7.1 Geologia e carsismo

Le Ere Geologiche
Era	Periodo	Anni (milioni)
Neozoico (Quaternario)	Olocene	0.01	Ominidi
	Pleistocene	1.8
Cenozoico (Terziario)	Pliocene	5.2		Orogenisi alpina
	Miocene	26	Erba
	Oligocene	37-38	Scimmie antropomorfe
	Eocene	53-54	Elefanti
	Paleocene	65
Mesozoico (Secondario)	Cretaceo	136	Piante con fiori Serpenti Mammiferi
	Giurassico	190-195	Dinosauri Ammoniti Uccelli	Apertura Oceano Atlantico
	Triassico	225	Dinosauri Mammiferi Tartarughe Lucertole
Paleozoico (Primario)	Permiano	280	Palme e conifere Rettili
	Carbonifero	345	Piante Pesci Anfibi Insetti Rettili Ammoniti	Orogeneci Ercinica
	Devoniano	395
	Siluriano	435-437	Anfibi
	Ordoviciano	500	Pesci Cefalopodi Brachiopodi Briozoi Coralli. Vegetali	Orogenesi Caledoniana
	Cambriano	570	Trilobiti Spugne Vermi
Archeozoico (Arcaico)	Algonchiano	...	Vermi Meduse
	Archeano	4500	Batteri Alghe

La geologia è 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 più che di geologia dovremmo parlare di Scienze della Terra, intendendo con questo termine il carattere pluralistico, integrativo e retroattivo che è 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 più che modesti, definiremmo umili, preferiremmo mantenere il termine onnicomprensivo di Geologia. 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 più appariscente e stimolante per una ricerca umana che non conosce né soste né limiti, tesa a svelare (e talora a creare...) i più reconditi aspetti della realtà. Di sicuro la geologia, per come viene comunemente intesa, è necessaria come contorno alla definizione del concetto di carsismo: a tutti quanti gli speleo è certo capitato di osservare i terreni in cui si aprono le grotte, notando l'aspetto esteriore delle rocce, il tipo di discontinuità 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 così 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), età geologica, intensità 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 complessità ambiguità ed impredicibilità 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 ciò che è puramente fisico (le pietre, per intenderci, o l'acqua o le correnti d'aria) e ciò che è 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 più speculative e filosofiche che operative, passiamo ora a descrivere i principali tipi di rocce in relazione a quello che chiamiamo carsismo. Che cos'è o come si può definire il carsismo? Anzitutto qualche cenno etimologico: carsismo deriva dalla parola slovena kras che indica pietra, roccia, poichè questo è 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 discontinuità originarie delle rocce, la loro eterogeneità. Più complessa è invece la definizione seria di carsismo, se si considera la varietà delle situazioni geologiche, morfologiche, climatiche e biologiche su cui agisce il carsismo. Cercando di essere i più semplici possibili, si può 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 lì 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.

1. rocce magmatiche
2. rocce metamorfiche
3. rocce sedimentarie

7.1.1 Rocce Magmatiche

• rocce intrusive o plutoniche, solidificate all'interno della Terra. Un tipico esempio sono i graniti. In sostanza su di essi non agisce il carsismo, a causa della scarsissima solubilità dei minerali costituenti. In alcuni casi comunque esistono eccezioni: sono segnalati fiumi sotterranei (!) nei graniti del West americano (Sierra Nevada californiana): chissà mai come appaiono?
• rocce effusive, legate a materiale vulcanico, tipo lave, tufi. Come roccia diffusissima citiamo i basalti, su cui l'azione solvente dell'acqua è a dir poco trascurabile. In questa categoria dovremmo a rigor di logica fare un notevole distinguo per le colate laviche in cui sono note grotte particolari (gallerie di scorrimento laviche) dallo sviluppo spaziale talora sorprendente (anche decine di kilometri e centinaia di metri di dislivello (Hawaii, Isole Canarie, Corea, Giappone, USA, Kenia, Islanda, etc.). Pure in Italia esistono, sulle falde dell'Etna, ma con modesto sviluppo. In ogni caso non si parlerà mai di un vero fenomeno carsico.

