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Le grotte spiegate in modo semplice!

di Giovanni Badino

Cosa sono le grotte?

Sono vasti reticoli di cavità naturali che esistono all'interno di alcune montagne; a volte esse arrivano sino alla superficie esterna formando ingressi dai quali possiamo entrare a visitare o ad esplorare questi mondi bui percorsi solo da aria ed acqua. Ma attenzione: la grotta e' nell'interno del monte e in genere per evolversi non ha affatto bisogno di ingressi percorribili. E' per questo che pensiamo che buona parte delle grotte che esistono in realtà non siano accessibili. All'esterno arrivano indizi che ci permettono di capire che la montagna e' piena di gallerie, ma entrarci e' spesso estremamente difficile. La massima parte delle grotte che conosciamo e' scavata in rocce carbonatiche (calcari e dolomie) che sono costituite essenzialmente da miscele di due sali lentamente solubili in acqua: carbonato di calcio e carbonato di magnesio.

Cosa sono le rocce carbonatiche?

Si tratta di grandi masse di carbonato di calcio e magnesio depositate sul fondo di antichi mari. I piccoli organismi che compivano il loro ciclo vitale in prossimità della superficie del mare vi cadevano poi al fondo quando morivano, formando depositi di residui organici (soprattutto gusci e scheletri) spesso cementati dalla deposizione diretta dei carbonati se l'acqua finiva per risultarne sovrasatura. Le vicissitudini geologiche delle decine di milioni di anni successivi hanno poi trasformato questi depositi in rocce e li hanno fatti emergere all'aria. La variabilita' delle condizioni di deposizione, dei tipi di organismi e dei successivi eventi geologici capaci di indurne radicali trasformazioni fa si' che le rocce carbonatiche abbiano caratteristiche molto diverse dall'una all'altra.



Per quale motivo si formano le grotte?

Il motivo fondamentale e' che la roccia in cui si sono formate non e' adatta a resistere ai milioni di anni di piogge che subisce perche' e' piuttosto tenera, erodibile, e soprattutto e' solubile nell'acqua. I ruscelli, all'esterno, incidono la montagna con pareti, forre, canaloni; all'interno, quando invece riescono a penetrare attraverso sistemi di fratture, formano le grotte. In dettaglio pero' il processo di scioglimento della roccia in acqua e' molto complesso: dipende principalmente dalla temperatura (cioe' dal clima, attuale e passato), dalla quantita' di anidride carbonica disciolta in acqua, e dalla portata dell'acqua che penetra nel sottosuolo. L'importanza dell'anidride carbonica e' fondamentale perche' essa acidifica l'acqua rendendola piu' aggressiva: le acque piu' ricche di questo gas disciolto sono quelle che hanno attraversato forti coperture vegetali e le acque piu' fredde, perche' la sua solubilita' decresce al salire della temperatura. Grosso modo si puo' dire che si tratta di una lotta fra le condizioni che provocano lo scavo delle grotte (acque non sature di sali, e percio' aggressive) e quelle che causano il loro riempimento (acque sovrassature di sali disciolti e che percio' tendono a depositarne una parte). Queste ultime provocano percio' la formazione di concrezioni che possono finire per riempire interamente la cavita'. In questi casi quel che resta di una grotta viene frammentato in tronconi isolati l'uno dall'altro, perfettamente inaccessibili: nei monti in cui troviamo una grotta concrezionata ce ne sono sicuramente molte altre, isolate dall'esterno, bolle d'aria chiuse nella roccia da fantastiche cristallizzazioni. E' per questa loro tendenza a divenire inaccessibili che le grotte molto adorne di concrezioni (o, all'interno di una stessa grotta, le gallerie fortemente concrezionate) sono rare: il loro sviluppo e' un fenomeno che finisce per isolare completamente la cavita' per poi riempirla completamente.

Dove va a finire l'acqua delle grotte?

