Progetto Powerpoint 2009
IL
CONCREZIONAMENTO:
PARTE II
a cura di
Paolo Forti
coordinatore
Grotta de l’Asperge, Francia (foto P. Forti)
LE FORME CORRELATE
Esistono depositi di grotta o di altri ambienti
che pur non potendo essere considerati concrezioni in senso stretto,
sono comunque del tutto simili per forma e/o genesi ai normali speleotemi
I più importanti tra questi sono:
- formazioni di lava;
- forme di sabbia e argilla;
- formazioni organiche;
- carbidimiti;
- formazioni in cavità artificiali.
Il concrezionamento: parte II – Società Speleologica Italiana 2009
LE FORMAZIONI DI LAVA: VERI SPELEOTEMI?
Le grotte vulcaniche contengono spesso “concrezioni di lava”
di forma simile alle stalattiti, stalagmiti, eccentriche etc...
In generale le “concrezioni di lava”
non sono
considerate
vere e proprie
concrezioni.
Alcune forme,
però,
quali le tubolari
e le eccentriche,
in base al loro
meccanismo
genetico,
dovrebbero
essere considerate
veri e propri
speleotemi.
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Rapa Nui, Cile (foto P. Forti)
LE FORME IN SABBIA E ARGILLA
In grotta esiste una grande varietà di forme che si evolvono sui depositi
sabbiosi-limosi ad opera dell’acqua che vi gocciola o vi scorre sopra
Si formano spesso
per stadi successivi
di dilavamento
e sedimentazione
Buco cattivo, Marche, Italia (foto P. Forti)
Il concrezionamento: parte II – Società Speleologica Italiana 2009
LE FORME PIÙ COMUNI
Le forme di sabbia e argilla sono molto varie e ricordano le stalattiti,
le stalagmiti, le colate, le barriere, le colonne, i coralloidi etc…
Le forme più comuni
possono
essere suddivise
in 3 grandi categorie:
- stalagmiti;
- plastici di fango;
- vermicolazioni
argillose.
Dachstein-Mammuthoehle, Austria (foto L. Plan)
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LE STALAGMITI DI FANGO
Sono le forme di fango più comuni in grotta
La loro genesi è dovuta al gocciolamento
su un pavimento costituito da sabbie,
limi e argille, che causa per erosione
la formazione di un foro centrale attorno
a cui si accumula il materiale scalzato (A).
Il meccanismo evolutivo è dovuto a successivi
stadi di alluvionamento e svuotamento (B,C).
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I PLASTICI DI FANGO
Sono associazioni complesse
di solchi, creste e piramidi,
che possono a volte
ricordare i “karren”:
si formano
nelle zone di oscillazione
del livello delle acque.
Possono formarsi
sia per sedimentazione
selettiva sia per erosione.
Buco cattivo, Marche, Italia (foto P. Forti)
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UNA FORMA COMPLESSA:
I “FUNGHI” DI LAUZINAS
Grotta di Lauzinas, Francia (foto P. Cabrol)
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GENESI DEI “FUNGHI”
DI LAUZINAS
È una classica forma che si sviluppa
in una zona di oscillazione
dell’interfaccia aria-acqua.
L’evoluzione è controllata
dall’alternanza di periodi
in cui prevale il concrezionamento
a periodi
in cui prevale l’alluvionamento
di materiale argilloso.
Modificato da Hill & Forti, 1997
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LE VERMICOLAZIONI
ARGILLOSE
Sono più note come “pelli di leopardo”
e sono dei sottili depositi irregolari
e di piccole dimensioni
formati da materiale incoerente
(non solo argilla e limo, ma anche ossidi
di ferro e alluminio, nerofumo,
materia organica etc...).
La loro genesi è favorita dall’alternanza
rapida di fenomeni di condensazione
e di evaporazione.
Il meccanismo di formazione
è l’agglutinazione
per attrazione elettrostatica
delle particelle in sospensione.
