a gessi triassici e messiniani dell'Emilia-Romagna: una delle ragioni di questo dato di fatto può essere ricercata nella vecchia convinzione ben radicata, seppure errata, che tali cavità non solo in Emilia-Romagna ma in tutto il mondo ben poco di interessante avessero da offrire da questo punto di vista. Solo di recente, ed in modo ancora assai frammentario e parziale, si sono intraprese ricerche specifiche che pure hanno evidenziato l'esistenza di speleotemi significativamente diversi rispetto a quelli conosciuti per le grotte in calcare e studiati con maggiore assiduità (AA.VV., 1986, 1987, 1989). 3 - I Concrezionamenti Nelle grotte in gesso esistono concrezioni di carbonato di calcio e di gesso. I concrezionamenti calcarei sono abbastanza diffusi anche se, come vedremo più avanti, sono limitati arealmente dalle condizioni climatiche. Le aree in cui abbiamo il massimo sviluppo del concrezionamento carbonatico sono le aree a clima temperato continentale quali appunto l'EmiliaRomagna. In generale si tratta di stalattiti, colate, concrezioni da splash, ecc.. Il loro colore varia notevolmente passando da bianco a giallo, a rossiccio, a bruno scuro. Non mancano le pisoliti altrimenti dette, a causa del loro aspetto e delle modalità di formazione, perle di grotta. Queste concrezioni non mostrano peculiarità rispetto a quelle esistenti, con uno sviluppo molto maggiore, nelle grotte in calcare; senonchè, come si è già accennato, la loro presenza all'interno delle grotte in gesso affiorante o comunque non sovrastato da formazioni calcaree pone notevoli problemi di ordine genetico, superabili solo ammettendo che la deposizione di carbonato di calcio in simili casi sia essenzialmente controllata dall'anidride carbonica disciolta nelle acque di infiltrazione. In tal modo è possibile spiegare non solo l'origine di concrezioni calcaree in molte delle grotte in gesso, ma anche l'esistenza di croste quasi completamente staccate da pareti gessose a cristalli fortemente corrosi e, ancora, le lame calcaree con nucleo di argilla o fango spesso di grandi dimensione come nell'Abisso Fantini o, nel Bolognese, nella Grotta Novella (14 metri di altezza, 2 di larghezza e meno di 20 cm. di spessore!) (FORTI & RABBI, 1980). La deposizione di calcite in tali condizioni è un esempio assolutamente classico di dissoluzione incongruente (v. Fig. 10); in queste condizioni la deposizione di concrezioni di carbonato di calcio comporta contemporaneamente una solubilizzazione accessoria di gesso a causa di meccanismi ipercarsici (CIGNA, 1983).
Sono ad ogni buon conto gli speleotemi e le cristallizzazioni di gesso a possedere, anche per la loro distribuzione praticamente ubiquitaria, i maggiori elementi di interesse. Le concrezioni di gesso, rispetto alle omologhe in carbonato di calcio, presentano evidenti differenze morfologiche dovute al differente meccanismo genetico: la sovrasaturazione per evaporazione. Le stalattiti, quindi, sono sempre più contorte, bitorzolute e spesso ramificate ed il loro accrescimento, nella stragrande maggioranza dei casi dipende, molto di più se non esclusivamente, dall'acqua di percolazione superficiale invece che dall'alimentazione attraverso il canalicolo centrale: condotto quest'ultimo che risulta quasi sempre o assente o parzialmente se non totalmente occluso. L'effetto delle correnti d'aria permanenti (o comunque presenti durante tutto il periodo di alimentazione delle stalattiti) è assolutamente l'inverso nel caso di stalattiti carbonatiche o gessose (v. fig. 11): infatti nel primo caso, poichè il meccanismo di deposizione, controllato dalla diffusione dell'anidride carbonica, non è minimamente influenzato dalla corrente d'aria, avremo la deflessione delle stalattiti nel verso della corrente d'aria a seguito della deflessione in quel verso della goccia prima della sua caduta.
