Prihlásiť
Flussi aerei sotterranei: le tecniche di tracciamento quantitativo al centro di un corso nazionale a La Spezia
La Scuola Nazionale di Speleologia CAI organizza a giugno 2026 un corso dedicato alla misura e all’interpretazione dei flussi d’aria nelle grotte, con l’impiego di CO2 e del sistema NASO
Comprendere come respira la montagna: meteorologia ipogea e flussi aerei sotterranei
I flussi aerei sotterranei sono tra gli strumenti più efficaci a disposizione degli speleologi per comprendere la struttura interna dei sistemi carsici. Quando dall’imboccatura di una fessura emerge una corrente d’aria, questa può indicare la presenza di cavità ancora inesplorate, rivelare connessioni tra gallerie lontane e fornire dati quantitativi sull’entità della circolazione interna alla montagna.
La disciplina che studia questi fenomeni è la meteorologia ipogea, i cui fondamenti teorici sono stati sviluppati in Italia dal fisico e speleologo Giovanni Badino (1953–2017). Con l’opera Fisica del Clima Sotterraneo (1995), Badino ha applicato le equazioni della fluidodinamica e della termodinamica ai sistemi carsici, introducendo concetti fondamentali come l’endoatmosfera standard e documentando gradienti termici ipogei compresi tra 3 °C e 3,5 °C ogni 100 m di dislivello. Il suo lavoro ha costituito il quadro teorico entro cui si sono sviluppate tutte le tecniche successive di misura dei flussi.
Il motore principale di questi flussi è la differenza di densità tra l’aria sotterranea e quella esterna, fenomeno noto come effetto camino. In un sistema carsico con ingressi a quote diverse, l’aria più densa scende verso il basso e quella più leggera sale verso l’alto. In inverno l’aria fredda esterna entra dalle aperture basse e quella calda interna esce da quelle alte; in estate avviene l’inverso. Un recente studio modellativo pubblicato su PLOS ONE (Gabrovšek, 2023) ha dimostrato che i pattern stagionali dei flussi dipendono non solo dal gradiente termico, ma anche dalla geometria stessa dei condotti, con velocità diverse nelle due stagioni anche a parità di gradiente assoluto.
CO2 e NASO: le due metodologie protagoniste del corso
Il tracciamento quantitativo con CO2
La CO2 è il tracciante naturale per eccellenza nei sistemi ipogei. La sua concentrazione nelle grotte è tipicamente da 2 a 20 volte superiore a quella esterna, a causa della respirazione della fauna cavernicola, dell’ossidazione della materia organica e del degassamento delle acque carsiche. Questa caratteristica la rende un marcatore diretto della ventilazione: le zone più ventilate mostrano concentrazioni più basse, quelle isolate concentrazioni più alte.
Nelle grotte italiane monitorate con sistemi Vaisala — tra cui la Grotta di Bossea, di Borgio Verezzi e di Toirano — le serie storiche di CO2 acquisite con cadenza di 10 minuti per un anno intero hanno permesso di distinguere le variazioni naturali da quelle antropiche legate alla presenza dei visitatori.
Il passo successivo rispetto alla semplice misura è il tracciamento quantitativo: si inietta una quantità nota di CO? artificiale in un punto del sistema e si misura la curva di concentrazione nel tempo a valle (curva di breakthrough). Dall’analisi di questa curva si ricavano la portata volumetrica del flusso e le caratteristiche geometriche del condotto. La formula alla base del metodo è quella della diluizione: la portata è uguale al rapporto tra la massa di CO2 iniettata per unità di tempo e la differenza tra la concentrazione misurata e quella di fondo. Uno studio di Claudio Pastore (SISKA, Università di Neuchâtel), pubblicato sull’International Journal of Speleology nel 2024, ha confermato l’alta corrispondenza tra i risultati ottenuti con questo metodo e quelli delle misurazioni dirette con anemometro a filo caldo. Un’applicazione pratica di questa tecnica all’Antro del Corchia (Lucca) ha dimostrato che dalla Buca del Serpente transita il 13% dell’aria che circola nella galleria turistica principale.
Il sistema NASO: open source e a basso costo
Il sistema NASO (Novel Aereal Sensing Observer) è stato progettato nel 2020 da Alessandro Vernassa dello Speleo Club Ribaldone CAI-ULE di Genova con l’obiettivo di rendere accessibile a tutti i gruppi il tracciamento aereo. Il principio è semplice: si utilizza come tracciante il propellente di una normale bomboletta di deodorante spray (butano e propano), rilevabile a pochi milioni di parti per milione da un sensore VOC catalitico insensibile all’umidità.
