Imp.04Santo NUOVE IPOTESI SULLA FORMAZIONE DEI PIPING SINKHOLE IN AREE ALLUVIONALI: IL CASO DELLA PIANA DI FORINO (AVELLINO, CAMPANIA) Del Prete S.*, Giulivo I.**, Santo A.*** * Federazione Speleologica Campana **Geologo Dirigente Ufficio Difesa Suolo Regione Campania ***Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Geotecnica ed Ambientale Università di Napoli “Federico II”, santo@unina.it RIASSUNTO: S. Del Prete et al., Nuove ipotesi sulla formazione dei piping sinkhole in aree alluvionali: il caso della piana di Forino (Avellino, Campania) (IT ISSN 0394-3356, 2008). Vengono esposti i risultati di uno studio eseguito nel bacino endoreico di Forino (AV) e proposta una nuova ipotesi sulla genesi di piping sinkhole in aree alluvionali. Lo studio si è avvalso di indagini in sito che hanno permesso di ricostruire la stratigrafia di sottosuolo (primi 50 metri di profondità), caratterizzata dalla presenza di un riempimento alluvionale di natura limoso-sabbiosa, poggiante su di un substrato poco permeabile (Ignimbrite Campana e flysch miocenici). È stata quindi esclusa la presenza di calcari e di vuoti carsici per almeno i primi 50 m di profondità. Nell’area sono stati censiti 8 sinkhole, alcuni recenti, altri più antichi e ormai completamente riempiti da materiale di riporto. Le perfo- razioni effettuate in alcuni di essi e l’osservazione diretta dello sprofondamento più recente (12 giugno 2005), hanno evidenziato che i vuoti si sono formati a partire da circa 25 m di profondità e che hanno interessato i terreni sabbioso-limosi alluvionali. I sinkhole si allineano lungo la direzione di drenaggio preferenziale della falda presente nel corpo alluvionale e sono concentrati alla base del versante settentrionale di M. Romola che costituisce, quindi, il settore della piana più suscettibile a questi fenomeni. Lo studio ha dimostrato che i vuoti si generano per fenomeni di erosione causati da una circolazione idrica sotterranea, attiva in conco- mitanza di periodi molto piovosi e caratterizzata, probabilmente, da moti turbolenti. Tale circolazione si instaura al contatto tra il materia- le sabbioso-limoso ed i sottostanti strati poco permeabili (Ignimbrite Campana e flysch miocenici). È molto probabile che la circolazione idrica sotterranea sia alimentata anche da falde sospese ed in rete carsica presenti nei massicci carbonatici che circondano la piana. Per quanto riguarda l’erosione dei notevoli volumi asportati (alcune migliaia di m3) è ipotizzabile che essi siano smaltiti da inghiottitoi sepolti, presenti lungo il margine orientale della conca endoreica. I risultati di questo studio rappresentano un primo importante contributo per successive ricerche mirate all’identificazione di altri vuoti sotterranei che potrebbero essere molto prossimi alla superficie topografica e creare, quindi, situazioni di alto rischio. ABSTRACT: S. Del Prete et al., New genetic hypothesis about piping sinkhole formation in alluvial plain: the case study of Forino (Avellino, Campania) (IT ISSN 0394-3356, 2008). This paper deals with sinkholes phenomena occurred in the intramontane basin of Forino village (Campania, Southern Italy). A new genetic hypothesis about piping sinkhole formation in alluvial plain is proposed. Aiming at the definition of the underground stratigraphy, some boreholes have been drilled down to the depth of 50 meters. They showed the presence of an alluvial silty and sandy body laying on a impermeable substratum made up of tuff (Campanian Ignimbrite) and Miocene flysch deposits. Therefore, in the first 50 m of the depth, the presence of calcareous bedrock and caves can be certainly excluded. Eight sinkholes have been observed in the area; some of them are recent, other are older and completely filled in with reworked material. Some of the boreholes were carried out inside and around the more recent sinkhole (12 June 2005) and they showed it had started for- ming at about 25 m of depth, affecting sandy and silty alluvial deposits. The studied sinkholes are lined up with the flow direction of the groundwater located within the alluvial body at the base of the northern slope of M. Romola. The last one is the sector more susceptible for this phenomena. The collected data suggest that the sinkholes developed because the underground water circulation, probably with turbulent regime, produced erosion phenomena in the sandy-silty alluvial deposits, causing void formation. This circulation is only active during rainy day periods and is located at the contact between the impermeable substratum (top of Campanian Ignimbrite end miocenic flysch) and the sandy and silty alluvial deposits. Probably this water table is also fed laterally by groundwater coming from the carbonate massifs sur- rounding the plain. As far as the problem of volumes removed (some thousands of m3) is concerned, the presence of buried ponors, along the eastern edge of the endoreic basin, which can transfer in depth the sandy materials, is hypothesised. The results of this study represents a first step for new researches aimed at recognizing the presence of other underground voids that could be very near to the topographic surface producing high risk situations. Parole chiave: sinkhole, suffosione profonda, polje, Campania, Appennino