Nel caso delle stalattiti di gesso, l'effetto sarà esattamente l'opposto: gli speleotemi risulteranno deflessi contro vento perchè in quella direzione sarà massima l'evaporazione. Nelle aree calde e secche quali per esempio i gessi del Nuovo Messico è poi possibile vedere una evoluzione ancora più complessa delle stalagmiti di gesso curve: si tratta delle stalagmiti a "piede d'elefante", che presentano un allargamento anche notevole, spesso inclinato verso il basso a livello del loro apice. Queste stalattiti di gesso devono la loro genesi ad un insieme di fattori assai rari da presentarsi cumulativamente nello stesso posto: è necessario infatti che questi speleotemi si formino in una zona con correnti d 'aria costanti, alimentazione generalmente costituita da acqua non satura (con componente per esempio da condensazione), temperatura sufficientemente elevata da garantire una rapida evaporazione e quindi il raggiungimento della sovrasaturazione in un ben determinato punto (quello dell'allargamento). Nelle grotte dei Gessi dell'EmiliaRomagna è abbastanza facile imbattersi in stalattiti di gesso, mentre è molto più raro trovare delle stalagmiti; la relativa "rarità" di queste ultime ha un motivo essenzialmente climatico: al suo posto infatti risulta più facile l'evoluzione per capillarità di infiorescenze. Nei climi più caldi ed aridi (Sorbas in Spagna ed il Nuovo Messico) le stalagmiti divengono comuni alla stregua delle stalattiti. Passando ora a parlare delle cristallizzazioni di gesso bisognerà notare che a tutte le latitudini e con ogni clima sono senza dubbio i depositi secondari di grotta più comuni: debbono la loro genesi all'evaporazione di sottili film d'acqua che risalgono lentamente per capillarità le piccole asperità delle pareti delle grotte in gesso: la loro evoluzione è sufficientemente rapida e geneticamente è assolutamente identica a quella che porta alla formazione di infiorescenze di calcite o di aragonite nelle grotte calcaree. Un tipo di infiorescenza senz'altro singolare, anche se comune nelle grotte del Bolognese, della Vena del Gesso e non solo in quelle, è costituito da cristalli di gesso che crescono sopra concrezioni attive di carbonato di calcio: infatti può sembrare del tutto illogico che da una stessa acqua si possano depositare due sali, il solfato ed il carbonato di calcio appunto, a diversissima solubilità. Anche la dinamica di questo fenomeno è stata spiegata solo recentemente (FORTI & MARSIGLI, 1978). I meccanismi di precipitazione, di gesso e calcite, sono del tutto differenti: la calcite precipita per la diffusione dell'anidride carbonica dall'acqua all'atmosfera della grotta, mentre il gesso si deposita a causa della sovrasaturazione dovuta all'evaporazione (v. Fig. 12).
E' impossibile qui descrivere tutte le varietà di tipi e forme cristalline dei cristalli di gesso, molto differenti tra loro per abito, dimensioni e limpidezza, che possono essere rinvenute in molte delle grotte in gesso; diversissimi risultano esser anche i meccanismi genetici che vanno dalla cristallizzazione frazionata (nelle aree polari) alla reidratazione della bassanite nelle aree tropicali. In generale comunque la genesi di questi cristalli è dovuta al banale effetto di sovrasaturazione a seguito dell'evaporazione, unico meccanismo in grado di depositare solfato di calcio in ambiente gessoso. Comunque, per una trattazione specifica dell'argomento si rimanda a testi specifici quali CALAFORRA & FORTI (1992), CASALI et AL. (1983), HILL & FORTI (1986), FORTI (1989, 1990b, 1991). LE MINERALIZZAZIONI SECONDARIE Passando a considerare gli altri minerali secondari che possono essere rinvenuti all'interno delle grotte, dobbiamo osservare che sino ai primi anni settanta solamente altri due minerali (la epsomite e la mirabilite) erano stati segnalati (LAGHI, 1806; BERTOLANI & GROSSI, 1972). Questa situazione era dovuta sia la fatto che nessuno praticamente si occupava specificatamente dell'argomento, sia al fatto che era assolutamente radicata l'opinione che le grotte in gesso in tutto il mondo, se erano povere di concrezionamenti, dovevano esser assolutamente prive di mineralizzazioni secondarie. Negli ultimi 15-20 anni sono state iniziate ricerche mirate in questo settore, ma solo in poche aree, quali l'Emilia-Romagna ed il Comune di Santa Ninfa in Sicilia (FORTI, 1987; FORTI, 1989). Quello che questi studi hanno potuto evidenziare, pur nella loro evidente limitatezza areale, è che effettivamente l'ambiente gessoso è meno ricco di mineralizzazioni secondarie di grotta: questo fatto è del tutto logico se si pensa che la roccia gessosa essendo derivata da un acido forte (l'acido solforico) ha molto minore propensione di quella carbonatica a reagire con gli agenti mineralizzanti eventualmente presenti nell'ambiente ipogeo. Nonostante questa minor "reattività", comunque, attualmente sono già noti 20 minerali diversi (v. Tab.1) e probabilmente nel prossimo futuro, di mano in mano che questi studi investiranno anche le altre regioni del globo, nuove mineralizzazioni saranno sicuramente scoperte. A conferma di questo, mentre il presente lavoro era già in stesura, nel corso di una esplorazione nella Vena del Gesso, è stato osservato un boxwork di notevoli dimensioni costituito da quarzo scheletrico sviluppatosi su grandi cristalli di gesso secondario erosi: lo studio di tali mineralizzazioni è ovviamente appena cominciato ed è per il momento prematuro avanzare ipotesi genetiche, anche per la difficoltà di definirne il contesto geochimico.
