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Elisabetta Preziosi, Autorità di Bacino del fiume Tevere, Società Speleologica Italiana
Leonardo Piccini, Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi di Firenze
IDROGEOLOGIA CARSICA: LE INDAGINI SPELEOLOGICHE COME STRUMENTO DI PROSPEZIONE E RICERCA
Articolo estratto dal n. 3/2000 della rivista S.I.GE.A "Geologia dell'ambiente"
Riassunto
Vengono descritte brevemente le caratteristiche idrogeologiche ed idrodinamiche degli acquiferi carsici, le loro potenzialità quali fonti di risorse idriche di elevato pregio e la loro vulnerabilità all’inquinamento. Alcuni esempi tratti dall'ampia casistica italiana forniscono poi un quadro generale sul contributo essenziale che le indagini speleologiche hanno dato e possono ancora dare per l’individuazione, lo studio ed il corretto utilizzo delle risorse idriche contenute negli acquiferi carsici.
1. Introduzione
Le grotte costituiscono dei punti di accesso al sottosuolo, che permettono la raccolta diretta d’informazioni di tipo geologico, geomorfologico ed idrogeologico.
La corretta ubicazione spaziale (quota e coordinate piane, ad esempio) di elementi geologico-strutturali notevoli (giacitura di limiti stratigrafici e di superfici tettoniche), può aiutare l'interpretazione dei dati di superficie e la ricostruzione di profili geologici con maggior accuratezza di quanto si possa fare con gli approcci tradizionali.
Lo studio geomorfologico delle grotte, che consiste nell'analisi dei condotti e dei depositi in essi presenti e dell'andamento della cavità nel suo insieme, può permettere di individuare delle correlazioni con l'assetto geomorfologico e tettonico, ponendo vincoli spaziali e cronologici per la ricostruzione dell’evoluzione morfotettonica di una data regione.
Il contributo maggiore dell’indagine speleologica riguarda però lo studio idrogeologico e la caratterizzazione chimico-fisica delle risorse idriche contenute negli acquiferi carsici (Civita et al., 1986). Tra le informazioni di maggior interesse, l'individuazione di zone perennemente allagate, non sospese, può fornire la quota del livello piezometrico che, correlato a quello delle sorgenti alimentate dal massiccio carbonatico, permette di calcolare il gradiente della superficie piezometrica. Inoltre, l'accesso a zone con deflusso idrico temporaneo o permanente permette di effettuare prove con traccianti per determinare le direttrici del deflusso sotterraneo e individuare il bacino idrogeologico di pertinenza del sistema carsico.
In questo lavoro, che non ha la pretesa di essere esaustivo dell'argomento, si descrivono brevemente gli ambiti in cui le ricerche speleologiche danno un contributo sostanziale alla definizione delle caratteristiche degli acquiferi carsici, facendo riferimento anche ad alcuni esempi tratti dall’ampia casistica nazionale.
2. Gli acquiferi carsici
Gli acquiferi carsici costituiscono delle risorse idriche di estrema importanza, che hanno soprattutto valenza di risorsa strategica: dati dell'UNESCO indicano che circa il 30% dell'acqua potabile disponibile su scala mondiale proviene da questi acquiferi (Forti, 1998).
Ciò dipende dal fatto che nelle aree carsiche l’infiltrazione delle acque meteoriche è sempre molto elevata, arrivando, in certi casi, al 100 % delle acque disponibili per il ruscellamento superficiale. Variano invece da caso a caso le capacità dell’acquifero di immagazzinare le acque che s’infiltrano e i tempi con cui queste vengono restituite dalle sorgenti, in funzione del grado di sviluppo del carsismo o, più in generale, dalle caratteristiche idrodinamiche dei sistemi carsici.
In Italia le rocce carbonatiche coprono circa il 15 % del territorio. In esse, gli acquiferi carsici, grazie anche ai buoni apporti di acque meteoriche, costituiscono una risorsa idrica fondamentale per l’approvvigionamento di molte aree italiane, soprattutto da quando le risorse idriche degli acquiferi di pianura vanno sempre più degradandosi, per fenomeni di inquinamento, ed impoverendosi per il sovrasfuttamento.
