Etimologia
di Neven Kresic (Water in Karst, Mc Graw Hill, 2013, p. xiii)
“Karst è un termine scientifico che prende il nome dal distretto geografico tra la Slovenia e Trieste, in Italia, che ha un paesaggio molto distinto. È una parola germanizzata per “carso” (in italiano) e “kras” in (sloveno); tutte e tre le parole derivano dalla parola indoeuropea “kar” o “karra”, che significa roccia Some Alcune parole comuni delle lingue slave della regione carsica sono diventate termini scientifici internazionali che descrivono caratteristiche carsiche, principalmente grazie al geomorfologo serbo Jovan Cvijić che fu il primo a difendere una tesi di dottorato e pubblicare una monografia scientifica esclusivamente dedicata al carso (Cvijić, 1893).”(Figure 1,2)
Paesaggio
di Derek Ford & Paul Williams (Idrogeologia carsica e geomorfologia, Wiley, 2007, p. 1)
“Possiamo definire il carso come un terreno con idrologia e morfologie distintive che derivano da una combinazione di elevata solubilità della roccia e porosità secondaria (frattura) ben sviluppata. Tali aree sono caratterizzate da torrenti che affondano, grotte, depressioni chiuse, affioramenti rocciosi scanalati e grandi sorgenti. Una notevole solubilità della roccia da sola è insufficiente per produrre carsismo. Anche la struttura rocciosa e la litologia sono importanti: le rocce dense, massicce, pure e grossolanamente fratturate sviluppano la migliore esperienza carsica shows mostra che molti idrogeologi presumono erroneamente che se le forme carsiche sono assenti o non evidenti sulla superficie, allora il sistema delle acque sotterranee non sarà carsico. Questa ipotesi può portare a gravi errori nella gestione delle acque sotterranee e nella valutazione dell’impatto ambientale, poiché la circolazione delle acque sotterranee può svilupparsi anche se il carso superficiale non è evidente.”
Caratteristiche
L’elenco delle caratteristiche carsiche derivanti da processi di dissoluzione ed erosione carsica è lungo e comprende una varietà di micro e macro oggetti superficiali e sotterranei. Tra questi ci sono karrens o lapies, doline o doline, uvalas, poljes, valli cieche e sospese, torrenti che affondano, caverne (Figura 3), ponors o inghiottitoi (Figura 4), buche, grotte (Figura 5).
Glossario per questi e molti altri termini usati in carstologia è disponibile QUI (mantenuto da Alexander Klimchouk et al.)
Classificazione degli acquiferi carsici
Zoran Stevanović (Acquiferi Carsici – Caratterizzazione e di Ingegneria, Springer, 2015, p. 25-29, 49)
“Sedimentarie rocce carsiche possono essere generalmente classificati in due gruppi principali:
- rocce carbonatiche
- evaporite rocce
Il carbonato di rocce sono formate da calcio e magnesio, minerali: calcite, dolomite, aragonite e la magnesite, e sono le due principali gruppi di:
- calcari (CaCO3) e
- dolomiti (CaCO3 x MgCO3)
con una vasta gamma di varietà.
Al gruppo dell’evaporite appartengono rocce e minerali che contengono anioni SO4 o Cl:
- anidrite (CaSO4),
- gesso (CaSO4 x 2H2O)
- alite (NaCl) e
- sylvite (KCl).
La dissoluzione di calcite (1) dolomite (2) e gesso (3) è espressa dalle seguenti equazioni:
CaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca2+ + 2HCO3 (1)
CaMg(CO3)2 + 2H2O + 2CO2 ↔ Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3 (2)
CaSO4 x 2H2O → Ca2+ + SO4 2- + 2H2O (3)
According to the dominant type of rocks of which karstic aquifer consists the following classification can be made:
- Carbonate karst aquifer,
- Dolomitic karst aquifer,
- Marble karst aquifer,
- Chalky karst aquifer,
- Anhydritic karst aquifer,
- Gypsum karst aquifer,
- Halitic karst aquifer.
Prendendo in considerazione le strutture e le proprietà idrodinamiche, ci sono:
- Falda carsica non confinata (Figura 6),
- Falda carsica confinata,
- Falda carsica semiconfinata.”
Caratteristiche idrogeologiche delle falde acquifere carsiche
di Nico Goldscheider (sito web di KC, 2009-2013)
“Evoluzione: Le falde acquifere carsiche si formano per acqua fluente contenente anidride carbonica (CO2) che scioglie le rocce carbonatiche. Pertanto, esiste una stretta relazione tra l’evoluzione della falda acquifera, la formazione di grotte (speleogenesi) e il flusso delle acque sotterranee.
Individualità: Sebbene ci siano molte somiglianze tra i diversi sistemi carsici, ogni sistema carsico è anche un caso speciale e la generalizzazione è difficile. La figura 7 presenta un modello semplicistico di una tipica falda acquifera carsica.