Verso le sorgenti, a valle. Il percorso di un ruscello all'interno di una montagna e' all'incirca questo: cade lungo pozzi e ripide e strette gallerie unendosi ad altri ruscellamenti ed ingrossandosi sino ad arrivare ad una quota poco maggiore di quella delle risorgenze, quella che gli speleologi chiamano livello di base, dove spesso ormai il flusso d'acqua si e' trasformato in un torrente che scorre in ampie gallerie, detti rami attivi. A quel punto la gran parte della caduta attraverso la montagna e' finita. Li' l'acqua diventa lenta, poco propensa a erodere, e forma laghi e laghetti. Le nostre esplorazioni in genere si arrestano quando arriviamo dinanzi ad un lago il cui emissario e' subacqueo, cioe' un lago nel cui letto vi sono gallerie sommerse nelle quali l'acqua avanza verso le risorgenze. (noi chiamiamo sifoni queste gallerie sommerse). Le stese sono esplorabili esclusivamente tramite attrezzature subacquee da speleosub debitamente formati. E' una disciplina effettivamente pericolosa, ma che in questi anni sta conoscendo un grande sviluppo grazie anche all'evoluzione delle tecniche di immersione. Un altro sistema, molto piu' comodo, per sapere come sono fatte quelle zone sommerse e' studiare in altre grotte i tratti di gallerie che erano sommerse in un lontano passato ma che ora sono fossili e piene d'aria. Ecco le gallerie sommerse alle radici del monte: sono ampie, piene d'acqua lenta, di forma diversa da quelle nelle quali l'acqua precipita: quelle lassu' sembravano forre, alte e strette, sempre in discesa, mentre queste sono abbastanza tondeggianti e vanno su e giu' (in genere dolcemente), modellate a salite e discese che si alternano in un modo apparentemente insensato, dimentico della gravita'. Sono quelle che noi chiamiamo gallerie freatiche, cioe' che si sono formate sott'acqua. Insomma: l'acqua entra e cade lungo forre interne sino alla base del monte, modellato come una spugna in un intrico di gallerie invase dall'acqua. In un qualche punto all'esterno questo gran bacino d'acqua tocca la superficie della montagna e di li' trabocca: e' la risorgenza, finalmente. In Italia ne abbiamo di notevoli, fantastiche avventure sommerse. I luoghi dove l'acqua torna a giorno, dopo chissa' quali percorsi nell'oscurita', sono sempre molto belli. Oltre che molto belli sono luoghi molto utili, dato che la loro acqua in genere viene captata ed immessa negli acquedotti.


Ci sono grotte non originate dall'acqua?

Si', sulle pendici dei vulcani. Lo scorrimento delle lave forma delle grotte di un tipo particolare, Êa tuboË: l'esterno del flusso di lava che corre verso valle si raffredda e cessa di scorrere, venendo a formare un tunnel al cui interno continua a scorrere la roccia fusa (incavernamento della lava). A fine eruzione viene lasciato un tubo di roccia che, una volta raffreddatosi, potra' divenire percorribile. Le piu' grandi grotte a "tubo di lava" si trovano nelle Haway e raggiungono sviluppi di oltre 10 km; in Europa ve ne sono di famose alle Azzorre. In Italia, sulle pendici dell'Etna se ne aprono diverse centinaia, alcune delle quali superano abbondantemente il chilometro di sviluppo.

Che condizioni ambientali vi sono in grotta?

Sono, in genere ambienti poco ospitali per l'uomo. La regola generale e' che l'aria delle grotte e' satura di umidita' e con una temperatura praticamente costante: vediamo queste due caratteristiche. L'umidita'. Acqua ed aria in un qualsiasi ambiente chiuso vanno in equilibrio fra loro quando l'aria diviene satura di vapor d'acqua. In grotta, in genere, ci sono entrambi i fluidi, in ambiente chiusi o semi-chiusi: l'acqua ha cosi' tempo di evaporare e saturare di umidita' le masse d'aria che fluiscono nella montagna (il fatto che all'esterno, invece, l'aria sia spesso 'secca' e' causato dell'azione del sole e delle precipitazioni). Vediamo la temperatura. Le grotte sono quasi sempre attraversate da grandi flussi d'acqua: grosso modo la loro temperatura e' quella media delle acque che entrano sottoterra, e dunque, all'incirca, quella media delle precipitazioni (pioggia o neve) in quella particolare localita'. Normalmente, percio', le variazioni di temperatura da una grotta all'altra sono piuttosto grandi, legate al clima della regione e alla quota. Un po' di esempi? Le splendide grotte di Sardegna, che si sviluppano prevalentemente al livello del mare, sono intorno ai 20 C, le grotte alpine e nord-appenniniche a mille metri di quota hanno temperature intorno ai 6-8 C, mentre quelle che si aprono intorno ai duemila metri di quota sulle Alpi scendono fino a 1- 3 C. In genere, insomma, in grotta fa piuttosto freddo. Questa e' la regola, ma ci sono numerose eccezioni legate a situazioni particolari: grotte che si aprono in zone termali possono essere cosi' calde da impedire o rendere estremamente difficile l'esplorazione (le grotte di Sciacca, in Sicilia, arrivano ad oltre 80 C). E' invece molto raro incontrare grotte la cui temperatura sia sotto lo zero, anche solo di poco.