Per quantificare, seppur in modo molto grossolano, le risorse potenziali degli acquiferi carsici in Italia, si tenga presente che la superficie di rocce carbonatiche, e quindi carsificabili, della nostra penisola è di circa 45.000 km2. Stimando una portata specifica media di 1x106 m3/anno/km2, pari ad un infiltrazione annuale di 1000 mm, si ottiene una risorsa globale di 45 km3, pari a circa 3 volte il consumo di acqua potabile in Italia. Come si vede si tratta di una risorsa ingentissima, che però è ancora sfruttata solo parzialmente per il consumo umano.
Nell’Italia centrale e meridionale la maggior parte delle sorgenti alimentate da acquiferi carbonatici sono captate, in parte o totalmente, per alimentare tramite importanti opere acquedottistiche, le maggiori città (Acquedotti del Peschiera a Roma, del Serino a Napoli, Pugliese); altre opere sono in corso di realizzazione o di progetto per rifornire un'utenza sempre più numerosa ed esigente.
Viceversa nelle zone dell’Italia settentrionale la maggioranza delle sorgenti carsiche, alcune delle quali anche di notevole portata, è libera. Ciò è dovuto soprattutto all’abbondanza di acqua negli acquiferi di pianura, che non ha giustificato, sino ad oggi, i notevoli costi necessari per la realizzazione degli acquedotti per l’approvvigionamento delle zone maggiormente popolate della Pianura Padana.
In questi ultimi anni, però, i fenomeni d’inquinamento che sempre di più interessano le falde idriche della Pianura Padana, stanno rendendo le risorse degli acquiferi carsici della fascia prealpina di estrema importanza strategica.
Negli acquiferi carbonatici dell'Italia centrale le sorgenti maggiori sono caratterizzate generalmente da un regime di portata estremamente regolare; questo indica che la permeabilità diffusa per fratturazione ha un ruolo importante nella circolazione idrica rispetto agli eventuali condotti carsici. Viceversa, sorgenti alimentate da acquiferi fortemente carsificati, quali quelle di molti sistemi alpini e prealpini, dove quindi la permeabilità dei condotti carsici è dominante nel trasferimento delle acque sotterranee, hanno un regime di portata irregolare con picchi di piena che possono essere superiori alla portata di magra di 2 o 3 ordini di grandezza.
Questa distinzione è importante dal punto di vista idrogeologico, poiché permette di:
La problematica dell'uso potabile di queste acque si scontra, da un lato, con le altre forme di utilizzazione (essenzialmente quelle industriale, idroelettrica ed irrigua), dall'altro con la tutela della qualità della risorsa, in aree che presentano caratteristiche di vulnerabilità del tutto peculiari.
Per quanto concerne il primo aspetto, recentemente la L.36/1994 (Legge Galli) ha stabilito che l'uso prioritario dell'acqua è quello per il consumo umano; ciononostante stanno diventando sempre più numerosi i prelievi da acquiferi, sia superficiali che profondi, per uso irriguo o industriale, anche a causa dell'evolversi delle tecnologie di perforazione meccanica. Attualmente le conoscenze sui bilanci idrici, sull'estensione delle aree di ricarica delle sorgenti e sugli effetti a medio e lungo termine dei prelievi in falda sono generalmente limitate agli ambienti scientifici, anche se la normativa attuale (Dlgs 152/99) prevede che le Regioni procedano al rilevamento dello stato qualitativo e quantitativo dei corpi idrici (superficiali e sotterranei) ed entro il 31/12/2003 adottino i piani di tutela delle acque, i cui obiettivi devono essere fissati dalle Autorità di Bacino.
Questo dovrebbe portare, nel prossimo futuro, ad un trasferimento di un tale patrimonio informativo dalle sedi scientifiche a quelle di pianificazione e gestione delle risorse idriche.
La normativa attuale prevede inoltre che venga rispettato il deflusso minimo vitale dei corsi d'acqua, che può essere considerato come un ulteriore uso prioritario della risorsa: in linea teorica i prelievi complessivi dai corpi idrici, sotterranei e superficiali, non devono compromettere l'equilibrio biologico dei corsi d'acqua, alimentati in magra esclusivamente dalle acque sotterranee. Ciononostante il quadro attuale delle utilizzazioni delle acque provenienti dagli acquiferi, carsici e non carsici, è poco incoraggiante: laddove le acque erogate dalle sorgenti non sono totalmente captate all'emergenza, il rilascio viene frequentemente derivato e incondottato poco a valle per produzione di energia idroelettrica, lasciando l'alveo privo del deflusso necessario al mantenimento dell'ecosistema fino al punto di reimmissione.