Tab. 1 - Lista dei minerali secondari di grotta rinvenuti nelle cavità carsiche in gesso al maggio 1992 INFLUENZA CLIMATICA SULL'EVOLUZIONE DELLE FORME CARSICHE EPIGEE L'alta velocità di dissoluzione e la facile erodibilità dei gessi fa sì che nell'evoluzione delle principali forme carsiche epigee un ruolo fondamentale sia giocato dal clima e segnatamente dalla quantità e dal tipo di precipitazioni. Nelle zone artiche il clima è caratterizzato da abbondanti precipitazioni nevose, dal perdurare di temperature inferiori allo zero anche vari metri al di sotto del suolo, per molti mesi l'anno, un sufficientemente breve periodo di disgelo e un altrettanto breve periodo di clima asciutto. Queste condizioni non permettono una dissoluzione diffusa del gesso in affioramento e pertanto le microforme superficiali (Karren, docce di dissoluzione, etc.) risultano essere rarissime (FORTI, 1990) e si trovano normalmente in zone protette, quali vicinanza di bocche di risorgenti o comunque nei pressi di acqua corrente, che garantiscono microclimi tali per cui il flusso dell'acqua sulla roccia può essere non soltanto episodico. Tra le macroforme, le più comuni sono le doline di dissoluzione sottocutanea o quelle di crollo: in ambedue i casi infatti la dissoluzione del gesso avviene da alcuni metri a 20-30 metri al di sotto della superficie, in zone in cui è possibile un continuo flusso e quindi ricambio di acqua. Nei pochi posti in cui i torrenti alimentati dalle acque di disgelo incontrano la roccia gessosa scoperta si sviluppano immediatamente grandi pozzi verticali a sezione subcircolare che con una elevatissima velocità di sviluppo tendono a raccordare immediatamente il corso epigeo con il livello di base ipogeo ove si sviluppano le gallerie orizzontali di collegamento con i recapiti: un esempio classico di queste morfologie è dato dal Pozzo Golubinski (profondo oltre 40 metri) che si apre nella riserva di Pinega nella Siberia settentrionale (FORTI, 1990). Nelle zone alpine, ancora caratterizzate da abbondantissime precipitazioni, parzialmente nevose, e un periodo variabile di temperature al di sotto dello zero, si osserva sempre una velocissima evoluzione delle forme carsiche epigee ed ipogee, generalmente rappresentate da profondi pozzi circolari, di diametro non troppo grande, circondati da guglie e speroni residuali. In queste condizioni nei gessi affioranti attorno a Courmayer in Val d'Aosta, (CONSIGLI, comunicazione personale), pozzi di oltre 10 metri di profondità ed un metro di diametro possono esser scavati nell'arco di un solo anno. L'estrema velocità della dissoluzione fa sì che le forme carsiche risultanti non si conservino a lungo e quindi non possano evolvere in grandi macroforme quali doline o valli cieche. Nelle zone temperate umide, quali praticamente tutta l'Italia, ove si hanno precipitazioni da medie ad abbondanti distribuite su tutto l'arco dell'anno, si nota un grande sviluppo di macroforme, segnatamente grandi doline (sino ad oltre 500 m. di diametro e 100 m. di profondità) e valli cieche. La successiva evoluzione di queste forme tende invariabilmente a trasformare i corsi d'acqua ipogei in epigei (FORTI & FRANCAVILLA, 1988) a causa dell'erosione-dissoluzione verso monte, che caratterizza le valli fluviali, e a causa della dissoluzione corrosione per condensazione, particolarmente attiva in questi climi all'interno delle cavità carsiche (CIGNA & FORTI, 1986). Lo sviluppo delle microforme, in queste condizioni, è strettamente controllato dalla "grana cristallina" dei gessi: in quelli microcristallini, infatti, si possono trovare grandi abbondanze di karren ed altre microforme, mentre nei gessi macrocristallini il distacco dalla roccia dei cristalli corrosi in parte impedisce la genesi di tali forme. Nelle zone temperate aride (quali i gessi di Sorbas in Spagna), invece, la mancanza di precipitazioni impedisce lo sviluppo di grandi macroforme: doline e valli cieche infatti sono praticamente assenti, mentre sono comuni piccole doline abbastanza verticali, nei pressi dei punti di inghiottimento dell'acqua, che terminano con "candele" di dimensioni generalmente