C'e' vita nelle grotte?

Certamente, ma attenzione: un ambiente sotterraneo, se fosse completamente isolato, conterebbe un ecosistema incompleto e quindi incapace di sostentarsi perche' mancante della luce che e' la fonte primaria di energia dalla quale dipendono tutti gli esseri viventi. All'esterno sono le piante verdi quelle che utilizzano la luce per i processi di trasformazione delle sostanze minerali in sostanze organiche (fotosintesi), innescando tutte le catene alimentari che, partendo dalle piante, passano per i vegetariani e finiscono ai carnivori e ai detritivori. Sottoterra la luce e' assente e quindi l'ambiente deve per forza dipendere da quello esterno. Da su infatti, mediante veicoli come certi animali esterni, le correnti d'aria, la gravita' e, soprattutto, l'acqua, vengono immesse nel sottosuolo quantita' spesso notevoli di materia organica. Qualche volta si tratta di esseri vivi (animali invertebrati, spore, pollini e limi ricchi di batteri e protozoi), ma in genere cio' che viene trascinato giu' e' materia organica morta: detriti vegetali piu' o meno decomposti, guano, cadaveri di animali grandi e piccoli e cosi' via. Insomma: il mondo sotterraneo e' un mondo privo di piante e di vegetariani, si procura materiale energetico 'filtrato' dall'esterno ed e' essenzialmente popolato da animali detritivori e dai loro predatori. Bisogna pero' sottolineare che le grotte, in questo discorso, costituiscono un concetto antropocentrico, in quanto sono dei vuoti a misura d'uomo, cioe' percorribili ed esplorabili. Ma i confini tracciati da un rilievo topografico sono solo l'espressione dei nostri limiti esplorativi, oltre i quali un immenso mondo, di gran lunga piu' vasto di tutte le grotte che ci e' dato conoscere, si estende a dismisura nel reticolo tridimensionale di micro-fessure, inesplorabile ma esistente in ogni massiccio montuoso. Questo e' il vero ambiente sotterraneo, il piu' protetto, climaticamente piu' stabile e biologicamente piu' popolato. Le grotte sono soltanto delle comode (per noi) finestre aperte su questo mondo, dei vuoti percorribili che ci permettono di penetrare piu' o meno profondamente nel sottosuolo e nelle quali gli organismi che 'escono' dalle loro piu' riparate fessure, capitano solo casualmente: ma e' solo qui che noi, chiamandoli un po' impropriamente cavernicoli, li possiamo incontrare.

C'e' sempre buio in grotta?

Si', nelle grotte c'e' sempre buio, proprio quell'oscurita' che riempie qualsiasi oggetto non trasparente. Il buio e' tanto fisiologicamente completo che se vi si rimane per qualche minuto si finisce per avere difficolta' a capire se i nostri occhi sono aperti o chiusi. Quel buio fisiologico totale pero' non e' assoluta assenza fisica di luce. Ne esistono tracce dovute a particelle di radiazione cosmica che riescono a penetrare nel sottosuolo (dette muoni), che quando attraversano l'aria di una grotta rilasciano un impercettibile segnale di luce; esso pero' e' estremamente debole e discontinuo e quindi l'evoluzione ha spinto le forme di vita presenti a fare completamente a meno della vista. Si vede che se la cavano benissimo.

In grotta si riesce sempre a respirare?

