LE ACQUE SOTTERRANEE E IL CARSISMO

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1 Cognome... Nome... LE ACQUE SOTTERRANEE E IL CARSISMO Come abbiamo visto parlando del ciclo idrologico, l acqua che cade al suolo con le precipitazioni segue diversi percorsi: può evaporare, direttamente o in seguito a traspireazione a opera delle piante dovpo che queste l hanno assorbita dal terreno con le loro radici; può scorrere sul terreno come acqua di dilavamento e confluire nei corsi d acqua, che alla fine la riportano al mare (deflusso superficiale); infine, può infiltrarsi nel sottosuolo e dare origine alle acque sotterranee, destinate anch esse a defluire in mare, anche se molto più lentamente dei corsi d acqua. Una frazione delle acque sotterranee ritorna comunque in superficie attraverso le sorgenti e in seguito al cospicuo prelievo effettuato dall uomo per mezzo di pozzi e quindi raggiunge il mare attraverso il deflusso superficiale. La possibilità dell acqua di infiltrarsi nel sottosuolo e di penetrare in profondità dipende dalla permeabilità dei sedimenti e dalle rocce su cui cade, cioè dalla capacità di questi materiali di farsi attraversare dall acqua stessa; questa capacità è a sua volta determinata dalla porosità dei materiali rocciosi, dovuta alla presenza di spazi vuoti (pori) tra le loro particelle costituenti: i pori devono essere abbastanza grandi da lasciare circolare l acqua al loro interno. Quando possiedono questi requisiti, i sedimenti e le rocce sono permeabili: ne sono esempi le rocce incoerenti come la ghiaia e la sabbia, rocce coerenti come le arenarie (formate da sabbia cementata) e le rocce in genere che presentino fratture al proprio interno (comune è il caso dei calcari). Quanto maggiore è la porosità, tanto più elevata è la quantità di acqua che può essere assorbita. La porosità, tuttavia, non è sufficiente a rendere una roccia permeabile: l argilla, per esempio, è molto porosa, ma i pori hanno un diametro talmente ridotto che l acqua, dopo averli riempiti, vi aderisce, senza possibilità di muoversi. L argilla quindi fa parte delle rocce impermeabili, che includono anche in genere le rocce compatte non fraturate, di qualunque origine. Le falde acquifere L acqua piovana, dopo essersi infiltrata in uno strato superficiale permeabile, per gravità scende verso il basso fino a che incontra uno strato impermeabile (in genere costituito da argilla o da rocce compatte). Lo schema mostra la differenza essenziale tra una falda freatica, che poggia su uno strato impermeabile, e una falda artesiana, che è compresa tra due strati impermeabili. In una falda freatica, l acqua può essere prelevata per mezzo di un pozzo che peschi al di sotto della superficie di falda. Se il prelievo di acqua supera la capacità della falda di ricaricarsi con l acqua che giunge dalla zona di accumulo, la superficie di falda si abbassa.

2 L acqua si accumula al di sopra di questo strato impermeabile, impregnando lo strato permeabile e formando una falda acquifera al cui interno scorre lentamentee seguendo la pendenza. Una falda acquifera può essere di due tipi: freatica o artesiana. Una falda freatica (dal greco phréar = pozzo) è una falda acquifera limitata solo inferiormente da uno strato impermeabile; il livello superiore dello strato impregnato di acqua, detto superficie freatica, può variare in base all apporto delle piogge; al di sopra della superficiee freatica si trova la zona di aerazione, che viene attraversata dall acqua piovanaa di infiltrazione. L acqua di una falda freatica può essere prelevata per mezzo di pozzi comuni che peschino in essa: l acqua nel pozzo raggiunge al massimo il livello della superficie freatica e deve pertanto essere sollevata con l ausilio di mezzi meccanici. Una falda artesiana è una falda acquifera che viene a trovarsi intrappolata, cioè confinata, tra due strati impermeabili non orizzontali (falde di questo tipo sono comuni nella regione francese dell Artois, da cui il loro nome); poiché la zona di alimentazione si trova a una quota più elevata rispetto alla falda, l acqua si trova in pressione, come all interno di una condotta forzata. Schema di una falda artesiana. In un pozzo artesiano, l acqua tendee a salire fino a raggiungere il livello della superficie piezometrica. Se si scava un pozzo fino a raggiungere la falda, l acqua, per il principio dei vasi comunicanti, risale spontaneamente nel pozzoo fino a raggiungere il livello più alto della falda, chiamato superficie piezometrica. Se la testa del pozzo, chiamato pozzoo artesiano, è situata più in basso della superficiee piezometrica, l acqua fuoriesce zampillando. LO SFRUTTAMENTO DELLE FALDE ACQUIFERE. Le falde acquifere, dopo i ghiacciai, rappresentano la principale riserva di acqua dolce disponibile sulla Terra e quella da cui l uomo preleva per mezzo di pozzi la maggior parte dell acqua che utilizza. Spesso le acque sotterraneee sono sottoposte a eccessivi prelievi, soprattuttoo per scopi agricoli e industriali, tali da superare la naturale capacità di ricarica delle falde; questo provoca un graduale abbassamento del livello di falda e, come conseguenza, si può determinare il fenomeno della subsidenza: il terreno soprastante la falda, svuotato dell acqua, tende a cedere, compattandosi e abbassandosi. In Italia il fenomeno della subsidenza interessa parte della Pianura Padana e alcune zone costiere dell Adriatico.

