Un’analisi dettagliata delle morfologie carsiche attraverso scansioni laser e metodi geomorfologici
La speleologia, lo studio delle cavità sotterranee, è una disciplina che combina geologia, idrologia e geomorfologia per comprendere meglio i processi che modellano il sottosuolo.
Un recente studio pubblicato su “Geomorphology” ha esplorato le incisioni carsiche nella Grotta di Re Tiberio, situata nell’Appennino settentrionale nei pressi di Casola Valsenio, utilizzando scansioni laser terrestri (TLS), mappature tradizionali delle grotte e osservazioni geomorfologiche.
Questo approccio multidisciplinare ha permesso di ricostruire la direzione del flusso d’acqua che ha creato questi passaggi sotterranei centinaia di migliaia di anni fa.
Metodi di studio
Lo studio ha utilizzato diverse tecniche per analizzare le morfologie delle pareti della grotta e i sedimenti.
La scansione laser terrestre ha permesso di acquisire nuvole di punti 3D ad alta risoluzione, che sono state analizzate con metodi geostatistici per elaborare grandi dataset su diverse morfologie deposizionali ed erosionali delle pareti, del soffitto e del pavimento della grotta.
L’analisi della mappa tradizionale della grotta in profilo longitudinale ha suggerito una leggera inclinazione verso nord-ovest dei passaggi della grotta.
Tuttavia, altri indicatori definitivi della direzione del flusso, come le scanalature, erano assenti, limitando la verifica di questa interpretazione.
Analisi delle nuvole di punti
Le nuvole di punti 3D derivate dalla scansione laser delle incisioni delle pareti della grotta sono state analizzate utilizzando diversi metodi per verificare la direzione del paleoflusso.
Sebbene le analisi statistiche dei dati delle nuvole di punti abbiano fornito risultati inconcludenti, la maggior parte delle morfologie legate al flusso sembrava inclinarsi dolcemente verso nord-ovest, dove si trova l’attuale ingresso principale della grotta.
L’imbicazione dei sedimenti fluviali indica prevalentemente la stessa direzione.
Anche se nessun metodo ha fornito risultati conclusivi da solo, le prove collettive suggeriscono un flusso paleoidrico da est-sud-est a ovest-nord-ovest, confermando la natura di risorgenza dell’antica galleria della grotta.
Contesto geologico e geomorfologico
Le aree carsiche sono generalmente caratterizzate da una forte interconnessione tra idrologia e geomorfologia, con un drenaggio sotterraneo fortemente influenzato dalla morfologia superficiale e viceversa.
Questo è particolarmente vero per il carsismo epigenetico carbonatico, in cui il potere disgregante dei fluidi deriva principalmente dal CO2 superficiale.
Tuttavia, il carsismo epigenetico gessoso si comporta diversamente: le evaporiti hanno una porosità molto bassa e si dissolvono facilmente nell’acqua indipendentemente dalla CO2.
Questo produce acquiferi con un comportamento diverso rispetto al carsismo carbonatico e sistemi di grotte con morfologie simili ma distintive.
Evoluzione delle grotte di gesso
La dissoluzione più rapida del gesso rispetto ai carbonati conferisce alle grotte di gesso un’evoluzione unica, che, insieme alle impostazioni stratigrafiche e strutturali, crea caratteristiche reti di passaggi.
L’evoluzione delle grotte nelle aree di gesso in zone climatiche temperate può essere estremamente rapida, permettendo di inferire cambiamenti ambientali su periodi di tempo relativamente brevi, come pochi migliaia di anni.
In contrasto, le grotte di carbonato richiedono tempi più lunghi per formarsi e adattarsi ai cambiamenti del livello di base, permettendo ricostruzioni del paesaggio solo su scale temporali più lunghe.
Studio dell’area
L’area di studio, il sistema della Grotta Re Tiberio, si trova nella parte centrale del Parco Regionale della Vena del Gesso Romagnola, vicino al villaggio di Borgo Rivola.