Si', perche' l'aria di grotta viene continuamente rinnovata con aria esterna che penetra, per motivi che vedremo oltre, dagli innumerevoli piccoli sbocchi verso l'esterno che ha ogni grotta. Anche l'acqua che vi fluisce contribuisce a rinnovare l'atmosfera grazie ai gas disciolti che essa trasporta: questo spiega come mai l'aria di ambienti anche piccoli sia quasi sempre respirabile anche in diramazioni completamente isolate dall'esterno da tratti di gallerie sommerse. Due caratteristiche distinguono l'aria delle grotte da quella esterna: essa e' quasi sempre satura di umidita' ed estremamente pura. Queste due caratteristiche sono legate: l'umidita' e le lievi differenze di temperatura inducono cicli di condensazione ed evaporazione che finiscono per catturare e spostare nell'acqua tutte le particelle in sospensione nell'aria. Ne risulta un'aria fredda, umida e sterile che e' molto adatta a guarire malattie di tipo polmonare. E' soprattutto nell'Est europeo che la speleoterapia (letteralmente: cura tramite le grotte) si e' molto sviluppata: la' esistono decine di grotte in cui i malati di asma, soprattutto allergica, vengono curati con cicli di permanenza piuttosto lunghi sottoterra. In Italia questo tipo di medicina e' ancora alla fase iniziale, ma i risultati ottenuti sono gia' incoraggianti. Non proprio tutte le grotte possono pero' vantarsi dell'aria che contengono: ne esistono rarissime che hanno aria cattiva perche' si aprono in zone vulcaniche o perche' al loro interno vengono trasportati materiali organici che, imputridendo, formano sacche di anidride carbonica. Questo e' un gas piu' denso di quelli che costituiscono l'aria e dunque tende ad occupare le parti basse delle cavita'. Perche' questo accada pero' occorre che la grotta abbia una sola entrata (con due si formano correnti che rinnovano continuamente l'aria interna) e quindi che sia piuttosto piccola, e inoltre che l'apporto organico sia importante. Una minaccia del genere e' percio' presente solo nel caso di pozzi ciechi (eventualmente artificiali) che si aprono in zone con molta vegetazione; e' quindi un pericolo piuttosto raro in Italia, ma abbastanza frequente in zone tropicali.

Perche' in grotta fa freddo mentre nelle miniere fa caldo?

Soprattutto perche' le grotte sono state attraversate per molto tempo da grandi flussi d'acqua "fredda", mentre le miniere, in genere, no. E' il flusso d'acqua dall'esterno che, in tempi geologici, finisce per portare la roccia carsificata ad una temperatura prossima a quella media delle precipitazioni meteorologiche. L'acqua che eventualmente e' presente nelle miniere e' invece immobile e in equilibrio termico con la roccia, la cui temperatura cresce assai rapidamente con la profondita', circa trenta gradi per ogni chilometro di discesa. Ad aggiungere caldo al caldo ci pensa lo scavo delle gallerie che puo' mettere in contatto l'aria con minerali che reagiscono con l'ossigeno producendo calore: solfuri, ad esempio.

Perche' ci sono correnti d'aria?

Per capirlo pensiamo ad un camino: se il fuoco e' acceso l'aria al suo interno e' piu' calda di quella esterna, quindi meno densa, e tende a salire proprio come capita a quella delle mongolfiere. Si forma cosi' un risucchio alla base e un soffio dalla sommita', entrambi tanto piu' violenti quanto piu' alto e ampio e' il camino. Lo stesso capita dentro le montagne; abbiamo visto che l'aria interna ha una temperatura quasi costante, ma quella esterna no: quando l'aria interna risulta piu' calda di quella esterna (in inverno, ad esempio) le masse d'aria nel monte tendono a salire, mentre d'estate, quando l'interno risulta piu' freddo dell'esterno, l'aria interna non riesce piu' a "galleggiare" e cade, facendo si' che le entrate alte aspirino aria e quelle basse la soffino fuori. Perche' avvenga questo fenomeno occorre che ci siano molti ingressi, ma le grotte li hanno sempre, anche se spesso gli speleologi ne conoscono uno solo. Come capita nei camini, anche nelle montagne le correnti d'aria sono tanto piu' violente quanto maggiore e' la vastita' della grotta. Questi flussi d'aria hanno normalmente velocita' di pochi metri al secondo, ma a volte sono estremamente violente: si pensi che in una grotta (Pinargotzu, Turchia) e' stato misurato un vento di oltre 160 chilometri orari!

Le grotte possono riempirsi d'acqua?