molto maggiori di quelle presenti nelle zone temperate. I gessi di Sorbas, poi, presentano anche un grande sviluppo di "bolle di scollamento", che seppur presenti anche nelle zone temperate umide, qui raggiungono dimensioni orizzontali e verticali molto maggiori. Nei gessi del Nuovo Messico, la situazione strutturale monoclinalica fa sì che, pur in mancanza di precipitazioni abbondanti, data l'ampiezza dei bacini, si sviluppino grandi depressioni poco profonde e nei luoghi di inghiottimento delle acque siano presenti una grande varietà di microforme, anche, come accennato precedentemente, su grandi macrocristalli, mentre le bolle di scollamento, pur presenti, sono di dimensioni minori rispetto a quelle di Sorbas e dell'Emilia-Romagna poichè la grana cristallina dei gessi permiani laggiù affioranti è mediamente minore. Nelle regioni tropicali umide i fenomeni carsici in gesso non sono ancora ben studiati e noti in quanto le zone in cui si possono avere tali fenomeni sono molto limitate arealmente, anche e soprattutto perché l'estrema solubiltà della roccia gessosa fa sì che rapidamente le formazioni affioranti in zone pluviali vengano completamente demolite. Una delle aree tropicali (FORTI et AL, 1992) ove le morfologie carsiche in gesso possono essere osservate è Cuba, ove esistono due piccole strutture diapiriche: a Punta Alegre il rilievo gessoso è in parte protetto da un sottile strato di calcari (2-5 m. in spessore), che, in un qualche modo, impedisce al gesso sottostante un'eccessiva generalizzata dissoluzione. Tutta l'area è caratterizzata dall'esistenza di doline di dimensione abbastanza ampia (100-200 m. di diametro) e profondità sino a 30-40 metri: in tutti i posti ove il gesso non è protetto dai calcari l'erosione dissoluzione fa sì che l'affioramento gessoso sia da 80 cm. a oltre 150 cm. più basso delle zone in cui esso è parzialmente riparato dai calcari. Le microforme carsiche sono sempre ben sviluppate e raggiungono in queste condizioni climatiche dimensioni e sviluppo classiche per i calcari. In ambiente tropicale la demolizione della roccia gessosa in superficie procede non solo con il metodo carsico classico di dissoluzione e corrosione, ma anche con la disgregazione termica: infatti le superfici scoperte, soprattutto quelle orientate a mezzogiorno, subiscono una forte disidratazione con passaggio da gesso a bassanite con conseguente polverizzazione della roccia stessa e suo allontanamento meccanico ad opera del vento o degli altri agenti atmosferici. INFLUENZA CLIMATICA SULL'EVOLUZIONE DELLE FORME CARSICHE IPOGEE Se l'influenza climatica è marcata nello sviluppo delle morfologie epigee, come è stato brevemente illustrato nel paragrafo precedente, molto maggiore è l'influenza del tipo e della quantità delle precipitazioni sulla speleogenesi. Non solo variano con il clima le dimensioni delle grotte in gesso, ma anche esse differiscono spiccatamente tra loro nelle morfologie. Nelle zone polari (quali quelle della Siberia nord occidentale) si osservano praticamente esclusivamente grandi condotte epifreatiche subcircolari (FORTI, 1990), che si evolvono per i grandi apporti idrici nei mesi del disgelo; queste condotte suborizzontali si sviluppano dai recapiti (di solito una risorgente a livello di un fiume) in maniera lineare sino al pozzo verticale di ingresso, che qualora accessibile corrisponde sempre ad un pozzo cascata classico: lungo il loro percorso si possono incontrare, anche se non di frequente, gallerie laterali che corrispondono agli apporti idrici provenienti da differenti punti di ingresso. Nei gessi di Almeria, in Spagna, invece, dove il clima è subarido con precipitazioni molto scarse (80-100mm/anno) e concentrate per oltre il 50% in un'unica pioggia torrenziale, la forma delle gallerie è condizionata più dall'erosione degli interstrati marnoso-argillosi che dalla dissoluzione del gesso, con conseguente sviluppo di morfologie miste strutturali e graviclastiche (CALAFORRA, 1986). Anche in questo caso, però, in genere le grotte sono sufficientemente semplici con lunghe gallerie suborizzontali corrispondenti ai successivi livelli di