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In questa pagina,
proveremo a rispondere ad alcune domande:
Che cos'è e come nasce la speleologia?
Come si formano le grotte?
Che cos'è il carsismo?
Esistono grotte non carsiche?
Quali condizioni ambientali si trovano in una grotta carsica?
#caving/spulunking; #rocce_carbonatiche; #carsismo; #speleogenesi
proveremo a rispondere ad alcune domande:
Che cos'è e come nasce la speleologia?
Come si formano le grotte?
Che cos'è il carsismo?
Esistono grotte non carsiche?
Quali condizioni ambientali si trovano in una grotta carsica?
#caving/spulunking; #rocce_carbonatiche; #carsismo; #speleogenesi
La storia delle grotte comincia sul fondo del mare. Ed è una storia di esseri viventi: di spugne e di madrepore, di conchiglie e di barriere coralline. Anno dopo anno, l’incessante vicenda della loro vita e della loro morte va ad aggiungere una micrometrica patina sul fondo dei mari antichi. Vengono poi i grandi sismi, le ere dei corrugamenti che, a volte dopo centinaia di millenni, fanno emergere i depositi ormai trasformati in compatti banchi rocciosi. Inizia così il secondo capitolo della loro evoluzione. Lontani dalla calma senza tempo degli abissi marini, essi vengono solcati dai torrenti, cominciano a dissolversi sotto l’opera incessante degli agenti atmosferici. Lentamente le prime acque si infiltrano nelle «fenditure» che si sono determinate nel corso dei movimenti tellurici. Sono monti e altopiani diversi dagli altri: basta la presenza dell’anidride carbonica sottratta all’aria perchè la corrosione chimica apra sottili vene d’acqua nel cuore della roccia. In seguito le grandi piogge, irrompendo con le loro piene, scaveranno sale e gallerie sempre più maestose. Nei periodi di calma, parte della roccia disciolta verrà restituita sotto forma di concrezioni: nascono in questo modo le stalattiti, le stalagmiti, le meravigliose fioriture di cristalli che rendono così suggestivo l’ambiente ipogeo.
Valerio M. Pastorino, 1970
Breve storia della speleologia (disciplina)
In estrema sintesi possiamo dire che la speleologia è la disciplina dedita allo studio dei fenomeni carsici e degli ambienti sotterranei in generale.
Il termine fu coniato dall'archeologo francese Émile Rivière nel 1890, sebbene alcune fonti ne attribuiscano erroneamente la paternità ad Eduard Alfred Martel (uno dei più importanti speleologi mai esistiti, contemporaneo e connazionale di Émile). Inizialmente concepita come la disciplina scientifica delle sole grotte naturali, lo scopo originario degli studiosi era quello di istituire dipartimenti accademici e istituti di ricerca simili a quelli già esistenti per l'oceanografia.
Col passare del tempo la speleologia, il cui termine deriva dal greco antico speleaion (grotta o caverna) e logìa (studio o dottrina), ha ampliato il proprio ambito di ricerca, includendo anche altri ambienti collegati alle grotte naturali, primo fra tutti il Carso (da karst, in lingua inglese, dove krs significa "pietra rocciosa" in sloveno): una regione geografica situata a nord del mar Adriatico brulicante non soltanto di grotte, ma anche di doline, uvala e inghiottitoi.. Le risultanti di un gruppo di fenomeni oggi definiti "carsici", proprio in onore del Carso (vedi sotto).
L'area d'influenza della speleologia si è poi ulteriormente allargata per includere non soltanto gli scienziati, ma anche una comunità di speleologi non professionisti, amatori ed autodidatti che hanno contribuito allo sviluppo di un aspetto ludico/sportivo della disciplina (in quanto l'esplorazione e la mappatura delle grotte sono stati tradizionalmente il campo d'applicazione degli appassionati). Tutt'oggi in lingua inglese esistono due termini distinti per riferirsi alla speleologia: speleology, nei suoi connotati scientifico/accademici, caving o spelunking, nei suoi aspetti esplorativi/ricreativi. Quest'inclusività ha permesso di mettere a frutto gli sforzi collaborativi, specialmente nella documentazione e nella descrizione dettagliata delle grotte, conferendo alla speleologia un carattere dinamico, in cui la passione per l'esplorazione sotterranea si fonde con gli approcci più formali della ricerca.
Nonostante l'assenza, ad oggi, di dipartimenti di speleologia nelle università, esistono diversi istituti di ricerca attivi che si concentrano sul karst, con una crescente attenzione alla comprensione del paesaggio carsico nel suo complesso, non limitato all'esplorazione delle grotte naturali.
E per quanto riguarda le esplorazioni in grotta, la nascita dei gruppi e delle associazioni speleologiche?
Questa è un'altra storia! E vi rimandiamo ad un'altra pagina del nostro sito.
In estrema sintesi possiamo dire che la speleologia è la disciplina dedita allo studio dei fenomeni carsici e degli ambienti sotterranei in generale.
Il termine fu coniato dall'archeologo francese Émile Rivière nel 1890, sebbene alcune fonti ne attribuiscano erroneamente la paternità ad Eduard Alfred Martel (uno dei più importanti speleologi mai esistiti, contemporaneo e connazionale di Émile). Inizialmente concepita come la disciplina scientifica delle sole grotte naturali, lo scopo originario degli studiosi era quello di istituire dipartimenti accademici e istituti di ricerca simili a quelli già esistenti per l'oceanografia.
Col passare del tempo la speleologia, il cui termine deriva dal greco antico speleaion (grotta o caverna) e logìa (studio o dottrina), ha ampliato il proprio ambito di ricerca, includendo anche altri ambienti collegati alle grotte naturali, primo fra tutti il Carso (da karst, in lingua inglese, dove krs significa "pietra rocciosa" in sloveno): una regione geografica situata a nord del mar Adriatico brulicante non soltanto di grotte, ma anche di doline, uvala e inghiottitoi.. Le risultanti di un gruppo di fenomeni oggi definiti "carsici", proprio in onore del Carso (vedi sotto).
L'area d'influenza della speleologia si è poi ulteriormente allargata per includere non soltanto gli scienziati, ma anche una comunità di speleologi non professionisti, amatori ed autodidatti che hanno contribuito allo sviluppo di un aspetto ludico/sportivo della disciplina (in quanto l'esplorazione e la mappatura delle grotte sono stati tradizionalmente il campo d'applicazione degli appassionati). Tutt'oggi in lingua inglese esistono due termini distinti per riferirsi alla speleologia: speleology, nei suoi connotati scientifico/accademici, caving o spelunking, nei suoi aspetti esplorativi/ricreativi. Quest'inclusività ha permesso di mettere a frutto gli sforzi collaborativi, specialmente nella documentazione e nella descrizione dettagliata delle grotte, conferendo alla speleologia un carattere dinamico, in cui la passione per l'esplorazione sotterranea si fonde con gli approcci più formali della ricerca.
Nonostante l'assenza, ad oggi, di dipartimenti di speleologia nelle università, esistono diversi istituti di ricerca attivi che si concentrano sul karst, con una crescente attenzione alla comprensione del paesaggio carsico nel suo complesso, non limitato all'esplorazione delle grotte naturali.
E per quanto riguarda le esplorazioni in grotta, la nascita dei gruppi e delle associazioni speleologiche?
Questa è un'altra storia! E vi rimandiamo ad un'altra pagina del nostro sito.
Le rocce: un ambiente dinamico (in tempi geologici)
Nel nostro linguaggio quotidiano le rocce sono il simbolo stesso della forza e della stabilità. Tuttavia, in tempi geologici, anche le rocce sono tutt’altro che stabili e sono soggette a deformazione, erosione e dissoluzione. Quest’ultimo fenomeno è responsabile della formazione della grandissima maggioranza delle grotte.
La dissoluzione si manifesta con particolare efficacia nelle rocce carbonatiche, caratterizzate da un elevato contenuto di carbonato di calcio e magnesio, o nelle rocce saline, abbondanti in cloruro di sodio o solfati. Tuttavia possono formarsi grotte anche nelle arenarie, poiché i carbonati spesso formano il "cemento" che tiene insieme questo tipo di roccia.