Eterogeneità: le proprietà delle falde acquifere carsiche variano notevolmente nello spazio. Ci possono essere grandi quantità di acqua in una grotta, ma un pozzo a pochi metri di distanza può essere completamente asciutto.
Anisotropia: Le proprietà idrauliche della falda acquifera dipendono dall’orientamento degli elementi geologici del tessuto; ad esempio, la conduttività idraulica è tipicamente elevata nella direzione di grandi fratture e condotti, ma può essere bassa in altre direzioni.
Dualità di ricarica: l’acqua di ricarica può provenire dall’area carsica stessa (ricarica autogenica) o da aree non carsiche adiacenti (ricarica allogenica).
Dualità di infiltrazione: l’infiltrazione avviene attraverso il terreno e la zona insatura (infiltrazione diffusa) e può anche essere concentrata tramite fori di rondine/lavandini (infiltrazione puntuale).
Dualità di porosità e flusso: ci sono due o anche tre tipi di porosità nelle falde acquifere carsiche: pori intergranulari nella matrice rocciosa, discontinuità rocciose comuni come fratture (fessure) e piani di assestamento e vuoti soluzionalmente ingranditi come canali e condotti sviluppati dalle discontinuità iniziali. Mentre il flusso delle acque sotterranee nella matrice e nelle piccole fessure è tipicamente lento e laminare, il flusso nelle condotte carsiche (grotte) è spesso veloce e turbolento.
Variabilità: La falda freatica nelle falde acquifere carsiche può talvolta oscillare 10s o anche 100s di metri in brevi periodi di tempo, e le sorgenti carsiche mostrano in genere rapide variazioni di scarico e qualità dell’acqua.”
Karst within the context of regional flow systems
di Judit Mádl-Szőnyi (White, 1969; Mádl-Szőnyi and Tóth 2015, Palmer 1991, 1995, Klimchouk 2000, 2007; Goldscheider et al. 2010)
Epigene carsico: questo è il prodotto dell’effetto corrosivo dell’infiltrazione delle acque sotterranee sulle falde acquifere carbonatiche. Può evolvere in carbonati poco profondi, fondamentalmente non confinati ed è correlato agli effetti di dissoluzione dell’acqua fredda nei sistemi di flusso locale. Si tratta delle tipiche aree carsiche con caratteristiche superficiali e subsuperficiali.
Carso profondo: Carso dove si estende a notevoli profondità al di sotto del livello di base.
Ipogene carsico: Generato da fonti di energia profonda, fluidi e gas tra cui solubilità calcite retrograda, miscelazione corrosione da diversi fluidi indotti dal flusso cross-formazionale, e dissoluzione da acidi geogenici. Può evolvere in aree carsiche confinate profonde associate ad acqua tiepida e termale di sistemi di flusso regionali o intermedi senza caratteristiche superficiali significative.
Riferimenti consigliati per ulteriori letture:
Goldscheider N, Mádl-Szőnyi J, Erőss A, Schill E (2010) Risorse idriche termali nelle falde acquifere di roccia carbonatica. Idrogeol J 18 (6): 1303-1318
Klimchouk A (2007) Speleogenesi ipogene: prospettiva idrogeologica e morfogenetica. Carta speciale no. 1, National Cave and Karst Research Institute, Carlsbad, NM
Mádl-Szőnyi J Tóth Á (2015) Modello concettuale di flusso delle acque sotterranee in scala di bacino per una regione di carbonato spessa non confinata e confinata. Idrogeol J 23 (7): 1359-1380
Metodi per studiare i sistemi di falda carsica
di Nico Goldscheider (sito web di KC, 2009-2013)
“A causa delle caratteristiche sopra descritte, i metodi idrologici e idrogeologici convenzionali spesso falliscono quando applicati al carso; sono quindi necessari i loro adattamenti e metodi carsici specifici.
Metodi geologici: La litologia, la stratigrafia, la fratturazione, il modello di faglia e le strutture di piega sono cruciali per comprendere il flusso delle acque sotterranee nelle falde acquifere carsiche.
Speleologia: Condotti e canali sotterranei sono cruciali per il flusso delle acque sotterranee nelle falde acquifere carsiche. Le grotte consentono di entrare nella falda acquifera e di osservare e studiare direttamente una parte della rete di canali di condotti.
Metodi idrologici: A causa dell’elevata variabilità delle portate dei corsi d’acqua che affondano, dei torrenti in grotta e delle sorgenti carsiche, il monitoraggio continuo della quantità e della qualità dell’acqua è fondamentale negli studi idrogeologici carsici.
Metodi idraulici: Mappe potenziometriche e prove idrauliche in pozzi e pozzi sono ampiamente applicati in idrogeologia ma richiedono adattamenti specifici quando applicati al carso.