meridionale. Key words: sinkhole, deep piping, polje, Campania region, southern Apennines Il Quaternario Italian Journal of Quaternary Sciences 21(2), 2008 - 395-408 1. PREMESSA A livello mondiale è ormai acquisito che il verifi- carsi di un improvviso sprofondamento (sinkhole) costi- tuisce un grave problema nella gestione delle infrastrut- ture presenti sul territorio soprattutto a causa della diffi- cile localizzazione e previsione spazio-temporale del fenomeno. Recentemente anche in Italia la comunità scientifica ha dedicato particolare attenzione allo studio dei sinkhole, soprattutto dopo alcuni casi che hanno interessato centri abitati; le prime sintesi sono state pubblicate negli atti di alcuni convegni, dedicati a que- sta tematica (AA.VV., 2000; 2004). I sinkhole di origine naturale si originano in conte- sti geologici ed idrogeologici piuttosto complessi; essi si aprono sia in piane alluvionali (cover collapse sinkho- le, deep piping sinkhole, subsidence sinkhole) che su massicci carsici (cover sinkhole, collapse sinkhole, solu- 396 S. Del Prete, I. Giulivo & A. Santo tion sinkhole, subsidence sinkhole). Generalmente la loro genesi è legata alla presenza di alcuni fattori predi- sponenti quali: substrato carsificabile, copertura clasti- ca a granulometria variabile, circolazione idrica sotter- ranea con falde in pressione, presenza di fluidi minera- lizzati, presenza di lineamenti tettonici attivi ed eventi sismici che possono concorrere con vario grado di cau- salità (SINCLAIR & STEWART, 1985; FACENNA et al., 1993; BERTI et al., 2000; CAPELLI et al., 2000; 2004; CIOTOLI et al., 2001; NISIO, 2003; CLOSSON, 2004; GUTIÉRREZ, 2004; FERRELLI et al., 2004; NISIO et al., 2004; NISIO & SCAPOLA, 2005; WALTHAM et al., 2005). In Campania sono stati circa 100 sinkhole (DEL PRETE et al., 2004) che interessano diversi contesti geo- morfologici e che coinvolgono differenti litologie (Fig. 1). È stato osservato che i meccanismi d’innesco possono essere molto diversi a seconda dei casi (DEL PRETE et al., 2004; DEL PRETE & SANTO, 2005; COZZOLINO et al., 2007; SANTO et al. 2007) e non ancora del tutto chiari soprattutto per quei fenomeni che interessano le aree alluvionali. In questa nota vengono descritti alcuni fenomeni di piping sinkhole recentemente verificatisi nel bacino alluvionale di Forino (AV). A seguito di alcuni sopralluo- ghi e di dati forniti dal Comune, si è potuto accertare che l’area è stata interessata più volte in passato da improvvisi sprofondamenti. Visto il crescente sviluppo urbano del centro abitato nella piana e grazie anche ad un finanziamento dell’Ufficio Difesa Suolo della Regione Campania, è stato predisposto un primo programma di Fig. 1 - Schema geologico della Campania con l’ubicazione delle aree interessate dalla presenza di sinkhole. Legenda: 1) depositi delle piane costiere e delle conche intramontane; rocce vulcaniche s.l. (Quaternario); 2) depositi terrigeni (Mesozoico-Terziario); 3) rocce carbonatiche (Mesozoico-Terziario); 4) sinkhole su versanti carbonatici; 5) sinkhole in aree di piana alluvionale. Il riquadro indica l’area di studio. Geological sketch map of Campania and location of sinkhole: 1) coastal plain and endoreic basins deposits; volcanic rocks s.l. (Quaternary); 2) flysch deposits (Mesozoic-Tertiary); 3) deposits of carbonatic platform (Mesozoic-Tertiary); 4) sinkhole along carbonate slope; 5) sinkhole in alluvial plain. The square is refer to the area of study. indagini finalizzato alla comprensione della genesi dei sinkhole. Le prime indagini in sito hanno permesso di giungere ad interessanti considerazioni sulla loro possi- bile genesi. 2. INQUADRAMENTO GEOLOGICO-GEOMORFOLOGICO ED IDROGEOLOGIA DELLA CONCA DI FORINO La conca di Forino costituisce un bacino endorei- co di circa 10 km2 ed altitudine media di 400 m s.l.m. localizzato pochi km a sud della città di Avellino tra i 397Nuove ipotesi sulla formazione ... rilievi carbonatici di Pizzo D’Alvano, e dei M.ti Picentini (Fig. 2). La genesi della depressione è associata all’a- zione di faglie attive durante il Plio-Quaternario che hanno dislocato le dorsali calcareo mesozoiche su cui poggiano, in trasgressione, successioni terrigene mio- ceniche. Nel centro della piana, il substrato miocenico ed i sottostanti calcari risultano ribassati a gradinata sino ad un massimo di poche centinaia di metri (Fig. 3). Il riem- pimento quaternario è costituito da potenti successioni fluvio-lacustri, per lo più di natura limo-argillosa, che sono ricoperte da tufi dell’Ignimbrite Campana (39.000 Fig. 2 - Schema geologico della piana di Forino. Legenda: 1) depositi piroclastici rimaneggiati e depositi alluvionali (Pleistocene sup.- Olocene); 2) detrito di versante (Pleistocene sup.