Il motivo fondamentale per cui si formano le grotte è che la roccia in cui sono scavate non è adatta a resistere ai milioni di anni di piogge che subisce, perché è piuttosto tenera e, soprattutto, solubile nell’acqua. Le rocce carbonatiche originano dalla vita! Provengono dai residui organici (come gusci e scheletri) di piccoli organismi che si sono accumulati sul fondo del mare in tempi molto antichi. Nel corso di decine di milioni di anni, e attraverso eventi geologici capaci di indurne radicali trasformazioni, questi depositi si sono trasformati in rocce, talvolta emergendo in superficie.
Il processo di dissoluzione può variare in velocità a seconda della combinazione di fattori quali temperatura (all'aumentare di questa, la dissoluzione si intensifica), pressione e pH (fluidi più acidi accelerano il processo di dissoluzione). Possono quindi formarsi cavità, anche molto ampie, in svariati tipi di rocce e per diversi meccanismi genetici.
Le grotte nel sale sono molto rare anche perché la sua solubilità è così alta che gli affioramenti di questa roccia tendono a sparire in tempi molto brevi: se ne trovano perciò solo in zone dove la piovosità è praticamente assente, come nel Vicino e Medio Oriente. La solubilità del gesso è intermedia fra quella della roccia calcarea e quella del sale e dà origine ad imponenti fenomeni carsici, come quelli presenti nei gessi bolognesi, fra i più importanti al mondo.
La speleologia si concentra principalmente sulle cavità più prossime alla superficie terrestre, quando l'azione erosiva delle acque meteoriche e di falda forma vasti reticoli sotterranei che raggiungono la superficie esterna. Si formano così tenebrosi ingressi dai quali possiamo entrare a visitare o ad esplorare questi mondi bui, percorsi solo dall'aria e dall'acqua. È evidente che la maggior parte delle grotte esplorate fino ad ora rappresenta solo una minima parte delle grotte realmente esistenti, dal momento che le grotte, per evolversi, non hanno affatto bisogno di ingressi percorribili!
Esistono, infatti, altre tipologie di grotte che sono state scoperte in modo casuale durante la perforazione di pozzi o lo scavo di tunnel minerari, oppure individuate mediante metodi geofisici indiretti. Tuttavia, queste ambientazioni presentano un'accessibilità limitata o, in alcuni casi, risultano del tutto inaccessibili per gli speleologi. Dato l'eccezionale interesse delle grotte "alternative", come quelle di origine idrotermale, ci concentreremo in questo articolo sulle grotte carsiche.
Nel nostro linguaggio quotidiano le rocce sono il simbolo stesso della forza e della stabilità. Tuttavia, in tempi geologici, anche le rocce sono tutt’altro che stabili e sono soggette a deformazione, erosione e dissoluzione. Quest’ultimo fenomeno è responsabile della formazione della grandissima maggioranza delle grotte.
La dissoluzione si manifesta con particolare efficacia nelle rocce carbonatiche, caratterizzate da un elevato contenuto di carbonato di calcio e magnesio, o nelle rocce saline, abbondanti in cloruro di sodio o solfati. Tuttavia possono formarsi grotte anche nelle arenarie, poiché i carbonati spesso formano il "cemento" che tiene insieme questo tipo di roccia.
Il motivo fondamentale per cui si formano le grotte è che la roccia in cui sono scavate non è adatta a resistere ai milioni di anni di piogge che subisce, perché è piuttosto tenera e, soprattutto, solubile nell’acqua. Le rocce carbonatiche originano dalla vita! Provengono dai residui organici (come gusci e scheletri) di piccoli organismi che si sono accumulati sul fondo del mare in tempi molto antichi. Nel corso di decine di milioni di anni, e attraverso eventi geologici capaci di indurne radicali trasformazioni, questi depositi si sono trasformati in rocce, talvolta emergendo in superficie.
Il processo di dissoluzione può variare in velocità a seconda della combinazione di fattori quali temperatura (all'aumentare di questa, la dissoluzione si intensifica), pressione e pH (fluidi più acidi accelerano il processo di dissoluzione). Possono quindi formarsi cavità, anche molto ampie, in svariati tipi di rocce e per diversi meccanismi genetici.
Le grotte nel sale sono molto rare anche perché la sua solubilità è così alta che gli affioramenti di questa roccia tendono a sparire in tempi molto brevi: se ne trovano perciò solo in zone dove la piovosità è praticamente assente, come nel Vicino e Medio Oriente. La solubilità del gesso è intermedia fra quella della roccia calcarea e quella del sale e dà origine ad imponenti fenomeni carsici, come quelli presenti nei gessi bolognesi, fra i più importanti al mondo.
La speleologia si concentra principalmente sulle cavità più prossime alla superficie terrestre, quando l'azione erosiva delle acque meteoriche e di falda forma vasti reticoli sotterranei che raggiungono la superficie esterna. Si formano così tenebrosi ingressi dai quali possiamo entrare a visitare o ad esplorare questi mondi bui, percorsi solo dall'aria e dall'acqua. È evidente che la maggior parte delle grotte esplorate fino ad ora rappresenta solo una minima parte delle grotte realmente esistenti, dal momento che le grotte, per evolversi, non hanno affatto bisogno di ingressi percorribili!
Esistono, infatti, altre tipologie di grotte che sono state scoperte in modo casuale durante la perforazione di pozzi o lo scavo di tunnel minerari, oppure individuate mediante metodi geofisici indiretti. Tuttavia, queste ambientazioni presentano un'accessibilità limitata o, in alcuni casi, risultano del tutto inaccessibili per gli speleologi. Dato l'eccezionale interesse delle grotte "alternative", come quelle di origine idrotermale, ci concentreremo in questo articolo sulle grotte carsiche.
Dissoluzione: alla scoperta del carsismo
Il carsismo è dunque una particolare forma di modellamento superficiale e sotterraneo che si verifica quando acque meteoriche, sorgive e profonde, cariche di anidride carbonica atmosferica, interagiscono con rocce solubili come il calcare, il gesso e la dolomia (ma non solo). Questa interazione conduce a processi di dissoluzione delle rocce e alla formazione di cavità sotterranee, gallerie e sistemi di condotte. Il risultato finale è un paesaggio carsico, caratterizzato da grotte, doline, uvala e inghiottitoi.
Avete capito tutto? No? Andiamo a spiegarci meglio!
Ecco una panoramica semplificata del processo di formazione delle grotte carsiche:
Il carsismo è comune in diverse parti del mondo, ma il Carso europeo è uno dei luoghi più iconici in cui si manifesta questo fenomeno ed è possibile osservare questa tipologia di paesaggio. La regione del Carso comprende parti di Italia (come la regione del Friuli-Venezia Giulia), Slovenia, Croazia e parte della Bosnia ed Erzegovina.
Le aree in cui si presenta il carsismo hanno queste caratteristiche:
Il carsismo è dunque una particolare forma di modellamento superficiale e sotterraneo che si verifica quando acque meteoriche, sorgive e profonde, cariche di anidride carbonica atmosferica, interagiscono con rocce solubili come il calcare, il gesso e la dolomia (ma non solo). Questa interazione conduce a processi di dissoluzione delle rocce e alla formazione di cavità sotterranee, gallerie e sistemi di condotte. Il risultato finale è un paesaggio carsico, caratterizzato da grotte, doline, uvala e inghiottitoi.
Avete capito tutto? No? Andiamo a spiegarci meglio!
Ecco una panoramica semplificata del processo di formazione delle grotte carsiche:
- Rocce solubili: le rocce calcaree (principalmente) sono soggette a fenomeni di carsismo a causa della presenza in esse di minerali solubili in acqua. Nel calcare, ad esempio, è presente il carbonato di calcio (CaCO₃), che ha una solubilità più elevata di altri carbonati come la dolomia. Le rocce gessose sono ancor più solubili di quelle carbonatiche ed al loro interno possono formarsi grotte in tempi sorprendentemente brevi. Nel sale i tempi sono teoricamente ancora più brevi, anche se in realtà gli affioramenti di questo tipo si trovano solo in regioni estremamente aride come nell’Atacama (Cile) o i monti Zagros (Iran).
