Imp. Nisio II FFEENNOOMMEENNII DDII SSPPRROOFFOONNDDAAMMEENNTTOO:: SSTTAATTOO DDEELLLLEE CCOONNOOSSCCEENNZZEE EEDD AALLCCUUNNII EESSEEMMPPII IINN IITTAALLIIAA CCEENNTTRRAALLEE SStteeffaanniiaa NNiissiioo Dipartimento dei Servizi tecnici Nazionali - Servizio Geologico Nazionale - V. Curtatone, 3 00185 Roma RIASSUNTO Nella letteratura nazionale ed internazionale sono stati da tempo codificati numerosi termini per indicare i vari tipi di cavità che si apro- no nel terreno, attualmente però viene sempre più spesso utilizzato il termine sinkhole per definire queste forme, spesso omologhe, ma sviluppatesi attraverso processi genetici differenti. Così tale termine risulta piuttosto semplificativo e generico. Questo lavoro si propone perciò di riesaminare la terminologia con la quale sono state indicate le varie forme in relazione alla loro genesi e di proporre una definizione più precisa del termine sinkhole. Nella letteratura italiana per indicare i vari tipi di cavità subcircolari furono introdotti sin dai tempi più antichi i termini di dolina (genetica- mente distinta in diversi tipi), sprofondamento e camino di collasso. Nel primo caso il processo morfogenetico si sviluppa in rocce solubili per dissoluzione attraverso l’infiltrazione d’acqua di ruscellamento. Nel secondo caso i fattori predisponenti sono la gravità e l’antropizzazione, nel terzo invece i fattori principali dell’evoluzione di tali forme, oltre alla dissoluzione sono costituiti dalla risalita di fluidi aggressivi e dai fenomeni di aumento e di diminuzione di pressione indotti dalle oscillazioni della tavola d’acqua al di sotto del piano campagna. Anche nella letteratura anglosassone per le cavità carsiche era utilizzato il termine doline (suddiviso poi in vari tipi) equivalente alla doli- na della letteratura italiana; in seguito esso è stato quasi del tutto sostituito dal termine sinkhole. Quest’ultimo è stato utilizzato la prima volta per indicare depressioni subcircolari dovute al crollo di piccole cavità carsiche, sinonimo quindi di dolina, successivamente è stato adottato per indicare gli sprofondamenti di qualsiasi genere. Prendendo in considerazione i meccanismi genetici che favoriscono lo sviluppo degli sprofondamenti s.l. il termine sinkhole in senso stretto dovrebbe essere adottato soltanto per quelle forme in cui il processo genetico principale è la risalita dei fluidi dal basso, attraver- so reticoli di fratture che mettono in comunicazione un substrato carsificato con i sedimenti superficiali, con conseguenti fenomeni di piping o suffosione. Esso sarebbe pertanto sinonimo dei termini camino di collasso o voragine di terra della letteratura italiana e di piping sinkhole della letteratura anglosassone. I casi di sinkhole in Italia risultano concentrati nelle piane alluvionali, nelle immediate vicinanze di dorsali carbonatiche, in contesti geo- logico-strutturali ed idrogeologici complessi innescati da cause di diversa natura (sismi, siccità, alluvioni, emungimenti di acque etc.). La presenza di un pacco di sedimenti impermeabili o semi-permeabili, al tetto di un substrato carbonatico carsificato, un reticolo di faglie e diaclasi che mettano in comunicazione i due mezzi, sono fattori predisponenti essenziali. Inoltre la presenza di fluidi liquidi e gassosi nel sottosuolo, CO2 e H2S, che consentano la dissoluzione e di conseguenza il sifonamento dei materiali di copertura è stata riscontra- ta nella maggioranza dei casi. ABSTRACT Technical literature offers a lot of terms to indicate different types of geological cavities, but recently the term sinkhole seems to be commonly adopted to indicate underground cavities which are similar in their features but have different morphogenetic origins. That is why the term sinkhole appears to be rather generic or inadequate. The aim of this work, therefore, is to propose a new terminology for every kind of cavity and to associate a more rigorous definition to each of them, according to their different morphological genesis. In the Italian traditional literature the terms “dolina” (divided in various types), “sprofondamento” and “camino di collasso” were adopted to indicate different kinds of sub-circular collapses. According to the first term the soil dissolution is caused by the infiltration of water in soluble rocks; according to the second one gravity and anthropizzation are the main factors causing these collapses and according to the last one, above the soil dissolution, the predispo- sing factor is the pressure of the water coming back to the plane surface level. In the English literature the term doline (still divided in several types) was originally adopted to indicate karst caves as an equivalent of the Italian word “dolina” but it was later replaced by the term sinkhole. At first this term simply indicated sub-circular depressions due to the landslide of small karst caves, but actually it is adopted to indicate every kind of cavity. Taking into account the processes that cause the development of a sinkhole, the use of this term seems only suitable to indicate cavi- ties caused by a piping process (“suffosione” in Italian) and therefore it should be a synonymous of the Italian term “camino di collasso” (known as piping sinkhole in the English literature). The sinkholes in Italy are concentrated in alluvial flats, near carbonatic ridges, in some structural and hydrogeological contexts which were originated by different causes (earthquakes, dryness, alluviums, water wells etc.). Impermeable sediments laid on the top of karst carbonatic bedrocks, faults and fractures between the two layers, are the main predi- sposing factors. Moreover, the presence of water and gases, such as CO2 and H2S, concurring to the dissolution and the piping processes, has been detected in almost all the