Questa formazione geologica è fortemente fratturata e ha subito un impilamento a causa di antiche frane sottomarine, raggiungendo uno spessore fino a 350 m e elevandosi al di sopra del livello di base locale, rappresentato dal torrente Senio.
Il sistema della Grotta Re Tiberio si sviluppa per oltre 7 km ed è definito un sistema multi-livello, organizzato in 5 livelli sub-orizzontali principali e 7 ulteriori livelli di minore sviluppo.
Metodi di rilevamento e osservazioni geomorfologiche
Il rilevamento della grotta e le osservazioni geomorfologiche hanno incluso la mappatura topografica tradizionale e l’uso di scanner laser terrestri.
La mappa della grotta è stata disegnata analogicamente e poi riprodotta digitalmente utilizzando il software cSurvey.
Le osservazioni geomorfologiche dirette nella grotta hanno incluso la mappatura di incisioni, soffitti piatti, sedimenti, pendenti del soffitto e altri elementi geomorfologici e deposizionali rilevanti.
Le incisioni vadose e antigravitative delle pareti, note anche come rampe di soluzione, sono state particolarmente studiate per la loro capacità di indicare la direzione del flusso d’acqua che le ha generate.
Acquisizione delle scansioni laser
L’acquisizione delle scansioni laser è stata effettuata solo nel livello principale della Grotta Re Tiberio utilizzando tre diversi scanner laser.
L’area vicino all’ingresso della grotta e la sezione turistica iniziale sono state scansionate utilizzando una stazione di scansione Leica P40 e uno scanner laser Leica BLK360.
Le sezioni dei piccoli tunnel con passaggi complicati a causa della presenza di massi e larghezze ridotte sono state scansionate utilizzando lo scanner laser portatile BLK2GO.
Questi strumenti hanno permesso di acquisire nuvole di punti 3D dettagliate delle morfologie della grotta.
Analisi delle nuvole di punti
Dai dati delle nuvole di punti ottenuti tramite il rilevamento con scanner laser, è stato generato un modello 3D composto utilizzando CloudCompare, fondendo le nuvole di punti registrate lungo il passaggio scansionato.
Il modello 3D finale è stato sottocampionato a una risoluzione spaziale di 10 mm per ridurre il tempo di elaborazione ed è stato georeferenziato utilizzando il rilevamento topografico speleologico preesistente.
Le incisioni esistenti nelle pareti e nel soffitto della grotta sono state identificate e isolate manualmente per l’analisi.
Risultati e interpretazioni
L’analisi delle incisioni e dei canali antigravitativi del soffitto ha incluso la suddivisione della nuvola di punti 3D in nove settori, ciascuno contenente segmenti del passaggio di orientamento simile.
Utilizzando il plugin qFacets di CloudCompare, le incisioni sono state segmentate in faccette piane individuali e misurate per la loro pendenza e direzione di pendenza.
Inoltre, sono stati misurati i piani di miglior adattamento teorici regolati sui punti di massima curvatura situati all’estremità interna di ciascuna incisione.
I risultati sono stati esportati in tabelle contenenti informazioni sulla loro posizione relativa e assoluta, pendenza e direzione di pendenza.
Conclusioni
Lo studio ha dimostrato il potenziale delle scansioni laser terrestri nel quantificare la morfometria complessiva delle incisioni delle pareti e dei canali antigravitativi del soffitto come indicatori della direzione dell’antico flusso d’acqua.
Sebbene i risultati non siano stati conclusivi da soli, le prove collettive suggeriscono un flusso paleoidrico da est-sud-est a ovest-nord-ovest, confermando la natura di risorgenza dell’antica galleria della grotta.
Questo studio rappresenta un passo avanti significativo nella comprensione dell’evoluzione delle grotte di gesso e dei processi carsici sotterranei.
Vedi lo studio originale: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169555X24005282?via%3Dihub