Dalle Grotte di Postumia alle equazioni matematiche: uno studio internazionale svela come nasce la forma delle stalagmiti
Traduzione e adattamento di un comunicato dell’Università della Florida (ottobre 2025)
Nel profondo delle grotte, l’acqua che gocciola dal soffitto plasma una delle forme più affascinanti della natura: le stalagmiti. Da pochi centimetri a molti metri d’altezza, questi pilastri di calcite si innalzano lentamente dal pavimento mentre ogni goccia d’acqua ricca di minerali deposita un sottilissimo strato di pietra.
Oltre alla loro bellezza — evocata da nomi suggestivi come Il Minareto o La Torta nuziale — le stalagmiti sono archivi naturali del tempo, capaci di registrare nei loro strati le variazioni climatiche del passato, proprio come gli anelli di un albero.
Da cosa dipende la loro forma? Perché alcune crescono come coni slanciati, altre come colonne imponenti, e altre ancora con curiose sommità piatte?
Uno studio condotto da ricercatori dell’Università di Varsavia, dell’Università della Florida, del Centro di ricerca dell’Accademia Slovena delle Scienze e delle Arti e del Centro Medico Universitario di Lubiana, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), fornisce per la prima volta una descrizione matematica completa delle forme delle stalagmiti.
I ricercatori sono riusciti a risolvere un modello matematico vecchio di 60 anni, capace di prevedere il modo in cui una stalagmite “ideale” cresce in condizioni stabili.
La scoperta è sorprendente: la varietà di forme non è frutto del caso, ma dipende da un unico parametro, il numero di Damköhler, che misura l’equilibrio tra la velocità di precipitazione della calcite e il flusso dell’acqua. Quando il gocciolamento è concentrato e costante, si forma una colonna. Se il gocciolamento è più diffuso, nasce una sommità piatta. Invece, un flusso più intenso, o l’acqua che cade direttamente sul vertice, danno origine a coni appuntiti.
“Si scopre che la grande varietà di forme delle stalagmiti può essere spiegata da un solo parametro,” spiega Piotr Szymczak, dell’Università di Varsavia. “È un raro caso in cui la bellezza che osserviamo in natura corrisponde a una legge matematica pura.”
Per verificare la teoria, gli scienziati hanno analizzato con tomografia a raggi X stalagmiti della Grotta di Postumia in Slovenia. Le scansioni hanno confermato con precisione le forme previste dal modello, fino ai dettagli della transizione tra la sommità piatta e il corpo colonnare.
“Quando abbiamo confrontato le nostre soluzioni con campioni reali di grotta, la corrispondenza è stata straordinaria,” aggiunge Matej Lipar, dell’Accademia Slovena delle Scienze e delle Arti. “Anche in condizioni naturali, la geometria nascosta è lì.”
Il lavoro ha anche importanti implicazioni per la ricerca sul clima del passato. Le stalagmiti, infatti, funzionano come piccoli archivi naturali: goccia dopo goccia, nei loro strati di calcite restano imprigionate minuscole tracce chimiche dell’acqua che le ha fatte crescere. Analizzando questi indizi — in particolare gli isotopi del carbonio e dell’ossigeno — gli studiosi possono ricostruire come erano la pioggia e la temperatura migliaia di anni fa.
Il nuovo modello rivela però un dettaglio sorprendente: la forma stessa della stalagmite influisce su come queste informazioni vengono registrate. Una stalagmite con la cima piatta, per esempio, conserva i segnali chimici in modo leggermente diverso rispetto a una colonnare o a una conica.
Comprendere questa differenza aiuta i ricercatori a leggere meglio il “diario del tempo” inciso nella pietra, rendendo più affidabili le ricostruzioni dei climi antichi.
“Le stalagmiti sono archivi naturali del clima, ma ora vediamo che la loro geometria lascia un’impronta propria nel record isotopico,” ha speigato Anthony Ladd dell’Università della Florida. “Riconoscere questo effetto ci permetterà di estrarre informazioni più affidabili sui climi del passato.”
Così, la prossima volta che ci troveremo davanti a una stalagmite – non solo nelle Grotte di Raj in Polonia, nella Mammoth Cave del Kentucky o nella Grotta di Postumia in Slovenia: bastano le nostre bellezze italiane – le guarderemo con nuovi occhi: come laboratori naturali in cui fisica, chimica e geologia si incontrano, come forme che, grazie alla matematica, possono essere lette come un codice scritto da millenni di gocce d’acqua.
Fonte: EurekAlert! – “Drip by drip: The hidden blueprint for stalagmite growth” (13 ottobre 2025) https://www.eurekalert.org/news-releases/1101440
Rivista:Proceedings of the National Academy of Sciences
Titolo originale:Shapes of Ideal Stalagmites
Data di pubblicazione: 13 ottobre 2025