Sono pochissime le grotte che davvero si riempiono, che cioe' si saturano completamente d'acqua; sono molte invece quelle che in caso di forti piogge sono soggette a piene che allagano zone di passaggio. In esse gli speleologi (si tratta sempre di grotte non aperte al pubblico) possono rimanere bloccati anche per giorni; in questi casi, in genere, la squadra bloccata non corre veri rischi se ha quel minimo di cibo che sempre ci si porta appresso: bisogna, e basta, aspettare. La situazione e' pericolosa se vi finiscono degli inesperti, che possono decidere incoscientemente di superare il blocco imposto dall'acqua, finendo per rischiare di annegare o di morire assiderati se si sono infradiciati. Proprio per questo in tali casi la squadra di soccorso cerca di raggiungere al piu' presto gli sfortunati prima che si gettino in queste azioni temerarie.


Le grotte possono crollare?

In tempi geologici si': crollano, e i massi di crollo vengono disciolti dai ruscellamenti e portati via; ma su una scala umana di tempo la risposta e' no, non crollano e anzi, le grotte sono molto stabili. La parte percorribile di una grotta sta li' da centinaia di migliaia di anni, e quella che vediamo e' proprio la struttura che la montagna ha assunto per resistere all'infinita' di terremoti che ha certamente subito in passato: solo qualche raro masso pericolante rischia di smuoversi al passaggio dei primi esploratori in zone sconosciute. I crolli antichissimi avvenuti in una grotta, insomma, sono sempre numerosissimi, ma e' davvero improbabile che se ne verifichino altri proprio mentre noi siamo li': persino nel caso di violenti terremoti tendono a crollare solo le strutture piu' recenti, come le concrezioni. A questo proposito, anzi, aggiungiamo che la paleo-sismologia deduce le caratteristiche di antichi fenomeni sismici dal tipo delle concrezioni che sono state rotte in quei casi e che ora troviamo a terra in mezzo ad altre che sono rimaste intatte.

Come si formano le concrezioni?

Si formano quando le infiltrazioni d'acqua che entrano in una cavita' per qualche motivo si vengono a trovare soprassature di carbonato di calcio: quel che accade e' che il sale in eccesso "precipita" (il processo inverso dello "sciogliersi") e si deposita nella grotta. Le concrezioni che si formano sono molto varie e di grande fascino soprattutto perche' esulano dalla normale esperienza di chi non e' mai stato in grotta: e' infatti rarissimo che all'esterno si creino condizioni adatte a formarle. Sono molto varie e complesse anche le modalita' di dettaglio con cui una goccia d'acqua riesce a diventare soprassatura in quel punto particolare della caverna: vi intervengono evaporazioni, cessioni di anidride carbonica, micro-variazioni di temperatura, correnti d'aria... Le concrezioni sono in genere di calcite, cioe' di carbonato di calcio cristallino, dato che e' il sale piu' abbondante presente nelle acque di grotta. Ma, piu' raramente, possono esistere anche concrezioni di altri minerali (ne sono stati descritti oltre duecento) di cui i piu' comuni sono l'aragonite ed il gesso. I processi per i quali in una grotta si formano concrezioni di certi minerali invece che di altri sono molto complessi e, in molti casi, non ben compresi.

In quanto tempo si formano le concrezioni?

Le velocita' di deposizione delle concrezioni sono legate al dettaglio delle condizioni ambientali che le causano. Variano ampiamente: alle nostre latitudini e con il nostro clima la velocita' di crescita varia da 3 a 400 millesimi di millimetro ogni anno. In casi particolari le variazioni possono essere ancora piu' grandi: per esempio le acque termali riescono talvolta a far crescere concrezioni con velocita' centinaia di volte maggiori dei massimi appena detti. D'altro canto bisogna tener presente che le concrezioni possono smettere di crescere anche per lunghi periodi o addirittura, se le condizioni dell'acqua sono variate a sufficienza, essere parzialmente ridisciolte.

Si puo' bere l'acqua delle grotte?

La potabilita' dell'acqua che esce dalle montagne calcaree e' legata alla sua storia prima dell'assorbimento. In genere l'acqua di grotta non viene filtrata lungo il suo percorso perche' corre in ambienti di dimensioni molto maggiori delle particelle che eventualmente possono inquinarla, ne' incontra microrganismi che la purifichino. Bere in grotta, o bere alla risorgenza, e' percio' quasi esattamente come bere l'acqua quando entrava sottoterra, cosi' com'era al momento dell'assorbimento. Alla risorgenza, a valle, si beve acqua di montagna se le zone di assorbimento sono in alta montagna; se invece l'acqua e' stata assorbita in un'area popolata, dalle risorgenti sgorghera' all'incirca acqua di fogna.

Si possono usare le grotte per le discariche?

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