approfondimento della carsificazione, perfettamente correlabili con l'incisione esterna del massiccio gessoso. I singoli piani di grotta sono poi di volta in volta collegati tra loro da pozzi verticali che spesso intersecano il sistema carsico per tutta la sua profondità. Nelle regioni temperate umide, quali quelle italiane, le forme osservabili sono complesse e variabili: esse dipendono di volta in volta dal prevalere della erosione sulla dissoluzione, quindi dalla locale idrodinamica nel sistema carsico (FORTI, 1987). Le grotte presentano morfologie sia freatiche che vadose, con presenza di tutta una serie di morfologie complesse sia strutturali che da dissoluzione: tra queste possiamo citare classici pozzi cascata, grandi saloni di crollo, gallerie paragenetiche, canyons etc.. Lo sviluppo della cavità può esser anche notevole e soprattutto la profondità raggiunta dal carsismo supera a volte i 240 metri (che rappresentano attualmente il record di profondità mondiale nei gessi). Nelle regioni continentali secche, quali il Nuovo Messico, le scarse precipitazioni, ma concentrate nel tempo, assieme ai grandissimi bacini di impluvio fanno sì che le grotte che vi si sviluppano spesso non siano dimensionate per il massimo apporto idrico e pertanto si osservano sviluppi di grandi condotte a pressione, di norma ricoperte su tutta la superficie da scallops che indicano come, nei periodi di piena, il flusso idrico può anche subire una inversione di direzione durante le piene così da trasformare un punto assorbente in una risorgente temporanea. Nelle regioni tropicali le cavità nei gessi sono in genere molto piccole, raggiungendo al massimo qualche decina di metri di lunghezza e di profondità: si tratta sempre, almeno nel caso di Punta Alegre a Cuba di piccoli inghiottitoi subverticali che terminano prima del raggiungimento del livello di base in strettoie impenetrabili spesso riempite dai molti detriti che le piogge torrenziali portano all'interno delle cavità stesse. INFLUENZA DEL CLIMA SUL CONCREZIONAMENTO Se gli effetti climatici sono ben evidenti nella carsificazione superficiale e profonda dei gessi, molto più stretto è il controllo che il clima e le precipitazioni hanno sul tipo di depositi chimici che possiamo incontrare nelle grotte in gesso. Il concrezionamento di queste cavità in generale non è così abbondante come l'analogo delle grotte in calcare, anche se esistono eccezioni, grotte gessose particolarmente ornate. Due sono i tipi di concrezionamento che si possono osservare nelle cavità nel gesso: speleotemi gessosi e speleotemi di carbonato di calcio (normalmente calcite). In alcune grotte questi due concrezionamenti possono esser presenti contemporaneamente mentre in altre troviamo alternativamente solo l'uno o l'altro. I meccanismi di deposizione di questi due minerali è assolutamente differente in ambiente carsico: infatti, il gesso potrà depositarsi solo per sovrasaturazione dovuta all'evaporazione, mentre la calcite si depositerà per rilascio della anidride carbonica in ambiente aereato. Questi due meccanismi vengono influenzati in maniera nettamente differente da una variazione climatica e pertanto il controllo su quale tipo di concrezionamento si potrà formare all'interno di una cavità è esercitato totalmente dal clima. Nelle aree polari ogni concrezionamento sia calcitico che gessoso è del tutto assente, poichè la temperatura estremamente bassa impedisce l'evaporazione e quindi la deposizione di gesso da una parte, mentre il rapido afflusso di grandi masse d'acqua poco mineralizzata durante il disgelo impedisce la formazione di croste calcitiche. L'unica forma di deposito chimico osservabile è una particolare forma di gesso pulverulento che si accumula, nei periodi invernali sulle colate di ghiaccio (FORTI, 1990b): tali depositi sono dovuti alla sovrasaturazione delle acque di percolazione che interviene a causa del congelamento totale delle soluzioni medesime all'interno degli ambienti di grotta. Il concrezionamento carbonatico si riscontra in prevalenza nelle aree temperate umide ove risulta particolarmente attivo il meccanismo ipercarsico di corrosione