Grotta del Fiume, Marche, Italia (foto P. Forti)
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VARI TIPI DI VERMICOLAZIONI
La loro forma dipende
sia dal rapporto acqua-particelle in sospensione
sia dal tipo di materiale
che costituisce le particelle.
I tipi più comuni sono:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
macule puntiformi;
macule plachiformi;
macule bollose;
macule irregolari;
pelli di leopardo;
vermicolazioni lineari;
vermicolazioni a geroglifici;
vermicolazioni dendritiche.
Modificato da Bini et al. 1978, A critical review on Hypotheses on the origin of vermiculations.
Int. J. Spel. 10(1), pp. 11-33
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LE FORMAZIONI ORGANICHE
A volte il materiale organico presente in grotta
è tale da permettere l’evoluzione
di concrezioni totalmente organiche.
I materiali più comuni sono:
1. polpa legnosa;
2. asfalto;
3. prodotti organici del guano.
Altre volte il materiale organico
è prodotto in grotta da microorganismi.
Infine organismi viventi possono indurre
in modo passivo o attivo
la formazione di concrezioni vere e proprie.
Cannula di polpa di legno nella Miniera Regina,
Brescia, Italia (foto P. Forti)
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LE MUCOLITI
La grande quantità
di materiale organico
prodotta dal “ciclo dello zolfo”
può far sviluppare speleotemi
(pseudo-stalattiti) di muco.
Mucoliti - Grotta del Fiume, Marche, Italia (foto S. Galdenzi)
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LE ROOTSICLES
L’apparato radicale è la sola parte
di un albero che può interferire
sull’evoluzione degli speleotemi.
L’interazione può riguardare:
- la morfologia (effetto passivo);
- la composizione chimica (effetto attivo).
Il primo effetto è molto più frequente
ed evidente: esso può causare
l’evoluzione di particolari stalattiti
e/o colonne.
Grotta degli Occhiali, Farneto, Bologna, Italia (foto P. Forti)
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LE FORMAZIONI BIOGENICHE
TIPICHE DI AMBIENTI RICCHI DI SILICE
L’ambiente vulcanico permette lo sviluppo di coralloidi ed eccentriche
di silice, che dipendono dalla presenza di diatomee (del genere Melosira)
Grotta di Togawa-Sakaidani-Do, Giappone (foto N. Kashima)
Si sviluppano nella zona
di penombra e si dirigono
verso l’ingresso della grotta.
Da Kashima et al. 1987, Diatom, contributors of corraloid speleothems.
Int. J. Spel. 16, pp. 95-100
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LE STALATTITI CURVE DI LU LAMPIUNE
Sezione di una stalattite di Lu Lampiune (foto P. Forti)
Grotta di Lu Lampiune, Puglia, Italia (foto R. Onorato)
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GENESI DELLE STALATTITI CURVE
Lo sviluppo è controllato dal fatto che le colonie di serpulidi
puntano sempre contro corrente per alimentarsi meglio.
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IL CROSTONE STALAGMITICO
DI VALLONE CUFALO
Grotta di Vallone Cufalo, Calabria, Italia (foto P. Forti)
Particolare della concrezione della Grotta di Vallone Cufalo,
Calabria, Italia (foto P. Forti)
La grotta ospita un crostone stalagmitico di calcite spesso
fino a 50 centimetri, ampio 4-5 metri e lungo alcune diecine di metri.
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GENESI DEL CROSTONE STALAGMITICO
L’evoluzione è controllata dall’attività vitale
delle larve di un insetto troglobio (Tricoptera Wormaldia)
che vive su una grande quantità di materiale organico (sansa di olive)
scaricato all’interno della grotta.
STADI EVOLUTIVI:
1 - le larve producono una grande quantità di CO2;
2 - questo gas reagisce con la soluzione;
3 - lamine di calcite si depositano attorno alle larve;
4 - la forma della concrezione è controllata da:
- le attività vitali delle larve;
- l’energia cinetica del fiume sotterraneo.
