Materiali e caratteristiche di deposito

Ci sono tre grandi categorie di materiali sedimentari che si trovano nelle grotte: sedimenti clastici trasportati dai torrenti e infiltrati dalla superficie; blocchi, lastre e frammenti di disgregazione derivati dal bedrock locale; e sedimenti chimici depositati nella grotta da acque percolanti. I sedimenti chimici sono i più diversi e sono responsabili della bellezza decorativa di molte grotte.

Il più comune dei sedimenti chimici secondari è la calcite, carbonato di calcio. C’è anche una forma meno comune di carbonato di calcio, il minerale aragonite. Il secondo minerale di grotta più comune è il gesso, solfato di calcio diidrato. Occasionalmente si trovano nelle grotte anche altri minerali carbonati, solfati e ossidi. Molti di questi richiedono che la grotta sia associata a depositi di minerali o ad altri ambienti geologici speciali. Per questo motivo, delle oltre 200 specie di minerali che si trovano nelle grotte, solo una ventina si trovano ampiamente.

I depositi di minerali di grotta si presentano in molte forme, le loro forme sono determinate dal fatto che si siano depositati per gocciolamento, flusso o infiltrazione di acqua o in stagni d’acqua. Collettivamente, queste forme minerali secondarie sono conosciute come speleotemi.

L’acqua che emerge da un giunto nel soffitto della grotta rimane appesa per un po’ come una goccia pendente. Durante questo tempo, una piccola quantità di carbonato di calcio si deposita in un anello dove la goccia è in contatto con il soffitto. Poi la goccia cade e una nuova goccia prende il suo posto, depositando anch’essa un piccolo anello di carbonato di calcio. In questo modo, si costruisce uno speleotema simile a un ghiacciolo chiamato stalattite. Le stalattiti variano in forma da sottili caratteristiche simili a pagliuzze a massicci pendenti o forme simili a drappeggi. Le stalattiti hanno un canale centrale che porta l’acqua dal giunto di alimentazione alla punta della stalattite. Quando le gocce cadono sul pavimento della grotta, si deposita ulteriore materia minerale e si formano le stalagmiti. Le stalagmiti assumono anche molte forme, da sottili manici di scopa a forme simili a tumuli e pagode. Le stalagmiti consistono in cappucci o strati sovrapposti e non hanno un canale centrale. Le stalattiti possono crescere così tanto che non possono sostenere il loro stesso peso; i frammenti rotti di grandi stalattiti si trovano a volte nelle grotte. Le stalagmiti non sono così limitate e possono raggiungere altezze di decine di metri. L’acqua che scorre lungo le sporgenze e lungo le pareti lascia dietro di sé fogli di calcite, che formano un deposito massiccio conosciuto come flowstone.

La maggior parte dei depositi di flowstone sono composti da calcite, anche se occasionalmente sono presenti altri minerali. La calcite è di solito grossolanamente cristallina, densamente imballata, e colorata in varie tonalità di marrone, arancione e marrone. Alcuni dei pigmenti provengono da ossidi di ferro portati nel deposito dall’acqua di infiltrazione, ma l’agente colorante più comune è costituito da sostanze umiche derivate dai suoli sovrastanti. Le sostanze umiche sono i prodotti organici della decomposizione delle piante, che sono anche responsabili del colore marrone di alcuni suoli e del colore simile all’alzavola di alcune acque di palude e di lago. Gli speleotemi di calcite possono essere bianchi puri ma apparire lattiginosi a causa di molte piccole inclusioni di acqua all’interno della struttura.

La calcite negli speleotemi è derivata dal calcare sovrastante vicino all’interfaccia letto/suolo. L’acqua piovana che si infiltra attraverso il terreno assorbe l’anidride carbonica dal terreno ricco di anidride carbonica e forma una soluzione diluita di acido carbonico. Quando quest’acqua acida raggiunge la base del terreno, reagisce con la calcite nella roccia calcarea e ne porta una parte in soluzione. L’acqua continua il suo corso verso il basso attraverso stretti giunti e fratture nella zona insatura con poche altre reazioni chimiche. Quando l’acqua emerge dal tetto della grotta, l’anidride carbonica si perde nell’atmosfera della grotta e parte del carbonato di calcio viene precipitato. L’acqua infiltrata agisce come una pompa di calcite, rimuovendola dalla cima del bedrock e ridepositandola nella grotta sottostante.

Le grotte forniscono un ambiente molto stabile dove la temperatura e l’umidità relativa possono rimanere costanti per migliaia di anni. La lenta crescita dei cristalli non viene interrotta, e alcuni speleotemi hanno forme controllate dalle forze della crescita dei cristalli piuttosto che dai vincoli del gocciolamento e dello scorrimento dell’acqua. Gli speleotemi conosciuti come helictites sono molto simili alle stalattiti in quanto hanno un canale centrale e crescono in lunghe forme tubolari. Si attorcigliano e girano in tutte le direzioni, tuttavia, e non sono guidate dall’attrazione gravitazionale delle gocce d’acqua pendenti. Un’altra varietà di speleotema, l’antodite, è un ammasso radiante di cristalli aghiformi. Gli antoditi sono di solito composti da aragonite, che ha un’abitudine diversa (cioè la forma dei singoli grani di cristallo) rispetto alla varietà più comune di carbonato di calcio, la calcite. Sulle pareti delle caverne si trovano forme di perle o coralli a strati, e nelle piscine delle caverne si trovano complesse disposizioni di cristalli. Le piscine di acqua satura di carbonato di calcio hanno la notevole proprietà di circondarsi di dighe di calcite precipitata.

Il gesso e altri minerali solforati più solubili in acqua come l’epsomite (solfato di magnesio eptaidrato) e la mirabilite (solfato di sodio decaidrato) crescono dalle acque di infiltrazione nelle grotte secche. La deposizione dei minerali di solfato è dovuta all’evaporazione delle soluzioni contenenti i minerali. Questi minerali si presentano come croste e sotto forma di masse radianti e curve di cristalli fibrosi conosciuti come fiori di gesso. A causa della loro maggiore solubilità, i minerali di solfato non si presentano o vengono distrutti in grotte umide o bagnate.