Elementi di controllo sul carsismo nella Cordillera de la Sal

Per cercare di capire le relazioni tra carsismo ed assetto strutturale dell’area di studio sono state messe a confronto tutte le informazioni ottenute nel corso della tesi, sia dirette (come i dati del rilevamento sul terreno) che indirette (come le misurazioni topografiche o ottenute da tecniche di remote sensing).

L’incrocio tra dati di orientazione delle grotte (paragrafo 4.3.1) e orientamento dei set di fratturazione è stato applicato per due aree specifiche, rispettivamente l’anticlinale più settentrionale della Cordillera (chiamata per semplicità “Quebrada Honda Anticline”, dove troviamo la Cueva Lechuza del Campanario, la Cueva Mina Chulacao, la Cueva Paisaje Sal e la Cueva Palacio del Sal), e l’anticlinale inclinata nel settore ovest della Zona 2 (“La

Paciencia Anticline”, dove troviamo la Cueva de l’Arco de la Paciencia e la Cueva de l’Aire).

Queste sono le due strutture su cui ho focalizzato maggiormente gli studi nel corso della tesi. In Figura 59 e Figura 60 sono inseriti i profili geologici realizzati per le rispettive anticlinali tagliate dalle grotte in cui è stato effettuato il rilevamento geologico. In particolare, la sezione in Figura 60 è realizzata sul profilo topografico tracciato seguendo il percorso ipogeo della

Cueva de l’Arco de la Paciencia (sezione longitudinale estesa della grotta, rappresentata con

linee rosse nel sottosuolo). In Figura 59 invece sono stati realizzati due profili lineari di fianco alle cavità analizzate (Cueva Lechuza del Campanario, A-A’; Cueva Mina Chulacao, B-B’), anch’esse rappresentate con linee rosse.

Confrontando i dati di orientamento delle cavità con i set di fratturazione misurati sul terreno (Fig.61) si può notare come, alla scala metrica, i sistemi carsici tendano a non essere influenzati dall’orientamento delle fratture, anche quando molto aperte come è stato spesso osservato in questa zona. Scendendo nel dettaglio, si può notare come le uniche correlazioni possibili siano con i set di direzioni secondarie misurate dai rilievi topografici. Ad esempio, nel caso delle grotte della Zona 1 (Fig.59 e Fig.61A), solo la direzione di sviluppo NW-SE può essere messa in relazione ai set di fratturazione, che non rappresentano comunque quelli più frequenti di tale settore dell’ammasso salino. Nel caso della Zona 2 (Fig.60 e Fig.61B), solo la direzione N-S. Gli altri set di sviluppo preferenziale non sono rappresentati dalla distribuzione delle fratture.

Sempre in quest’ottica, sono state messe in relazione le densità di fratture calcolate sulla base dei rilevamenti in grotta e lo sviluppo spaziale delle cavità (Fig.62). Nonostante il numero di campioni sia ridotto (5 cavità), da questa analisi preliminare si può notare come il set di dati sia estremamente disperso, senza alcun tipo di correlazione applicabile.

Queste evidenze sembrano testimoniare un controllo tettonico secondario sulla direzione di sviluppo dei sistemi carsici nel sale, quanto piuttosto un condizionamento sulle morfologie interne delle cavità. In particolare, nel caso della Cueva de l’Arco de la Paciencia, l’unica grande variazione nella direzione generale di sviluppo è associabile all’intersezione (nel sottosuolo) del ramo principale con il nucleo della piega anticlinale (Fig.43 e Fig.60). In questa circostanza si può notare come il sistema carsico devii impostandosi sul trend dell’asse della piega (16°N, calcolato sulla base dei poli dei piani di stratificazione con il software Stereonet).

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Figura 59: Profili geologici della Quebrada Honda Anticline. In rosso sono indicate le sezioni longitudinali delle grotte. A-A’: Cueva Lechuza del Campanario; B-B’; Cueva Mina Chulacao. In alto carta geologica sulla mappa di shaded relief elaborata dal DEM.

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Figura 60: Profilo geologico della Paciencia Anticline lungo una traccia estesa sulla sezione longitudinale della Cueva de l’Arco de la Paciencia. Si possono notare i rapporti con i vari membri della Fm. di San Pedro e l’assetto strutturale dell’ammasso roccioso in questo settore della Cordillera. La giacitura dell’asse della piega in questa posizione è stata calcolata dalle misure dei poli dei piani di stratificazione con il software Stereonet.

In questa zona, immediatamente a valle del pozzo da 30 m, è stato riscontrato il tratto di roccia salina più fratturata, nonché l’unico in cui sono state osservate morfologie di collasso lungo il meandro principale. Un altro meccanismo di controllo è stratigrafico: laddove la frequenza dei banconi evaporitici diminuisce (OMsp4), la grotta è caratterizzata da dimensioni delle gallerie minori e da alternanza tra segmenti ipogei e segmenti epigei (vedi sezione in Figura 60).