-Olocene); 3) depositi in facies di flysch (Miocene); 4) calcari mesozoici; 5) faglia; 6) sorgente; 7) conoide alluvionale; 8) inghiottitoio; 9) sinkhole; 10) traccia di sezione di fig. 3. Geological map of the Forino plain. Legend: 1) pyroclastic and alluvial deposits (upper Pleistocene-Holocene); 2) detritical talus (upper Pleistocene-Holocene); 3) Miocenic flysch; 4) Mesozoic limestones; 5) fault; 6) spring; 7) alluvial fan; 8) ponor; 9) sinkhole; 10) geologi- cal cross section of fig. 3. anni; DE VIVO et al., 2001) e poi da alternanze di limi e sabbie legate a piroclastiti rimaneggiate. Gli ultimi 15÷20 m del riempimento della piana sono costituiti da una maggiore presenza di depositi piroclastici da cadu- ta provenienti dal vicino distretto vulcanico del Somma- Vesuvio. L’assetto geomorfologico è quello tipico dei baci- ni endoreici nei quali le acque di ruscellamento superfi- ciale creano frequentemente fenomeni di trasporto soli- do e alluvionamento favoriti anche dalla notevole esten- sione di depositi piroclastici sui versanti. In particolare, nel settore meridionale, alla base dei versanti del Monte Romola e del Monte Piesco, aste a regime torrentizio alimentano diversi corpi di conoide (Fig. 2). Le acque di ruscellamento superficiale una volta raggiunta la piana, sono in gran parte incanalate verso l’inghiottitoio di Celzi (Fig. 2), tuttavia, in concomitanza di intensi eventi meteorici, l’inghiottitoio non riesce a smal- tire la totalità delle acque provocando ripetuti fenomeni di ristagno che coinvolgono anche il centro urbano. Per quanto riguarda l’assetto idrogeologico, la piana di Forino rientra nella più ampia idrostruttura dell’Unità dei Monti di Avella e Partenio, a nord, e di quella del Pizzone-Alvano, a sud (CIVITA et al., 1970; CELICO, 1979) la cui falda di base drena preferenzial- mente verso SW in direzione degli importanti gruppi sorgivi di Sarno e Nocera. SANTO et al., 1998, attraverso il censimento dei pozzi per uso irriguo e con profondità variabile dai 20 ai 50 m, hanno rilevato la presenza di una falda alta in quota localizzata nel riempimento alluvionale della piana con deflusso preferenziale orientato da WNW verso ENE (Fig. 4). La falda si localizza a circa 370 m s.l.m e cioè circa 30 sotto il piano campagna. Il disegno piezometri- co evidenzia un’alimentazione dai vicini massicci car- bonatici ed in particolare da quelli localizzati a NW e, subordinatamente, da quelli presenti a SW della piana (SANTO et al., 1998). Più in profondità, ad una quota di circa 250 m s.l.m., è presente la falda di base dei calcari il cui reca- pito è rappresentato dal gruppo sorgivo Laura e Labso (CELICO, 1979). La conca di Forino, quindi, è caratterizzata dalla presenza di due falde la più alta delle quali si localizza nel corpo alluvionale sabbioso limoso ed è alimentata per travaso dai calcari; la più profonda si imposta nei calcari mesozoici e sarebbe separata dalla prima per l’interposi- zione di materiali lacustri e dei flysch miocenici. 3. I SINKHOLE DELLA PIANA DI FORINO Il 12 giugno del 2005 alle ore 18.30 in Contrada Petrosa (località Celzi) nel comune di Forino (Avellino) si è aperta improvvisamente una voragine a pochi metri da una strada comunale e da alcune abitazioni rurali. Lo sprofondamento ha coinvolto terreni prevalen- temente di natura limoso-sabbiosa ed ha inghiottito alcuni alberi di nocciolo; al momento della formazione aveva un diametro di circa 12 m e profondità di circa 25 m (Fig. 5). La zona è stata subito recintata ma nei mesi suc- cessivi, a causa di franamenti periodici del ciglio, la voragine si è ampliata fino a raggiungere un diametro di 25 m ed una profondità di circa 12 m nel marzo del 2007 (Fig. 6). Il primo passo dello studio è stato quello di effet- tuare un accurato censimento dei sinkhole presenti nella piana; ciò è stato possibile attraverso testimonian- ze locali ed un’attenta analisi delle morfologie del terre- no e della cartografia storica. Nonostante molti di essi siano stati ricolmati ed obliterati, ne sono stati censiti con certezza 8 (Fig. 2), due dei quali si sono verificati 398 Fig. 3 - Sezioni geologiche del bacino di Forino. 1) depositi piroclastici rimaneggiati e depositi alluvionali (Pleistocene sup.-Olocene); 2) detrito di versante (Pleistocene sup.-Olocene); 3) depositi in facies di flysch (Miocene); 4) calcari mesozoici; 5) faglia; 6) sondaggi (da SANTO et al., 1998 mod.). Cross section of the Forino plain. Legend: 1) reworked pyroclastic and alluvial deposits (upper Pleistocene-Holocene); 2) detritical talus (upper Pleistocene-Holocene); 3) Miocenic flysch; 4) Mesozoic limestones; 5) fault; 6) borehole (from SANTO et al., 1998, mod). S. Del Prete, I. Giulivo & A. Santo Particolarmente interessante sono le evidenze del sinkhole SK5 ubicato nell’estremo settore sud orientale della conca di Forino (Fig. 7). Sul suo fondo sono state osservate chiare evidenze di riattivazioni recenti per la presenza di radici tranciate dai movimenti di subsiden- za e, lungo i suoi bordi, sono evidenti fratture concentri- che con piccole scarpate che, per richiamo verso il centro, individuano più ordini di superfici terrazzate associate all’ampliamento del sinkhole. Per alcuni sinkhole la memoria storica è ancora 399 Fig. 4 - Isopiezometriche della falda della piana di Forino (da SANTO et al, 1998 mod.). Legenda: 1) curva isopiezometrica e relativa quota s.l.m.; 2) sinkhole; 3) inghiottitoio; 4) sorgente; 5) direzione di drenaggio sotterraneo; 6) sondaggio; 7) flysch miocenici; 8) calcari mesozoici. Isopiezometric curves of the Forino plain (from SANTO et al., 1998, mod.). Legend: 1) isopiezometric curve and altitude above sea-level; 2) sinkhole; 3) ponor; 4) spring; 5) groundwater flow direction; 6) borehole; 7) Miocene flysch; 8) Mesozoic