circumstances. Parole chiave: Sinkhole, sprofondamenti, suffosione. Keywords: Sinkhole, sinking, piping Il Quaternario Italian Journal of Quaternary Sciences 1166(1), 2003, 121-132 122 S. Nisio IINNTTRROODDUUZZIIOONNEE I fenomeni di sprofondamento sono riconosciuti in diverse parti del mondo. Negli Stati Uniti (California, Florida) tali fenomeni sono particolarmente diffusi e costituiscono una delle maggiori calamità naturali scar- samente prevedibili e dalle quali non è facile difendersi (Sinclair & Steward, 1985; Newton, 1987; Wilson & Shock, 1996). In Florida il fenomeno è talmente fre- quente che il Servizio Geologico Nazionale ha predispo- sto siti internet, destinati alla popolazione, per denuncia- re in tempi reali il verificarsi di sprofondamenti tipo sinkhole. Le cause naturali sono generalmente preponde- ranti mentre le cause antropiche sono concause o accessorie anche se nell’ultimo ventennio si è registrato un aumento dei casi in tutto il mondo in seguito proba- bilmente proprio all’espansione urbanistica (Sinclair, 1982; Newton, 1987; Tihansky & Galloway, 2000). II FFEENNOOMMEENNII DDII SSPPRROOFFOONNDDAAMMEENNTTOO Recentemente per indicare gli sprofondamenti di qualsiasi genere viene utilizzato, da esperti del settore e non, il termine sinkhole, che ha quasi del tutto sostituito altri termini più specifici, generando una notevole confu- sione terminologica. Un uso più corretto del termine sinkhole permet- terà di individuare meglio il tipo di sprofondamento cui ci si vuole riferire. Il termine sinkhole (che tradotto letteralmente significa “pozzo di scarico”, “buco di scolo”) è stato intro- dotto per la prima volta da Fairbridge (1968) e successi- vamente da Monroe (1970) per indicare una depressio- ne di forma sub-circolare dovuta al crollo di piccole cavità carsiche sotterranee. Infatti alcuni Autori, Monroe (1970), Jennings (1985), White (1988), ed altri distin- guono fenomeni di solution sinkhole, collapse sinkhole e subsidence sinkhole (coincidenti con i termini di solution doline, collapse doline, subsidence doline introdotti da Cramer, 1941 e successivamente utilizzati da Castiglioni nel 1986 in Italia e da molti altri Autori), per- tanto il termine sinkhole sarebbe sinonimo di dolina. Attualmente negli Stati Uniti e in Gran Bretagna il temine sinkhole viene usato frequentemente e definisce una qualunque cavità nel terreno di forma sub-circolare originatasi per motivi diversi. Beck, (1984), Beck & Wilson, (1987), Berti et al., (2002 a) utilizzano tale termine per indicare anche cavità, di forma non necessariamente sub-circolare, apertesi nel terreno per cause antropiche. Anche in Italia di recente (a partire dagli anni novanta) è stato adottato il termine sinkhole (Faccenna et al., 1993, Brunamonte et al., 1994; Nolasco, 1998; Ciotoli et al., 1998 e molti altri) per indicare una cavità sub-circolare, che si apre improvvisamente nel terreno, con richiamo di materiali verso il basso. Esso pertanto sarebbe sinonimo di sprofondamen- to s.l. ed è applicabile a fenomeni come le doline di crol- lo, gli sprofondamenti di natura antropica, i camini di col- lasso o voragini di terra, che si aprono nei terreni a gra- nulometria variabile. La dolina di crollo ( Cramer, 1941, Castiglioni, 1986) indica una depressione tipica di aree carsiche, che si forma principalmente per dissoluzione dovuta all’assorbimento nel terreno di acqua da ruscellamento (Anelli, 1959; 1965, Sweeting, 1972; Ford & Williams, 1989; Klimchouck et al., 1997; Ferrarese & Sauro 2001; Macalluso et al., 2002), cui si aggiunge il crollo per gra- vità della parte superiore della cavità. Uno sprofondamento in genere è una depressione di forma varia, anche se generalmente sub-circolare, formatasi rapidamente, tipica oltre che di zone carsiche, di aree di pianura, di aree in cui nel sottosuolo sono pre- senti altre cavità (Canuti, 1982). Lo sprofondamento catastrofico, poiché improvviso ed arrecante danni, comprende anche quei dissesti non direttamente colle- gabili a fenomeni carsici, come le cavità sotterranee ori- ginate dall’attività antropica, in aree urbanizzate, da miniere, scavi, cunicoli e cavità di antiche catacombe.Gli sprofondamenti sono legati principalmente alla gravità. I “camini di collasso” o “voragini di terra” sono ampie e profonde depressioni sub-circolari con dimen- sioni da pochi metri al centinaio di metri e profondità di alcune decine di metri, a pareti sub-verticali che si apro- no rapidamente in terreni a granulometria variabile. I camini di collasso sono in genere colmati da acque, spesso mineralizzate, formando laghetti e spec- chi d’acqua; sono caratterizzati da subsidenza che può localmente essere dovuta a presenza di sorgenti. Sono localizzati in genere su allineamenti tettonici lungo i quali spesso si evidenziano anomalie di fluidi liquidi e gassosi; la continua erosione delle pareti del camino provoca il progressivo colmamento della voragine, un aumento del diametro e nello stesso tempo una diminu- zione della profondità dello specchio d’acqua. La formazione dei camini di collasso è improvvisa ma può essere realizzata in un evento unico o in più eventi con progressivo cedimento delle pareti (Brunamonte et al., 1994). Nel primo caso il substrato è interessato da un condotto unico e la cavità presenta nel tempo dimensioni più o meno stazionarie. Nel secondo caso lo sviluppo del camini di collasso avviene per lento dilavamento dal basso verso il tetto della cavità; la cavità stessa tende ad allargarsi notevolmente per cedimento progressivo e coinvolgimento di volumi sempre più grandi. Si è constatato che la maggior parte di tali feno- meni è dovuta ad una serie di cause, di cui si parlerà in seguito, ma ruolo importante assumono i processi di risalita, sifonamento e suffosione, (sensu Castiglioni, 1986) (Derbyshire & Mellors, 1988; Derbyshire et al., 1991; Billiard et al., 1992; 1993; Muxart et al., 1994). Un processo di suffosione, definito da Castiglioni (1986), è un effetto meccanico dello scorrimento sub- superficiale dell’acqua nel terreno (con dimensioni gra- nulometriche dalle argille alle ghiaie) che si realizza quando quest’ultimo è crepacciato o poroso e quando l’acqua abbondante e con pressione elevata, riesce a trovare vie di scorrimento in cui passare con velocità abbastanza sostenuta. Il passaggio dell’acqua provoca l’erosione di materiale e la formazione di canalicoli a svi- luppo sub-orizzontale e di condotti tubolari lungo le linee idrauliche di flusso. Quest’ultimo fenomeno viene indica- to nella letteratura anglosassone con il termine piping. Pertanto nel processo di formazione dei camini di col- lasso dovrebbe avere un ruolo importante la pressione idraulica iniziale nei condotti (Guerricchio, 1982). Sprofondamenti in cui è stata accertata la presenza di meccanismi di questo tipo tipo sono noti in letteratura anglosassone come piping sinkhole. Secondo Forti (2002) i fenomeni di piping si pos- sono verificare in un sistema carsico, solo se l’acquifero termale non è confinato ed è situato a breve distanza dalla superficie. Infatti secondo l’Autore i meccanismi di piping non si possono sviluppare in un sistema carsico termale posto a notevole profondità e ricoperto da rocce impermeabili proprio perché la presenza di queste ulti- me impedirebbe ai processi di progredire, dal basso verso l’alto, in superficie. I fenomeni registrati nell’Appennino ed in altre parti del mondo mostrano che i fenomeni di sinkholes, dovuti a fenomeni di risalita di fluidi dal basso, si sono formati nella maggior parte dei casi proprio in acquiferi imprigionati, con substrato posto a notevole profondità, sormontato da depositi costituiti da materiali a granulo- metria variabile, ma generalmente da limi, a scarso stato di consistenza, in presenza di faglie o fratture (Littlefield et al., 1984; Derbyshire & Mellors, 1988; Derbyshire et al., 1991; Billiard et al., 1992; 1993; Faccenna, 1993; Muxart et al., 1994; Ciotoli et al., 2000; Berti et al., 2002 a, b; Di Filippo et al., 2002). Pertanto sembrerebbe che proprio la presenza di faglie e diaclasi, che mettano in comunicazione i due mezzi, (permeabile di base ed impermeabile al tetto) sia la spiegazione dell’innesco di sinkhole in acquiferi impri- gionati. I meccanismi di piping e suffosione sub-superficia- le potrebbero essere catturati dal basso sulla direttrice a sviluppo verticale verso l’alto delle cavità carsiche, pro- prio per la presenza di faglie e diaclasi all’interno dei ter- reni di copertura posti al di sopra del bedrock carbonati- co. In conclusione viene riportata la terminologia con la quale vengono indicati i diversi tipi di cavità che si aprono nel terreno. Sprofondamento: è una cavità di forma varia, anche se generalmente sub-circolare, formatasi rapida- mente, tipica di zone carsiche, di aree di pianura, di aree urbane, di aree il cui sottosuolo presenti altre cavità anche di origine antropica; Sprofondamento catastrofico: Sprofondamento rapido ed improvviso arrecante danni a persone o cose; Sprofondamento di origine antropica (che potrem- mo definire anthropogenic sinkhole): è il collasso di una volta in cavità di origine antropica; “dolina di soluzione normale” (coincidente con il termine anglosassone di “solution sinkhole” e “solution doline”): conca chiusa originata per dissoluzione della roccia da parte dell’acqua di ruscellamento superficiale (Castiglioni, 1986); “dolina alluvionale” (coincidente con il termine anglosassone di “subsidence sinkhole” o potrebbe meglio definirsi “cover sinkhole”): conca chiusa che si forma su materiali di copertura in genere, e/o alluvionali, in seguito all’originarsi, in rocce solubili sottostanti, di cavità carsiche per dissoluzione sub-superficiale o di crollo (Castiglioni, 1986); “dolina di crollo” (coincidente con il termine anglo- sassone di “collapse sinkhole” e “collapse doline”): cavità con forma a pozzo nei calcari e in rocce solubili formatesi per il crollo del soffitto di grotte (Cramer, 1941; Castiglioni, 1986); “dolina di subsidenza in roccia” (coincidente con il 123I fenomeni di sprofondamento ... termine anglosassone di “rock subsidence sinkhole” o “subsidence doline”): cavità formatesi su rocce coerenti e permeabili ma non solubili, poggiate su rocce solubili per crollo di volta (Castiglioni, 1986); sinkhole in senso stretto, o camino di collasso (coincidente con il termine anglosassone di piping sinkhole): cavità sub-circolare che si apre improvvisa- mente in terreni di varia granulometria, per meccanismi prevalenti di risalita delle acque e dei gas, di sifonamen- to di suffosione e di successivo collasso. In definitiva per una più corretta terminologia il ter- mine sinkhole s.s. dovrebbe essere applicato esclusiva- mente a quelle cavità che si formano a seguito di pro- cessi non solamente carsici ma anche di risalita delle acque ed erosione e sifonamento dei materiali di coper- tura; termine equivalente così ai camini di collasso e alle voragini di terra della letteratura italiana e ai piping sinkholes della letteratura anglosassone. In alternativa sarebbe necessario aggiungere un attributo accanto al termine sinkhole per indicarne la genesi e per evitare di creare confusione circa il feno- meno cui si vuole riferire (piping, collapse, solution, sub- sidence, anthopic o anthropogenic, cover). Per quanto riguarda gli sprofondamenti dovuti al carsismo è preferibile utilizzare il termine già esistente dolina di crollo (equivalente a collapse doline o collapse sinkhole della letteratura anglosassone), mentre per i collassi dovuti all’antropizzazione (crolli di grotte, cuni- coli, miniere etc.) dove