Meteorologia ipogea
A chi si avvicina per la prima volta alla speleologia, può sembrare uno sfoggio di eruzione il parlare di meteorologia ipogea, o meteorologia delle grotte. L’ambiente sotterraneo meteorologicamente è infatti noto come uno dei più stabili. L’umidità e la temperatura delle parti interne delle grotte variano durante l’anno entro limiti strettissimi.
Lo studio di queste variazioni può però dare dei risultati stupefacenti, tanto che si può sostenere, senza tema di errore, che la meteorologia ipogea sia la disciplina che dà allo speleologo esploratore il massimo aiuto ed il massimo di informazioni nella ricerca di nuove cavità o prosecuzioni di cavità già note.
Normalmente lo studio dei fenomeni climatologici di una cavità si articola nelle seguenti attività di ricerca:
1) misure di temperatura
2) misure di umidità
3) osservazioni sulle correnti d’aria.
La temperatura
In linea generale, la temperatura interna di una cavità tende a stabilizzarsi attorno a quello che è il valore medio annuo delle temperature esterne della zona in cui tale cavità si apre, ma questa situazione subisce variazioni anche notevoli che sono dipendenti, in primo luogo, dalla circolazione dell’aria nell’interno della cavità stessa.
Considerato l’importante ruolo che ha la temperatura negli ambienti ipogei, è importante sapere come si può misurarla, di quali strumenti ci si serve e di quali accorgimenti bisogna tener conto.
Per la misurazione della temperatura si può impiegare un normale termometro, osservando tuttavia alcuni essenziali accorgimenti che evitano di raccogliere dati non attendibili. La misura della temperatura atmosferica nella grotta, si rileva, di norma, agitando a lungo il termometro nell’aria, con le ovvie precauzioni.
Per ogni zona dell’ambiente in esame si dovranno ripetere le misurazioni più volte, allo scopo di ottenere valori medi e si ripeterà l’operazione nelle varie ore del giorno e della notte, nonché nelle varie stagioni, affinché il quadro dei valori possa dirsi veramente completo e attendibile.
Di un certo interesse è senza dubbio anche la misurazione della temperatura dell’acqua, sia ferma che corrente: in tal caso si dovrà operare in modo che il bulbo di mercurio rimanga immerso vari minuti di seguito, e ripetere l’operazione più volte. Se si tratta di pozze profonde sarà necessario misurare la temperatura alle diverse profondità.
Di meno facile realizzazione può dirsi invece la misurazione della temperatura della roccia, per la quale si dovranno cercare dei fori naturali, nei quali immergere con cautela il termometro, ripetendo anche più volte e con la massima cura l’operazione.
Di un certo interesse è anche l’osservazione delle eventuali correnti aeree esistenti in grotte, specialmente in quelle aventi più di un’apertura. Per raggiungere tale obbiettivo può essere sufficiente osservare l’andamento del fumo, anche di una sigaretta. La presenza di aria soffiante può talvolta essere un prezioso indizio dell’esistenza di altre cavità, al di là di fessure non percorribili.
L’umidita’
Come è noto, uno degli elementi che caratterizzano le cavità naturali è l’elevato grado di umidità, dovuta principalmente alla continua percolazione dell’acqua attraverso alle fessure del calcare. Il fenomeno carsico è in gran parte ancora oggi attivo in moltissime grotte e continua lentissimamente a manifestarsi, modificandone in misura impercettibile ma continua la fisionomia, con le conseguenze che, a lungo termine, sono quelle di cui abbiamo fatto un cenno.
Vi sono due modi di intendere l’umidità. Il primo rileva L’umidità assoluta, cioè la quantità di acqua che sotto forma di vapore acqueo, è contenuta in un certo volume d’aria. Più significativi sono invece i valori della cosiddetta umidità relativa, cioè il rapporto percentuale tra il valore dell’umidità assoluta dell’aria ed il massimo valore raggiungibile alla temperatura dell’atmosfera che si considera. In tal modo, se l’umidità relativa è del 100% significa che si è al grado di saturazione; cioè in quel determinato ambiente, cioè in quella certa grotta che abbiamo in esame ipoteticamente, sotto forma di vapore non potrebbe esser contenuto nessun ulteriore quantitativo di acqua: oltre tale limite avremmo il fenomeno della condensazione dell’acqua sulla roccia della caverna, come a volte è dato davvero di riscontrare.
Questo fenomeno è molto importante, perché dimostra che, anche in assenza di precipitazioni o comunque percolazioni d’acqua provenienti dall’esterno, con il grado di saturazione dell’umidità si può avere presenza di acque nell’interno delle caverne, con le conseguenze di natura chimica.
Per la misurazione dell’umidità relativa si impiega lo psicrometro, strumento che nella forma più semplice è costituito da due termometri accoppiati, dei quali uno ha il bulbo libero mentre l’altro presenta il bulbo ricoperto da un involucro di cotone, che viene mantenuto bagnato con acqua distillata. Per offrire ai bulbi aria sempre rinnovata, si usa un piccolo ventilatore o una ventola. Poiché l’evaporazione provoca, assorbendo calore, un abbassamento della temperatura, quella registrata dal termometro, e la differenza tra questi due valori devono essere proporzionali all’evaporazione. Apposite tabelle permettono di esprimere in termini di umidità relativa la differenza di temperatura.