limestones. Fig. 5 - Il sinkhole di Contrada Petrosa pochi giorni dopo la sua formazione (25 giugno 2005; diame- tro circa 12m e profondità di circa 25m). The Contrada Petrosa sinkhole few days later its formation (2005, June 25; diameter 12m; depth 25mt). nel marzo e nel giugno 2005. I sinkhole sono ubicati tutti alle falde del rilievo di M. Romola (Fig. 2) e di questi 5 sono ancora ben pre- servati, mentre gli altri 3 sono appena accennati da blande concavità del terreno. Tra i sinkhole riportati in Fig. 2, quelli codificati con la sigla SK3, SK4 e SK5 si presentano come depressioni circolari del diametro di 20÷30 m talora bordate da pareti subverticali ancora ben preservate alte fino a 3÷4 m. Nuove ipotesi sulla formazione ... viva nella popolazione più anziana, come dimostra l’at- tribuzione di toponimi come nel caso della “Fossa Donna Teresa” (cfr SK3 in Fig. 2) che è ubicata al mar- gine di un conoide alluvionale. Secondo alcune fonti locali la sua formazione risalirebbe ad almeno 80 anni fa e sul suo fondo si tramanda della presenza di un pic- colo stagno ove i locali si recavano a fare il bagno. Poche centinaia di metri a nord di questo sinkho- le, sono presenti alcune (almeno 3) blande depressioni chiuse. Le fonti locali, tuttavia, tramandano a memoria d’uomo, solo di un fenomeno in località “Fossa di Zarra” (SK2 in Fig. 2). Nella stessa zona, tuttavia, testi- monianze locali riportano che durante una trivellazione per ricerca d’acqua alcune aste sono sprofondate e andate perse per il rinvenimento di un vuoto associato ad una cavità. Anche in corrispondenza del sinkhole SK1 è ancora riconoscibile una blanda depressione circolare chiusa nel terreno che, secondo fonti locali, sarebbe da riferire al “relitto” di un fenomeno di sprofondamento risalente ad oltre 80 anni fa. Gli eventi recenti, infine, sono quelli che riguarda- no il sinkhole SK6, risalente al marzo 2005, e l’SK7 del giugno 2005 in Contrada Petrosa. Il primo si presenta come una forma avente un diametro di circa 15 m ed una profondità di circa 3 m (Fig. 8). Lungo il bordo sono presenti fratture concentri- che, mentre il fondo si presenta molto irregolare con 400 Fig. 6 - Panoramica della stratigrafia visibile lungo le pareti del sinkhole di Contrada Petrosa (foto del marzo 2007). Legenda: A) suoli recenti con due livelli di eruzioni vulcaniche storiche (472d.C. e 1631); B) pomici dell’eruzione vulcanica di Mercato/Ottaviano, 8000 anni fa; C) cineriti rimaneggiate (limi sabbiosi) con pomici e locali livelli di sabbie e paleosuoli; D) pomici grigie e scorie probabilmente riferibili all’eruzione di Agnano rimaneggiate in ambiente alluvionale; E) cineriti (limi sabbiosi) pedogenizzate con locali livelli di sabbie fini. View of stratigraphy along the wall of Contrada Petrosa sinkhole (photo of 2007, March). Legend: A) present soils with two levels of recent tephra (472 d.C. and 1631 eruptions); B) tephra of Mercato/Ottaviano eruption (8000 y. b.p); ash and pumice interbedded with sands and paleosoil levels; D) grey pumices and scoria of Agnano eruption reworked in alluvial environment; E) weathered ash levels with thin sandy layers. Fig. 7 - Panoramica del sinkhole SK5 ubicato sullo stralcio di Fig. 2. Sono ben evidenti (linea a punti) più ordini di superfici di collasso. View of sinkhole SK5 (cfr. Fig. 2). It is evident the presence (white dot line) of different collapse surfaces. S. Del Prete, I. Giulivo & A. Santo alberi sradicati. Il fenomeno più recente, invece, si è verificato intorno alle 18.30 del 12 giugno 2005. Esso presentava un diametro circolare iniziale di 12 m ed una profondità di almeno 25 m per un volume complessivo di circa 2500 m3 (Fig. 5). È da segnalare che al momento dello sprofondamento non si sono avute risalite di acqua, sebbene alcuni testimoni locali, hanno dichiarato di aver sentito passaggio di acqua in profondità. 4. PIANO DI INDAGINI E STRATIGRAFIA DEI SINKHOLE Per poter comprendere l’assetto geologico strati- grafico di dettaglio dei terreni nel quale si è generato lo sprofondamento di Contrada Petrosa (cfr. SK7), sono state eseguite alcune perforazioni a carotaggio conti- nuo, tutte condizionate a piezometro, al fine di poter monitorare le oscillazioni della falda. In un primo momento sono stati eseguiti 4 son- daggi lungo il perimetro dello sprofondamento del giu- gno 2005 (sondaggi S1, S2, S3, S4 in Fig. 9); successi- vamente, dopo aver riempito il sinkhole con terreno vegetale esso è stato riperforato nel suo centro (son- daggio S7 in Fig. 9). Altri 2 sondaggi sono stati eseguiti all’interno dei sinkhole SK2 e SK3 che risultano ormai quasi completamente interrati. Di seguito sono riportate le stratigrafie dei son- daggi eseguiti: Il Sondaggio S1 è stato eseguito 22 m a NE del sinkhole di Contrada Petrosa ed ha raggiunto una profondità di 38 m. A partire dal piano campagna è stato incontrato uno spessore di circa 10 m di depositi piroclastici da caduta ascrivibili ad eruzioni del Somma Vesuvio (eruzioni di Mercato risalente a 8000 anni fa, ROLANDI et al., 1993, probabilmente di Agnano risalente a 10.550 anni fa; DI VITO et al., 1999) in alternanza con livelli cineritici pedogenizzati, livelli sabbiosi e paleosuoli che poggiano su circa 12 m di alternanze di piroclastiti