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LE CARBIDIMITI
Sono concrezioni antropogeniche
di calcite, aragonite
e a volte di vaterite;
si formano sugli accumuli di carburo
esausto abbandonato in grotta.
I granuli di carburo
presenti nelle polveri esauste
reagiscono con l’acqua di stillicidio
formando idrossido di calcio
che a sua volta reagisce con la CO2
dell’atmosfera formando
carbonato di calcio.
Concrezioni di carburo (foto P. Forti)
La loro forma è inizialmente a imbuto
per poi crescere verso l’alto
come una tubolare capovolta.
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LE CONCREZIONI DEGLI IPOGEI ARTIFICIALI
Le cavità artificiali ospitano spesso
una grande quantità di speleotemi
assolutamente identici
a quelli delle grotte naturali,
anche se il loro meccanismo genetico
è spesso differente.
La presenza in molte cavità artificiali
di malte cementizie, con la presenza
di una alta concentrazione di idrossido
di calcio, attraverso la reazione:
Ca(OH)2 + CO2
CaCO3 + H2O
permette di realizzare condizioni
di sovrasaturazione rispetto al carbonato
di calcio molto più alte di quelle
che si ottengono in grotta dalla normale
diffusione della CO2 nell’atmosfera.
Acquedotto romano della Val di Setta, Bologna, Italia
(concrezioni su un tamponamento del 1890)
(foto P. Forti)
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SPELEOTEMI PECULIARI
DELL’AMBIENTE ARTIFICIALE
Pur essendo pochi gli studi specifici sulle concrezioni degli ipogei artificiali
è assolutamente chiaro come al loro interno si possano formare speleotemi
assolutamente unici e peculiari di quell’ambiente.
I quattro più interessanti tipi di speleotemi esclusivi dell’ambiente artificiale
attualmente noti sono:
- le anemoliti del Palazzo Ducale di Urbino;
- le bolle dell’Acquedotto del Setta;
- le antistalattiti dell’Acquedotto del Setta;
- le pisoliti della Miniera Reforma.
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ANEMOLITI
DEL PALAZZO DUCALE
DI URBINO
Si tratta di speleotemi
di diametro 2-3 millimetri
e struttura come le tubolari,
che presentano un andamento
esasperato a zig-zag.
Il loro sviluppo è controllato
dall’inversione stagionale
delle forti correnti d’aria
che si sviluppano
in questo piccolo vano ipogeo
a seguito della presenza
di due aperture posizionate
a quote molto differenti tra loro.
Anemoliti - Palazzo Ducale, Umbria, Italia (foto P. Forti)
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BOLLE
DELL’ACQUEDOTTO
ROMANO
DELLA VAL DI SETTA
Sono delicate bolle di calcite,
di appena qualche micron di spessore
e 1-2 centimetri di diametro,
completamente riempite d’acqua,
che si sviluppano
al di sopra di un intonaco.
Si sviluppano a causa
della pressione idrostatica
che si genera a monte dell’intonaco
e alla velocità di deposizione
del velo di calcite
che sutura la frattura.
Bolla parietale dell’acquedotto romano della Val di Setta,
Bologna, Italia (foto P. Forti)
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LE ANTISTALATTITI DELL’ACQUEDOTTO
ROMANO DELLA VAL DI SETTA
Sono concrezioni parietali caratterizzate
da un canalicolo di alimentazione ascendente
con diametro di 0,5-1 centimetri
Antistallatite nell’acquedotto romano
della Val di Setta, Bologna, Italia (foto P. Forti)
La flocculazione dell’idrossido
ferrico è il fattore
che ne condiziona lo sviluppo
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LE PISOLITI DA ACQUA DI CONDENSAZIONE
Sono gli unici speleotemi al mondo totalmente privi
di bande di accrescimento
La loro genesi è dovuta all’alimentazione continua
di acqua di condensazione, che non risente quindi
della variazione stagionale della CO2 nel suolo.