3 Le sorgenti Quando le acque sotterranee affiorano in superficie si origina una sorgente; il caso più semplice è que di contatto, che si forma quando la superficie freatica di una falda incontra la superficie terrestre: sorgenti montane, che sgorgano alla base di un versante montuoso. llo di una so è il caso di rgente molte Schema di una sorgente di contatto. Schema di un tratto della linea delle risorgive nella Pianura Padana. Talvolta l acqua emerge da una sorgente a una temperatura superiore a 20 C: si tratta in questo caso di una sorgente termale, in cui l acqua proviene da grandi profondità o dopo essere stata in contatto con rocce magmatiche; le acque calde di queste sorgenti sono molto ricche di sali minerali. Tipi particolari di sorgenti sono le risorgive, chiamate anche fontanili, che affiorano nelle zone di passaggio tra l alta e la bassa pianura; una regione molto ricca di risorgive è la Pianura Padana. L acqua che alimenta le risorgive è quella che si raccoglie alla base delle Alpi, nella cosiddetta fascia pedemontana, costituita da terreni alluvionali porosi: in essi si infiltra l acqua della pioggia e dei numerosi fiumi che scendono dall arco alpino, andando a formare un estesa faldaa acquifera che si muove verso la bassa pianura. Qui il terreno diventa argilloso e quindi impermeabile e costringe la faldaa a risalire in superficie, formando la cosiddetta linea delle risorgive. Tipiche delle regioni calcaree sono le sorgenti carsiche, che tuttavia no sono alimentate da vere e proprie falde idriche, ma da acque sotterranee che circolano liberamente in grotte, cunicoli e cavità da esse stesse scavate nella roccia. Vanno infine rammentate le oasi del deserto che sono sorgenti che si formano in seguito all affioramento di una falda artesiana, la cui origine può trovarsi anche a centinaia di chilometri di distanza. Schema di sorgente carsica, di cui è mostrato un esempio nella foto.

4 Il carsismo All azione combinata delle acque della pioggia e di quelle che circolano nel sottosuolo si deve una particolare forma di modellamento del paesaggio superficiale e sotterraneo in zone dove sono presenti rocce solubili, come per esempio i calcari che, come sappiamo, sono costituiti da carbonato di calcio (CaCO 3 ); questo fenomeno, causato da processi sia di dissoluzione sia di precipitazione del carbonato di calcio, è chiamato carsismo; il termine deriva dal Carso, una regione ricca di rocce calcaree delle Alpi orientali, al confine tra l Italia (Venezia Giulia) e la Slovenia. Già abbiamo in precedenza accennato come l acqua piovana arricchita di diossido di carbonio (CO 2 ) eserciti un azione dissolvente sulle rocce calcaree: il CO 2 presente nell atmosfera passa in soluzione nell acqua della pioggia, conferendo a questa una debole acidità, sufficiente per aggredire chimicamente il carbonato di calcio, trasformandolo in bicarbonato di calcio, Ca(HCO 3 ) 2, che è solubile e viene pertanto trascinato in soluzione e allontanato dalla roccia. Le acque meteoriche esercitano la loro azione dissolvente insinuandosi nelle fratture delle rocce e ampliandole sempre più; col tempo si formano cunicoli e cavità dove l acqua scorre liberamente e velocemente, per cui si instaura un sistema di circolazione idrica sotterranea all interno della formazione calcarea. Affinché il fenomeno del carsismo assuma dimenisoni rilevanti occorre non solo che le rocce siano fessurate, ma anche che il clima della regione sia piovoso e che le temperature medie non siano eccessivamente basse (condizioni che accentuano i processi erosivi). In superficie il carsismo produce tipiche forme di modellamento del paesaggio, tra cui le doline ( piccole valli ): si tratta di depressioni concave, del diametro compreso tra pochi metri e qualche centinaia di metri, profonde fino a circa 200 m. Alcune delle principali forme di erosione superficiale e profonda di una regione carsica. Talvolta i corsi d acqua alla superficie possono scomparire in un inghiotitoio e compiere una parte del loro tragitto attraverso cunicoli sotterranei. Ne è un esempio il fiume Timavo, presso Trieste, che dopo un percorso di circa 40 km in profondità riemerge in superficie a pochi chilometri dal mare Adriatico. Spesso, sul fondo della dolina, si forma un inghiottitoio, attraverso il quale le acque della pioggia confluiscono all interno della formazione calcarea; in certi casi l inghiottitoio viene ostruito da materiali argillosi impermeabili, residui dei calcari, chiamati terre rosse, per cui le doline possono ospitare laghetti temporanei; le doline, allargandosi nel tempo, possono unirsi tra loro formando ampie depressioni chiamate, con un termine slavo, uvala.

