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Scienze della Terra per le superiori/Il carsismo (modifica)

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→‎I caratteri e i problemi degli acquiferi carsici
=== I caratteri e i problemi degli acquiferi carsici ===
Gli acquiferi costituiti da rocce carbonatiche litificate (calcari, dolomie) hanno caratteristiche di ''porosità'' e ''permeabilità'' significativamente diverse rispetto a quelli costituiti da rocce terrigene.
[[File:WolfvilleFm 210509 ppl 20x.tif|thumb|left|verticale=0.8|Arenaria in sezione sottile. La resina epossidica di colore blu riempie ed evidenzia la porosità, che è molto elevata nonostante la roccia sia piuttosto antica (Triassico). ]]
Prendiamo un esempio di '''acquifero terrigeno''' composto da sabbie (o arenarie): qui vi è un sistema poroso interno con '''prevalente porosità primaria''' (cioè relazionata con la tessitura della roccia, ovvero con vuoti presenti tra i granuli che la compongono); generalmente in questo tipo di rocce tali vuoti sono intercomunicanti: si parla quindi di '''porosità efficace'''. La progressiva precipitazione di cementi nella porosità primaria può ridurre in parte la porosità e la permeabilità, ma in maniera generalmente abbastanza uniforme, o comunque non tale da occludere completamente il sistema poroso (se non dopo molto tempo e/o in presenza di soluzioni particolarmente concentrate); a questo contribuisce il fatto che i minerali delle rocce terrigene clastiche (il quarzo soprattutto) sono piuttosto stabili (più dei carbonati). In queste condizioni, ''l’acqua si sposta prevalentemente all’interno della porosità primaria'' della roccia, negli spazi intergranulari, sotto l’effetto della gravità. Questo meccanismo opera anche un processo di ''filtrazione e depurazione delle acque'' superficiali (come un filtro di tipo meccanico). Può esservi anche una porosità e una permeabilità secondaria, dovuta alla presenza di fratture di origine tettonica, ma il suo contributo (a meno di una forte cementazione della porosità primaria) è di solito locale e nettamente subordinato. La risposta di acquiferi di questo tipo agli eventi di precipitazione meteorica è molto meno veloce rispetto a quella della rete di drenaggio superficiale (l’acqua si sposta meno velocemente all’interno della falda rispetto ai corsi d’acqua di superficie).
[[File:Biosparite.jpg|thumb|right|verticale=0.8|Sezione sottile di un ''calcare bioclastico'' (in cui i granuli costituenti sono costituiti da microfossili). Gli spazi intergranulari sono riempiti completamente da un mosaico di cristalli di ''calcite'', e la porosità è praticamente obliterata.]]
Nelle '''rocce carbonatiche''', molto più sensibili all’alterazione di tipo chimico, dopo la deposizione e il seppellimento, con l’aumento progressivo della pressione e della temperatura e l’aggressività sempre maggiore delle soluzioni acquose circolanti nei pori, avvengono una serie di fenomeni di '''dissoluzione''', '''riprecipitazione''' e '''ricristallizzazione''' (crescita di cristalli di calcite o dolomite di neoformazione), che '''riducono drasticamente la porosità primaria''', e la modificano spesso occludendo in gran parte i canali che connettono i vuoti tra le particelle che compongono la roccia, in tal modo '''riducendo anche la porosità efficace e la permeabilità primaria'''. Quando queste rocce vengono di nuovo in affioramento a causa dei movimenti tettonici, si crea una '''porosità secondaria''' dovuta sia alle discontinuità di origine tettonica (faglie, fratture e microfratture), sia ai fenomeni carsici di dissoluzione, caratterizzata da '''elevata permeabilità''' (secondaria), a causa delle dimensioni notevoli dei vuoti, dell’ordine anche dei metri. In queste condizioni, l’acqua si sposta prevalentemente (e molto velocemente), in maniera localizzata, nella porosità secondaria e soprattutto nei '''sistemi di cavità carsiche'''. Per questi motivi '''i sistemi carsici hanno una risposta molto rapida agli apporti meteorici'''<ref group=N> Questo, per inciso, è il motivo per cui è molto pericoloso trovarsi entro un sistema di grotte mentre piove (durante un temporale estivo ad esempio), perché le gallerie possono allagarsi molto rapidamente. I sifoni asciutti in particolare possono allagarsi completamente in breve tempo e intrappolare persone in gallerie o sale, soggette ad ulteriore allagamento. </ref>, simile a quella dei corsi d’acqua superficiali, e una '''scarsa capacità di filtrazione''' (per le grandi dimensioni dei meati in cui l’acqua si muove). ▼
 
