Lo studio sulle stalagmiti individua tre geometrie principali e collega la loro crescita alle condizioni dell’acqua di stillicidio, con possibili ricadute per le ricostruzioni paleoclimatiche.
Stalagmiti, una ricerca sulle forme ideali
Le stalagmiti non sono soltanto elementi del paesaggio sotterraneo. La loro forma conserva tracce delle condizioni fisiche e chimiche presenti durante la crescita.
Un nuovo studio, pubblicato nel 2025 sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences, propone una descrizione unificata delle forme assunte dalle stalagmiti in condizioni di sviluppo stabili.
La ricerca è firmata da Piotr Szymczak, Anthony J. C. Ladd, Matej Lipar e Dean Pekarovi?.
Gli autori hanno elaborato una teoria analitica per descrivere la crescita di queste concrezioni calcaree sul pavimento delle grotte.
Lo studio prende in esame le forme che una stalagmite può mantenere mentre cresce verso l’alto, senza cambiare in modo sostanziale il proprio profilo.[1]
Il lavoro distingue tre forme principali di stalagmiti: quelle a sommità piatta, quelle colonnari e quelle coniche.
Tutte sono osservabili in ambiente carsico. La differenza dipende da un parametro che riassume il rapporto tra la velocità dei processi chimici e il trasporto dell’acqua lungo la superficie della concrezione.[2]
Carsismo e formazione delle stalagmiti
Le stalagmiti sono speleotemi.
Si formano quando l’acqua che attraversa il suolo e le fratture della roccia calcarea arriva nella cavità sotterranea con calcio e carbonio disciolti.
In grotta, la perdita di anidride carbonica dall’acqua favorisce la deposizione di carbonato di calcio. Lo stesso processo produce anche colate, stalattiti e altre concrezioni.
Il fenomeno rientra nei processi del carsismo.
Il carsismo è legato soprattutto alla dissoluzione delle rocce solubili da parte dell’acqua.
Calcari e dolomie sono le rocce più diffuse negli ambienti carsici.
La presenza di fratture, giunti di stratificazione e altri percorsi permeabili consente all’acqua di infiltrarsi e alimentare sia la dissoluzione sia la successiva formazione di concrezioni nelle cavità.[3]
La concentrazione di anidride carbonica svolge un ruolo importante.
La differenza tra l’anidride carbonica presente nell’acqua di stillicidio e quella dell’atmosfera di grotta regola il degassamento e la sovrasaturazione rispetto alla calcite.
Monitoraggi condotti nel Carso Moravo hanno mostrato che la dinamica dell’anidride carbonica dipende da suolo, epicarso, ventilazione della cavità e, nelle grotte turistiche, anche dalla presenza dei visitatori.[4]
Le tre forme delle stalagmiti
Le stalagmiti a sommità piatta possono svilupparsi quando le gocce cadono da un’altezza significativa e si distribuiscono su un’area più ampia della sola punta.
L’impatto delle gocce e la loro dispersione sulla superficie favoriscono una zona sommitale relativamente orizzontale.
Le forme colonnari sono invece associate a uno stillicidio più concentrato.
L’acqua raggiunge una zona ristretta dell’apice e la stalagmite mantiene un profilo simile a una colonna con sommità arrotondata. Secondo gli autori, questa è la forma più frequente nelle grotte.
Le stalagmiti coniche presentano una punta più marcata.
Lo studio collega queste forme a condizioni in cui l’acqua in arrivo non ha ancora raggiunto un pieno equilibrio con l’atmosfera della cavità.
In tali circostanze, i meccanismi di precipitazione possono differire da quelli che predominano nelle forme più massicce.
Le forme reali sono il risultato di condizioni che cambiano nel tempo.
Portata dello stillicidio, altezza di caduta, composizione dell’acqua, ventilazione e microclima della grotta possono variare su base stagionale o su intervalli più lunghi.
Per questo una stalagmite naturale non coincide sempre con un modello ideale.
Stalagmiti e archivi del paleoclima
Le stalagmiti sono utilizzate come archivi paleoclimatici perché crescono per strati successivi.
La composizione chimica e isotopica di questi strati può fornire indicazioni sulle acque di infiltrazione e sulle condizioni ambientali esterne nel periodo di deposizione.
Il nuovo studio segnala un punto rilevante: la forma delle stalagmiti può influenzare la distribuzione dei segnali isotopici all’interno della concrezione.
Una stalagmite a sommità piatta può produrre profili diversi da quelli di una forma colonnare o conica.