5 Altre particolari strutture superficiali sono i campi carreggiati, dovuti all erosione differenziata dell acqua sulle rocce calcaree, che appaiono profondamente solcate da incisioni simili a quelle lasciate dalle ruote di un carro su un terreno fangoso. Nel sottosuolo l acqua che penetra attraverso inghiottitoi e fessure della roccia, scava cavità di varia forma e dimensione, formando grotte e gallerie (quelle a sviluppo verticale sono chiamate pozzi). Molte grotte sono collegate tra loro e formano sistemi che si estendono anche per decine di chilometri; al loro interno possono svilupparsi veri e propri corsi d acqua sotterranei. Nelle grotte l acqua esercita anche un azione costruttiva, formando depositi o concrezioni calcaree talvolta spettacolari. Le concrezioni si formano in seguito al lento gocciolamento dell acqua ricca di bicarbonato di calcio attraverso le fessure sulla volta e sui fianchi delle grotte: a causa della diminuita pressione e della maggiore temperatura all interno della grotta, parte del diossido di carbonio disciolto nell acqua che stilla dalle pareti si libera come gas e il bicarbonato di calcio si trasforma in carbonato di calcio insolubile, che si deposita in forma di minuti cristalli. Dalle gocce d acqua che stillano dalla volta ceddendo il loro deposito di carbonato di calcio si originano strutture pendenti, di forma in genere conica, dette stalattiti, che si accrescono verso il basso; dalle gocce che cadono sul pavimento si formano strutture che si accrescono verso l alto dette stalagmiti; stalattiti e stalagmiti possono arrivare a incontrarsi formando colonne. Le grotte e le cavità carsiche possono formare sistemi molto estesi che si sviluppano anch eper centinaia di chilometri; in Italia, le grotte sono numerose e tra le principali si possono citare quelle di Castellana di Puglia (provincia di Bari). GUIDA ALLO STUDIO 1. Che cosa si intende per permeabilità dei sedimenti e delle rocce? 2. Come si origina una falda acquifera? 3. Qual è la differenza tra una falda freatica e una falda artesiana? 4. In che cosa consiste il fenomeno della subsidenza?

6 5. In che modo si formano le risorgive nella Pianura Padana? 6. In che cosa consiste il fenomeno del carsismo? 7. Che cosa sono le doline? 8. Qual è la differenza tra una stalattite e una stalagmite? 9. Completa la seguente frase scrivendo i termini opportuni. Una falda che impregna uno strato roccioso permeabile disposto sopra uno strato impermeabile è detta ; se invece è imprigionata tra due strati rocciosi impermeabili è detta. 10. Indica se le seguenti affermazioni sono vere (V) o false (F). a. L argilla è una roccia porosa molto permeabile. V F b. I fontanili sono un tipo particolare di sorgente. V F c. L acqua della pioggia è debolmente basica. V F d. Il bicarbonato di calcio è un sale solubile. V F e. Le stalagmiti si accrescono verso il basso. V F f. Il carsismo è frequente nelle zone desertiche. V F

7 11. Osserva la figura, completala collocando correttamente i termini elencati sotto e rispondi alle domande. a. strato impermeabile; b. pozzo artesiano; c. strato permeabile; d. falda freatica; e. pozzo comune; f. falda artesiana. Che cosa mostra la figura? Come varia il livello della superficie freatica? Che cos è la zona di aerazione?

8 12. Completa il seguente schema con i termini sottostanti. [ Pozzo Faglia Sorgente Falda acquifera Roccia impermeabile ] 13. Osserva l immagine e descrivi di cosa si tratta. Esistono due tipi di falde idriche: le falde freatiche e le falde artesiane. Le prime, che si trovano a profondità sono costituite da strati che contengono sia aria sia acqua. Le seconde sono localizzate tra due strati e si trovano a profondità di norma delle precedenti. Dalle falde l acqua sale spontaneamente dai pozzi, mentre dalle falde deve essere attinta. [permeabili freatiche maggiori modeste artesiane impermeabili minori elevate] 14. Per falda artesiana si intende una riserva di acqua dolce A. che può risalire spontaneamente in superficie perché sotto pressione B. che può essere attinta attraverso pozzi freatici C. localizzata tra rocce permeabili D. che non può essere utilizzata perché molto inquinata