solo casualmente si formano cavità subcircolari, si può adottare il termine generico di sprofondamento antropico (o anthropogenic collapse). LLEE CCAAUUSSEE I sinkholes s.s. (o piping sinkhole) si formano per cause predisponenti ed innescanti. Si originano in con- testi di complesse situazioni geologico-strutturali ed idrogeologiche del territorio che ne costituiscono il sub- strato essenziale. Vengono innescati per motivi di diver- sa natura quali un sisma, un periodo di siccità, o una alluvione (ciò che può provocare una variazione rapida del livello piezometrico), l’emungimento di grandi quanti- tativi di acqua dal sottosuolo. Definire quale sia la causa principale è difficile poi- ché esse sono molteplici e generalmente concomitanti; queste possono così essere riassunte: 1) Un substrato carbonatico o costituito da roccia solu- bile (calcari, dolomie, evaporiti o rocce solfatiche) sottoposto a fenomeni carsici; la presenza di una morfologia del bedrock accidentata, sia a piccola scala che a grande scala, con macroforme carsiche (doline, uvala, crepacci e grotte) e con cavità carsi- che presenti al tetto del substrato (interfaccia suolo/roccia) risultato di processi corrosivi e pedoge- netici; 2) La presenza di un pacco di sedimenti impermeabili o semi-permeabili al tetto del substrato, costituito da limi, argille, sabbie a differente granulometria, omo- genee o eterogenee; 3) Scarse caratteristiche fisico-meccaniche dei materia- li costituenti il manto superiore (consolidazione, addensamento, resistenza); 4) Presenza di un reticolo di fratture o faglie che per- mettano una maggiore circolazione idrica e una 124 notevole erosione meccanica; 5) Presenza di abbondanti acque di circolazione sotter- ranea; 6) Presenza di gas nel sottosuolo, generalmente CO2 e H2S, che consentano la dissoluzione dei materiali di copertura e la risalita delle acque (Faccenna et al., 1993; Ciotoli et al., 1998); 7) Intensità elevata delle precipitazioni piovose e alter- nanza di periodi secchi e piovosi, risultano partico- larmente favorevoli alla formazione delle oscillazioni della tavola d’acqua; 8) Le attività antropiche: attività estrattive, emungimenti di acqua; il forte emungimento per uso irriguo ed idropotabile fa sì che si sviluppino, in prossimità dei pozzi, coni di depressione tali da far aumentare notevolmente la velocità dei flussi idrici e quindi l’a- sportazione delle particelle dei sedimenti e subsi- denza delle coperture alluvionali; 9) Le eventuali escursioni termiche; in zone poste a quote elevate e soprattutto alle alte latitudini (Nord Europa), i passaggi al di sopra e al di sotto dello zero possono originare cunei e lenti di ghiaccio che tendono ad allargare le cavità nel terreno; 10) La scarsa presenza di un manto vegetale che possa esercitare un effetto limitante nei confronti della mobilizzazione dei terreni; 11) Le scosse sismiche. DDOOVVEE SSII VVEERRIIFFIICCAANNOO I sinkholes si originano su piane alluvionali, pianu- re costiere, conche intermontane, generalmente di origi- ne tettonica in corrispondenza di successioni carbonati- che massicce carsificate, sedi di falde acquifere di gran- de potenza, a cui si sovrappongono depositi fluvio-lacu- stri, lagunari, vulcanici o marini di potenza variabile (Newton, 1984). Se ne presentano di seguito alcuni esempi nell’Appennino Centrale (Fig 1). Fig 1 - Le aree interessate da fenomeni di sinkhole The areas interested from phenomena of sinkhole S. Nisio 125 EESSEEMMPPII NNEELL LLAAZZIIOO 11)) LLaa PPiiaannaa ddii SS.. VViittttoorriinnoo, (RI) Caratteri generali La Piana di S. Vittorino, attraversata dal F. Velino, costituisce una depressione tettonica bordata da faglie che ne hanno favorito una particolare conformazione triangolare, con apice rivolto a sud (Fig. 2). Essa è caratterizzata da un notevole sviluppo di forme di collasso, presenti anche sui versanti circostan- ti; secondo la letteratura anglosassone sarebbe definita una sinkholes plain. Poiché i fenomeni di sprofondamento hanno pro- vocato e provocano tutt’ora notevoli danni alle strutture antropiche dell’area, questa è stata oggetto di studi spe- cifici sin dai tempi più antichi (Tenore 1872; Verri 1886) che sono stati ulteriormente approfonditi di recente (Nolasco, 1986; 1998; Faccenna et al., 1993; Ciotoli et al., 1998, 2000, Bigi et al., 1999; Centamore & Nisio, 2002 a, b, 2003; Bersani & Castellano 2002). La piana è stata colmata da depositi fluvio-lacustri del Pleistocene superiore-Olocene, a differente granu- nometria, per la maggior parte costituiti da limi (60%), argille (20%), sabbie (10%), localmente si rivengono lenti di ghiaie, e travertini (per lo più sabbiosi), con spes- sori che variano aumentando verso il centro della piana fino ad un massimo di circa 130 -170 m; lungo i versanti della piana sono presenti lembi di travertini, di depositi terrazzati e di conoide, del Pleistocene medio. I depositi continentali che colmano la depressione tettonica di S. Vittorino ricoprono blocchi delle succes- sioni affioranti a M.te Paterno fagliati e dislocati verso il basso (Centamore et al., 2003). Questi blocchi sono costituiti prevalentemente da formazioni carbonatiche, sulle quali prima della fase tet- tonica distensiva che ha favorito la formazione della depressione, si sarebbero sviluppate forme carsiche, presenti tra l’altro sul versante di M.te Paterno. Sulla destra idrografica del fiume si elevano i M.ti Reatini, mentre sulla sinistra sono presenti il rilievo car- bonatico di M.te Nuria e la dorsale di Calcariola (Fig. 2). La dorsale dei Monti Reatini, a N, è caratterizzata dalla sovrapposizione di una successione carbonatica pelagica (dell’Unità dei M.ti Reatini) su una successione carbonatica di piattaforma e silico-clastica dell’Unità M.te Nuria (Centamore & Nisio, a, b , 2003). Il