Il secondo aspetto è quello della vulnerabilità all’inquinamento. La rapidità del trasferimento delle acque sotterranee che caratterizza le aree carsiche porta diverse conseguenze, essenzialmente legate all'assenza o alla riduzione dell'effetto di autodepurazione delle acque meteoriche che avviene durante l’infiltrazione e il transito attraverso la zona non satura degli acquiferi.
Quando esistono punti di infiltrazione concentrata delle acque sotterranee (inghiottitoi), può verificarsi che, in concomitanza con l'evento piovoso, vengano convogliate nel sistema carsico in tempi molto rapidi le sostanze eventualmente presenti sulla superficie. Queste possono comprendere prodotti per l'agricoltura, deiezioni legate alla pastorizia o addirittura (come avviene spesso) animali morti. Tali sostanze possono arrivare in tempi molto rapidi alle sorgenti (ore o pochi giorni), ed essere restituite con concentrazioni tali da costituire un rischio per la salute degli eventuali utilizzatori della risorsa idrica.
Se l'infiltrazione è diffusa, in assenza quindi di inghiottitoi, doline o altri punti ad infiltrazione preferenziale, la vulnerabilità della falda è inferiore, poiché gli apporti non sono concentrati e il tempo necessario all'infiltrazione efficace per raggiungere la falda potrebbe essere relativamente lungo (dell'ordine dei diversi giorni o qualche settimana, Preziosi et al., 1995). In questo caso potrebbe essere non del tutto trascurabile l'effetto di autodepurazione, legato ai processi chimici, fisici e biologici che avvengono innanzi tutto nel suolo e quindi nell'acquifero non saturo.
A questo proposito è bene sottolineare come gli acquiferi carsici possano essere modellizzati come sistemi di drenaggio a doppia porosità (Fig.1): i condotti carsici e la rete di fratture (Schoeller, 1967; Kiraly, 1975, Mangin, 1975; Atkinson, 1977). Le modalità, le velocità di scorrimento e la capacità d'immagazzinamento dei due insiemi di vuoti sono estremamente differenti, tant'è che i modelli matematici che tentano di descrivere con delle relazioni il flusso dell'acqua in questi acquiferi devono prendere in considerazione un sistema a doppio circuito, con differenti equazioni per i due reticoli e scambi reciproci in funzione dei potenziali idraulici dei due sistemi (Kiraly,1984; Sauter, 1993; Teutsch, 1993, Garfias et alii, 1998). Questo approccio, che certamente descrive il fenomeno in modo più preciso rispetto a quello della "porosità singola", richiede una conoscenza della geometria del sistema molto dettagliata ed impone la calibrazione di molti più parametri di quanto richiesto dai modelli di simulazione che rappresentano l'acquifero carbonatico con approcci convenzionali.
Figura 1 - Schematizzazione del modello a doppia porosità. La porosità totale del massiccio è data essenzialmente dai condotti carsici e dalle discontinuità (fratturazione e giunti di strato), più o meno spaziate dei blocchi. La rete di condotti costituisce un circuito a deflusso rapido, che convoglia velocemente le acque di infiltrazione dalla superficie fino alle sorgenti; i blocchi sono caratterizzati da una diffusività inferiore. In fase di piena, i carichi idraulici sono più alti nei condotti, che possono pertanto cedere acqua ai blocchi; viceversa, in fase di magra il flusso di base dei condotti è alimentato dalla graduale cessione dell'acqua immagazzinata dai blocchi (da Forti, in stampa).
Laddove il flusso nella falda in rete è dominante rispetto a quello nei condotti carsici, testimoniato dal regime regolare della portata delle emergenze, e se si opera ad una scala regionale, l'acquifero può essere ricondotto ad un modello di tipo "darciniano" e il flusso modellizzato con i metodi utilizzati per gli acquiferi a porosità intergranulare (Cullen e Lafleur, 1984; Pulido-Bosch e Padilla, 1988; Preziosi, 1997).