▲Nelle '''rocce carbonatiche''', molto più sensibili all’alterazione di tipo chimico, dopo la deposizione e il seppellimento, con l’aumento progressivo della pressione e della temperatura e l’aggressività sempre maggiore delle soluzioni acquose circolanti nei pori, avvengono una serie di fenomeni di '''dissoluzione''', '''riprecipitazione''' e '''ricristallizzazione''' (crescita di cristalli di calcite o dolomite di neoformazione), che '''riducono drasticamente la porosità primaria''', e la modificano spesso occludendo in gran parte i canali che connettono i vuoti tra le particelle che compongono la roccia, in tal modo '''riducendo anche la porosità efficace e la permeabilità primaria'''. Quando queste rocce vengono di nuovo in affioramento a causa dei movimenti tettonici, si crea una '''porosità secondaria''' dovuta sia alle discontinuità di origine tettonica (faglie, fratture e microfratture), sia ai fenomeni carsici di dissoluzione,. Questa porosità è caratterizzata da '''elevataalta permeabilità''' (secondaria), a causa delle dimensioni notevoli dei vuoti, dell’ordine anche dei metri. In queste condizioni, l’acqua si sposta prevalentemente (e molto velocemente), in maniera localizzata, nella porosità secondaria e soprattutto nei '''sistemi di cavità carsiche'''. Per questi motivi '''i sistemi carsici hanno una risposta molto rapida agli apporti meteorici'''<ref group=N> Questo, per inciso, è il motivo per cui è molto pericoloso trovarsi entro un sistema di grotte mentre piove (durante un temporale estivo ad esempio), perché le gallerie possono allagarsi molto rapidamente. I sifoni asciutti in particolare possono allagarsi completamente in breve tempo e intrappolare persone in gallerie o sale, soggette ad ulteriore allagamento. </ref>, simile a quella dei corsi d’acqua superficiali, e una '''scarsa capacità di filtrazione''' (per le grandi dimensioni dei meati in cui l’acqua si muove).
Per studiare i tempi e le modalità di risposta di un sistema carsico agli input di acque superficiali è necessario conoscere con buona confidenza i punti di uscita (la '''zona di emergenza''') del sistema stesso, di solito ''sorgenti o fiumi carsici''. La zona di emergenza e i punti di controllo vengono generalmente individuati mediante ''traccianti artificiali'' (chimici, ottici, isotopici), immessi a monte in punti opportuni (pozzi artificiali, torrenti sotterranei…). Una volta individuate le stazioni di misurazione, vengono registrati i ''tempi tra l’inizio dell’episodio di pioggia e la fuoriuscita del tracciante dai punti di emergenza''. Parallelamente, vengono registrati altri parametri: ad esempio ''portata'', ''temperatura'', ''torbidità'', ''durezza'' (misura del contenuto in carbonato), ''conducibilità elettrica'', ''concentrazione di microrganismi''.▼
 
▲Per studiare i tempi e le modalità di risposta di un sistema carsico agli input di acque superficiali è necessario conoscere con buona confidenza i punti di uscita (la '''zona di emergenza''') del sistema stesso, di solito ''sorgenti o fiumi carsici''. La zona di emergenza e i punti di controllo vengono generalmente individuati mediante sostanze ''traccianti artificiali'' (chimici, ottici, isotopici, non inquinanti), immessi a monte in punti opportuni (pozzi artificiali, torrenti sotterranei…). Una volta individuate le stazioni di misurazione, vengono registrati i ''tempi tra l’inizio dell’episodio di pioggia e la fuoriuscita del tracciante dai punti di emergenza''. Parallelamente, vengono registrati altri parametri: ad esempio ''portata'', ''temperatura'', ''torbidità'', ''durezza'' (misura del contenuto in carbonato), ''conducibilità elettrica'', ''concentrazione di microrganismi''.
 