gruppo montuoso del M.te Nuria, a SE, è costitui- to da una potente successione carbonatica di piattafor- ma (piattaforma laziale-abruzzese) con quote che arri- vano fino a 1850 m. La dorsale di Calcariola è costituita prevalente- mente dai depositi fluvio-lacustri del bacino di Rieti che ricoprono un substrato costituito da arenarie (apparte- nenti all’Unità del Salto; Centamore & Nisio, 1999; 2002 a, b; 2003 Centamore et al., 1999) e da termini carbona- tici (dell’Unità M.te Navegna e dell’Unità M.ti Reatini). La piana è bordata da elementi tettonici distensivi e/o transtensivi che ne hanno condizionato la morfolo- gia (da cui la caratteristica forma triangolare, Centamore & Nisio, 1999; 2002 a, 2003; Centamore et al., in stampa; Dramis & Nisio, in stampa). Il più importante di questi elementi è la faglia Fiamignano-Micciani, una dislocazione di importanza regionale a direzione NW-SE ed immergente verso SW che si segue per chilometri (Fig. 2), al di fuori della Piana, pur essendo interrotta e spostata da faglie tra- sversali e oblique. La faglia mette a contatto le forma- zioni carbonatiche di M.te Nuria con quelle prevalente- mente torbiditiche della depressione del Salto; attraver- sa tutta la Valle del F. Velino e continua più a Nord, bor- dando il versante occidentale del gruppo montuoso del Terminillo. Il segmento che attraversa la Piana di S. Vittorino non è facilmente individuabile sul terreno, anche a causa dei continui e radicali interventi antropici, che dalla fine dell’ottocento hanno modificato drasticamente l’antico paesaggio lacustre; esso sembra coincidere con un allineamento Micciani - S. Vittorino (Faccenna et al., 1993; Ciotoli et al., 1998; 2000; Centamore & Nisio, 2000). Dal punto di vista idrogeologico la Piana di San Vittorino costituisce il luogo di recapito della circolazione idrica dei versanti limitrofi (Boni et al., 1995, e da Dall’aglio & Campanile,1996, Ciotoli et al., 1998; 2000, Colombi et al., 1999; Capelli et al., 2000) e, soprattutto, del sistema idrogeologico dei Monti Giano, Nuria e Velino. In questa zona le sorgenti presenti sono distri- buite ai margini settentrionale e meridionale della pianu- ra, hanno un carattere prevalentemente puntuale (con un’unica emergenza) e sono tra loro associate a costi- tuire fronti di deflusso emergenti per trabocco della falda idrica indotto dalla coltre satura dei sedimenti alluvionali. Le portate emergenti sui lati opposti della piana sono molto differenti tra loro: circa 2000 l/s per il bordo set- tentrionale rispetto ai circa 18000 l/s complessivi di quello meridionale (Sorgenti del Peschiera). Alcune sorgenti puntuali sono poi presenti anche all’interno della piana con portate modeste (stimate tra 0.1 ÷ 2 l/s), poste in corrispondenza dei sinkholes. I sinkholes della Piana La piana di S. Vittorino, oggetto sin dalla fine del secolo scorso di una serie di interventi antropici che ne hanno modificato notevolmente il paesaggio, è caratte- rizzata dalla presenza di almeno 29 cavità sub-circolari (camini di collasso o sinkholes) che ospitano laghetti e piccole pozze, di sorgenti mineralizzate, in concentra- zioni anomale dei fluidi gassosi, di altri numerosi piccoli sprofondamenti localizzati, ed emergenze di acqua dolce (Fig 2). Il primo sprofondamento di cui si ha menzione è quello che riguarda la Chiesa di S. Vittorino (edificata nel 1614), avvenuto nel 1703, in seguito ad una scossa sismica, che ha dato origine ad una cavità di circa 20 m di diametro e 2 m di profondità. Si contano altri 5 sprofondamenti avvenuti nei secoli scorsi (tra il 1700 e il 1850; gli Atlanti del 1808 ne mostrano solo due; Bersani & Castellano, 2002) di cui non si hanno informazioni certe. Alcuni di essi sono stati riattivati nei primi decenni di questo secolo (nel 1915 e 1951; Riccardi, 1951; Mori, 1983;) le cavità hanno dimensioni variabili con diametri di 204, 130, 80, 50 e 15 m (tra cui il Lago di Paterno, il Pozzo di mezzo, il Pozzo burino) e profondità che variano da un massimo di 45 m a pochi metri (Capelli & Petitta, 1998; Capelli et al., 2000). Nel 1893 si aprirono improvvisamente altre 5 cavità con diametri da 100 a 8 m e profondità da 10 a 15 m e tra il 1900 e il 1903 ancora 5 con dimensioni di pochi metri. I fenomeni di sprofondamento ... 126 Altre attivazioni, neoformazioni o allargamenti, si sono avute in occasioni di sismi (Michetti et al., 1994), come avvenne durante il sisma del 1915, (Pozzo Gustavo, in seguito al terremoto di Avezzano). Nel 1986 in seguito ad alluvioni si aprono 3 voragi- ni in località Sciamargutta (Nolasco, 1986; Catenacci, 1992) con diametri da 5 a 60 m e profondità di una deci- na di metri. L’ultimo sinkhole, che si è formato nel 1993 pre- senta solo pochi metri di diametro. I sinkholes sono concentrati nella zona settentrio- nale della piana, tra S. Vittorino e Vasche, e sono alli- neati secondo direzioni NE-SW tra Vasche e Case Paterno, E-W tra le Terme di Cotilila e S. Vittorino e NW-SE, nella fascia tra le sorgenti del Peschiera- Micciani e Terme di Cotilia S. Vittorino, in parte coinci- dente con il prolungamento settentrionale della faglia Fiamignano-Micciani, ad Ovest della quale non si evi- denziano più i fenomeni di sprofondamento (Faccenna et al., 1993; Nolasco, 1998; Centamore et al., 1999; Ciotoli et al., 2000, Centamore & Nisio, 2002, a, b, 2003; Nisio, in stampa). Le acque mineralizzate sono rappresentate principalmente da acque solfuree e da acque ferruginose; le emergenze sono concentrate pre- valentemente ai piedi del versante di M.te Paterno, tra S. Vittorino e Vasche, ma si rinvengono localizzate anche in sinistra del F. Velino lungo l’allineamento NW-SE Piedimozza-Cerquara. In particolare le acque ferruginose emergono in alcuni laghetti a SE di S. Vittorino, lungo l’allineamento corrispondente al