  I tunnel lavici si formano quando la lava scende su un pendio in una colata lunga e stretta. Quando termina l'apporto di lava, la parte esterna si raffredda prima e forma un guscio al cui interno la massa fluida continua a colare, lasciando alla fine pareti e volta.
  Altre cavita` laviche sono i pozzi. Quando una colata lavica incontra una torbiera ricca d'acqua, questa viene repentinamente surriscaldata ed esplode generando una cavita` verticale.

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 fromano 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 ^oC, in dipendenza della pressione e del tipo di roccia. Rocce ricche di silicati risultano molto viscose, poiche` si formano catene di gruppi (SiO<sub>4</sub>)<sup>4-</sup>; la presnza di ioni metallici, K<sup>+</sup>, Na<sup>+</sup>, Ca<sup>2+</sup>, Fe<sup>2+</sup>, ..., tende ad ostacolare la formazione di queste catene e rende il magma piu` fluido.

[FIXME Dove stanno porfidi e ossidiane in questa tabella ?]

7.1.2 Rocce Metamorfiche

Sulla base dei minerali costituenti queste rocce metamorfiche, dobbiamo fare una particolare eccezione per due categorie di rocce alquanto diffuse:

• quarzareniti, costituite da granelli di quarzo e pochissimi altri minerali, questi ultimi in proporzioni irrisorie
• marmi, costituiti da granelli di calcite esclusiva o associata ad altri minerali (dolomite, quarzo, diopside, mica, etc.).

Nel caso delle quarziti, esse possono dare luogo a manifestazioni carsiche peculiari poichè 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 piovosità
2. forte temperatura
3. grande disponibilità di vegetazione, con suoli molto ricchi di humus e popolazioni batteriche che possono facilitare la dissoluzione dei granelli delle rocce.

In precedenza abbiamo accennato ai marmi come roccia carsica. In effetti in Italia la grotta più 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 discontinuità 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 impurità (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 è pressoché completo.

Per quanto riguarda le zone marmifere più 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 è definito come qualunque pietra atta ad essere lucidata e pertanto la categoria risultante è molto vasta, senza distinzione con le rocce sedimentarie. Invece, dal punto di vista scientifico marmo è un'esclusiva roccia metamorfica, anche se va detto che i calcari (vedi terminologia più avanti) in profondità subiscono trasformazioni tali da risultare veri marmi o quasi. Un esempio molto classico per i geologi delle Alpi Liguro-Piemontesi è 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 è certo il Massiccio del Marguareis, tra Francia, Liguria e Piemonte. Qui i Marbres di Guillestre offrono manifestazioni carsiche estesissime, con campi di lapies (vedi più avanti) molto suggestivi a cui corrispondono in profondità 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 può essere inquadrato nelle rocce metamorfiche, poichè 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) è 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.

SERIE METAMORFICHE
	Perdita di plasticita`	Ricristallizzazione Lastrificazione	Nuova mineralizzazione (miche, clorite)
Argilla	Argillite	Argilloscisto	Micascisto	Fillade
Marna		Ardesia
Calcare		Marmo
Dolomia		Dolomia saccaroide

7.1.3 Rocce Sedimentarie

1. rocce clastiche generate dal trasporto meccanico di particelle delle più varie dimensioni;
2. rocce di costruzione organica;
3. rocce di precipitazione chimica.

I criteri di classificazione delle rocce psefitiche (ruditi) comprendono:

• dimensione dei granuli;
• forma e aspetto (grado di arrotondamento) dei granuli;
• tipo litologico (monogenetiche, poligenetiche);
• ambiente di sedimentazione (terrestre, glaciale, lacustre, marino, fluviale, ... );
• quantita` e namura della matrice.

Per la classificazione delle rocce pelitiche (lutiti e siltiti) si fa riferimento al contenuto di minerali argillosi, minerali residuali, e fango carbonatico.

In B troviamo la categoria più 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 (perlopiù marina) e li fissano, li separano in strutture scheletriche (ad esempio i coralli) che vengono poi trasformate in vere rocce.

In C troviamo le cosiddette evaporiti: rocce generate dalla concentrazione, saturazione e separazone di sali disciolti nelle acque; in questo caso il processo di formazione è 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:

• il salgemma (cloruro di sodio e sali affini- potassio, magnesio);
• il gesso (solfato di calcio con acqua).