Specialmente se condotte in varie zone della grotta e in vari periodi dell’anno, queste rilevazioni possono condurre ad una conoscenza completa delle correnti d’aria esistenti nell’interno della caverna che si sta esaminando, anche in rapporto a una eventuale loro provenienza dall’esterno.
Le correnti d’aria
Le correnti d’aria in movimento nelle grotte sono estremamente importanti per la conoscenza della cavità e per conoscere con una certa approssimazione l’andamento generale: se vi possono essere altre uscite, oppure se certi passaggi sifonati sono percorribili o meno.
Lo speleologo noterà che le grotte sono di norma meno umide d’inverno che d’estate: nella stagione estiva, infatti, l’atmosfera più umida esterna, giungendo nel primo tratto freddo della caverna si condensa; viceversa nella stagione invernale l’aria più secca esterna, giungendo nell’interno della grotta, trova un ambiente anche sensibilmente più tiepido.
La circolazione dell’aria in una cavità varia normalmente quindi col succedersi delle stagioni, e in relazione con la temperatura dell’aria esterna, ma risente anche delle variazioni barometriche esterne, dei venti predominanti, delle piene improvvise, e anche della presenza in grotta di masse d’acqua corrente, che inducono nell’aria un effetto di trascinamento.
Per l’esame della circolazione dell’aria ci riferiremo solamente ad alcuni modelli più comuni, tralasciando i sistemi più complessi, e analizzeremo la circolazione riferendoci all’estate ed all’inverno.
Cavità a sacco chiuso
Hanno una circolazione diversificata a seconda che si sviluppino in prevalenza verso l’alto o verso il basso, oppure orizzontalmente.
Cavità ascendenti
Cavità ascendenti In regime termico invernale l’aria interna, essendo più calda, e quindi più leggera della fredda aria esterna, occupa la cavità impedendo all’aria fredda di entrare. Si ha pertanto un regime statico, con un brusco sbalzo di temperatura nei pressi dell’ingresso (porta o soglia termica) (vedi fig. 23).
In regime termico estivo l’aria esterna, essendo più calda dell’aria interna, tende a risalire la cavità scacciandone l’aria fredda; grazie però allo scambio termico con le pareti, si raffredda a sua volta e viene scacciata da nuova aria calda. in tal caso si ha una circolazione dinamica, facilmente misurabile con differenti misure di temperatura all’imbocco della cavità sia a livello del pavimento (aria fredda uscente), sia sul soffitto (aria calda entrante).
Cavità sub orizzontali
Si differenziano dalle precedenti per avere un regime dinamico sia in estate che in inverno, con la differenza che in estate si avranno delle sacche di aria fredda nelle anfrattuosità del pavimento, mentre in inverno si avranno delle sacche di aria calda imprigionate nelle anfrattuosità del soffitto.
Cavità discendenti
Si ha esattamente un’inversione rispetto alle cavità ascendenti; infatti in inverno si avrà un regime dinamico dovuto all’aria fredda che entra dalla bocca lambendo il pavimento, si riscalda ed esce carica di umidità nella parte alta della bocca, con formazione di vapore; mentre in estate si avrà un regime statico con formazione di sacche d’aria fredda sul fondo della cavità. In certi casi si possono avere anche persistenti formazioni di neve o ghiaccio a volte perenni.
Cavità aperte o tubi di vento
Vengono così indicate le grotte aventi due o più aperture poste a differente altitudine, o aventi un’apertura soleggiata e l’altra sul versante in ombra.
Sono molto interessanti, poiché presentano sempre sia in estate che in inverno una bocca fredda (quella inferiore) ed una bocca calda (quella superiore), con la differenza che mentre in estate l’aria calda penetra dall’entrata superiore, si raffredda nella cavità ed esce con violenza dalla bocca inferiore, in inverno si ha invece l’entrata di aria fredda dal basso (con forte disidratazione ed a volte formazioni di ghiaccio), che si riscalda per convenzione sulla roccia più calda, ed esce con formazione di vapore e notevolmente più calda dall’apertura superiore.
Le aperture possono essere anche celate da detriti, o comunque essere impraticabili. Le ricerche delle aperture superiori durante l’inverno sono facilitate perché vengono segnalate sia dal vapore uscente, che dalla neve sciolta in quei punti, creando delle “oasi”.
Nelle stagioni intermedie si possono avere correnti d’aria ascendenti o discendenti secondo la temperatura esterna dell’aria nelle varie ore del giorno.
Cavità barometrica
Un cenno a parte meritano le cavità chiuse di grandissime dimensioni, ma con apertura piccola, che hanno una respirazione conseguente alle variazioni barometriche esterne. In molti casi si possono avere anche fortissimi correnti d’aria, che traggono in inganno facendo somigliare dette cavità a tubi di vento.