Il territorio italiano è ricco di spettacolari grotte carsiche, che si sono formate per dissoluzione delle rocce calcaree (cioè contenenti carbonato di calcio) da parte delle acque meteoriche. Dal soffitto di queste grotte pendono veri e propri “festoni” calcarei: le stalattiti. Dal pavimento, invece, si innalzano le stalagmiti, simili a “spine” rocciose che sembrano sfidare la forza di gravità. Queste strutture non hanno soltanto un valore estetico, ma sono anche uno straordinario archivio di informazioni sul clima del passato. Com’è possibile? Per capirlo dobbiamo prima di tutto conoscere il processo che porta alla formazione di stalattiti e stalagmiti, il carsismo.
Il fenomeno del carsismo
L’acqua delle precipitazioni non è pura come quella distillata. Oltre a idrogeno e ossigeno, contiene anche altri gas presenti in atmosfera, come il diossido di carbonio (CO₂). L’acqua meteorica reagisce con il diossido di carbonio atmosferico producendo acido carbonico (H₂CO₃): questa reazione abbassa il pH dell’acqua e quindi la rende leggermente acida. La pioggia si arricchisce di CO₂ anche infiltrandosi nel suolo. Scendendo il profondità, l’acqua talvolta incontra rocce calcaree, costituite da carbonato di calcio (CaCO₃).
A questo punto l’acido carbonico reagisce con il carbonato di calcio e origina bicarbonato di calcio Ca(HCO₃)₂. Il bicarbonato di calcio è solubile e quindi viene asportato e allontanato dalle acque che circolano nel sottosuolo. In questo modo, l'acqua scava un percorso sotterraneo consumando le rocce che attraversa: è il fenomeno del carsismo, che origina le grotte.
La formazione di stalattiti e stalagmiti
Il processo che abbiamo descritto è reversibile. Che cosa significa? Quando l’acqua circolante nel sottosuolo fuoriesce dal soffitto di una grotta attraverso le fratture delle rocce, entra in contatto con l'aria più calda di questo ambiente e libera il diossido di carbonio. La perdita di CO₂ riduce la capacità di mantenere in soluzione il bicarbonato di calcio: il risultato è che questo viene depositato sotto forma di carbonato di calcio insolubile.
Dobbiamo quindi immaginare l’acqua che gocciola dal soffitto delle grotte e che deposita intorno alla frattura da cui fuoriesce un anello di carbonato di calcio, sotto forma del minerale chiamato calcite: questi depositi prendono il nome di concrezioni. Nel tempo, nuove gocce d’acqua depositano strati sovrapposti di calcite originando un cono che si allunga sempre di più: è così che si forma una stalattite. Nella stalattite l’acqua può continuare a scorrere e gocciolare grazie alla presenza di un canale interno.
Le gocce d'acqua che si staccano dal soffitto e raggiungono il suolo depositano il carbonato di calcio sul pavimento della grotta. Ecco che allora, esattamente sotto la stalattite, si forma un’altra struttura: la stalagmite. A causa della continua caduta di gocce d’acqua nello stesso punto, anche la stalagmite nel tempo si accresce, proprio come la stalattite. A differenza di quest’ultima, però, si sviluppa verso l’alto, ha un aspetto più tozzo e non presenta un canale al suo interno.
Il processo con cui si formano stalattiti e stalagmiti è molto lento. Alcune di queste strutture hanno anche centinaia di migliaia di anni. Nel corso dei secoli può accadere che una stalattite e la corrispondente stalagmite si accrescano fino a incontrarsi e a fondersi. Si formano allora vere e proprie colonne.
Perché sono importanti
La velocità con cui le rocce calcaree vengono dissolte e quindi quella con cui vengono depositate le concrezioni non è costante nel tempo. A influenzarla è soprattutto la quantità di CO₂ in soluzione, perché da essa dipende la sua acidità. A sua volta, la concentrazione di CO₂ nell’acqua dipende da quella presente nel suolo e nell’atmosfera. Stalattiti e stalagmiti si sviluppano molto nei climi caldi e umidi, in cui la vegetazione è abbondante e la decomposizione della materia organica è rapida. In queste condizioni, i suoli intrappolano una maggiore quantità di anidride carbonica.
Le concrezioni mantengono in ogni strato le informazioni relative alle condizioni ambientali presenti all’esterno della grotta al momento della loro deposizione. Studiando la composizione isotopica dei singoli strati di stalattiti e stalagmiti è possibile quindi ricostruire la variazione del clima nelle ultime migliaia di anni.
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