Dal punto di vista della disponibilità della risorsa, è possibile assimilare il flusso in rete al flusso di base di un corso d'acqua, ed il flusso nei condotti al ruscellamento delle acque superficiali. La prima è la parte della portata complessiva che sostiene il flusso nei periodi di magra, mentre la seconda si sviluppa solo in concomitanza dei periodi piovosi. E' evidente che, ai fini dell'approvvigionamento idrico, è il flusso di base che interessa, poiché l'altra componente ha dei tempi di residenza nell'acquifero troppo brevi per essere utilizzato. E' quindi importante poter valutare quale parte della portata erogata dalle sorgenti carsiche sia da attribuire all'una o all'altra componente (Fig.2).
Figura 2 - Idrogramma teorico di una sorgente carsica, caratterizzata da un flusso di base cospicuo che "sostiene" i picchi di piena. Il deflusso rapido nella rete dei condotti produce i picchi di piena, mentre il flusso di base è alimentato dalle acque immagazzinate prevalentemente nei blocchi. (da Forti, in stampa).
3. Il contributo delle ricerche speleologiche all'idrogeologia carsica
Una delle domande che spesso si pongono gli speleologi che esplorano un sistema carsico è dove emerge l'acqua che circola nelle grotte esplorate . Viceversa, l'idrogeologo si pone spesso il problema di individuare il bacino di alimentazione di una sorgente carsica. Si parte da due punti di vista differenti per cercare la stessa soluzione.
Generalmente le grotte permettono di accedere alla parte "non satura" degli acquiferi, ove avvengono i processi di infiltrazione e di trasferimento verticale delle acque meteoriche. In particolari condizioni e con particolari tecniche esplorative (speleologia subacquea) è anche possibile accedere ai condotti perennemente sommersi della zona satura.
Da quanto detto sinora si comprende che le grotte altro non sono che porzioni dei complessi reticoli di drenaggio sotterraneo che portano le acque dalle zone di ricarica alle emergenze. La loro esplorazione e documentazione, con particolare riferimento ai rilievi topografici, permette quindi di conoscere le caratteristiche fisiche della zona di percolazione e di ruscellamento in regime vadoso (cioè a pelo libero) e dei condotti della zona satura non più attivi (sistemi "freatici" relitti; Piccini, 1992). Benché incomplete (normalmente solo una piccola parte dei sistemi carsici è accessibile all’uomo) queste conoscenze sono fondamentali per capire l’idrodinamica di un sistema carsico.
Indagini dirette molto semplici permettono infatti di rilevare il percorso delle acque dalla superficie sino, in qualche caso, alla zona satura, di misurare il tempo di transito in diverse condizioni di regime e di valutare la gerarchizzazione del sistema. Queste caratteristiche si ripercuotono sui tempi e i modi in cui un impulso di infiltrazione, legato ad un singolo evento di pioggia, si trasmette attraverso la zona insatura del sistema.
L’esplorazione delle grotte permette inoltre di valutare gli apporti alla percolazione provenienti dalla zona di immagazzinamento sottocutaneo, cioè dalle coperture detritiche superficiali e dalla zona prossima alla superficie intensamente fratturata e minutamente carsificata, che può giocare un ruolo notevole, anche in termini di flusso di base, laddove la parte non satura è ben sviluppata (Lastennet et al., 1995).
Assai più complesso è conoscere le caratteristiche della rete di drenaggio in zona satura ed i rapporti di scambio che esistono tra questa e l’acqua immagazzinata nelle fratture della roccia. Importanti informazioni sulle caratteristiche idrodinamiche dei reticoli in zona satura vengono dalle prove di tracciamento, spesso utilizzate dagli speleologi per l’individuazione delle sorgenti emissarie dei sistemi da loro esplorati.
3.1 Analisi e tracciamento delle acque nei sistemi carsici
Il tracciamento delle acque superficiali o sotterranee che fanno capo ad un determinato sistema carsico è ormai diventata una procedura molto diffusa tra gli speleologi, grazie alla relativa semplicità del metodo e ai bassi costi di attuazione. L’intento primario è quello di individuare le emergenze che funzionano da punto di recapito del sistema al fine di indirizzare correttamente le ricerche di nuove grotte o l'individuazione di prosecuzioni in quelle già conosciute.