- Acqua piovana: durante il ciclo idrologico, l'acqua piovana assorbe naturalmente anidride carbonica (CO₂) dall'atmosfera, diventando leggermente acida. Questa acqua è in grado di reagire chimicamente con i minerali solubili presenti nelle rocce.
- Dissoluzione: l'acqua piovana acida percola attraverso il terreno ed entra in contatto con le rocce. Qui, la reazione chimica tra l'acqua e i minerali solubili provoca la dissoluzione delle rocce stesse. La presenza di giunti, fessure e altre vie di permeabilità nelle rocce accelera il processo di dissoluzione.
- Formazione di condotte: nel corso del tempo, l'acqua continua a dissolvere le rocce lungo linee di minore resistenza, creando estese condotte o cavità sotterranee. Queste cavità possono espandersi e collegarsi, dando luogo a intricati sistemi sotterranei, spesso con una rete tridimensionale e complessa di gallerie e camere.
- Collasso e crescita: in alcune situazioni, il soffitto delle cavità sotterranee può collassare. Se questo avviene vicino alla superficie, si formano depressioni superficiali conosciute come doline o inghiottitoi. In caso ci si trovi lontano dalla superficie si formeranno sale e cavità di crollo, a volte straordinariamente ampie. Altri processi contribuiscono alla crescita e alla modellazione delle grotte: in tempi e/o luoghi differenti, oltre a fenomeni di erosione e dissoluzione possiamo avere anche deposizione e cristallizzazione. La deposizione di minerali produce la formazione di concrezioni (come stalattiti e stalagmiti), ed è un esempio di come le grotte possano “crescere” nel corso del tempo, formando paesaggi sotterranei di straordinaria bellezza.
Il carsismo è comune in diverse parti del mondo, ma il Carso europeo è uno dei luoghi più iconici in cui si manifesta questo fenomeno ed è possibile osservare questa tipologia di paesaggio. La regione del Carso comprende parti di Italia (come la regione del Friuli-Venezia Giulia), Slovenia, Croazia e parte della Bosnia ed Erzegovina.
Le aree in cui si presenta il carsismo hanno queste caratteristiche:
- presenza di rocce superficiali solubili (calcari, dolomie o gesso);
- precipitazioni meteoriche abbondanti;
- superfici complessivamente subpianeggianti, prive di rilievi marcati,
- presenza di sistemi di fessurazione delle rocce,
- notevole aridità con scarsa vegetazione per mancanza di una circolazione superficiale.
Il paesaggio carsico è dunque costituito da:
Per approfondire la conoscenza degli spazi interni alle grotte e degli speleotemi, come stalattiti e stalagmiti, visita questa pagina del nostro sito!
- Piano carsico: una formazione rocciosa costituita principalmente da rocce calcaree, che si estende sopra ad un altopiano. All'interno, è attraversato da corsi d'acqua sotterranei che, con il loro incessante processo di scavatura e consumo delle rocce, cercano nuove vie di uscita verso l'esterno.
- Karren/Campi carreggiati: sono la forma più superficiale di erosione carsica, si tratta di solchi o crepacci, di profondità variabile da pochi centimetri a diversi metri, più o meno paralleli, che intagliano le superfici rocciose carbonatiche dividendole in lastre spesso sottili e taglienti.
- Doline: sono depressioni circolari o ellittiche nel terreno, causate dal collasso di grotte sotterranee o dalla dissoluzione del materiale roccioso sottostante. Inizialmente assumono una forma a conca, la dolina si estende poi a imbuto fino a creare enormi crateri noti come valli di crollo (voragini e/o abissi).
- Uvala (o polje): ampie depressioni carsiche pianeggianti, formatosi a seguito a della distruzione delle pareti di separazione tra grandi doline ravvicinate.
- Inghiottitoi (o ponor): punti in cui l'acqua di superficie scompare nel terreno, fluendo all'interno delle cavità sotterranee.
- Sorgenti carsiche: sorgenti che emergono dal sottosuolo, spesso ricche di minerali disciolti a causa della dissoluzione delle rocce carbonatiche.
- Grotte: Aperture naturali nel terreno, spesso di grandi dimensioni, formate dalla dissoluzione delle rocce. Si stima che la maggior parte delle grotte carsiche presenti nel nostro pianeta siano inesplorate, e inesplorabili, in quanto solo una piccola parte di esse presenta ingressi accessibili (in termini a dimensioni) all'uomo.
- Pozzi e gallerie: sono gli spazi vuoti che si formano quando l'acqua, goccia dopo goccia, scorre attraverso le fessure e riempie spazi all'interno di rocce che sono in gran parte impermeabili. Immagina che l'acqua, filtrando attraverso la roccia, crei delle "stanze" e dei "cunicoli".
- Concrezioni: sono formazioni uniche risultanti dalla deposizione di minerali disciolti, come stalattiti e stalagmiti.
Per approfondire la conoscenza degli spazi interni alle grotte e degli speleotemi, come stalattiti e stalagmiti, visita questa pagina del nostro sito!
La piana carsica di Piaggiabella, in Marguareis (CN). E' possibile osservare le doline a centro immagine, a destra delle quali si trova l'inghiottitoio e voragine Piaggiabella (freccia), uno dei diversi portali d'accesso ad un imponente sistema carsico di oltre 50km di sviluppo!
A sinistra dell'immagine, non distante dalle doline, si trova la Capanna Scientifica Saracco-Volante del G.S. Piemontese! Foto scattata nella primavera del 2024, salendo verso Pian Balaur.
Dai ghiacciai alle grotte artificiali, un viaggio completo nel sottosuolo: grotte non legate alla dissoluzione (non carsiche
Le grotte di cui abbiamo parlato finora sono le più diffuse, ma non sono le sole. Anche nei ghiacciai si trovano estesi sistemi di vuoti, la cui esplorazione è l’obbiettivo della glaciospeleologia. La glaciospeleologia si concentra sulla ricerca e sull'esplorazione delle cavità presenti nei ghiacciai, che si formano perché scavate dal passaggio dell'acqua di scioglimento durante i mesi più caldi. Affinchè si formino dei reticoli stabili è necessario che il ghiacciaio sia poco crepacciato e piuttosto pianeggiante. I grossi torrenti che si formano sulla superficie scavano portali d'accesso (che vengono chiamati mulini) nei punti di maggior debolezza della massa glaciale, e le imponenti cascate che finiscono per precipitarvisi dentro li tengono aperti e scavano sino a profondità di un centinaio di metri sotto la superficie. Più in giù la pressione è tale che il ghiaccio scorre lentamente e riempie eventuali cavità, e questo obbliga l’acqua a procedere per vie quasi orizzontali. Questa disciplina offre una finestra unica sulla storia climatica della Terra.
Ci sono però anche grotte che non sono originate dall'azione dell'acqua: in contesti vulcanici possono formarsi condotti e vacui "a tubo" lunghi fin oltre un chilometro, e di ciò si occupa la vulcanospeleologia. Quando avviene un eruzione vulcanica, l'esterno del flusso di lava che corre verso valle si raffredda e cessa di scorrere, venendo a formare un tunnel al cui interno continua a scorrere la roccia fusa (incavernamento della lava). A fine eruzione viene lasciato un tubo di roccia che, una volta raffreddatosi, potrà divenire percorribile: esplorare queste grotte offre un'opportunità straordinaria per studiare la geologia vulcanica e comprendere i processi che hanno dato forma a tali cavità.
