Evoluzione tettonica e morfologica del complesso carsico di Frasassi (AN)

Autore: Fabio Portinari.

Gola

Area carsica di Frasassi

 In questo articolo voglio parlarvi in maniera più dettagliata dell’area di Frasassi, nella provincia di Ancona a pochi chilometri dal confine con l’Umbria. Questa area ha una grande importanza, sia dal punto di vista puramente strutturale, che per le sue caratteristiche geochimiche e lo sviluppato carsismo.

Questa serie di particolarità ha fatto si che quest’area potesse essere sfruttata anche a livello turistico, mettendo in mostra un complesso carsico tra i più affascinanti del mondo.

Diciamo subito che l’evoluzione speleogenetica di quest’area è legata ad una serie plurima di fattori ed ad una polifasicità che è condizionata dallo stato geologico-strutturale della massa rocciosa, dall’evoluzione recente dell’area interessata dal fenomeno carsico e dalla presenza di fattori “ipercarsici” legati al ciclo biologico dello zolfo.

L’inquadramento geografico colloca questo complesso carsico all’interno dell’anticlinale di Monte Vallemontagnana-Monte Frasassi, avente un’asse con direzione NW-SE, che è poi la caratteristica direzione tettonica appenninica, e presenta quindi strati inclinati in senso opposto rispetto all’asse.

Il nucleo è costituito dalla formazione del Calcare Massiccio, formato nel Giurassico inferiore (tra circa 200 e 196 milioni di anni fa) in un ambiente di mare molto basso. Questa formazione poggia sopra le Anidriti di Burano, del Triassico superiore, spessa fino a due km e costituita da un’alternanza di strati calcarei, marne, strati bituminosi ed anidriti, molto studiati in passato per possibili presenze di giacimenti petroliferi. Pur non essendo affioranti esse hanno avuto un ruolo determinante nel processo di carsificazione e nella conseguente formazione delle suddette Grotte di Frasassi.

Al Calcare Massiccio fa seguito una successione ben stratificata di formazioni policrome costituite da calcari più o meno puri, contenenti a volte noduli e strati di selce e marne.

Questa successione sedimentaria, che rappresenta un arco di tempo deposizionale che va dai 196 ai 40 milioni di anni fa circa, affiora in cima al Monte Vallemontegnana e al Monte Frasassi nonché sui fianchi dell’anticlinale.

L’evoluzione carsica è strettamente legata all’evoluzione tettonica e morfologica degli ultimi tre milioni di anni di storia geologica appenninica. In risposta ad un regime tettonico compressivo, circa cinque milioni di anni fa iniziò il processo di deformazione tettonica di questa successione sedimentaria, nel quale la parte superiore della crosta terrestre iniziò a fagliarsi, creando grandi pieghe anticlinaliche e sinclinaliche, accompagnato da un generale sollevamento tettonico regionale che condusse all’emersione dei sedimenti marini stratificati e compattati.

La successiva esposizione agli agenti erosivi ha portato la parte emersa alla formazione di valli fluviali ed ad una configurazione più attuale dei rilievi montuosi. Quando il processo erosivo nella zona di Frasassi è arrivato alla formazione del Calcare Massiccio, si vennero a formare le prime gole, strette e via via più profonde, data l’impossibilità dei fiumi di cambiare il loro corso.

Come noto, questa formazione è costituita da carbonato di calcio praticamente puro, ed è quindi soggetto a dissoluzione carsica ad opera di acque meteoriche, che arricchendosi nell’atmosfera e nel suolo di anidrite carbonica e formando quindi acido carbonico, percolano nella massa calcarea attraverso faglie e fratture, disciogliendola e creando cavità carsiche.

Questo processo è chiamato epigenico in quanto avviene da parte di acque aggressive provenienti dall’alto. Man mano che le fessurazioni si allargano, le acque si arricchiscono di carbonato di calcio disciolto e lo riprecipitano nelle cavità carsiche, precedentemente formate sotto forma di concrezioni calcaree (stalattiti e stalagmiti).