Tecniche isotopiche: isotopi stabili e radioattivi possono aiutare a identificare l’origine dell’acqua, determinare i tempi di transito e caratterizzare i processi di miscelazione.
Prove traccianti: I test traccianti (Figura 8) sono il metodo più efficace per identificare le connessioni punto-punto (tipicamente tra fori di rondine/pozzi e molle), per delineare i bacini primaverili carsici e per caratterizzare il flusso e il trasporto nelle reti di condotti.
Metodi geofisici: la geofisica può aiutare a identificare le posizioni per la perforazione di pozzi, indagare le cavità sotterranee (potenziali doline) e ottenere altre informazioni sulla struttura della falda acquifera.
Modellazione: i modelli matematici possono aiutare a comprendere meglio la speleogenesi, il flusso e il trasporto nelle falde acquifere carsiche. Tuttavia, vi sono esempi (ad esempio figura 9) in cui l’applicazione di modelli convenzionali di flusso di acque sotterranee in ambienti carsici ha prodotto risultati catastroficamente errati e ha portato a delineare zone di protezione della fonte gravemente inadeguate, portando a focolai di malattia, tutto perché la natura specifica del carso è stata ignorata.”
Utilizzo delle acque sotterranee del carso
di Zoran Stevanović (Karst Aquifers-Characterization and Engineering, Springer, 2015, p. 111-112, 116-119, 299, 109-111)
Qualità dell’acqua
” La dissoluzione delle rocce e la durata del contatto diretto acqua – roccia determinano una qualità variabile delle acque sotterranee nei punti di scarico. I componenti minerali delle acque carsiche dipendono dalla composizione delle rocce attraverso le quali l’acqua percola: Idrocarbonato (HCO3) – calcio Ca) tipo di acque è creato dalla dissoluzione di carbonato di calcio che è un tipo dominante di acqua in calcare, mentre il idrocarbonato (HCO3) – magnesio (Mg) tipo di acque sotterranee è presente in misura minore, ed è regolarmente collegato a rocce dolomitiche.
Langmuir (Physical and chemical characteristics of carbonate water, 1984) ha elencato i processi che controllano e influenzano la qualità delle acque sotterranee prima che raggiungano il sito di sorgente o la testa del pozzo. Questi processi sono i seguenti:
- La composizione del infiltrato precipitazioni atmosferiche;
- Evapotraspirazione perdite di ricarica della falda superficiale e le falde;
- L’acidità e il grado di del undersaturation di ricarica della falda;
- La disponibilità e la solubilità del carbonato e associati rocce, tra cui halite, di gesso e di anidrite;
- Tariffe di soluzione delle rocce e del tempo di contatto;
- Idrologico processi come la diluizione con acqua fresca e di ricarica, di miscelazione di differenti acque sotterranee;
- Processi di origine antropica, compreso l’inquinamento delle acque sotterranee da rifiuti e percolati provenienti da rifiuti solidi.
È quasi una regola che le acque sotterranee nelle strutture carsiche aperte siano a bassa mineralizzazione, il che è il risultato dell’intenso scambio idrico e della rapida filtrazione. Nelle parti più profonde della falda acquifera, la filtrazione più lenta provoca un aumento della mineralizzazione. Questa variazione è spesso minima, ma indica comunque una certa differenziazione che può essere importante in circostanze specifiche (ad esempio quando si tratta di inquinamento).
Quindi, nel caso del carso carbonatico la qualità delle acque naturali del carso è eccellente quasi per definizione: è confermato in molti luoghi del mondo che l’acqua che emana da bacini idrografici non popolati su massicci montuosi è sanitaria e pura mentre solo eccezionalmente potrebbe essere presente una piccola quantità di batteri. Ma se fonti di inquinamento sono presenti nel bacino di una falda carsica non confinata, seguono gravi pericoli.
Tappare le acque carsiche
Tappare le acque sotterranee non è mai un compito facile in gran parte perché abbiamo a che fare con una “risorsa invisibile”. La situazione è ancora più complicata, tuttavia, quando si tratta di una falda acquifera non omogenea e anisotropa come il carso: molto spesso è necessario raggiungere, catturare e catturare acque sotterranee che circolano attraverso vuoti o attraverso blocchi porosi isolati dal resto della massa rocciosa.
Possiamo distinguere i due principali tipi di intercettazioni sotterranee nel carso:
- Toccando il flusso carsico delle acque sotterranee nei punti di scarico-molle (Figura 10).
- Captazione del flusso di acque sotterranee carsiche all’interno del bacino acquifero – strutture artificiali come pozzi, gallerie o altre strutture simili (Figura 11).