Ad oggi la speleologia abbraccia diverse sottodiscipline, tra cui l’esplorazione delle cavità artificiali e la speleosubacquea (che coinvolge anche competenze subacquee), consentendo l'esplorazione e lo studio di ambienti sotterranei diversificati, e fornendo un ampio spettro di opportunità per approfondire la conoscenza del mondo nascosto sotto la superficie terrestre. La speleologia in cavità artificiali si focalizza sull'esplorazione di strutture sotterranee create dall'uomo, come gallerie antiaeree, miniere e altre cavità risultanti da attività belliche e di estrazione: un'opportunità unica per comprendere l'interazione tra l'uomo e il sottosuolo nel corso della storia. Le cavità artificiali sono un esempio di cavità non carsiche, ma possono essere interessate da fenomeni di carsismo, ad esempio, le pareti di una miniera e persino di una galleria possono concrezionarsi nel tempo. Gli speleologi vi possono spesso scoprire elementi di interesse scientifico e storico difficilmente accessibili per gli studiosi.
Obbiettivo dei gruppi speleologici è anche in questo caso quello di garantire la tutela e la conservazione di beni di interesse archeologico e/o naturalistico, nell’ottica di una collaborazione multidisciplinare.
Esplorando il buio: risposte alle curiosità sul mondo sotterraneo
L'ambiente sotterraneo è molto vario, si passa da cavità facilmente accessibili e percorribili passeggiando con un abbigliamento leggero, fino ai grandi abissi alpini dove le temperature sono rigide e gli ostacoli importanti. Gli speleologi devono essere in grado di muoversi in spazi ristretti e fangosi, o sospesi su corde a decine di metri di altezza, affrontando talvolta anche torrenti sotterranei e cascate (anche se solo pochi audaci "speleosub" esplorano le grotte in cui l'acqua sostituisce l'aria, riempiendo tutti gli spazi). Alcune grotte possono richiedere diversi giorni di esplorazione dall'ingresso, che significa equipaggiare campi interni per sostare a rifocillarsi e dormire in sicurezza. I rami più remoti delle grotte si configurano come veri e propri limiti esplorativi.
C'è sempre buio?
Sì, nelle grotte l'oscurità è totale e avvolgente, poiché la luce è praticamente assente. Una notte senza luna, a confronto, sembrerà ben più luminosa! Questa oscurità fisiologica è così completa che, trascorrendo solo alcuni minuti all'interno di una grotta, non si riesce più a distinguere se gli occhi sono aperti o chiusi. A voler essere proprio precisi, non è una completa assenza di luce, in senso fisico. poiché tracce di radiazione cosmica (muoni) riescono comunque a penetrare nel sottosuolo, ma creano segnali di luce estremamente deboli e discontinui, non percepibili dall'occhio umano. Anche le forme di vita presenti nelle grotte, adattatesi all'assenza di luce del sottosuolo, prosperano senza affidarsi alla vista.
Fa freddo?
Le grotte sono spesso attraversate da flussi d'acqua, quindi la loro temperatura riflette in gran parte quella media delle acque sotterranee, che a sua volta rispecchia le precipitazioni (pioggia o neve) in quella regione o a quella quota specifica. Le grotte della Sardegna, ad esempio, mantengono una temperatura intorno ai 20°C, mentre quelle nelle Alpi settentrionali, a mille metri di quota, oscillano tra i 6 e gli 8 °C. Esistono anche eccezioni: grotte in zone termali possono raggiungere temperature estreme, come le grotte di Sciacca in Sicilia, che superano gli 80°C e, anche se è raro, esistono grotte con temperature sotto lo zero. Nell'ambiente di una grotta, tuttavia, uno degli aspetti cruciali è la saturazione dell'aria, che raggiunge quasi il 100% di umidità: in un ambiente chiuso, l'acqua e l'aria raggiungono un equilibrio quando l'aria diventa satura di vapore acqueo. Questa condizione fa sì che lo sforzo fisico dettato dal movimento porti rapidamente alla sudorazione, mentre la sosta genera in fretta una spiccata sensazione di freddo. Le grotte offrono un ambiente affascinante e misterioso anche se le loro condizioni ambientali rendono questi luoghi poco ospitali per l'uomo!
C'è sempre aria?
Sì, poiché l'aria viene costantemente rinnovata da piccoli sbocchi verso l'esterno presenti in ogni grotta. L'acqua che fluisce contribuisce al rinnovamento atmosferico, portando gas disciolti. L'aria delle grotte si distingue per la sua saturazione di umidità e purezza estrema. Queste caratteristiche, unite a cicli di condensazione ed evaporazione, creano un'atmosfera fredda, umida e sterile, particolarmente benefica per la guarigione di malattie polmonari (l'Est europeo è noto per lo sviluppo della speleoterapia!). Tuttavia, alcune grotte possono contenere aria di scarsa qualità, come quelle in zone vulcaniche o con materiale organico in decomposizione che forma sacche di anidride carbonica (evento raro).
Possono allagarsi dopo forti piogge?
Mentre sono pochissime le grotte che si riempiono completamente d'acqua, ossia fino alla saturazione, ci sono invece diverse grotte che possono subire inondazioni durante forti piogge, con conseguenti allagamenti di alcune aree di passaggio. Quando, in un gruppo speleologico, si organizza un'uscita, si dispone delle conoscenze e delle competenze che consentono di fare le adeguate valutazioni, in previsione del meteo e del tipo di grotta che si intende visitare.
L'acqua che vi si trova è potabile?
L'acqua che scorre attraverso le rocce calcaree generalmente non subisce filtrazioni lungo il percorso, poiché si muove in ambienti di dimensioni molto maggiori delle particelle inquinanti. Inoltre, non incontra microrganismi che potrebbero depurarla. Bere acqua direttamente in grotta o alla risorgenza equivale praticamente a bere l'acqua esattamente com'era al momento dell'assorbimento, è dunque necessario sapere dove scorre, in superficie, prima di arrivare alle nostre labbra.
Possono crollare mentre ci siamo dentro?
Le grotte, sebbene possano crollare su tempi geologici, sono notoriamente stabili su una scala di tempo umana. La parte percorribile di una grotta è lì da centinaia di migliaia di anni! Anche in caso di violenti terremoti, le grotte tendono a rimanere stabili, con crolli che coinvolgono principalmente strutture più recenti, come le concrezioni.
Le grotte di cui abbiamo parlato finora sono le più diffuse, ma non sono le sole. Anche nei ghiacciai si trovano estesi sistemi di vuoti, la cui esplorazione è l’obbiettivo della glaciospeleologia. La glaciospeleologia si concentra sulla ricerca e sull'esplorazione delle cavità presenti nei ghiacciai, che si formano perché scavate dal passaggio dell'acqua di scioglimento durante i mesi più caldi. Affinchè si formino dei reticoli stabili è necessario che il ghiacciaio sia poco crepacciato e piuttosto pianeggiante. I grossi torrenti che si formano sulla superficie scavano portali d'accesso (che vengono chiamati mulini) nei punti di maggior debolezza della massa glaciale, e le imponenti cascate che finiscono per precipitarvisi dentro li tengono aperti e scavano sino a profondità di un centinaio di metri sotto la superficie. Più in giù la pressione è tale che il ghiaccio scorre lentamente e riempie eventuali cavità, e questo obbliga l’acqua a procedere per vie quasi orizzontali. Questa disciplina offre una finestra unica sulla storia climatica della Terra.
Ci sono però anche grotte che non sono originate dall'azione dell'acqua: in contesti vulcanici possono formarsi condotti e vacui "a tubo" lunghi fin oltre un chilometro, e di ciò si occupa la vulcanospeleologia. Quando avviene un eruzione vulcanica, l'esterno del flusso di lava che corre verso valle si raffredda e cessa di scorrere, venendo a formare un tunnel al cui interno continua a scorrere la roccia fusa (incavernamento della lava). A fine eruzione viene lasciato un tubo di roccia che, una volta raffreddatosi, potrà divenire percorribile: esplorare queste grotte offre un'opportunità straordinaria per studiare la geologia vulcanica e comprendere i processi che hanno dato forma a tali cavità.