Con il progredire del sollevamento tettonico e del conseguente approfondimento della valle fluviale, iniziò il processo di dissoluzione ipogenico, che è poi il maggiore responsabile del carsismo della zona di Frasassi. Successe in pratica che la falda acquifera presente nella formazione delle Anidriti di Burano e contenente idrogeno solforato (H2S), fu raggiunta dalla falda acquifera carbonatica che nel frattempo si era abbassata a causa dell’approfondimento della gola e quindi la falda sulfidica aveva raggiunto ormai il livello piezometrico corrispondente alla quota di flusso del Fiume Sentino.

Il miscelamento di queste differenti acque (dal punto di vista geochimico) ed il contatto con l’ossigeno dell’atmosfera della grotta ha portato alla formazione di acido solforico (H2SO4), un agente molto aggressivo, molto più dell’acido carbonico (H2CO3) e quindi la dissoluzione del calcare in grotta ebbe una fortissima accelerazione.

Considerando una velocità media di sollevamento tettonico di circa 0,2 – 0,3 mm/anno, il carsismo sulfidico a Frasassi sarebbe iniziato tra i settecento mila e un milione di anni fa.

La presenza del carsimo sulfidico o ipogeo, ha influito in maniera determinante sia sullo sviluppo dell’intero complesso carsico, che sull’instaurazione di un complesso ecosistema biologico all’interno delle grotte di Frasassi. 

Referenze citate:

  1. Montanari, 2010. Stigobionti, vita acquatica nelle Grotte di Frasassi.
  2. Cucchi, P. Forti. Evoluzione speleogenetica del complesso carsico di Frasassi.

Centamore et al., 1979.

 

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VALMONTAGNANA 3

Carsismo sulfidico. Formazione delle cavità nell’area di Frasassi.

10370665_10203680013623694_521567759_nScritto da Fabio Portinari.

Dopo aver trattato l’argomento inerente alla geologia dell’area di Frasassi, alla sua evoluzione spelogenetica ed aver accennato alla formazione dei complessi carsici, vorrei soffermarmi (come promesso nel precedente articolo) sul carsismo sulfidico o ipogeo e quindi su come è avvenuta la formazione delle grotte.

Questo tipo di carsismo è stato il principale fautore dello sviluppo carsico dell’intera area, facendo passare come secondario il classico carsismo di origine meteorica.

Mi è capitato di parlare molte volte della formazione delle cavità, dei piani carsici e della successiva formazione delle concrezioni, ma spesso per vari motivi è stato difficile entrare nel particolare.

Bene, voglio quindi spendere un po’ di tempo per cercare di spiegare nella maniera più chiara possibile, come e perché le acque sulfuree e l’ecosistema autotrofo presente abbiano avuto ed hanno tutt’ora un ruolo fondamentale nella formazione.

La presenza delle acque sulfuree all’interno della Grotta del Fiume e del Vento è nota da molto tempo, anche prima della scoperta dalla parte attualmente turistica (BERTOLANI M. et. Al,. 1976; PERNA & POZZI, 1959). Questo fattore però per molto tempo è stato considerato secondario se non addirittura marginale nel processo di carsificazione, questo sostanzialmente perché si riteneva che lo sviluppo del carsismo si avesse essenzialmente in fase freatica.

Partiamo dall’inizio.

E’ facile immaginare le acque meteoriche che attraverso le fratture e faglie presenti nel calcare si infiltrano nella montagna, arrivando a contatto con le rocce della Formazione delle Anidriti di Burano, in un ambiente interstiziale privo di ossigeno. Questa formazione, essendo ricca di solfato di calcio (l’anidrite) e di marne bituminose rappresenta un presupposto fondamentale per la reazione di riduzione da parte dei batteri anaerobici che vivono in questo ambiente profondo. Si forma così l’idrogeno solforato (H2S) che, sciolto nell’acqua, risale per un effetto artesiano lungo le fratture e le faglie. E’ proprio in questo modo che all’altezza dell’uscita della gola la risalita di idrogeno solforato si manifesta con delle sorgenti sulfuree, come visibile dalla foto.