{{Cassetto|Approfondimento: idrologia delle sorgenti e dei fiumi carsici|colore=#cc5300|coloresfondo=#f9ffe0|
 
La curva di variazione nel tempo della portata ad una certa stazione (idrogramma) viene confrontata con le variazioni degli altri parametri. Nell’esempio generale proposto, vediamo un idrogramma riportato insieme al pluviogramma (o ietogramma) che fornisce la distribuzione della quantità di pioggia nel tempo. Si vede che il tempo di ritardo del picco di piena rispetto al picco di pioggia è molto breve. Inoltre sono riportati altri parametri:
Altri parametri addizionali possono essere registrati, come la ''temperatura'' (che generalmente tende a decrescere con l’arrivo delle acque di infiltrazione dall’esterno), e la ''conducibilità elettrica'' (che dipende dall’attività ionica delle soluzioni, quindi tende a diminuire con il picco di piena a causa della minore presenza di sali nelle acque piovane). Questa sequenza di eventi è stata verificata da numerosi studi, anche se non è sempre rispettata in tutti i suoi punti, perché il comportamento del sistema carsico è determinato da molti fattori, relativi sia all’entità e alla distribuzione nel tempo delle precipitazioni, sia alla distribuzione spaziale del reticolo di fratture e condotti.<br>
La ''pendenza del picco di piena nella fase di deflusso'' è indicativa dei diversi contributi nell’ambito del reticolo carsico: così il ''tratto a maggior pendenza'' indica il contributo del sistema di ''condotti'' (da cui l’acqua defluisce molto rapidamente), mentre il ''tratto a pendenza minore'' indica il contributo del ''sistema diffuso di fratture'' (in cui l’acqua di piena defluisce più lentamente). Vi possono essere più colmi di piena dovuti alle fluttuazioni pluviometriche oppure alla complessità interna del sistema carsico, con diversi rami drenanti, che causa irregolarità e ritardi nel deflusso. In generale, le '''sorgenti carsiche''' sono caratterizzate da una certa '''variabilità''' e da un''''ampia escursione stagionale''' della portata, soprattutto quelle che hanno alle spalle un sistema dominato da condotti carsici, mentre le sorgenti che derivano da un reticolo più diffuso hanno maggiore continuità e costanza nelle portate (anche se le portate possono essere quantitativamente limitate).
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La ricostruzione dei flussi all’interno del sistema carsico ha notevole importanza per l’accertamento della '''qualità delle acque''' e l’'''approvvigionamento idrico''' per le popolazioni locali. E’ infatti evidente che la rapidità di flusso all’interno dei sistemi carsici e la loro bassa capacità di filtrazione sono anche causa della loro '''vulnerabilità all’inquinamento'''. Inoltre l’ecosistemal’'''ecosistema di grotta''', presente sia nella parte superficiale del sistema carsico che in quella profonda con adattamenti peculiari, è estremamente fragile e vulnerabile.<br>
Le sostanze inquinanti possono essere di tipo urbano (rifiuti solidi, materiali plastici e organici, idrocarburi, derivati da reti fognarie e discariche abusive) e di tipo agricolo (pesticidi e fertilizzanti dilavati dalle acque meteoriche). I ''fiumi allogenici'' (provenienti da aree esterne alla regione carsica) possono avere un ruolo notevole nell’apporto di inquinanti all’interno del sistema carsico, tanto più difficile da controllare in quanto spesso l’inquinamento proviene da aree a diversa giurisdizione.<br>
Inoltre, l’inquinamento non è dovuto soltanto all’apporto diretto delle acque superficiali. Infatti per le caratteristiche di sedimentazione e deposizione chimica all’interno di questi sistemi ''le sostanze inquinanti tendano ad accumularsi con le concrezioni e i depositi'', permanendovi anche a lungo inalterate per la relativa stabilità delle condizioni di temperatura e l’ambiente protetto dal vento e dalle intemperie, per infiltrarsi lentamente in profondità o essere rimesse subitaneamente in circolo in seguito ad eventi di piena particolarmente intensa o crolli o altri eventi erosivi.<br>
Antonov
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