Vaschetta di pisoliti di aragonite caratterizzate dall’assenza
di laminazioni, Miniera Reforma, Deserto di Quatrociénegas,
Messico (foto Arch. La Venta)
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IL PROBLEMA DELLA CALCITE-ARAGONITE
La calcite e l’aragonite hanno la stessa formula chimica,
ma differente abito cristallino;
assieme alla vaterite sono infatti polimorfi del carbonato di calcio
Nelle normali condizioni
di P e T:
- la calcite è stabile;
- l’aragonite tende
a trasformarsi
in calcite;
- la vaterite in pratica
non esiste perché
diviene aragonite
in pochissimo tempo.
CaCO3
calcite
trigonale
(vaterite)
aragonite
ortorombica
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L’ARAGONITE DI GROTTA
L’aragonite in grotta è abbastanza comune.
Inoltre in questo ambiente è normale
vedere la calcite “trasformarsi spontaneamente”
in aragonite.
Tre sono i parametri che influenzano
maggiormente la precipitazione
di questi due minerali:
- la concentrazione dello ione Mg
e, subordinatamente, di altri ioni metallici;
- la velocità di precipitazione;
- la pressione parziale di CO2 nell’atmosfera
di grotta.
Grotta di Cabrespine, Francia (foto P. Forti)
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IL RUOLO DELLO IONE MAGNESIO
Lo ione Mg inibisce
lo sviluppo della calcite;
quando il rapporto
Mg/Ca ≥ 0,4%
l’aragonite
comincia a precipitare,
oltre 2,9 l’aragonite
è l’unico minerale
che può formarsi.
Effetto analogo è causato dalla presenza di altri ioni metallici,
che possono essere più facilmente ospitati all’interno
del reticolo cristallino dell’aragonite.
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LA SEQUENZA EVAPORITICA
La sequenza evaporitica
prevista per il CaCO3
si osserva
comunemente in grotta
quando abbiamo
l’evaporazione
di acqua di risalita
capillare.
Le condizioni aerate
non sono idonee
per la deposizione
di dolomite.
Modificato da Cabrol, 1978
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LA VELOCITÀ DI PRECIPITAZIONE
Aumentando la sovrasaturazione cambia la velocità di accrescimento
dei germi cristallini con conseguente variazione del minerale depositato
La presenza
di ioni estranei
(in particolare Mg)
aumenta
la probabilità
di formazione
dell’aragonite.
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LA STRATIFICAZIONE DELL’ARAGONITE
La concentrazione di CO2 nell’atmosfera di grotta può influenzare il tipo
di deposito che si va formando, dato che controlla la sovrasaturazione
La presenza
di un pavimento
ricco di sostanza organica
in decomposizione
può causare
una netta separazione
tra la parte inferiore
in cui si sviluppa aragonite
e quella superiore
in cui si sviluppa calcite.
Modificato da Cabrol, 1978
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IL COLORE DELLE CONCREZIONI
Le concrezioni di grotta quasi sempre presentano una colorazione
che può variare dal giallo pallido al nero, dal rosso al blu al verde
Aragonite azzurra, Miniera Regina, Lombardia, Italia
(foto P. Forti)
Grotta El Soplao, Spagna (foto P. Forti)
Diaclasi azzurra, Miniera San Giovanni,
Iglesias, Sardegna, Italia (foto P. Forti)
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IL COLORE DELLE CONCREZIONI
Ma la calcite, l’aragonite e il gesso, che rappresentano
il 99% degli speleotemi, sono assolutamente incolori
Grotta de l’Asperge, Francia (foto P. Forti)
Grotta di Pulpi’, Spagna (foto P. Forti)
Grotta Impossibile, Trieste, Italia
(foto P. Forti)
La mancanza di trasparenza, il colore bianco, è dovuto alla disposizione
dei microcristalli che diffrangono la luce.