rimaneggiate in ambiente alluvionale e di fall pomiceo- cineritici ascrivibili, probabilmente, alle eruzioni di Sarno (17.000 anni fa; ROLANDI, 1997). Nella parte bassa di questo intervallo, tra i 19 e 22 m, sono presenti sabbie alluvionali fini. La prima decina di metri della stratigrafia appena descritta ha trovato anche riscontro con quella affiorante lungo le pareti del sinkhole SK7 (Fig. 6). Un paleosuolo divide nettamente i depositi allu- vionali dalla sottostante Ignimbrite Campana (39.000 anni) che è stata carotata per uno spessore di circa 10m e si presenta lapideo di colore giallo. Il tufo, infine, poggia su flysch arenacei del sub- strato miocenico. Il Sondaggio S2 è stato eseguito circa 25 m a SW rispetto al centro dello sprofondamento di Contrada Petrosa ed ha una raggiunto una profondità di 52 m. In sintesi la perforazione ha incontrato per i primi 6 m livelli vulcanici cineritici, spesso pedogenizzati ed alternati a livelli pomicei rimaneggiati; a seguire, sino a circa 23 m di profondità, sono state incontrate preva- lentemente sabbie e limi sabbiosi di natura piroclastica ma spesso rimaneggiati in ambiente alluvionale. Da 23 m sino a circa 40 m si ritrovano depositi cineritici e tufacei dell’Ignimbrite Campana che poggiano sul sub- strato arenaceo, carotato per 12 m sino alla profondità di 52 m dal piano campagna. Il Sondaggio S3 è ubicato circa 50 m a sud dello sprofondamento di Contrada Petrosa e si è spinto fino alla profondità di 30 m. Per i primi 18 m sono state incontrate alternanze 401 Fig. 8 - Il sinkhole SK6 ( marzo 2005) dopo due anni (marzo2007). View of 2005 March sinkhole SK6 two years later (March 2007). Nuove ipotesi sulla formazione ... di cineriti pedogenizzate, livelli pomicei e livelli sabbiosi, per lo più riferibili al rimaneggiamento di fall pomicei in ambiente di conoide alluvionale. Da 18 m a 21 m sono stati carotati i depositi cine- ritici e tufacei dell’Ignimbrite Campana ed, infine, sino a 30 m il substrato flyschoide in facies arenacea. Il Sondaggio S4 è localizzato circa 35 m a nord dello sprofondamento di Contrada Petrosa ed ha rag- giunto la profondità di 25 m. Per i primi 24 m sono state incontrate alternanze di cineriti pomicee, sabbie e sabbie limose, talora lega- te a prodotti da caduta in posto, e talora rimaneggiate in ambiente alluvionale. Tra 24 m e 25 m di profondità è stata rilevata una cinerite in posto contenente molte pomici idiomorfe molto probabilmente da correlare alla parte alta dell’Ignimbrite Campana. Il Sondaggio S5 è stato realizzato nella zona cen- trale del sinkhole SK3 (cfr. Fig. 2) ubicato a circa 500 m ad ovest dallo sprofondamento di Contrada Petrosa ed ha raggiunto i 30 m di profondità. Dal piano campagna sino a circa 21 m di profon- dità sono stati riscontrati terreni di riempimento del sinkhole di natura limoso-argillosa privi di strutture sedimentarie e ricchi in frustoli carboniosi. Da 21 m sino a 30 m sono state riscontrate preva- lentemente sabbie piroclastiche rimaneggiate in ambiente di conoide alluvionale. Il Sondaggio S6 è stato effettuato al centro del sinkhole SK2 (cfr. Fig. 2) ubicato circa 600 m ad ovest dello sprofondamento di Contrada Petrosa, ed anch’es- so è stato spinto fino a 30 m di profondità. Sino a 20 m di profondità sono stati rinvenuti terreni di riporto privi di strutture sedimentarie spesso con notevole presenza di sostanza organica. Da 20 a 30 m sono stati riscontrati terreni in posto prevalentemente sabbiosi e limoso-sabbiosi legati a depositi piroclastici rimaneggiati in ambiente alluvionale. Il Sondaggio S7 è stato eseguito al centro dello sprofondamento di Contrada Petrosa fino ad una profondità di 51 m dopo aver completamente riempito il sinkhole con circa 3000 m3 di terreno vegetale preleva- to da altri scavi realizzati nella piana di Forino. Il son- daggio, per i primi 15 m eseguito a distruzione, dai 15 a 25 m ha incontrato alternanze di sabbie piroclastiche rimaneggiate crollate dalle pareti del sinkhole. Tra 25 e 27 m è stato ritrovato un livello più ricco in sostanza organica nel quale è stato carotato un tronco di noccio- lo non carbonizzato a nostro avviso sicuramente legato allo sprofondamento del giugno 2005. Fig. 9 - Dettaglio topografico dell’area di Contrada Petrosa con l’ubicazione dei sinkhole SK1, SK4, SK7, SK8 e delle perforazioni (S1, S2; S3, S4, S7) . Contrada Petrosa topographic map with sinkhole (SK1; SK4; SK7 SK8) and borehole (S1, S2; S3, S4 e S7) locations. 402 S. Del Prete, I. Giulivo & A. Santo Seguono sino a circa 28,50 altri intervalli cineritici pedogenizzati molto probabilmente ancora legati allo sprofondamento del 12 giugno. Da 28,50 m a 33 m sono state incontrate sabbie e limi sabbiosi in posto di ambiente alluvionale. Da 33 a 50 m è stata perforata l’Ignimbrite Campana che poggia direttamente sul sub- strato in facies di flysch carotato per circa 1 m. 5. INTERPRETAZIONE DEI DATI E IPOTESI GENETI- CHE DEI SINKHOLE I sondaggi effettuati sui 4 lati dello sprofondamen- to di Contrada Petrosa (S1, S2, S3, S4) e quello al cen- tro del sinkhole (S7) insieme ai dati derivanti dalle due perforazioni eseguite in due sinkhole antichi (S5, S6), permettono di proporre un primo chiaro modello strati- grafico del settore del territorio di Forino