Queste prove vengono fatte nella maggior parte dei casi con la tradizionale fluoresceina sodica o, più recentemente, col tinopal che è un candeggiante ottico, incolore, che viene assorbito dai tessuti vegetali (Uggeri & Vigna, 1991). In alcuni casi il tracciamento è stato effettuato con spore (ad es. di Lycopodium, Atkinson, 1977), metodo ben più complesso che raramente viene preferito dagli speleologi, o con traccianti salini (NaCl).
Le prove di tracciamento permettono in primo luogo d’individuare le direzioni principali di drenaggio e la velocità media del flusso idrico, inoltre forniscono informazioni nella definizione del bacino idrogeologico. Se il deflusso del tracciante alla sorgente viene misurato in continuo assieme alla portata erogata, si possono avanzare delle ipotesi sui volumi immagazzinati, tramite l'analisi della variazione della concentrazione del colorante restituito dalla sorgente nel tempo (Civita et al., 1993).
Quando si analizza il risultato di una prova di tracciamento occorre tenere presente che questa è relativa alle acque che circolano nei condotti, Il cui deflusso si sovrappone a quello della falda in rete, ma non sempre è coerente con quest'ultimo. Alcuni esperimenti hanno mostrato inoltre come i percorsi in differenti condotti possano incrociarsi senza miscelarsi (Atkinson, 1977). Quindi i risultati vanno di volta in volta analizzati nel contesto più ampio dell'acquifero.
Il numero di prove di tracciamento condotte nel tempo dagli speleologi in sistemi carsici italiani è ormai molto alto (probabilmente dell’ordine di qualche centinaio) ma solo in un numero limitato di casi i risultati sono stati pubblicati e resi di dominio pubblico.
Allo stato attuale, le maggiori conoscenze sull’idrodinamica dei sistemi carsici italiani sono relative alle Alpi Liguri, tra le zone meglio conosciute in assoluto, ad alcune zone delle Prealpi lombardo-venete, al Carso triestino, alle Alpi Apuane, al M. Cucco, ai Simbruini, agli Alburni, alla Sardegna e ad altri massicci carsici dell’Italia centro-meridionale su cui gli speleologi da diversi anni compiono esplorazioni e ricerche.
I sistemi carbonatici delle Alpi Liguri sono oggetto di studio ormai da più di un ventennio (Civita et al., 1982, 1987; Civita e Vigna, 1985), e il grado di conoscenza ha raggiunto livelli notevoli, grazie alle molte prove di colorazione eseguite e all’impiego di acquisitori automatici dei principali parametri fisico-chimici (portata, temperatura, conducibilità elettrica, ecc..) delle sorgenti monitorate.
Si tratta in prevalenza di sistemi rimasti sospesi, rispetto al livello di base attuale, a seguito dell’approfondimento tardo quaternario dei solchi vallivi. Tali sistemi sono caratterizzati da un notevole sviluppo dei condotti carsici con tempi di transito delle acque molto rapidi e pronte risposte alle precipitazioni. Le indagini speleologiche hanno avuto un ruolo determinante per la corretta individuazione delle aree di alimentazione.
I sistemi carsici delle prealpi lombardo-venete (Forti e Marchesi, 1993; Uggeri, 1996 Sottocorno et al., 1996) hanno caratteri non dissimili da quelli delle Alpi Liguri. Lo studio idrogeologico di questi sistemi, sebbene agl’inizi, è stato condotto prevalentemente da speleologi attraverso prove di tracciamento ed anche esplorazioni subacquee.
Un caso emblematico, a livello mondiale, di ricerche idrogeologiche compiute attraverso l’ausilio d’indagini speleologiche è quello del Carso triestino, in cui, da oltre 200 anni, vengono compiute ricerche per individuare il corso sotterraneo del fiume Timavo, che sgorga, a poca distanza da Monfalcone (si veda Galli, 1999, per la bibliografia storica completa ).