Ad oggi la speleologia abbraccia diverse sottodiscipline, tra cui l’esplorazione delle cavità artificiali e la speleosubacquea (che coinvolge anche competenze subacquee), consentendo l'esplorazione e lo studio di ambienti sotterranei diversificati, e fornendo un ampio spettro di opportunità per approfondire la conoscenza del mondo nascosto sotto la superficie terrestre. La speleologia in cavità artificiali si focalizza sull'esplorazione di strutture sotterranee create dall'uomo, come gallerie antiaeree, miniere e altre cavità risultanti da attività belliche e di estrazione: un'opportunità unica per comprendere l'interazione tra l'uomo e il sottosuolo nel corso della storia. Le cavità artificiali sono un esempio di cavità non carsiche, ma possono essere interessate da fenomeni di carsismo, ad esempio, le pareti di una miniera e persino di una galleria possono concrezionarsi nel tempo. Gli speleologi vi possono spesso scoprire elementi di interesse scientifico e storico difficilmente accessibili per gli studiosi.
Obbiettivo dei gruppi speleologici è anche in questo caso quello di garantire la tutela e la conservazione di beni di interesse archeologico e/o naturalistico, nell’ottica di una collaborazione multidisciplinare.
Esplorando il buio: risposte alle curiosità sul mondo sotterraneo
L'ambiente sotterraneo è molto vario, si passa da cavità facilmente accessibili e percorribili passeggiando con un abbigliamento leggero, fino ai grandi abissi alpini dove le temperature sono rigide e gli ostacoli importanti. Gli speleologi devono essere in grado di muoversi in spazi ristretti e fangosi, o sospesi su corde a decine di metri di altezza, affrontando talvolta anche torrenti sotterranei e cascate (anche se solo pochi audaci "speleosub" esplorano le grotte in cui l'acqua sostituisce l'aria, riempiendo tutti gli spazi). Alcune grotte possono richiedere diversi giorni di esplorazione dall'ingresso, che significa equipaggiare campi interni per sostare a rifocillarsi e dormire in sicurezza. I rami più remoti delle grotte si configurano come veri e propri limiti esplorativi.
C'è sempre buio?
Sì, nelle grotte l'oscurità è totale e avvolgente, poiché la luce è praticamente assente. Una notte senza luna, a confronto, sembrerà ben più luminosa! Questa oscurità fisiologica è così completa che, trascorrendo solo alcuni minuti all'interno di una grotta, non si riesce più a distinguere se gli occhi sono aperti o chiusi. A voler essere proprio precisi, non è una completa assenza di luce, in senso fisico. poiché tracce di radiazione cosmica (muoni) riescono comunque a penetrare nel sottosuolo, ma creano segnali di luce estremamente deboli e discontinui, non percepibili dall'occhio umano. Anche le forme di vita presenti nelle grotte, adattatesi all'assenza di luce del sottosuolo, prosperano senza affidarsi alla vista.
Fa freddo?
Le grotte sono spesso attraversate da flussi d'acqua, quindi la loro temperatura riflette in gran parte quella media delle acque sotterranee, che a sua volta rispecchia le precipitazioni (pioggia o neve) in quella regione o a quella quota specifica. Le grotte della Sardegna, ad esempio, mantengono una temperatura intorno ai 20°C, mentre quelle nelle Alpi settentrionali, a mille metri di quota, oscillano tra i 6 e gli 8 °C. Esistono anche eccezioni: grotte in zone termali possono raggiungere temperature estreme, come le grotte di Sciacca in Sicilia, che superano gli 80°C e, anche se è raro, esistono grotte con temperature sotto lo zero. Nell'ambiente di una grotta, tuttavia, uno degli aspetti cruciali è la saturazione dell'aria, che raggiunge quasi il 100% di umidità: in un ambiente chiuso, l'acqua e l'aria raggiungono un equilibrio quando l'aria diventa satura di vapore acqueo. Questa condizione fa sì che lo sforzo fisico dettato dal movimento porti rapidamente alla sudorazione, mentre la sosta genera in fretta una spiccata sensazione di freddo. Le grotte offrono un ambiente affascinante e misterioso anche se le loro condizioni ambientali rendono questi luoghi poco ospitali per l'uomo!
C'è sempre aria?
Sì, poiché l'aria viene costantemente rinnovata da piccoli sbocchi verso l'esterno presenti in ogni grotta. L'acqua che fluisce contribuisce al rinnovamento atmosferico, portando gas disciolti. L'aria delle grotte si distingue per la sua saturazione di umidità e purezza estrema. Queste caratteristiche, unite a cicli di condensazione ed evaporazione, creano un'atmosfera fredda, umida e sterile, particolarmente benefica per la guarigione di malattie polmonari (l'Est europeo è noto per lo sviluppo della speleoterapia!). Tuttavia, alcune grotte possono contenere aria di scarsa qualità, come quelle in zone vulcaniche o con materiale organico in decomposizione che forma sacche di anidride carbonica (evento raro).
Possono allagarsi dopo forti piogge?
Mentre sono pochissime le grotte che si riempiono completamente d'acqua, ossia fino alla saturazione, ci sono invece diverse grotte che possono subire inondazioni durante forti piogge, con conseguenti allagamenti di alcune aree di passaggio. Quando, in un gruppo speleologico, si organizza un'uscita, si dispone delle conoscenze e delle competenze che consentono di fare le adeguate valutazioni, in previsione del meteo e del tipo di grotta che si intende visitare.
L'acqua che vi si trova è potabile?
L'acqua che scorre attraverso le rocce calcaree generalmente non subisce filtrazioni lungo il percorso, poiché si muove in ambienti di dimensioni molto maggiori delle particelle inquinanti. Inoltre, non incontra microrganismi che potrebbero depurarla. Bere acqua direttamente in grotta o alla risorgenza equivale praticamente a bere l'acqua esattamente com'era al momento dell'assorbimento, è dunque necessario sapere dove scorre, in superficie, prima di arrivare alle nostre labbra.
Possono crollare mentre ci siamo dentro?
Le grotte, sebbene possano crollare su tempi geologici, sono notoriamente stabili su una scala di tempo umana. La parte percorribile di una grotta è lì da centinaia di migliaia di anni! Anche in caso di violenti terremoti, le grotte tendono a rimanere stabili, con crolli che coinvolgono principalmente strutture più recenti, come le concrezioni.
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Fonti principali:
Culver, D. C., & Pipan, T. (2023). Contrasting Approaches to the Study of Subterranean Life: Biospeleology and Speleobiology. Acta Carsologica, 52(2-3)
"Le grotte" di Giovanni Badino (consultabile a questo link)
Per approfondire:
Latella L. & Stoch F. 2001. Grotte e fenomeno carsico. Quaderni Habitat 1, Museo Friulano di Storia Naturale, Udine, 160 pp. (consultabile a questo link)
Geomorfologia carsica (Atti del 45° corso CNSS-SSI di III livello, consultabile a questo link)
Gruppo Mineralogico Paleontologico Euganeo (link alla loro pagina)
Culver, D. C., & Pipan, T. (2023). Contrasting Approaches to the Study of Subterranean Life: Biospeleology and Speleobiology. Acta Carsologica, 52(2-3)
"Le grotte" di Giovanni Badino (consultabile a questo link)
Per approfondire:
Latella L. & Stoch F. 2001. Grotte e fenomeno carsico. Quaderni Habitat 1, Museo Friulano di Storia Naturale, Udine, 160 pp. (consultabile a questo link)
Geomorfologia carsica (Atti del 45° corso CNSS-SSI di III livello, consultabile a questo link)
Gruppo Mineralogico Paleontologico Euganeo (link alla loro pagina)
Pagina a cura di Francesca Cassina e Marco Marchesini
A Brief History of Speleology (the Discipline)
In summary, speleology is the discipline dedicated to the study of karst phenomena and underground environments in general. The term was coined by the French archaeologist Émile Rivière in 1890, although some sources erroneously attribute its origin to Eduard Alfred Martel (one of the most important speleologists ever, a contemporary and compatriot of Émile). Initially conceived as the scientific discipline solely of natural caves, the original aim of scholars was to establish academic departments and research institutes similar to those already existing for oceanography.
Over time, speleology, a term derived from the ancient Greek speleaion (cave or cavern) and logìa (study or doctrine), has expanded its scope of research to include other environments connected to natural caves, notably the Karst (from the English karst, where krs means "rocky stone" in Slovenian): a geographic region located north of the Adriatic Sea teeming not only with caves but also with sinkholes, uvalas, and swallow holes. These are the results of a group of phenomena today defined as "karstic," named in honor of the Karst region (see below).