prolungamento settentrionale della faglia Fiamignano-Micciani, mentre le sorgenti solfuree sono allineate con direzioni circa E-W, tra S. Vittorino e Vasche, e NW-SE, tra Pendenza e S. Vittorino e tra Piedimozza e Cerquara, (Faccenna et al., 1993; Nolasco, 1998; Ciotoli et al., 2000). Per quanto riguarda i fluidi gassosi le anomalie di elio sono concentrate lungo un allineamento E-W tra S. Vittorino e le Terme di Cotilia, e lungo due allineamenti NW-SE, tra le sorgenti del Peschiera e S. Vittorino. Quelle del radon si concentrano invece per la maggior parte nel settore nord-occidentale della piana e in misu- ra minore lungo gli allineamenti Micciani-S. Vittorino a direzione NW-SE, e con direzioni NE-SW tra Vasche- Case di Paterno, e parallelamente al versante nord- occidentale del rilievo carbonatico di Pendenza-Colle Impicciavera, (Ciotoli et al., 2000). Il lato settentrionale e quello sud-orientale della piana sono caratterizzati inoltre dall’emergenza di alcu- ne sorgenti di acqua dolce. Negli sprofondamenti presenti nell’area in esame si possono distinguere doline di crollo localmente chia- mate canetre, impostate esclusivamente sui versanti di M.te Paterno e sinkholes localizzati nelle coperture con- Fig 2 - Schema dell’ubicazione dei sinkholes nella Piana di S. Vitorino (Rieti) Scheme of the sinkholes in the S. Vittorino Plane (Rieti- Central Italy) S. Nisio tinentali della piana. Per qualche Autore (Nolasco, 1998) alcune cavità di antica origine (Lago di Paterno, Pozzo di Mezzo e Pozzo Burino) rappresenterebbero delle doline. Ma lo spessore dei depositi continentali posti al di sopra del substrato carbonatico e per la locale situazione geologi- co-strutturale queste depressioni si sarebbero comun- que originate per fenomeni di risalita, di sifonamento ed erosione (piping) e rappresenterebbero dunque sinkho- les in senso stretto (nel senso sopra indicato) (Fig. 3). Per altri Autori (Capelli et al., 2000; Bersani & Castellani, 2002) la genesi degli sprofondamenti nella Piana di S. Vittorino sarebbe legata alla dissoluzione e conseguente collasso di orizzonti di travertino, con spessori non superiori a 10 m, riscontrati in sondaggi a profondità di 7-8 m nei pressi di Cotilia e a 30- 40 m in altre località. Ma in altri sondaggi effettuati al centro della piana i travertini sono caratterizzati da spessori molto modesti e da una struttura sabbiosa, piuttosto incoerente, tale da non giustificare collassi di una certa entità. Nei pressi poi del Lago Rotondo, verso le aree più meridionali della piana, non si sono incontrati travertini se non in spessori decimetrici. Di conseguenza la sola presenza dei travertini peraltro non continui in tutta la piana, non è sufficiente a spiegare la genesi di tutte le cavità presenti nella piana stessa (Fig 4). Ma la disposizione degli sprofondamenti, tutti loca- lizzati su allineamenti tettonici, la presenza sia di un acquifero confinato in profondità, sia di falde circolanti nelle coperture alluvionali, nonché la disposizione delle anomalie dei fluidi gassosi (Faccenna et al., 1993; Ciotoli et al., 1998, 2000, Centamore & Nisio, 2000) mettono in evidenza che fattore importante della genesi degli sprofondamenti in parola sono anche i processi di piping o suffosione legati ai fenomeni di dissoluzione degli orizzonti travertinosi, dove questi sono presenti (Fig 4). Questi fenomeni potrebbero essere stati favoriti, oltre che dai sistemi di dislocazioni, che costituiscono la via preferenziale di risalita dei fluidi, anche dalla presen- za in profondità di un substrato carsificato in preceden- za, le cui forme potrebbero essersi evolute in questo contesto, favorendo così le evidenze superficiali. I feno- meni di sifonamento che si produrrebbero nella parte più superficiale del manto alluvionale potrebbero avveni- re in corrispondenza di più ampie cavità carsiche poste ad un centinaio di metri nel substrato carbonatico e in collegamento tramite lo sviluppato reticolo di faglie e fratture che si rinviene lungo tutta le piana. 22)) PPiiaannuurraa PPoonnttiinnaa ((LLaattiinnaa)) Casi di sprofondamento sono comuni in tutta la Pianura Pontina, costellata da numerosi laghetti e sor- genti; i Laghi del Vescovo, per esempio, sono una serie di cavità ubicate nell'area compresa tra il settore più meridionale dei Monti Lepini e il Fiume Uffente a sud di Sezze, a ridosso di faglie di importanza regionale, che ospitano specchi d’acqua. Da nord verso sud si ricono- scono il Lago di S. Carlo, il gruppo vero e proprio deno- minato del Vescovo e il Lago Mazzocchio. Il gruppo del Vescovo è composto da 4 specchi d'acqua, di cui 3 presentano acque mineralizzate (con presenza di alti tenori in CO2, H2S e altri composti dello zolfo) e sono caratterizzati da colore opalescente, mentre uno è d'ac- qua dolce. Quello d'acqua dolce è profondo circa 18 metri ed ha una caratteristica forma di 8. Il Lago 127 Fig. 3 - Formazione di sinkholes nella Piana di S. Vittorino Formation of sinkholes in the St. Vittorino Plain (Rieti-Central Italy) I fenomeni di sprofondamento ... Mazzocchio è invece alimentato dalle acque di un cana- le (che drena nel fiume Uffente) dopo un impianto idro- voro, risulta circondato da alti canneti e difficile da repe- rire. Doganella di Ninfa, Doganella di Ninfa è ubicata nella porzione nord- orientale della Pianura Pontina a pochi chilometri da Latina. In questo settore la Pianura Pontina è bordata ad oriente dalla dorsale dei Monti Lepini, disposta in direzione appenninica, costituita da una potente succes- sione di calcari di piattaforma. Una faglia di importanza regionale borda il versante sud-occidentale dei Monti Lepini a contatto con la pianura, il substrato carbonatico viene ribassato a gradinata da un sistema di faglie (semigraben) al di sotto dei sedimenti alluvionali. In