Il Timavo riceve acqua da numerosi inghiottitoi, il principale dei quali è quello del Fiume Reka, in territorio Sloveno, e dalle acque d’infiltrazione diffusa dell’ampio altopiano del Carso (Boegan, 1938; Gemiti, 1982; Menichetti, 1994; Ballarin e Semeraro, 1998). La connessione idrogeologica tra Reka e Timavo è da sempre radicata nelle tradizioni popolari e a partire dall’inizio del 19° secolo, molti studiosi si sono ingegnati di dimostrarla attraverso prove di tracciamento con l’uso dei mezzi più disparati, dalla paglia, a galleggianti di legno, alle anguille. Per molti aspetti si può dire che le prime intuizioni, a livello mondiale, sulla idrogeologia carsica derivano proprio dai primi approcci scientifici al problema della provenienza dell’acqua del Timavo e del suo utilizzo per l’approvvigionamento della città di Trieste.
Le Alpi Apuane ospitano alcuni dei sistemi carsici meglio conosciuti d’Italia (Piccini et al., 1999), grazie soprattutto alle intense esplorazioni, che hanno permesso di scoprire i maggiori e più profondi complessi di grotte d’Italia e alle molte prove di tracciamento che hanno permesso di definire i limiti delle aree di alimentazione delle maggiori sorgenti carsiche (Fig. 3). Particolare oggetto di studio è stato il bacino del Frigido (Piccini e Pranzini, 1989, Piccini, 1994) le cui risorse idriche sono minacciate dalla intensa attività estrattiva del prezioso marmo di Carrara (Civita et al., 1991).
Le esplorazioni speleologiche hanno in più di un caso permesso di verificare gli effetti negativi dell’attività estrattiva sugli acquiferi carsici. La polvere di marmo, prodotta durante il taglio dei blocchi direttamente in cava, detta marmettola, viene trasportata dalle acque d’infiltrazione all’interno delle grotte e depositata temporaneamente nei piccoli bacini della zona vadosa e nei condotti della zona satura. Durante le piene tali depositi vengono rimossi e trasportati dalle acque, andando ad intorbidare le sorgenti. Studi in corso hanno rilevato un trasporto solido che può superare le 10 tonnellate/ora di marmettola.
Un altro effetto di questa forma di inquinamento solido dei sistemi carsici è legato all’intasamento della rete di fratture minori che si potrebbe teoricamente ripercuotere in una locale diminuzione della capacità d’immagazzinamento degli acquiferi.
Figura 3 - Sezione idrogeologica schematica del complesso carsico del M. Tambura, parte del sistema che alimenta la sorgente del Frigido (Alpi Apuane). In linea piena i condotti carsici con circolazione attiva, a punti quelli inattivi, in grigio le rocce impermeabili del basamento paleozoico, SP = superficie piezometrica.
Tra i sistemi carsici dell’Italia centrale, uno dei più studiati è quello di Monte Cucco (Umbria, Fig.4). In questo sistema fu effettuato un primo esperimento di tracciamento delle acque sotterranee all'inizio degli anni '70 da parte di speleologi perugini (Bertuccioli et al., 1975). In questo caso si poté appurare che la sorgente di Scirca era l'effettivo recapito delle acque della grotta, benché questo fosse già abbastanza evidente dall'assetto strutturale dell'acquifero. Il tracciante venne rilevato all'emergenza dopo ben 70 giorni, con una velocità media pari a 0,04 m/ora, estremamente bassa se confrontata con le velocità frequentemente riscontrate nei condotti carsici che è dell'ordine delle decine o centinaia di metri/ora.
In un secondo esperimento, la fluoresceina venne rilevata a Scirca dopo pochi giorni, e la velocità media calcolata risultò pari a 8,5 m/ora. Il monitoraggio all'emergenza durò diverse settimane e fornì informazioni utili per una stima del volume immagazzinato (circa 300.000 m3) effettuato tramite l'analisi della fase di recessione della curva di concentrazione della fluoresceina..
Tracciamenti successivi hanno confermato la presenza di un circuito rapido, nei condotti carsici ben sviluppati, che si sovrappone ad un circuito più lento, relativo alla falda in rete, ed hanno permesso di definire con un buon dettaglio i limiti idrogeologici dell'acquifero della sorgente Scirca, grazie anche all'individuazione dei collegamenti fra altre cavità della zona e sorgenti minori del massiccio (Menichetti et al., 1992, 1994).
Figura 4. Proiezione dei condotti carsici principali sulla sezione topografica SW-NE del massiccio di M.Cucco (da Guzzetti, 1987, modificato).