La presenza interna di pozzi e gallerie ad alto gradiente sono innanzitutto controllate dai dislivelli topografici, condizionati dal sollevamento tettonico. Le grotte con gradiente più alto si trovano nella Zona 2, dove i rilievi sono maggiori e la variabilità topografica è più accentuata. È stato osservato come nei contesti in cui il gradiente topografico permette lo sviluppo di pozzi, l’ubicazione di questi ultimi avviene laddove il drenaggio sotterraneo incontra le famiglie di discontinuità più persistenti e in cui la roccia salina è più fratturata. Questo succede in corrispondenza delle zone di taglio interpretate principalmente come

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trascorrenti o a cinematica obliqua, sub-verticali, che tagliano il sale massivo. Queste discontinuità fungono da elementi di debolezza nei quali la dissoluzione è più concentrata. All’interno della porzione rilevata del Sistema Dario Cressi (paragrafo 4.2.5), è stato osservato come i due pozzi discesi fossero sviluppati in corrispondenza di questo tipo di strutture tettoniche. Nella Cueva de l’Arco de la Paciencia invece il pozzo da 30 m non presentava apparenti strutture tettoniche, anche se la sua vastità e la mancanza di un’osservazione completa (in quanto il pozzo non è stato risalito), renderebbero necessarie ulteriori analisi.

Figura 61: Confronto tra diagrammi a rosa dell'orientamento morfo-strutturale delle cavità (rosso) e set di fratturazione (arancione), per le grotte della Quebrada Honda Anticline (A) e La Paciencia Anticline (B).

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Figura 62: Grafico a dispersione della densità di fratture e sviluppo totale delle grotte in cui è stato effettuato il rilevamento geostrutturale. Si può notare come i dati siano estremamente dispersi e non sia possibile alcuna correlazione significativa.

Un’altra evidenza riscontrabile analizzando i dati di orientazione e l’assetto geologico alla scala decametrica è la presenza di alcune cavità in cui il drenaggio sotterraneo è chiaramente impostato lungo la direzione della stratificazione. In queste grotte il meandro principale rimane confinato all’interno dei banconi di halite sui fianchi delle pieghe per dei percorsi più lunghi, come ad esempio nel caso della Cueva Paredes de Vidiros, della Cueva Palacio

del Sal e della Cueva Paisaje Sal (vedi App.3, Fig.52, Fig.53 e Fig.63). Mettendole in

relazione con i dati idrologici calcolati dall’elaborazione dei DEM (Tab.5), si può notare come queste cavità presentino i bacini di drenaggio contribuenti più ridotti, e quindi una portata idrica stimata minore nel caso di eventi piovosi.

Per le restanti cavità analizzate, si può invece osservare come le gallerie carsiche taglino completamente le principali strutture tettoniche, cercando il percorso più breve per raggiungere il livello di base a valle. In questo percorso la dissipazione di energia avviene attraverso lo sviluppo di meandri che, come si può notare dai grafici in Fig.56, sono ad un buon grado di equilibrio per le Zone 1 e 2 (Deike e White, 1969; De Waele et al., 2009a). Nella Zona 3 invece si osserva un rapporto larghezza-spaziatura molto più disperso e poco clusterizzato, indicando una fase evolutiva meno matura o una possibile correlazione con la variabilità topografica tra dominio nord e sud, controllata principalmente da fattori tettonici (diversi tassi di sollevamento e raccorciamento).

In quasi tutte le cavità visitate, livelli fossili sovraimposti sono invariabilmente in continuità con il meandro principale, pochi metri sopra di esso. Si osservano prevalentemente mensole e gallerie sopraelevate all’interno dei canyon vadosi, la cui genesi è probabilmente legata alla ciclicità e all’intensità degli eventi piovosi (controllo climatico) (Walck, 2005; De Waele et al., 2009a). Questa evidenza geomorfologica indica inoltre una rapida dissoluzione in risposta al sollevamento tettonico o all’abbassamento del livello di base, che ben si accorda con l’elevata solubilità dell’halite. Ad eccezione della Cueva Lechuza del Campanario, tutte le altre grotte analizzate si trovano all’equilibrio rispetto ai thalweg del livello di base e non presentano risorgenti fossili.