dei gessi, che comporta conseguentemente un deposito di carbonato di calcio (FORTI& RABBI, 1980). In queste regioni è anche normalmente presente il concrezionamento gessoso, soprattutto in quelle zone della grotta (base dei pozzi ascendenti, strettoie etc.) ove le correnti d'aria più forti facilitano l'evaporazione e la conseguente sovrasaturazione in gesso. In queste aree, di mano in mano che il clima diventa più rigido, il concrezionamento carbonatico tende a divenire predominante sino a risultare l'unico presente: ciò è ovviamente dovuto alla progressiva diminuzione della possibilità di evaporazione. Nelle aree temperate aride, quali quelle di Almeria in Spagna e del Nuovo Messico ed Arizona negli Stati Uniti, viceversa, il concrezionamento gessoso diviene molto diffuso e di grande dimensione, mentre quello carbonatico praticamente scompare. L'assenza totale di concrezionamento carbonatico è dovuta al fatto che il clima arido praticamente impedisce che sopra i gessi si sviluppi una copertura vegetale tale da garantire alle acque di infiltrazione di possedere un elevato tenore di anidride carbonica in grado di innescare il processo di corrosione ipercarsica dei gessi. Inoltre, in queste condizioni le acque di percolazione all'interno delle grotte, eccettuato i pochissimi giorni di precipitazione meteorica, derivano quasi totalmente dalla condensazione e pertanto l'unica deposizione possibile da queste acque risulta essere quella gessosa. Uniche eccezioni possono essere i collettori profondi ove nei periodi di piena possono accumularsi per trasporto materiali organici (essenzialmente vegetali) che quindi in periodo di morbida o di secca si ossidano fornendo all'ambiente l'anidride carbonica necessaria allo sviluppo di tratti di croste carbonatiche sul fondo della condotta. In ambiente tropicale, stante la grande quantità di vegetazione che ricopre di norma tutta la superficie esterna e considerato il clima molto caldo, abbiamo un generale bilanciamento nella presenza di concrezionamento carbonatico e gessoso. Val la pena qui di accennare al fatto che le concrezioni calcaree in grotte gessose possono risultare ottimi indicatori paleoclimatici: infatti la presenza di tali concrezioni, oggi in avanzato stato di decomposizione, all'interno di alcune grotte siberiane, chiaramente indica che la grotta esisteva già prima dell'ultima glaciazione, in un periodo climaticamente più favorevole, con flussi idrici più lenti e costanti durante tutto l'arco dell'anno. Analogamente nei gessi di Sorbas i pavimenti calcarei residui all'interno di alcune delle grotte maggiori testimoniano di un periodo climatico assai differente dall'attuale. La datazione radiometrica di tali sedimenti permetterebbe assai facilmente di risalire anche all'esatto periodo in cui il clima è cambiato. CONCLUSIONI Come già accennato nell'introduzione, questa breve carrellata sui fenomeni carsici nei gessi non si proponeva come scopo quello di essere una "summa" delle conoscenze relative a questo argomento, anzi tutt'altro. Lo scopo principale infatti vuole esser quello di evidenziare le peculiarità di questo particolare tipo di carsismo, certamente molto diverso ma assolutamente non "minore" rispetto a quello più conosciuto e valutato nei calcari. Inoltre la speranza che ci ha mossi era quella di contribuire a stimolare nuove e più sistematiche ricerche in questo campo, che, a nostro avviso, proprio per il fatto di esser stato meno "battuto" sarà nel prossimo futuro ancora molto prodigo di soddisfazioni per quanti vorranno dedicarvici. BIBLIOGRAFIA AUTORI VARI 1986 - 1987 Atti del Simposio Internazionale sul Carsismo nelle Evaporiti. Grotte d'Italia s. 4, vol. 13-13, pp. 1-420 e 1-216 AUTORI VARI 1989 I Gessi di Santo Ninfa (Trapani). Studio Multidisciplinare di un'area carsica. Ist. It. Speleol. Mem 3 s.II, p. 1 - 204 BERTOLANI M., ROSSI A., 1972 La Grotta Michele Gortani (31 E) a Gessi di Zola Predosa (Bologna). Mem. X R. S. 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speleogenetic role of air flow caused by convection. 1st contribution.
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