L’azione batterica è fondamentale in questa fase, perché altrimenti la formazione inorganica del H2S richiederebbe una temperatura di 200°C.

All’interno del massiccio calcareo di Frasassi, l’acqua sulfidica forma una falda ipogea che raggiunge il livello piezometrico entrando in contatto con l’acqua carbonatica e ben ossigenata della falda freatica. E’ proprio a questo punto i due differenti tipi di acque interagiscono tra di loro e l’H2S interagisce con l’ossigeno, creando le condizioni ideali ai solfobatteri ossidanti per accelerare la reazione di ossidazione liberando H+ e formando Acido Solforico (H2SO4).

Anche in questa fase l’azione dei solfobatteri risulta determinante, in quanto aumentano considerevolmente la produzione di acido solforico, che altrimenti sarebbe molto più limitata. Grazie proprio a questa intensa produzione di H2SO4, avviene la dissoluzione del calcare e la precipitazione del gesso (CaSO4 + H2O). Il gesso formato però essendo molto solubile in acqua viene evacuato dal sistema idrico della grotta tramite il proprio ricambio vadoso.

Un ruolo importante lo ha anche avuto la parte volatile dell’idrogeno solforato, in quanto le esalazioni causano la corrosione delle volte delle grotte, con conseguente formazione del gesso microcristallino, ben visibile anche attualmente.

In questo modo è evidente che l’intero ciclo dello zolfo era una potentissima macchina da corrosione, che permetteva la dissoluzione di grandi quantità di carbonato di calcio partendo anche da modeste quantità di zolfo, grazie anche ad una sorta di “moto continuo” supportato energicamente dalle reazioni microbiologiche di digestione del materiale organico.

In questa luce, divengono più “facilmente” spiegabili quell’insieme di grandi gallerie le quali erano difficilmente spiegabili con i soli fenomeni di corrosione carsica, mancando sia il gradiente piezometrico, sia una sorgente così alta di anidride carbonica necessaria per ottenere un così elevato grado di aggressività chimica.

In conclusione, l’origine delle grotte di Frasassi è dovuta principalmente ad un processo biologico e non tanto ad un puro fenomeno inorganico di dissoluzione chimica del calcare. I batteri chemio-autrofici infatti hanno continuamente ed in modo abbondante prodotto materiale organico, utilizzando l’energia chimica (ossidazione dell’H2S).

In quest’ottica si è sviluppato un complesso e diversificato ecosistema nel quale altri organismi si sono adattati a vivere senza dipendere dalla fotosintesi, ma che essendo molto lontano dalle mie conoscenze e competenze, vi lascio approfondire tramite diverse fonti, tra le quali perché no, un giro alle Grotte di Frasassi, dove vedere in maniera diretta il risultato di tutto questo meraviglioso processo.

Questo è in poche righe il processo di formazione del complesso carsico di Frasassi, che insieme all’altro articolo sull’evoluzione speleogenetica, va a concludere l’approfondimento che ho voluto dedicare a quest’area ed a chiarire alcuni aspetti sulla sua formazione.

Spero quindi che queste informazioni possano farvi apprezzare meglio quest’area nel caso voleste visitarla e vi invitino a rispettare di più ciò che la natura pazientemente ci ha regalato.

Referenze citate:

A. Montanari, 2010. Stigobionti, vita acquatica nelle Grotte di Frasassi.

Bertolani M. et. Al,. 1976;

Perna & Pozzi, 1959;

F. Cucchi, P. Forti. Evoluzione speleogenetica del complesso carsico di Frasassi.

 

 

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