La dorsale dei Monti Simbruini - Monti Ernici - Monte Cairo è una delle principali dorsali carbonatiche dell'Italia centrale, che si estende per circa 1800 km2. Alimenta diverse sorgenti, con portata elevata, situate nel bacino dell'Aniene (fiume Tevere) e del Liri-Garigliano, per oltre 50 m3/s complessivi (sorgenti dell'Aniene, del Liri, del Gari a Cassino). Schemi idrogeologici quantitativi, a carattere regionale, sono stati proposti da Celico (1983) e Boni et al. (1986).
Nel settore di spartiacque fra l'alto Aniene e il Cosa (affluente del Liri-Garigliano) sono state esplorate diverse cavità, con profondità massime prossime ai 600 m ed eseguite due colorazioni (Terragni, 1991-92; Terragni, 1993-95). E' stato così possibile confermare l'ipotesi avanzata da Celico (1983) sulla presenza di uno spartiacque sotterraneo fra i bacini idrogeologici dell'alto Aniene e dell'alto Cosa. Inoltre è stata stimata una velocità media apparente del flusso idrico nei condotti di circa 180-200 m/ora.
Un altro massiccio carsico ampiamente studiato da speleologi e da idrogeologi è quello degli Alburni, nella Campania sud-orientale. Terra di esplorazione degli speleologi triestini negli anni 60 (vedi ad es. Finocchiaro, 1962), questa zona è da diversi anni oggetto di studio dei napoletani (Bellucci et al. 1991). Le esplorazioni e le colorazioni effettuate da speleologi e speleo-subacquei hanno permesso di dettagliare lo schema dell'assetto idrogeologico e individuare la gerarchizzazione dei condotti carsici, alimentati dalla elevata e rapida infiltrazione nei numerosi inghiottitoi che si aprono sull'altopiano sommitale del rilievo (Santo, 1993).
Un sistema carsico, le cui conoscenze idrogeologiche sono interamente frutto delle indagini speleologiche, è quello della Codula di Luna, in Sardegna. Le sorgenti di questo vasto sistema sono infatti sottomarine e solo le esplorazioni di speleosubacquei ne hanno permesso la corretta localizzazione. Le esplorazioni speleologiche da terra hanno invece portato alla scoperta di oltre 50 km di gallerie, percorse da fiumi sotterranei che drenano le acque di assorbimento degli altipiani calcarei e le perdite del Rio Luna. Le colorazioni effettuate hanno permesso di ipotizzare l’esistenza di un unico collettore che alimenta le sorgenti sottomarine di cala Luna (Forti e Rossi, 1991).
3.2 La determinazione della superficie piezometrica
Un'importantissima informazione, spesso sottovalutata, che proviene della ricerca speleologica è l'individuazione e localizzazione di punti di affioramento della superficie piezometrica all'interno della grotta. In questi casi si dispone di uno o più punti, interni alla struttura, per determinare il gradiente piezometrico, misurare le sue oscillazioni, prelevare campioni di acqua.
Si tratta di informazioni di fondamentale importanza, in assenza di perforazioni meccaniche, per passare dall'approccio di tipo "scatola nera" a quello fenomenologico.
Purtroppo il raggiungimento del reticolo perennemente attivo, è un'eventualità piuttosto rara, mentre molto più frequenti sono le cavità che si sviluppano ad alta quota mantenendosi sempre nella parte non satura. L'informazione in questo caso è limitata al definire, nei casi in cui la grotta sia sufficientemente profonda, un limite massimo al gradiente della falda.
Un caso eccezionale, a riguardo, è quello della Valle d’Arnetola, nelle Alpi Apuane, dove in un’area di meno di 3 km2 vi sono ben 10 grotte, con profondità variabili da 400 a 900 m, che raggiungono le superficie piezometrica, permettendo di ricostruirne la geometria con elevata precisione. Proprio tali conoscenze hanno permesso di prevedere la direzione di flusso, poi accertata tramite colorazioni, e di escludere rapporti con altre sorgenti, più vicine in linea d’aria, ma incompatibili per quota e caratteristiche idrodinamiche (Piccini, 1994).