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GLI ELEMENTI
CROMOFORI
Le cause della colorazione
degli speleotemi
possono essere raggruppate
in 4 gruppi,
che, in ordine
di importanza decrescente,
sono:
- sostanze organiche;
- ioni metallici;
- sostanze pigmentanti;
- difetti reticolari.
Grotta Paradiso, Sardegna, Italia (foto P. Forti)
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LE SOSTANZE ORGANICHE
Sono la causa principale
della colorazione degli speleotemi
Si tratta essenzialmente di acidi umici
e acidi fulvici derivanti dalle reazioni biologiche
a livello del suolo: il colore dipende
dalla loro concentrazione relativa,
e va dall’avorio, al giallo, al rosso al bruno scuro.
Grotta El Soplao, Spagna (foto P. Forti)
Più raramente possono essere
composti bituminosi anche derivanti
da alterazione di depositi organici in grotta.
Il reticolo cristallino della calcite
è più idoneo di quello dell’aragonite
a ospitare questi tipi di composti.
Cueva Rossillo, Messico (foto P. Forti)
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GLI IONI METALLICI
Fino a pochi anni addietro
erano ritenuti la sola causa
di colorazione
degli speleotemi carbonatici.
Sono importanti soprattutto
nelle zone ricche di ioni metallici
quali le grotte termali e/o di miniera.
Sono essenzialmente gli ioni bivalenti
a sostituire il calcio
nel reticolo cristallino e a conferire
alla concrezione la loro colorazione.
Il reticolo cristallino della aragonite
è più idoneo di quello della calcite
a ospitare questi ioni.
Aragonite, Miniera Regina, Lombardia, Italia (foto P. Forti)
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IONI VICARIANTI E COLORAZIONE INDOTTA
Ione
Colorazione
Co2+
Rosa, blu
Cr2+
Blu scuro (silicati)
Instabile nei carbonati
Mn2+
Rosa pallido
Pb2+
Grigio
Cu2+
Ni2+
Zn2+
Blu, verde-blu, verde
Grotta de l’Asperge, Francia (foto P. Forti)
Giallo scuro (calcite)
verde (aragonite)
Rosso brillante, marrone,
nero
Grotta de l’Asperge, Francia (foto P. Forti)
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IL NICKEL NELLE CALCITI E NELLE ARAGONITI
Grotta de l’Asperge, Francia (foto P. Forti)
Mont Marcou, Francia (foto P. Cabrol)
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LE SOSTANZE PIGMENTANTI
Sono sostanze inorganiche, fortemente colorate,
che vengono inglobate nella concrezione e quindi la pigmentano
Pigmento
Colorazione
Ossidi-idrossidi
di Fe
Giallo, arancione,
rosso, marrone
Ossidi-idrossidi
di Mn
Blu-grigio, grigio,
nero
Zolfo elementare Giallo
Carbonio
elementare
Nero
La colorazione indotta dagli ossidi
di Fe e Mn è a volte spesso
indistinguibile da quella causata
dagli acidi umici e fulvici.
Grotta di Castellana, Puglia, Italia (foto P. Forti)
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LE DISTORSIONI
RETICOLARI
I difetti nella struttura cristallina
possono essere
un fattore fondamentale
per l’instaurarsi
di una determinata colorazione.
Almeno una parte
dell’aragonite azzurra
delle grotte della Sardegna
deve il suo colore a questo fattore.
Grotta Paradiso, Fluminimaggiore, Sardegna, Italia (foto P. Forti)
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VELOCITÀ DI CRESCITA DEGLI SPELEOTEMI
Le mastodontiche
colonne si sviluppano
alla stessa velocità
delle delicate
eccentriche?
Quale è
la “normale” crescita
di una stalattite?