The influence of speleology has further widened to include not only scientists but also a community of non-professional speleologists, amateurs, and self-taught individuals who have contributed to developing a recreational/sporting aspect of the discipline (as the exploration and mapping of caves have traditionally been the domain of enthusiasts). Today, in English, there are two distinct terms to refer to speleology: speleology, in its scientific/academic connotations, and caving or spelunking, in its exploratory/recreational aspects. This inclusivity has enabled the collaborative efforts, especially in the documentation and detailed description of caves, to give speleology a dynamic character, where the passion for underground exploration blends with more formal research approaches.
Despite the absence, to this day, of speleology departments in universities, there are several active research institutes focused on karst, with growing attention to understanding the karst landscape as a whole, not limited to the exploration of natural caves.
For a brief history of cave explorations and the birth of speleological groups and associations... That's another story! And we refer you to another page on our site.
Rocks: A Dynamic Environment (in Geological Times)
In our everyday language, rocks symbolize strength and stability. However, in geological times, rocks are anything but stable and are subject to deformation, erosion, and dissolution. The latter phenomenon is responsible for the formation of the vast majority of caves. Dissolution is particularly effective in carbonate rocks, characterized by a high content of calcium and magnesium carbonate, or in saline rocks, abundant in sodium chloride or sulfates. However, caves can also form in sandstones, as carbonates often form the "cement" that holds this type of rock together.
The fundamental reason for the formation of caves is that the rock in which they are excavated is not suited to withstand millions of years of rainfall because it is relatively soft and, above all, soluble in water. Carbonate rocks originate from life! They come from organic residues (such as shells and skeletons) of small organisms that accumulated on the sea floor in very ancient times. Over tens of millions of years, and through geological events capable of inducing radical transformations, these deposits have turned into rocks, sometimes emerging on the surface.
The dissolution process can vary in speed depending on a combination of factors such as temperature (increasing this intensifies dissolution), pressure, and pH (more acidic fluids accelerate the dissolution process). Thus, cavities can form in various types of rocks and through different genetic mechanisms.
Salt caves are very rare also because its solubility is so high that outcrops of this rock tend to disappear in very short times: they are therefore only found in areas where rainfall is practically absent, like in the Near and Middle East. The solubility of gypsum is intermediate between that of limestone and salt and gives rise to impressive karst phenomena, like those present in the Bologna gypsums, among the most important in the world.
Speleology mainly focuses on cavities closest to the earth's surface, when the erosive action of meteoric and groundwater forms vast underground networks that reach the external surface. Thus, dark entrances are formed from which we can enter to visit or explore these dark worlds, traversed only by air and water. It is clear that the majority of caves explored so far represent only a small part of the caves that actually exist, since caves, to evolve, do not at all need passable entrances!
In fact, other types of caves that have been discovered accidentally during the drilling of wells or the excavation of mining tunnels, or identified through indirect geophysical methods. However, these settings present limited accessibility or, in some cases, are completely inaccessible to speleologists. Given the exceptional interest of "alternative" caves, such as those of hydrothermal origin, we will focus in this article on karst caves.
Dissolution: Discovering Karstism
Karstism is thus a particular form of surface and underground modeling that occurs when meteoric, spring, and deep waters, laden with atmospheric carbon dioxide, interact with soluble rocks like limestone, gypsum, and dolomite (but not only). This interaction leads to processes of rock dissolution and the formation of underground cavities, galleries, and conduit systems. The end result is a karst landscape, characterized by caves, sinkholes, uvalas, and swallow holes.
Got it all? No? Let's explain it better!
Here's a simplified overview of the process of formation of karst caves:
Karst is common in different parts of the world, but the European Karst is one of the most iconic places where this phenomenon occurs and it is possible to observe this type of landscape. The Karst region includes parts of Italy (such as the Friuli-Venezia Giulia region), Slovenia, Croatia, and part of Bosnia and Herzegovina.
The areas where karstism occurs have these characteristics: presence of soluble surface rocks (limestones, dolomites or gypsum); abundant meteoric precipitation; overall flat surfaces, devoid of marked reliefs, presence of rock fissure systems, considerable aridity with sparse vegetation due to the lack of a surface circulation.
The karst landscape is thus made up of:
From glaciers to artificial caves, a complete journey into the subsoil: caves not related to dissolution (non-karstic)
The caves we have talked about so far are the most common, but they are not the only ones. In glaciers, extensive systems of voids are also found, the exploration of which is the goal of glaciospeleology. Glaciospeleology focuses on the search and exploration of cavities present in glaciers, which form because they are excavated by the passage of melting water during the warmer months. In order for stable networks to form, it is necessary that the glacier be little crevassed and rather flat. The large streams that form on the surface dig access portals (which are called mills) at points of greatest weakness in the glacial mass, and the imposing waterfalls that end up falling into them keep them open and dig down to a depth of about a hundred meters below the surface. Further down, the pressure is such that the ice flows slowly and fills any cavities, and this forces the water to proceed along almost horizontal paths. This discipline offers a unique window onto the Earth's climate history. There are also caves that are not originated by the action of water: in volcanic contexts, conduits and "tube" voids can form that are more than a kilometer long, and this is the concern of volcanospeleology. When a volcanic eruption occurs, the outside of the lava flow running down the valley cools and ceases to flow, forming a tunnel inside which the molten rock continues to flow (lava incavation). At the end of the eruption, a tube of rock is left, which, once cooled, may become passable: exploring these caves offers an extraordinary opportunity to study volcanic geology and understand the processes that have shaped such cavities.
To date, speleology embraces various subdisciplines, including the exploration of artificial cavities and speleosubacquea (which also involves underwater skills), allowing the exploration and study of diversified underground environments, and providing a wide range of opportunities to deepen the knowledge of the hidden world beneath the Earth's surface. Speleology in artificial cavities focuses on the exploration of underground structures created by man, such as air-raid shelters, mines and other cavities resulting from military and extraction activities: a unique opportunity to understand the interaction between man and the subsoil throughout history. Artificial cavities are an example of non-karstic cavities, but can be affected by karst phenomena, for example, the walls of a mine and even a tunnel can concretion over time. Speleologists can often discover elements of scientific and historical interest that are difficult to access for scholars.
The aim of speleological groups is also in this case to ensure the protection and conservation of archaeological and/or naturalistic assets, in the perspective of multidisciplinary collaboration.
Exploring the dark: answers to curiosities about the underground world
The underground environment is very varied, ranging from cavities easily accessible and walkable with light clothing, to large alpine abysses where temperatures are harsh and obstacles significant. Speleologists must be able to move in tight and muddy spaces, or suspended on ropes tens of meters high, sometimes also facing underground streams and waterfalls (although only a few daring "speleosub" explore caves where water replaces air, filling all spaces). Some caves may require several days of exploration from the entrance, which means equipping internal camps to stop, eat and sleep safely. The most remote branches of the caves are configured as real exploratory limits.
Is it always dark?
Yes, in caves the darkness is total and enveloping, since light is practically absent. A moonless night, by comparison, will seem much brighter! This physiological darkness is so complete that, after spending only a few minutes inside a cave, you can no longer tell whether your eyes are open or closed. To be precise, it is not a complete absence of light, in a physical sense. since traces of cosmic radiation (muons) still manage to penetrate the subsoil, but they create extremely weak and discontinuous light signals, not perceptible to the human eye. Even the forms of life present in caves, adapted to the absence of light in the subsoil, thrive without relying on sight.
Is it cold?