Di conseguenza, l’interpretazione dei dati isotopici deve considerare anche la morfologia del campione e il modo in cui l’acqua lo ha bagnato.[1][2]
La proposta non sostituisce il monitoraggio diretto delle grotte. Offre però un quadro utile per collegare geometria, idrologia dello stillicidio e geochimica delle concrezioni.
Per gli studi sul carsismo, l’approccio può contribuire a distinguere le variazioni dovute all’ambiente esterno da quelle prodotte dalle modalità locali di crescita delle stalagmiti.
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2513263122
Fonti
- Szymczak, P., Ladd, A. J. C., Lipar, M., Pekarovi?, D. (2025), Shapes of ideal stalagmites, PNAS. URL: https://doi.org/10.1073/pnas.2513263122
- Scheda bibliografica PubMed dello studio. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41100661/
- Faimon, J., Li?binská, M., Zají?ek, P. (2012), Relationship between carbon dioxide in Balcarka Cave and adjacent soils in the Moravian Karst region of the Czech Republic. URL: https://digitalcommons.usf.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1038&context=ijs[4]
Fonti
[1] Shapes of ideal stalagmites https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41100661/
[3] Relationship between carbon dioxide in Balcarka Cave and adjacent soils in the Moravian Karst region of the Czech Republic https://digitalcommons.usf.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1038&context=ijs
[4] Stable isotope potential of Northern Vietnam stalagmites: A 51-cave survey with the Hendy test and U/Th analysis https://vjs.ac.vn/jse/article/view/24038
[5] Evolution of East Asian summer monsoon precipitation amount over the past 130 kyr recorded by stalagmite trace element/Ca records from Zhenzhu Cave, North China https://link.springer.com/10.1007/s11430-025-1716-9
[6] Carbon dioxide concentration in temperate climate caves and parent soils over an altitudinal gradient and its influence on speleothem growth and fabrics: Carbon Dioxide Concentration in Temperate Climate Caves and Soils https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/esp.3706
[7] Mid?to?late Holocene climatic changes in the Eastern Mediterranean region: Speleothem?based high?resolution isotope record from Dim Cave, southern Türkiye https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jqs.70027
[8] Mid-Late Holocene Stalagmite ?18O and ?13C Records in Naduo Cave, Guizhou Province, China https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1155/2021/7624833
[9] Oxygen isotopes of the Japanese stalagmites as global and local paleoclimate proxies https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/iar.12491
[10] Oxygen and carbon isotopic systematics of aragonite … https://agris.fao.org/search/en/providers/122535/records/65de75ba63b8185d9ca8b1a2
[11] The potential of near-entrance stalagmites as high-resolution terrestrial paleoclimate proxies: Application of isotope and trace-element geochemistry to seasonally-resolved chronology https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S001670371830259X
[12] Evaluation of the Heshang Cave stalagmite calcium isotope composition as a paleohydrologic proxy by comparison with the instrumental precipitation record https://www.nature.com/articles/s41598-018-20776-5
[13] Lokvarka Cave (Croatia) microclimate and dripwater settings: Implications for comprehensive speleothem paleoclimate records interpretation https://www.semanticscholar.org/paper/f4a3ac069a705ea01fc4896307b79484daa66405
[14] Effect of water excess on soil carbon dioxide, seepage water chemistry, and calcite speleothem growth: An experimental and modelling approach https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/hyp.13877
[15] Very high-frequency and seasonal cave atmosphere PCO2 variability: Implications for stalagmite growth and oxygen isotope-based paleoclimate records https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0012821X08002690
[16] Sample records for stalagmite oxygen isotope https://www.science.gov/topicpages/s/stalagmite+oxygen+isotope.html
[17] High-resolution paleoclimate reconstruction of the last 9000 years based on speleothem isotope records from northeastern Venezuela https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/44/44142/tde-10082022-082214/
[18] NOAA/WDS Paleoclimatology – Minnetonka Cave, Idaho … https://catalog.data.gov/dataset/noaa-wds-paleoclimatology-minnetonka-cave-idaho-11000-year-stalagmite-stable-isotope-data
[19] High-resolution isotope records of early Holocene rapid climate change from two coeval stalagmites of Katerloch Cave, Austria https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S027737910900184X
[20] Goodfriend, G. A., Magaritz, M., and Gat, J. R. (1989). Stable https://www.ldeo.columbia.edu/~peter/Resources/Seminar/readings/Schwarcz_Speleothems_Review_Encyclopedia’07.pdf
[21] Coupled oxygen isotope records of inclusion water and carbonate from a stalagmite in Hoshino Cave, Okinawa https://www.semanticscholar.org/paper/4ac83981eab931e433447ee19d6ab36a1e7bc64b