Grotta del Vento, Marche, Italia (foto P. Forti)
Le concrezioni
di ghiaccio o di gesso
si sviluppano
alla stessa velocità
di quelle di carbonato
di calcio?
La risposta a questi quesiti non è semplice né univoca.
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LA VARIABILITÀ NELL’ACCRESCIMENTO
La velocità di accrescimento
dipende da molto fattori:
1.
2.
3.
4.
5.
la quantità d’acqua disponibile;
la sua saturazione;
il clima;
il reticolo di percolazione;
……
Se varia anche uno solo
di questi parametri la velocità di crescita
può cambiare moltissimo:
non è possibile quindi estrapolare
le misure sperimentali di crescita
su tempi lunghi.
Bottiglia di vino (vuota) nella Voragine di Tiscali, Oliena,
Sardegna, Italia (foto J. De Waele)
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LA VARIABILITÀ NELL’ACCRESCIMENTO
Per esempio:
la risposta alla variazione
di apporto idrico può variare
moltissimo da punto a punto.
Le forti precipitazioni causano
effetti opposti sulle concrezioni
della Grotta Novella e della Grotta
Acquafredda nei Gessi Bolognesi.
Modificato da Dal Monte et al., 2004, The evolution of carbonate
speleothems in gypsum caves as indicator of microclimatic variations:
new data from the Parco dei Gessi caves (Bologna, Italy).
Mem. Ist. It. Spel. 16, pp. 65-82
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COMPOSIZIONE CHIMICA E ACCRESCIMENTO
Maggiore è la solubilità del minerale costituente
maggiore è la velocità di crescita dello speleotema
Nei climi temperati umidi la velocità media di accrescimento
di concrezioni di CaCO3 varia tra 0,02 e 0,2 mm/anno
Gli speleotemi di gesso
possono crescere
di alcuni millimetri
ogni anno, mentre
quelli di epsomite,
tenardite etc...
anche di vari centimetri.
Le stalagmiti di ghiaccio
possono svilupparsi
di alcuni decimetri
in una sola giornata.
Grotta della Spipola, Bologna, Italia (foto P. Forti)
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CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE
Gli speleotemi e le forme correlate
sono la maggiore
componente estetica
non solo delle grotte naturali,
ma anche delle cavità artificiali.
La loro evoluzione,
forma e colorazione
dipendono da una grande quantità
di fattori ambientali,
che almeno in parte
possono essere ricavati
dallo studio degli stessi speleotemi.
Per questo motivo
questi depositi di grotta
sono il più potente mezzo
di ricerca scientifica!!!
Grotta del Nettuno, Alghero, Sardegna, Italia (foto P. Forti)
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PER SAPERNE DI PIU’
CABROL P. (1987), Contribution
à l'étude du concrétionnement
carbonaté des grottes du Sud
de la France, Morphologie, genèse,
diagenèse. Mémoires du Centre
d'études et de recherches
géologiques et hydrogéologiques,
12, pp. 275;
FORTI P. (2000), I depositi chimici
delle grotte. Quaderno Didattico
della Società Speleologica Italiana,
n° 7, pp. 36;
HILL. C., FORTI P. (1997), Cave
minerals of the World.
National Speleological Society,
Huntsville, pp. 464.
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CREDITI
Questa lezione è stata preparata da Paolo Forti.
Per la parte fotografica si ringraziano i fotografi
Patrick Cabrol, Jo De Waele, Paolo Forti, Sandro Galdenzi, Raffaele Onorato,
Lukas Plan, Archivio Associazione Geografica La Venta.
I disegni, dove non diversamente specificato,
sono stati preparati da Paolo Forti.
Si ringraziano per la loro collaborazione e disponibilità
i seguenti enti ed istituzioni:
- Associazione Geografica La Venta.
©
Società Speleologica Italiana
Ogni parte di questa presentazione può essere riprodotta sotto la propria responsabilità,
purché non se ne stravolgano i contenuti. Si prega di citare la fonte.
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