Un altro esempio è quello del massiccio del Matese, importante acquifero carbonatico, in cui si aprono alcune grotte con profondità attorno al chilometro, che alimenta con portate notevoli e regime variabile diverse sorgenti, le cui quote variano fra 1200 m e 60 m s.l.m., ubicate prevalentemente ai margini del massiccio. Le due grotte più importanti sono state esplorate fino alle quote assolute di rispettivamente 460 e 320 m s.l.m. circa. Questa informazione, pur con l'incertezza del dato rilevato nelle condizioni in cui si opera in grotta, valutabile attorno al 5-10 %, ha permesso di trarre delle conclusioni di carattere idrogeologico ed attribuire l'area di ricarica in cui si aprono le grotte alle sorgenti di Telese, poste a 60 m di quota sul versante tirrenico del massiccio, piuttosto che ad altre, più vicine, ma troppo alte in quota, sul versante opposto (Terragni, 1988; Giulivo, 1991; Santo, 1991). L'area in cui si trovano le grotte contribuirebbe quindi alla ricarica di questo secondo gruppo di sorgenti, benché la distanza sia ben maggiore. Gli Autori identificano quindi la presenza di uno spartiacque sotterraneo a Nord delle grotte, fra il versante adriatico e quello tirrenico del massiccio carsico.
Un tentativo per dimostrare questo schema in modo inequivocabile con l'uso dei traccianti è stato fatto nel 1990, da speleologi del Matese, di Roma e di Napoli, che immisero ben 30 kg di fluoresceina in uno dei torrenti sotterranei, ma non ha dato risultati positivi.
4. Conclusioni
Le ricerche speleologiche, come si è visto negli esempi descritti, hanno da sempre fornito un importante contributo all‘individuazione e valutazione delle risorse idriche degli acquiferi carsici.
La scarsità dei mezzi a disposizione di quest'attività, generalmente non remunerata, e il fatto che venga svolta nell'ambito di associazioni del tempo libero prevalentemente autofinanziate, fa si che queste ricerche siano raramente organizzate o sviluppate secondo linee guida prestabilite nell'ottica di un'attività finalizzata ad un determinato progetto di ricerca.
Se per molti decenni tale contributo è stato soprattutto di tipo qualitativo e descrittivo, negli ultimi anni i dati speleologici sono serviti di ausilio per la messa a punto di modelli matematici sia di tipo "scatola nera" che fenomenologici, deterministici o stocastici, sulla circolazione delle acque nei sistemi carsici.
Gli approcci sono stati essenzialmente di due tipi: uno idraulico-fisico ( si veda ad esempio i lavori di Mangin, 1975; Kiraly, 1975, ecc.…), volto allo studio delle modalità di deflusso delle acque e alla loro scomposizione in flusso di base e flusso rapido, ed uno geo-strutturale (ad es. Eraso, 1973, 1986), le cui finalità sono piuttosto la definizione dello stato della fratturazione e dell'anisotropia della permeabilità.
In entrambi i casi, la possibilità, offerta dalle conoscenze dirette degli speleologi, di verificare sul campo l’attendibilità dei modelli, ha contribuito enormemente alla loro definizione e messa a punto.
Relativamente ai singoli acquiferi, le ricerche degli speleologi hanno in diversi casi fornito delle importanti informazioni per la definizione del bacino di alimentazione delle sorgenti carsiche, delle direttrici del drenaggio dei condotti, per la valutazione delle risorse immagazzinate, per la misura in situ di grandezze fisiche quali il livello della falda freatica, l'assetto strutturale e la direzione e morfologia dei condotti carsici.
5. Bibliografia
(nota: la vastissima bibliografia, che documenta le ricerche idrogeologiche compiute dagli speleologi, è purtroppo in buona parte dispersa in molte pubblicazioni a carattere locale. In questo elenco, ben lontano dall’essere completo, oltre a citazioni di carattere generale, sono riportati alcuni lavori di più facile reperibilità ritenuti esemplificativi, e relativi ad aree in cui il contributo delle ricerche spelelogiche è stato determinante per la ricostruzione dell’assetto idrogeologico)
Atkinson T.C. (1977) - Diffuse flow and conduit flow in limestone terrain in the Mendip Hills, Somerset (Great Britain). J.Hydrology, 35, 93-110.
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