Caves are often crossed by water flows, so their temperature largely reflects the average temperature of the groundwater, which in turn reflects the precipitation (rain or snow) in that region or at that specific altitude. The caves of Sardinia, for example, maintain a temperature around 20°C, while those in the northern Alps, at a thousand meters altitude, oscillate between 6 and 8 °C. There are also exceptions: caves in thermal areas can reach extreme temperatures, like the caves of Sciacca in Sicily, which exceed 80°C and, although rare, there are caves with temperatures below zero. In the environment of a cave, however, one of the crucial aspects is the saturation of the air, which reaches almost 100% humidity: in a closed environment, water and air reach a balance when the air becomes saturated with water vapor. This condition means that the physical effort dictated by movement quickly leads to sweating, while stopping quickly generates a marked sensation of cold. Caves offer a fascinating and mysterious environment even if their environmental conditions make these places little hospitable for humans!
Is there always air?
Yes, since the air is constantly renewed by small outlets towards the outside present in every cave. The flowing water contributes to the atmospheric renewal, bringing dissolved gases. The air of the caves stands out for its saturation of humidity and extreme purity. These characteristics, combined with cycles of condensation and evaporation, create a cold, humid and sterile atmosphere, particularly beneficial for the healing of pulmonary diseases (Eastern Europe is known for the development of speleotherapy!). However, some caves may contain poor quality air, such as those in volcanic areas or with organic material in decomposition that forms pockets of carbon dioxide (rare event).
Can they flood after heavy rains?
While very few caves fill completely with water, that is, up to saturation, there are instead several caves that can undergo flooding during heavy rains, with consequent flooding of some areas of passage. When, in a speleological group, an outing is organized, the knowledge and skills are available that allow the appropriate assessments to be made, in anticipation of the weather and the type of cave to be visited. Is the water there potable? The water that flows through limestone rocks generally does not undergo filtration along the way, since it moves in environments much larger than pollutant particles. Moreover, it does not encounter microorganisms that could purify it. Drinking water directly in the cave or at the resurgence is practically equivalent to drinking the water exactly as it was at the time of absorption, it is therefore necessary to know where it flows, on the surface, before reaching our lips.
Can they collapse while we are inside?
Caves, although they can collapse over geological times, are notoriously stable on a human time scale. The passable part of a cave has been there for hundreds of thousands of years! Even in the case of violent earthquakes, caves tend to remain stable, with collapses mainly involving more recent structures, such as concretions.
In summary, speleology is the discipline dedicated to the study of karst phenomena and underground environments in general. The term was coined by the French archaeologist Émile Rivière in 1890, although some sources erroneously attribute its origin to Eduard Alfred Martel (one of the most important speleologists ever, a contemporary and compatriot of Émile). Initially conceived as the scientific discipline solely of natural caves, the original aim of scholars was to establish academic departments and research institutes similar to those already existing for oceanography.
Over time, speleology, a term derived from the ancient Greek speleaion (cave or cavern) and logìa (study or doctrine), has expanded its scope of research to include other environments connected to natural caves, notably the Karst (from the English karst, where krs means "rocky stone" in Slovenian): a geographic region located north of the Adriatic Sea teeming not only with caves but also with sinkholes, uvalas, and swallow holes. These are the results of a group of phenomena today defined as "karstic," named in honor of the Karst region (see below).
The influence of speleology has further widened to include not only scientists but also a community of non-professional speleologists, amateurs, and self-taught individuals who have contributed to developing a recreational/sporting aspect of the discipline (as the exploration and mapping of caves have traditionally been the domain of enthusiasts). Today, in English, there are two distinct terms to refer to speleology: speleology, in its scientific/academic connotations, and caving or spelunking, in its exploratory/recreational aspects. This inclusivity has enabled the collaborative efforts, especially in the documentation and detailed description of caves, to give speleology a dynamic character, where the passion for underground exploration blends with more formal research approaches.
Despite the absence, to this day, of speleology departments in universities, there are several active research institutes focused on karst, with growing attention to understanding the karst landscape as a whole, not limited to the exploration of natural caves.
For a brief history of cave explorations and the birth of speleological groups and associations... That's another story! And we refer you to another page on our site.
Rocks: A Dynamic Environment (in Geological Times)
In our everyday language, rocks symbolize strength and stability. However, in geological times, rocks are anything but stable and are subject to deformation, erosion, and dissolution. The latter phenomenon is responsible for the formation of the vast majority of caves. Dissolution is particularly effective in carbonate rocks, characterized by a high content of calcium and magnesium carbonate, or in saline rocks, abundant in sodium chloride or sulfates. However, caves can also form in sandstones, as carbonates often form the "cement" that holds this type of rock together.
The fundamental reason for the formation of caves is that the rock in which they are excavated is not suited to withstand millions of years of rainfall because it is relatively soft and, above all, soluble in water. Carbonate rocks originate from life! They come from organic residues (such as shells and skeletons) of small organisms that accumulated on the sea floor in very ancient times. Over tens of millions of years, and through geological events capable of inducing radical transformations, these deposits have turned into rocks, sometimes emerging on the surface.
The dissolution process can vary in speed depending on a combination of factors such as temperature (increasing this intensifies dissolution), pressure, and pH (more acidic fluids accelerate the dissolution process). Thus, cavities can form in various types of rocks and through different genetic mechanisms.
Salt caves are very rare also because its solubility is so high that outcrops of this rock tend to disappear in very short times: they are therefore only found in areas where rainfall is practically absent, like in the Near and Middle East. The solubility of gypsum is intermediate between that of limestone and salt and gives rise to impressive karst phenomena, like those present in the Bologna gypsums, among the most important in the world.
Speleology mainly focuses on cavities closest to the earth's surface, when the erosive action of meteoric and groundwater forms vast underground networks that reach the external surface. Thus, dark entrances are formed from which we can enter to visit or explore these dark worlds, traversed only by air and water. It is clear that the majority of caves explored so far represent only a small part of the caves that actually exist, since caves, to evolve, do not at all need passable entrances!
In fact, other types of caves that have been discovered accidentally during the drilling of wells or the excavation of mining tunnels, or identified through indirect geophysical methods. However, these settings present limited accessibility or, in some cases, are completely inaccessible to speleologists. Given the exceptional interest of "alternative" caves, such as those of hydrothermal origin, we will focus in this article on karst caves.
Dissolution: Discovering Karstism
Karstism is thus a particular form of surface and underground modeling that occurs when meteoric, spring, and deep waters, laden with atmospheric carbon dioxide, interact with soluble rocks like limestone, gypsum, and dolomite (but not only). This interaction leads to processes of rock dissolution and the formation of underground cavities, galleries, and conduit systems. The end result is a karst landscape, characterized by caves, sinkholes, uvalas, and swallow holes.
Got it all? No? Let's explain it better!
Here's a simplified overview of the process of formation of karst caves:
- Soluble rocks: limestone rocks (mainly) are subject to karst phenomena due to the presence of water-soluble minerals in them. In limestone, for example, calcium carbonate (CaCO₃) is present, which has a higher solubility than other carbonates like dolomite. Gypsum rocks are even more soluble than carbonate rocks, and caves can form inside them in surprisingly short times. In salt, times are theoretically even shorter, although in reality, outcrops of this type are found only in extremely arid regions like the Atacama (Chile) or the Zagros Mountains (Iran).
- Rainwater: during the hydrological cycle, rainwater naturally absorbs carbon dioxide (CO₂) from the atmosphere, becoming slightly acidic. This water is able to chemically react with the soluble minerals present in the rocks.
- Dissolution: the acidic rainwater percolates through the soil and comes into contact with the rocks. Here, the chemical reaction between the water and the soluble minerals causes the dissolution of the rocks themselves. The presence of joints, cracks, and other pathways of permeability in the rocks accelerates the dissolution process.
- Formation of conduits: over time, water continues to dissolve the rocks along lines of lesser resistance, creating extensive conduits or underground cavities. These cavities can expand and connect, giving rise to intricate underground systems, often with a three-dimensional and complex network of galleries and chambers.
- Collapse and growth: in some situations, the ceiling of underground cavities can collapse. If this occurs near the surface, surface depressions known as sinkholes or swallow holes are formed. If it occurs far from the surface, large collapse chambers and cavities are formed, sometimes extraordinarily large. Other processes contribute to the growth and modeling of caves: at different times and/or places, in addition to erosion and dissolution phenomena, we can also have deposition and crystallization. The deposition of minerals produces the formation of concretions (such as stalactites and stalagmites), and is an example of how caves can "grow" over time, forming underground landscapes of extraordinary beauty.