interessato dagli sprofondamenti e di avanzare alcune preliminari considerazioni sulla loro genesi. In tutti i sondaggi è stata osservata la presenza per i primi metri di depositi vulcanoclastici da caduta di natura sabbioso-limosa che passano in profondità, sino a circa 25m, a sabbie e limi di ambiente alluvionale. Nei sondaggi eseguiti in vicinanza dello sprofon- damento della Petrosa (Fig. 10) è stata intercettata l’im- portante eruzione vulcanica dell’Ignimbrite Campana che si presenta con cineriti e tufi lapidei prevalentemen- te nella facies gialla con spessore variabile da pochi metri a circa 17 m. In 4 di questi sondaggi è stato inter- cettato anche il substrato pre-quaternario rappresenta- to da depositi miocenici di natura arenacea. Nessuna delle perforazioni, inoltre, ha intercettato il substrato calcareo. Nei due sondaggi eseguiti nei sinkhole antichi di Zarra e Donna Teresa (S6 ed S5; cfr. Figg. 2 e 4), sono stati rinvenuti 20 m di terreni di riporto, che poggiano su sabbie e limi alluvionali in posto. I dati stratigrafici ci permettono quindi di esclude- re la presenza di un vuoto carsico almeno per i primi 52 m di profondità. Sembrerebbe che i vuoti ipogei necessari per giu- stificare le volumetrie delle voragini, si siano formati nei sedimenti sabbioso-limosi posti al top dell’Ignimbrite Campana come testimoniato anche dal ritrovamento di un tronco di nocciolo durante la perforazione del son- daggio S7 riscontrato a 26 m di profondità e pochi metri al disopra del substrato in posto. Le sezioni geologiche realizzate nell’area di Contrada Petrosa (Fig. 10), permettono di ricostruire la successione degli eventi sedimentari; esse infatti evi- denziano chiaramente (Figg. 10 e 11) un substrato arti- Fig. 10 - Ricostruzione stratigrafica del sito del sinkhole SK7 in Contrada Petrosa. 1) Materiale di riempimento del sinkhole; 2) materia- le da crollo del sinkhole; 3) Alternanza di livelli cineritico-pomicei rimaneggiati e livelli pomiceo-scoriacei da caduta; 4) piroclastiti sab- bioso limose rimaneggiate, alternate a livelli cineritico pomicei pedogenizzati; 5) cappellaccio dell’Ignimbrite Campana; 6) Ignimbrite Campana; 7) flysch miocenici. Stratigraphic cross section of SK7 sinkhole at Contrada Petrosa site. 1) sinkhole artificial filling deposits; 2) rock fall deposits; 3) reworked ash and pumice levels alternated with fall deposits; 4) reworked sandy and silty pyroclastic deposits alternated with pumice and ash levels; 5) cap rock of Campanian Ignimbrite; 6) Campanian Ignimbrite; 7) miocenic flysch. 403Nuove ipotesi sulla formazione ... Fig. 11 - Evoluzione geomorfologica del sinkhole SK7 di Contrada Petrosa. A) paleoincisione nel substrato terrigeno (circa 40.000 anni fa); B) deposizione dell’Ignimbrite Campana (circa 39.000 anni fa); C) erosione dell’Ignimbrite Campana operata dal nuovo reticolo idrografico (circa 20.000 anni fa); D)fase di riempimento della paleoincisione (tra 20.000 e 10.000 anni fa circa); E) ulteriore fase di aggradazione della piana per caduta di depositi piroclastici che seppellisce definitivamente la paleo-valle. In profondità si creano le condizioni per la circolazione idrica nell’acquifero piroclastico-alluvionale con un deflusso preferenziale che segue la paleoincisione sepolta (post 10.000 anni fa); F) la circolazione idrica sotterranea innesca un lento processo di erosione sotterranea che porta alla for- mazione di vuoti; G) la lenta evoluzione del vuoto verso l’alto (H) origina un sinkhole. Geomorphological evolution of Contrada Petrosa sinkhole (SK7). A) Paleo-gully on flysch bedrock (about 40.000 y. b.p.); B) deposition of the Campanian Ignimbrite (about 39.000 y. b.p.); C) erosion of the Campanian Ignimbrite and genesis of a new gully (about 20.000 y. b.p.); D) phase of valley filling (between 20.000 and 10.000 y. b.p.); E) plain aggradation by means of pyroclastic fall deposits. The ancient valley, cut in the Campanian Ignimbrite formation and filled in with reworked pyroclastic deposits, is now definitely buried (post 10.000 y.b.p.); F) groundwater circulation inside the alluvial-pyroclastic aquifer has a flow direction oriented like the buried paleo-gully and causes a slow erosion (suffosion) producing void formations; G) The upward void migration (H) causes the sinkhole. 404 S. Del Prete, I. Giulivo & A. Santo colato e caratterizzato dalla presenza di una paleoinci- sione sepolta impostata nel substrato miocenico (Fig. 11a). Questa vallecola sarebbe stata ricolmata durante la deposizione dell’Ignimbrite Campana (circa 39.000 anni fa; Fig. 11b) e nuovamente reincisa dai successivi fenomeni di erosione lineare (Fig. 11c). Questo dato trova conferma nell’assenza, nel sondaggio S7, dei livelli più alti dell’Ignimbrite Campana (Cappellaccio) presente invece nei settori laterali (sondaggi S1, S2, S3 e S4; cfr. Fig. 10). Tra 20.000 e 10.000 anni fa si verifica una prima fase di riempimento della paleoincisione per l’apporto di depositi alluvionali nella piana costituiti da piroclastiti rimaneggiate di natura sabbioso-limosa e dilavate dai versanti (eruzione di “Sarno”; Fig. 11d). Più recente- mente, negli ultimi 10.000 anni, si hanno altri apporti di materiali piroclastici, talora in giacitura primaria, di origi- ne flegreo-vesuviana (eruzioni di “Ottaviano-Mercato” e di “Avellino”) alternati a paleosuoli e a livelli alluvionali limoso-sabbiosi (Fig. 11e). Contemporaneamente al riempimento della piana, si instaurarono le condizioni per la formazione di una falda superficiale nell’acquifero piroclastico alluvionale alimentata anche da travasi late- rali provenienti dai vicini massicci carbonatici. Questa circolazione idrica sotterranea trova nelle paleoincisioni sepolte e colmate da corpi sabbiosi, delle vie preferen- ziali di deflusso. Essa è particolarmente attiva in conco- mitanza di inverni molto piovosi, e si instaura nel riem- pimento alluvionale al contatto con substrato imper- meabile (Ignimbrite Campana e flysch miocenici. La direzione di drenaggio è orientata parallelamente al ver- sante di M. Romola da WNW verso ESE come eviden- ziato in SANTO et al., 1998 (cfr. Fig. 4). È probabile che in queste condizioni, analoga- mente a quanto riportato in letteratura per altri contesti (ARKIN & GILAT, 2000), il notevole carico idraulico della falda collegato ad inverni molto piovosi possa creare locali situazioni di erosione sotterranea (soffusione profonda) nei livelli limoso-sabbiosi (Fig. 11f e 11g). Non è un caso che i sinkhole censiti si allineano nella direzione di drenaggio preferenziale della falda. A tale proposito durante la campagna di indagini tutte le perforazioni sono state condizionate con piezo- metro a tubo aperto per la misurazione della falda. Le misure eseguite dal Maggio 2007 a Giugno 2008 non hanno rilevato la presenza della falda nel corpo alluvio- nale e nel substrato. La presenza di acqua talora rileva- ta ai piezometri è da imputare a ristagni a fondo foro come evidenziato anche dall’assenza di variazioni significative del livello idrico. Va ricordato comunque che l’anno 2007 è stato particolarmente siccitoso mentre il livello della falda doveva essere sicuramente più alto nell’inverno 2004- 2005 quando cioè si sono avuti gli sprofondamenti. A tal proposito, in Fig. 12 si riportano le piogge cumulate del periodo della ricarica dell’inverno 2004- 2005. Si può notare come questo periodo risulta ecce- zionalmente piovoso se confrontato alla media calcola- ta tra il periodo 1974-2005. È molto probabile quindi che in concomitanza degli sprofondamenti la falda abbia subito un notevole innalzamento che purtroppo non è stato possibile quantificare per mancanza di indagini e misurazioni nel corso del 2005. Si ricorda comunque che testimonianze di locali riportano di risalite di acqua almeno per i sinkhole più antichi. L’assenza della falda fino ad una profondità di otre 50 m dal p.c. evidenziata dalle ripetute misurazioni ai piezometri (intervallo maggio 2007-giugno 2008) evi- denzierebbe comunque l’eccezionalità dell’inverno 2005 nel quale la circolazione idrica sotterranea doveva essere molto più attiva e sicuramente con una piezo- metrica più alta rispetto ai valori normali. Le prime ipotesi sulla formazione dei sinkhole Fig. 12 - Precipitazioni medie mensili per il periodo 1974-2005 confrontate con le precipitazioni totali mensili relative agli anni 1996- 1997 e 2004-2005 (stazione pluviometrica del Genio Civile-Avellino; da Di Crescenzo et al., 2008). Mean monthly rainfall refereed to 1974-2005 compared with the total monthly rainfall calculated over the period 1996-1997 and 2004- 2005 (Genio Civile-Avellino rain gauges; from Di Crescenzo et al., 2008). 405Nuove ipotesi sulla formazione ... lascerebbero pensare ad una lenta e graduale erosione nel tempo dei livelli sabbiosi per effetto di una circola- zione idrica sotterranea caratterizzata da velocità abba- stanza sostenuta e, localmente, con moto turbolento, attiva solo in periodi particolarmente piovosi. La lenta e graduale erosione sotterranea del livello sabbioso potrebbe aver creato una protocavità che si sarebbe evoluta sia lateralmente che verso l’alto fino a raggiun- gere dimensioni tali da non riuscire a sostenere la volta per gli sforzi di taglio indotti dal carico dei terreni sovra- stanti che sono così collassati (Fig. 11g e 11h). Sulla base di questa ipotesi genetica, rimarrebbe tuttavia da chiarire l’eventuale recapito finale del mate- riale eroso. Una ipotesi, tutta da dimostrare, potrebbe essere quella della presenza di un paleo inghiottitoio sepolto presumibilmente localizzato in corrispondenza del sinkhole SK5 ubicato in prossimità dei calcari del bordo sud orientale della conca endoreica dove già esi- stono in superficie analoghe morfologie carsiche (Fig. 13). L’inghiottitoio sepolto potrebbe contribuire allo “smaltimento” del carico solido eroso per fenomeni di deep piping nelle aree più a monte. 