questa zona sono ospitate numerose emergen- ze per una portata complessiva di 15.000 l/s alimentate dall’acquifero principale ospitato nella dorsale lepina (Boni et al., 1980; Celico, 1983). Al di sotto della Pianura Pontina i carbonati ribas- sati e chiusi al tetto dalle alluvioni prevalentemente limo- se costituiscono un acquifero imprigionato. A volte si riscontrano falde all’interno dei sedimenti continentali, alimentate sia da apporti meteorici sia dalla dorsale car- bonatica attraverso una serie di faglie o fratture che mettono in comunicazione i due sistemi. Lo sprofondamento a Doganella è avvenuto il 22 agosto del 1989, in seguito ad una scossa sismica regi- strata nei primi giorni di agosto, e ad un periodo di sic- cità che ha provocato l’abbassamento della falda. La cavità passò da uno a 4 metri di diametro in soli tre giorni, per arrivare a 31 m tre anni dopo. Attualmente è sede di un laghetto che assume forma ellissoidale con una superficie di 720 mq ed asse princi- pale di 32 m. Da dati recenti è stata ipotizzata la presen- za a 30-40 m di profondità di travertini (Bono, 1995; Di Filippo et al., 2002) e di alcuni deficit di massa (probabili cavità sotterranee) riscontrati da analisi gravimetriche, accompagnati ad una rete di canali e di fratture che pos- sano provocare fenomeni di risalita, di dissoluzione e conseguentemente di erosione ed asportazione di mate- riale clastico con successivo collasso superficiale. Tale situazione sembra molto simile a ciò che si verifica nella Piana di S. Vittorino. 33)) LLaa VVaallllee ddeell TTeevveerree ((CCaappeennaa)) Nel settore nord-orientale dell’area vulcanica dei Monti Sabatini, in prossimità della valle del Tevere, a sud del Monte Soratte, sono presenti forme di sprofon- damento originatesi in epoca storica: Lago Vecchio (o Lago Sinibaldi), Lago Nuovo, Fontana Ciocci, Lago Puzzo. Lago Puzzo Nell’area in esame dal punto di vista geologico si possono distinguere: - un substrato Meso-Cenozoico del Monte Soratte e del Monte Belvedere, costituito dalla successione marina condensata calcareo-silico-marnosa; - una successione marina, trasgressiva sul basamento carbonatico, costituta da alternanze di sabbie, argille e 128 Fig 4 - Schema evolutivo di un meccanismo di piping sinkhole. a) caso con depositi alluvionali privi di orizzonti di travertino; b) l’orizzon- te di travertino funge da struttura metastabile e permette l’allargamento di una cavità. Evolutionary outline of a mechanism of piping sinkhole. a) case with alluvial sediments without horizons of travertine; b) the horizon of travertine acts as from meta-stabile structure and allows to the increase of one cavity. S. Nisio ghiaie; - una copertura vulcanica costituita da piroclastiti rima- neggiate alternate ad epivulcaniti; - depositi lacustri con caratteristiche e granulometrie dif- ferenti in cui si intercalano diatomiti, - travertini intercalati ai prodotti piroclastici. Il Monte Soratte è un horst costituito da due sca- glie tettoniche con piani di accavallamento a direzione NNW-SSE; esso è delimitato a sud da faglie a direzio- ne meridiana. Da tali piani di faglia avviene la risalita di fluidi di origine profonda ricchi di gas; lungo il fosso S. Martino si allineano una serie di sorgenti di portata modesta. Le acque del Lago Puzzo in particolare hanno riscontrato un alto tenore di H2S, da cui il nome al lago. Il basamento carbonatico al di sotto del lago si attesterebbe ad una profondità compresa tra i 50 ei 100 m; al tetto sono presenti sedimenti costituiti da sabbie, silt e piroclastiti. Il Lago Puzzo, ormai in via di estinzione, si apriva a contatto tra i travertini (sponda sud con spessore di 6- 7 m; Di Loreto et al., 1999) e le sabbie marine, presenta forma ellittica con asse maggiore orientato in direzione N-S, con profondità molto scarsa (mezzo metro) negli anni ’90, attualmente quasi del tutto interrito a causa degli apporti detritici. Dal fondo del lago si originavano sorgenti minera- lizzate, ormai completamente obliterate dalla copertura argillosa, ed emissioni di gas che si notano tuttora nei fanghi del fondo. La prima segnalazione storica della formazione del Lago Puzzo risale al 1856 (28 ottobre), quando si aprì improvvisamente una cavità che subito si riempì d’acqua (Ponzi, 1857; Ratti, 1857); essa venne attribuita a un fenomeno postvulcanico o al crollo di cavità carsi- che. Prevalse la seconda ipotesi con cui si spiegò anche la formazione di una seconda cavità, il Lago di Leprignano, che si formò nel 1895 (Brunialti, 1895; Folghraiter, 1896; Meli, 1896; Moderni 1896). Altri laghi e piccole cavità ormai estinti si allineano tutti secondo una dislocazione ad andamento N-S; l’estinzione sem- bra esser proceduta da N verso S: (Lago Vecchio o Lago Sinibaldi, con diametro di 500 m, Fontana Ciocci (250 m), Lago Nuovo o di Leprignano (260 m), Pian della casa che si formò nel 1897. Nel corso del tempo il Lago Puzzo si è colmato per apporti detritici provenienti dal vicino torrente di S. Martino e si sarebbe riformato nella medesima posizio- ne in tempi più recenti del 1930 accompagnato da emis- sioni di gas, lanci di detriti, boati (Segre, 1948, Patrizi, 1967). AALLTTRRII EESSEEMMPPII NNEELLLL’’AAPPPPEENNNNIINNOO CCEENNTTRRAALLEE TTOOSSCCAANNAA 1) Camaiore località Le Funi: il sinkhole si è formato il 15 ottobre del 1995 con 30 m di diametro e 11 di profondità (Buchignani, 2002; Buchignani & Chines, 2002; D’Amato et al., 2002; Gonnelli et al., 2002). Il substrato risulta costituito da Calcare cavernoso affiorante ad una profondità media di circa 140 m, sormontato da alluvioni impermeabili o semipermea- bili, con presenza di una potente falda in un acquifero confinato; 2) Grosseto, località Bottegone: il sinkhole si è formato il 29 gennaio1999 con 153 m di diametro e 17 di profondità (Berti et al., 2001; Gonnelli et al., 2002), il substrato risulta costituito da Calcare cavernoso ad una profondità di circa 200 m, su cui giacciono argille e limi argillosi (in sondaggio riscontrati fino a 110 m di profondità, Berti et al., 2002), con presenza di una potente falda di un acquifero confinato termale, nelle vicinanze di una faglia di importanza regionale; 3) Lago di S. Antonio, Poggibonsi (Siena), solo da noti- zie storiche (Del Zanna, 1901), di genesi incerta, si riescono a trarre informazioni di questo sprofonda- mento che potrebbe trattarsi di un sinkhole, formato su di un substrato di travertino, posto a non elevate profondità; 4) Lago dell’Accesa, Massa marittima (GR) e Lago di S. Floriano, Capalbio (GR), di origine incerta, si sono formati in base a notizie storiche alla fine del secolo scorso in seguito ad eventi improvvisi, su di un sub- strato carbonatico a notevole profondità sormontato da depositi continentali. CCOONNCCLLUUSSIIOONNII I casi di sinkhole in Italia centrale, concentrati soprattutto nelle piane alluvionali, nelle immediate vici- nanze di dorsali carbonatiche, presentano dimensioni diverse da poche decine di metri a diametri e profondità che possono superare i 100 m. In letteratura vengono definiti impropriamente sinkholes fenomeni la cui genesi coincide con le doline di crollo, le doline alluvionali o le doline di subsidenza in roccia. Molti Autori definiscono sinkhole una cavità di qualsiasi forma che si genera anche per cause antropi- che, così come crolli di volte in antiche catacombe, o in miniere dismesse, cave di tufo o crolli del manto strada- le sovrapposto a cavità. In questa sede si vuole puntualizzare la differenza tra il fenomeno di sprofondamento in genere, di cui fanno parte tutti i fenomeni sopra elencati, le doline ed i sinkholes. I sinkholes (il cui termine corretto in italiano è camini di collasso) hanno forma sub-circolare e si apro- no improvvisamente in terreni di origine continentale a granulometria variabile. La genesi di un fenomeno con queste caratteristi- che non è semplicemente carsica (come avviene nelle doline) ma deve necessariamente ammettere un pro- cesso di risalita di acque, ricche in gas, che possano generare sifonamento e asportazione di particelle soli- de, suffosione o piping sfruttando come vie di risalita preferenziali sistemi di faglie e fratture. Fenomeni di questo tipo, definiti in questa sede sinkhole in senso stretto, coincidono con quei fenomeni definiti dalla letteratura anglosassone piping sinkhole. Pertanto allo stato attuale delle conoscenze poi- ché non è più possibile ridefinire il termine sinkhole in tutta la letteratura internazionale risulta necessario aggiungere al termine, almeno, un attributo che chiarifi- chi la genesi e il tipo di fenomeno di cui si sta trattando (piping sinkhole, collapse sinkhole, solution sinkhole e così via). Tutti i casi esaminati nell’Appennino centrale pre- sentano caratteristiche comuni: 129I fenomeni di sprofondamento ... a) Presenza di un substrato carbonatico posto a notevo- le profondità (oltre i 100 m), b) Presenza al tetto del substrato un potente pacco di depositi continentali a granulometria variabile, gene- ralmente impermeabili o semipermeabili c) Scarse caratteristiche fisico-meccaniche dei sedi- menti di tetto (scarsa, consistenza o uno scarso grado di addensamento); d) Presenza di un potente acquifero confinato (falda in pressione) e di sorgenti poste nelle immediate vici- nanze con portate elevate; e) Origine tettonica delle piane sulle quali si originano i fenomeni (graben o semigraben); f) Presenza di importanti dislocazioni tettoniche di faglie e di fratture che attraversano il substrato; g) Presenza di gas (radon, metano, elio, anidride carbo- nica, acido solfidrico); h) Presenza di un reticolo di piccole fratture o diaclasi che mette in comunicazione il mezzo permeabile con quello impermeabile. Non comune a tutti i casi (Piana Pontina?, alcuni casi nella Piana di S. Vittorino?, Lago di S. Antonio) è la presenza di orizzonti o lenti travertinose poste a profon- dità intermedia tra il substrato e il piano campagna (30- 40 m). Gli Autori che hanno analizzato il problema (ad esempio Capelli et al., 2000; Bersani & Castellano, 2002) manifestano diversità di vedute sulla possibilità di un processo di risalita di fluidi, sifonamento e suffosione su sedimenti continentali di notevole potenza. Tale possibilità sembra invece poter dipendere dagli altri elementi sopra elencati, in particolare i mecca- nismi di piping e suffosione potrebbero sfruttare proprio le linee di maggior debolezza, nonché dal fattore tempo. Pertanto i fenomeni di erosione sub-superficiale potrebbero essere richiamati dal basso ed essere colle- gati ai fenomeni carsici del bedrock attraverso linee tet- toniche e fratture. In alcuni casi è possibile che le cavità di superficie possano avere origine per la dissoluzione di sedimenti, quali travertini o altri, a scarse profondità (alcuni metri o poche decine di metri) dal piano di campagna, in molti altri casi la genesi dei sinkholes è da ricercarsi a profon- dità più elevate nel bedrock carbonatico. BBIIBBLLIIOOGGRRAAFFIIAA Anelli F. (1959) - Nomenclatura italiana dei fenomeni carsici. Grotte d’Italia, 3(3), 3-56, Castellana Grotte. Anelli F. (1965) - Fenomeni carsici, paracarsici e pseu- docarsici. Giorn. di Geol., 3311(2), 11-35. Beck B.F. (1984) Sinkholes: their geology, engineering & environmental impact. Ed. A.A. Balkema/ Rotterdam/Boston (1984). Beck B.F. & Wilson W.L. (1987) - Karst hydrogeology: engineering and environmental applications. Ed. A.A. Balkema/Rotterdam/Boston (1987). Bersani P. & Castellano F. (2002) - I sinkhole della Piana di S. Vittorino (Rieti) e il rischio idraulico connesso. 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