Karst is common in different parts of the world, but the European Karst is one of the most iconic places where this phenomenon occurs and it is possible to observe this type of landscape. The Karst region includes parts of Italy (such as the Friuli-Venezia Giulia region), Slovenia, Croatia, and part of Bosnia and Herzegovina.
The areas where karstism occurs have these characteristics: presence of soluble surface rocks (limestones, dolomites or gypsum); abundant meteoric precipitation; overall flat surfaces, devoid of marked reliefs, presence of rock fissure systems, considerable aridity with sparse vegetation due to the lack of a surface circulation.
The karst landscape is thus made up of:
- Karst plateau: a rock formation consisting mainly of limestone rocks, which extends over a plateau. Inside, it is crossed by underground watercourses that, with their incessant process of excavation and consumption of the rocks, seek new outlets towards the outside.
- Karren/Plowed fields: are the most superficial form of karst erosion, they are grooves or crevices, of variable depth from a few centimeters to several meters, more or less parallel, that carve the carbonate rock surfaces dividing them into often thin and sharp slabs.
- Sinkholes: are circular or elliptical depressions in the ground, caused by the collapse of underground caves or the dissolution of the underlying rock material. Initially taking a basin shape, the sinkhole then extends to a funnel, creating huge craters known as collapse valleys (sinkholes and/or abysses).
- Uvala (or polje): large flat karst depressions, formed following the destruction of the separation walls between large neighboring sinkholes.
- Swallow holes (or ponor): points where surface water disappears into the ground, flowing inside underground cavities.
- Karst springs: springs that emerge from the subsoil, often rich in dissolved minerals due to the dissolution of carbonate rocks.
- Caves: Natural openings in the ground, often large in size, formed by the dissolution of rocks. It is estimated that most of the karst caves on our planet are unexplored, and unexplorable, as only a small part of them have entrances accessible (in terms of size) to humans.
- Wells and galleries: are the empty spaces that form when water, drop by drop, flows through cracks and fills spaces within rocks that are largely impermeable. Imagine that the water, filtering through the rock, creates "rooms" and "passages".
- Concretions: are unique formations resulting from the deposition of dissolved minerals, such as stalactites and stalagmites. For more information on the internal spaces of caves and speleothems, such as stalactites and stalagmites, visit this page of our site!
From glaciers to artificial caves, a complete journey into the subsoil: caves not related to dissolution (non-karstic)
The caves we have talked about so far are the most common, but they are not the only ones. In glaciers, extensive systems of voids are also found, the exploration of which is the goal of glaciospeleology. Glaciospeleology focuses on the search and exploration of cavities present in glaciers, which form because they are excavated by the passage of melting water during the warmer months. In order for stable networks to form, it is necessary that the glacier be little crevassed and rather flat. The large streams that form on the surface dig access portals (which are called mills) at points of greatest weakness in the glacial mass, and the imposing waterfalls that end up falling into them keep them open and dig down to a depth of about a hundred meters below the surface. Further down, the pressure is such that the ice flows slowly and fills any cavities, and this forces the water to proceed along almost horizontal paths. This discipline offers a unique window onto the Earth's climate history. There are also caves that are not originated by the action of water: in volcanic contexts, conduits and "tube" voids can form that are more than a kilometer long, and this is the concern of volcanospeleology. When a volcanic eruption occurs, the outside of the lava flow running down the valley cools and ceases to flow, forming a tunnel inside which the molten rock continues to flow (lava incavation). At the end of the eruption, a tube of rock is left, which, once cooled, may become passable: exploring these caves offers an extraordinary opportunity to study volcanic geology and understand the processes that have shaped such cavities.
To date, speleology embraces various subdisciplines, including the exploration of artificial cavities and speleosubacquea (which also involves underwater skills), allowing the exploration and study of diversified underground environments, and providing a wide range of opportunities to deepen the knowledge of the hidden world beneath the Earth's surface. Speleology in artificial cavities focuses on the exploration of underground structures created by man, such as air-raid shelters, mines and other cavities resulting from military and extraction activities: a unique opportunity to understand the interaction between man and the subsoil throughout history. Artificial cavities are an example of non-karstic cavities, but can be affected by karst phenomena, for example, the walls of a mine and even a tunnel can concretion over time. Speleologists can often discover elements of scientific and historical interest that are difficult to access for scholars.
The aim of speleological groups is also in this case to ensure the protection and conservation of archaeological and/or naturalistic assets, in the perspective of multidisciplinary collaboration.
Exploring the dark: answers to curiosities about the underground world
The underground environment is very varied, ranging from cavities easily accessible and walkable with light clothing, to large alpine abysses where temperatures are harsh and obstacles significant. Speleologists must be able to move in tight and muddy spaces, or suspended on ropes tens of meters high, sometimes also facing underground streams and waterfalls (although only a few daring "speleosub" explore caves where water replaces air, filling all spaces). Some caves may require several days of exploration from the entrance, which means equipping internal camps to stop, eat and sleep safely. The most remote branches of the caves are configured as real exploratory limits.
Is it always dark?
Yes, in caves the darkness is total and enveloping, since light is practically absent. A moonless night, by comparison, will seem much brighter! This physiological darkness is so complete that, after spending only a few minutes inside a cave, you can no longer tell whether your eyes are open or closed. To be precise, it is not a complete absence of light, in a physical sense. since traces of cosmic radiation (muons) still manage to penetrate the subsoil, but they create extremely weak and discontinuous light signals, not perceptible to the human eye. Even the forms of life present in caves, adapted to the absence of light in the subsoil, thrive without relying on sight.
Is it cold?
Caves are often crossed by water flows, so their temperature largely reflects the average temperature of the groundwater, which in turn reflects the precipitation (rain or snow) in that region or at that specific altitude. The caves of Sardinia, for example, maintain a temperature around 20°C, while those in the northern Alps, at a thousand meters altitude, oscillate between 6 and 8 °C. There are also exceptions: caves in thermal areas can reach extreme temperatures, like the caves of Sciacca in Sicily, which exceed 80°C and, although rare, there are caves with temperatures below zero. In the environment of a cave, however, one of the crucial aspects is the saturation of the air, which reaches almost 100% humidity: in a closed environment, water and air reach a balance when the air becomes saturated with water vapor. This condition means that the physical effort dictated by movement quickly leads to sweating, while stopping quickly generates a marked sensation of cold. Caves offer a fascinating and mysterious environment even if their environmental conditions make these places little hospitable for humans!
Is there always air?
Yes, since the air is constantly renewed by small outlets towards the outside present in every cave. The flowing water contributes to the atmospheric renewal, bringing dissolved gases. The air of the caves stands out for its saturation of humidity and extreme purity. These characteristics, combined with cycles of condensation and evaporation, create a cold, humid and sterile atmosphere, particularly beneficial for the healing of pulmonary diseases (Eastern Europe is known for the development of speleotherapy!). However, some caves may contain poor quality air, such as those in volcanic areas or with organic material in decomposition that forms pockets of carbon dioxide (rare event).
Can they flood after heavy rains?
While very few caves fill completely with water, that is, up to saturation, there are instead several caves that can undergo flooding during heavy rains, with consequent flooding of some areas of passage. When, in a speleological group, an outing is organized, the knowledge and skills are available that allow the appropriate assessments to be made, in anticipation of the weather and the type of cave to be visited. Is the water there potable? The water that flows through limestone rocks generally does not undergo filtration along the way, since it moves in environments much larger than pollutant particles. Moreover, it does not encounter microorganisms that could purify it. Drinking water directly in the cave or at the resurgence is practically equivalent to drinking the water exactly as it was at the time of absorption, it is therefore necessary to know where it flows, on the surface, before reaching our lips.
Can they collapse while we are inside?
Caves, although they can collapse over geological times, are notoriously stable on a human time scale. The passable part of a cave has been there for hundreds of thousands of years! Even in the case of violent earthquakes, caves tend to remain stable, with collapses mainly involving more recent structures, such as concretions.