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Figura 63: Esempio di controllo idrogeologico sullo sviluppo sotterraneo delle cavità nel sale. La Cueva Paisaje Sal presenta distinti bacini di assorbimento, che concorrono alla creazione di tre meandri sotterranei. Con il crescere dell’estensione del bacino di drenaggio e della lunghezza del reticolo fluviale, il relativo meandro ipogeo si sviluppa nel percorso più breve per raggiungere il livello di base. Solo il meandro più ad ovest (bacino > 500 m2₎

taglia completamente la roccia salina. Gli altri meandri più ad est (dalle dimensioni esigue) hanno disciolto l’halite seguendo il fianco della piega e congiungendosi al canyon occidentale. Mappa base: Pleiades pansharpened ortorettificata (immagini Pleiades fornite da ESA).

Ulteriori osservazioni interessanti sulle relazioni tra carsismo e set di fratturazione riguardano la loro influenza sui passaggi secondari che si sviluppano lateralmente ai meandri principali delle grotte. Questo avviene lungo fessure che mostrano aperture che diventano più ampie verso il basso. Tale evidenza è stata interpretata come conseguenza di fenomeni di turbolenza delle acque che, nel corso delle piene, carsificano maggiormente le fratture sul pavimento del letto fluviale (dove la turbolenza è maggiore), ampliando brevi e stretti passaggi.

La risultante morfologia è di condotti aperti carsificati, dalla sezione a “V” rovesciata, come da esempio in Figura 64.

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Figura 64: Esempio di condotta secondaria nel sistema Dario Cressi, impostata lungo una frattura aperta.

Altre osservazioni sono state fatte sulle relazioni tra caratteristiche idrologiche e sviluppo dei sistemi carsici. In particolare, sul rapporto tra area del bacino di drenaggio, lunghezza del reticolo e sviluppo spaziale delle grotte (Fig.65). Da questi dati si può osservare una correlazione lineare definita, ma poco significativa (R2 compreso tra 0,4 e 0,5) per entrambi gli insiemi. Questa relazione potrebbe indicare che l’ampliamento e lo sviluppo dei condotti carsici sono per lo più condizionati dagli eventi di piena, che possono essere localizzati geograficamente, e la cui intensità può essere funzione non solo dell’estensione del bacino, ma anche della sua articolazione e delle pendenze dei versanti.

I tassi di dissoluzione calcolati da De Waele et al., (2009a) riportano come nello stesso intervallo di monitoraggio, le stazioni di misura posizionati in grotte distanti anche pochi chilometri presentavano dati di dissoluzione completamente diversi (Tab.1). In particolare, nel canyon della Cueva Lechuza si è registrato un evento (interpretato come piena catastrofica) che ha asportato completamente la superficie a cui era infisso il sensore nel letto del torrente (almeno 2 cm di abbassamento). I dati di dissoluzione del soffitto e delle mensole laterali invece presentavano tassi di circa 1,1 mm/anno. Nella vicina Cueva Mina Chulacao (il cui bacino di drenaggio è di dimensioni anche maggiori), i dati di abbassamento nello stesso intervallo temporale mostrano valori calcolati variabili tra 3 e 5 mm/anno circa. Il dato massimo rappresenta l’erosione sul pavimento della cavità (5,44 mm/anno), che se paragonato a quello della Cueva Lechuza per la stessa tipologia di ambiente, è di un ordine di grandezza inferiore.

Queste osservazioni ed interpretazioni confermerebbero un controllo prevalentemente idrogeologico, climatico e fisico (solubilità dell’halite) sullo sviluppo delle cavità carsiche,

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in cui l’impronta stratigrafica e strutturale presenta un impatto di ordine inferiore, e si ripercuote essenzialmente sullo stile geomorfologico interno (presenza di pozzi, gradiente, evoluzione dei meandri) e, in maniera minore, sulle direzioni di sviluppo della cavità. Queste ultime sono infatti controllate principalmente dalle caratteristiche dei bacini di drenaggio. Quelli più sviluppati e dal reticolo contribuente maggiore sono associati a cavità di attraversamento che tagliano completamente il sale nel percorso più breve per raggiungere il livello di base; le cavità meno drenate sono invece confinate lungo percorsi più lunghi all’interno del bancone evaporitico, seguendo prevalentemente la direzione dei fianchi delle pieghe (esempio della Cueva Paisaje Sal in Figura 63).

È stato inoltre constatato che gli eventi di piene catastrofiche sono il principale fattore di innesco del fenomeno carsico, di almeno un ordine di grandezza superiore se paragonato al tasso di abbassamento dovuto all’attività di condensazione/corrosione sulle pareti, e la dissoluzione per circolazione di acque meteoriche, in condizioni stabili (De Waele, 2009a, 2009b).

Figura 65: Diagrammi a dispersione sui dati idrogeologici estratti dai DEM e sviluppo spaziale delle grotte. Le linee nere puntinate indicano le rette di regressione lineare, con annessi valori di R2_.

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