6. DISCUSSIONE E CONCLUSIONI Il problema della genesi dei sinkhole in aree allu- vionali è ancora molto discusso. Secondo diversi Autori (THARP, 1997, 1999; NISIO, 2003; NISIO & SALVATI, 2004) i fenomeni di piping sinkhole, in aree alluvionali sarebbe- ro generalmente da ricondurre alla presenza di cavità in rocce solubili all’interno di un substrato carsificabile che richiamerebbe il materiale di copertura fino ad avere un collasso improvviso in superficie. Il “motore” di questo processo viene spesso individuato nell’azione di flussi verticali risalenti lungo zone fratturate o piani di faglia. Altri Autori, invece, popongono modelli diversi che escludono la presenza di un substrato carsificabile (HOFFMAN et al., 1998; ARKIN & GILAT, 2000; TOMLINSON & VAID, 2000) dimostrando che i vuoti responsabili del col- lasso si possono formare anche in terreni granulari per fenomeni di suffosione profonda. Tale processo consi- ste nell’erosione meccanica di un terreno poroso per effetto dello scorrimento (subsuperficiale secondo la definizione originaria di Castiglioni, 1986) dell’acqua in pressione che trova delle vie di scorrimento in cui pas- sare con elevata velocità e moto turbolento. Questo passaggio, provocando l’erosione del terreno, dà origi- ne a canalicoli a sviluppo sub-orizzontale, condotti tubolari o cavità lungo le linee di flusso. Analoghi fenomeni sono segnalati anche lungo il perimetro del Mar Morto e nella piana del fiume Santa Cruz a Tucson in Arizona (HOFFMAN et al; 1998; ARKIN & GILAT, 2000) dove la variazione da flussi laminari a turbo- lenti in zone discrete lungo il percorso delle linee di flus- so in subalveo, causa il dilavamento dei materiali a gra- nulometria sottile e la formazione di vuoti sotterranei. Nel caso dei sinkhole di Forino le indagini svolte confermano che i vuoti responsabili dei collassi si sono formati nei depositi di copertura limo-sabbiosi per feno- meni di suffosione profonda a profondità variabili tra i 20 ed i 25m ed in assenza di un bedrock carsificabile. I vuoti si creerebbero lentamente a causa dell’ero- sione meccanica operata da flussi turbolenti che aspor- terebbero i terreni a granulometria più sottile in partico- lari condizioni di notevole ricarica della falda. Il feno- meno si instaura all’interfaccia tra terreni meno permea- bili (flysch e tufi) ed i soprastanti terreni alluvionali sab- bioso-limosi (Fig. 13). Successivamente il vuoto migre- rebbe lentamente verso l’alto fino ad intercettare la superficie topografica e generare il collasso finale (Fig. 11 e 13). Si esclude quindi l’ipotesi della presenza e dell’in- fluenza di eventuali cavità nel substrato carbonatico e anche quella di flussi profondi risalenti lungo faglie di cui, peraltro, non c’è nessuna evidenza superficiale. Il contributo dei calcari e del carsismo in generale, sarebbe fondamentale invece per la veloce ricarica e l’aumento del carico idraulico nella falda multistrato dell’acquifero alluvionale (Fig. 13). Il substrato carsificato, inoltre, potrebbe spiegare Fig. 13 - Rappresentazione schematica della formazione dei sinkhole nella piana di Forino. 1) Depositi piroclastici da fall alternati a paleosuoli e livelli alluvionali; 2) piroclastiti rimaneggiate in ambiente alluvionale; 3) Ignimbrite Campana; 4) detrito di versante; 5) depo- siti limoso-sabbiosi pre - Ignimbrite Campana; 6) flysch miocenici; 7) substrato carbonatico mesozoico; 8) faglia; 9) sorgente; 10) cir- colazione idrica sotterranea nell’acquifero alluvionale. Schematic representation of sinkhole formation in the Forino plain. Legend: 1) pyroclastic fall deposits, paleosoils alternated with allu- vial deposits; 2) alluvial deposits; 3) Campanian Ignimbrite; 4) detritical talus; 5)alluvial sandy and silty deposits pre-Campanian Ignimbrite; 6) Miocenic flysch; 7) Mesozoic limestones; 8) fault; 9) spring; 10) underground water circulation inside alluvial aquifer. 406 S. Del Prete, I. Giulivo & A. Santo la scomparsa dei notevoli volumi di terreni asportati (poche migliaia di m3). Infatti, lungo il bordo sud orienta- le della conca e laddove i calcari vengono a contatto diretto con l’acquifero piroclastico alluvionale, si potrebbe avere lo smaltimento di parte delle acque del- l’acquifero alluvionale e del trasporto solido verso la falda profonda attraverso inghiottitoi sepolti (Fig. 13). Per quanto detto precedentemente non si esclude che nel sottosuolo della piana di Forino siano presenti altri vuoti, non ancora noti perché profondi o perché non hanno ancora raggiunto la superficie topografica. In prima approssimazione, sulla scorta del censi- mento dei sinkhole effettuato e dell’assetto stratigrafico ed idrogeologico della piana di Forino, la fascia di terri- torio che è da ritenere più suscettibile all’innesco di nuovi sprofondamenti si allinea in corrispondenza della zona di drenaggio preferenziale della falda dell’acquife- ro piroclastico alluvionale. Tuttavia una zonazione più precisa su un territorio così vasto non potrà che essere realizzata a valle di ulteriori indagini e soprattutto attraverso la definizione dello schema idrogeologico locale ed il monitoraggio della falda nell’acquifero alluvionale. È da sottolineare, infine, che il modello qui propo- sto rappresenta solo uno dei possibili meccanismi di innesco di sinkhole in are alluvionali, in altri contesti ed in condizioni stratigrafiche ed idrogeologiche diverse non si escludono effetti della carsificazione in rocce solubili e, soprattutto, fenomeni di improvvisa liquefa- zione di corpi limoso-sabbiosi saturi il cui studio non può prescindere da un approccio anche di tipo geotec- nico. BIBLIOGRAFIA AA.VV. (2000) - Le voragini catastrofiche - un nuovo problema per la Toscana. Atti del Convegno orga- nizzato dalla Regione Toscana, Provincia e Comune di Grosseto, Grosseto, 31 marzo 2000, 256 pp. AA.VV. 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