Le acque sotterranee sono sfruttate non solo per potarle, per scopi industriali, per l’estrazione di calore o per l’irrigazione, ma anche per la disidratazione nel caso di pozzi minerari, aree urbane o terreni coltivati che dovrebbero essere protetti da una falda freatica elevata.
Uso per scopi diversi
Le sorgenti carsiche sono ampiamente utilizzate come fonte di approvvigionamento di acqua potabile. Molti paesi utilizzano sorgenti carsiche semplicemente perché non ci sono altre alternative, ma in molti altri paesi la consapevolezza della loro importanza e della buona qualità dell’acqua che forniscono è un fattore principale per tale decisione. Le falde acquifere carsiche hanno una percentuale significativa dell’approvvigionamento idrico nelle seguenti regioni: Europa sud-orientale (Alpi e Carpazi), bacino del Mediterraneo, Vicino Oriente e Medio Oriente, Penisola arabica e Corno d’Africa, Asia sud-orientale, Nord Africa, bacino dei Caraibi e America centrale, e la parte meridionale degli Stati Uniti.
Il drenaggio naturale delle falde acquifere attraverso le sorgenti può coprire il fabbisogno idrico su vasta scala: dalla fornitura a multimilioni di città a livello regionale, al livello molto locale per quanto riguarda la fornitura a una o più case. Sebbene quest’ultimo non sia un grosso problema in termini di quantità d’acqua, per il grande consumatore sono necessari una falda acquifera molto grande e uno scarico primaverile. C’è una vasta gamma di usi delle acque carsiche. Nelle regioni aride del Vicino Oriente e del Medio Oriente è, ad esempio, molto comune attingere a sorgenti carsiche e costruire canali gravitazionali per irrigare i seminativi. L’acqua di sorgente è anche ampiamente utilizzata per l’irrigazione degli animali e l’acqua dolce di buona qualità fornisce sicurezza per la salute e la crescita degli animali.
L’uso delle acque carsiche nella produzione di energia idroelettrica mediante l’utilizzo di una testa idraulica elevata è limitato principalmente alle Alpi (Austria, Svizzera), mentre le proprietà termiche delle acque e delle sorgenti carsiche sono utilizzate altrove. Infine, il numero di sorgenti carsiche utilizzate nell’industria mondiale dell’imbottigliamento dell’acqua che gestisce un fatturato annuo di circa billion 13 miliardi è molto grande e le falde acquifere carsiche probabilmente guidano la lista delle falde acquifere in cui tali fonti hanno origine”.
Riferimenti consigliati per ulteriori letture:
Bakalowicz M (2005) Acque sotterranee carsiche: una sfida per nuove risorse. Idrogeol J, 13: 148-160
Bonacci O (1987) Idrologia Carsica con particolare riferimento al Carso Dinarico. Springer-Verlag, Berlino, 184 pagg.
Burger A, Dubertret L (eds) (1984) Idrogeologia dei terreni carsici. Case history. Contributi internazionali all’idrogeologia, IAH, vol 1, Verlag Heinz Heise, Hannover, 264 pp.
Drew D, Hötzl H (1999) Idrogeologia carsica e attività umane. Impatti, conseguenze e implicazioni. Balkema, Rotterdam, 322 pagg.
Ford D, Williams P (2007) Idrogeologia carsica e geomorfologia. Wiley, 576 pagine.
Goldscheider N, Drew D (Eds.) (2007) Metodi in Idrogeologia carsica. Taylor & Francis, Londra, 264 pp.
Käss W (1998) Tecnica di tracciamento in geoidrologia. Balkema, Rotterdam, 581 pagg.
Kresic N, Stevanović Z (Eds.) (2010) Idrologia delle acque sotterranee delle sorgenti. Ingegneria, Teoria, Gestione e Sostenibilità. Elsevier Inc. BH, Amsterdam, 573 pagg.
Kresic N (2013) Acqua nel Carso. Gestione, Vulnerabilità e ripristino. McGraw Hill, New York, 708 pagg.
Milanović P (2004) Ingegneria delle risorse idriche nel Carso. CRC Press, Boca Raton, FL, 312 pagg.
Palmer AN, Palmer MV, Sasowsky ID (Eds.) (1999) Modellazione carsica. Pubblicazione speciale 5, Karst Water Institute, Charles Town, WV, 256 pp.
Parise, M. & Gunn, J. (eds) 2007. Pericoli naturali e antropici nelle aree carsiche: riconoscimento, analisi e mitigazione. Geol. Soc. Londra, sp. publ., 279 pagg.
Stevanović Z (Ed.) (2015) Falde Acquifere carsiche – Caratterizzazione e Ingegneria. Serie: Pratica professionale in Scienze della Terra, Tirocinante Springer. Publ., 692 pagg.
White WB (1988) Geomorfologia e idrologia dei terreni carsici. Oxford University Press, New York, NY, 464 pagg.