Il cuore del sistema è il FluxyLogger, costruito su microcontrollore Arduino UNO. Registra automaticamente la concentrazione in file CSV su scheda SD, con cadenza configurabile. Il costo complessivo si aggira sui 90 euro, contro i 5.000–10.000 euro di strumentazione professionale equivalente. Il progetto è interamente open source e disponibile su GitHub. Nel 2024 il NASO ha ottenuto il secondo posto al Premio Speleologico Internazionale Giovanni Badino.
Le applicazioni documentate in Italia mostrano risultati concreti: il tracciamento con NASO ha confermato il collegamento tra l’Arma do Rian e il sistema Pollera-Buio nel Finalese (SV), mentre indagini in corso nella Montagna di Santa Croce (TR) hanno evidenziato forti anomalie termiche estive — aria a 9 °C dalla Grotta Perduta contro una temperatura attesa di 14–16 °C — che indicano la presenza di grandi volumi ipogei ancora inesplorati.
Il panorama delle tecniche disponibili
Le tecniche di tracciamento aereo si articolano su tre livelli di complessità crescente.
Il tracciamento qualitativo verifica semplicemente se esiste un percorso tra due punti. Si usano fumo, profumi, bolle di sapone o mercaptani come il THT (tiofene di sodio), che raggiunge sensibilità inferiori ai 10 ppb ma richiede in Italia il possesso del patentino per la sua tossicità.
Il tracciamento semi-quantitativo prevede sensori dedicati con data-logger per ottenere le curve temporali di transito. In questo ambito rientrano i traccianti fluorurati (PFT), inodori e privi di fondo naturale, rilevabili via gascromatografia, e il NASO stesso.
Il tracciamento quantitativo richiede la conoscenza precisa della massa di tracciante iniettata e di quella transitata. Oltre alla CO?, in passato si è impiegato l’SF? (esafluoruro di zolfo), oggi sconsigliato per l’elevato impatto sull’effetto serra.
La strumentazione di misura diretta
La misura diretta della portata si ottiene moltiplicando la velocità media del flusso per la sezione trasversale del condotto. In pratica, occorre effettuare misurazioni in più punti della sezione per approssimare il profilo di velocità reale. Gli anemometri a filo caldo garantiscono la massima precisione (±0,01 m/s), mentre quelli a elica sono più robusti e adatti a velocità superiori a 0,3 m/s.
Un nuovo dispositivo digitale per il monitoraggio continuo, presentato sull’International Journal of Speleology nel 2024, ha evidenziato che la principale fonte di incertezza non è la precisione dello strumento, ma il suo posizionamento relativo rispetto alle linee di flusso.
Per il monitoraggio multiparametrico continuo, lo standard internazionale è stato formalizzato da Peyraube et al. (2025) sulla base di 15 anni di monitoraggio nella Grotta di Cussac (Francia) con 24 sensori. Il sistema minimo raccomandato prevede 6 sensori essenziali: 3 termometri, 2 sensori di CO? e 1 anemometro.
Il corso nazionale SNS-CAI 2026: tre giorni a La Spezia
Dal 26 al 28 giugno 2026 la Scuola Nazionale di Speleologia CAI organizza il Corso Nazionale Flussi Aerei Sotterranei, in collaborazione con il Gruppo Speleologico Lunense e OTTO Speleologia e Torrentismo LPV (Liguria, Piemonte, Valle d’Aosta). La sede è la Polveriera dell’Opera Mista Castellazzo in Via Montalbano 135-B a La Spezia, con uscite pratiche nell’area di Pignone.
Il programma alterna sessioni teoriche in aula a esercitazioni sul campo. Venerdì 26 giugno sono previste lezioni su meteorologia ipogea classica, gestione delle ricerche meteo in aree carsiche e strumentazione, seguite dal posizionamento di data-logger e da lanci di traccianti. Sabato 27 giugno il programma include le basi teoriche del tracciamento, esempi di campagne condotte in aree carsiche, tracciamenti con NASO e tracciamenti quantitativi con CO?, con sessione pratica pomeridiana per le misure di velocità e portata. Domenica 28 giugno sono previsti il recupero dei data-logger, lo scarico e l’analisi dei dati, la discussione finale e la consegna dei diplomi.
Il corso è riconosciuto come aggiornamento valido per istruttori di speleologia CAI qualificati e titolati (ISS, IS, INS). I posti sono 15, con priorità per data del bonifico e qualifica di istruttore CAI. La quota di partecipazione è di 125 euro (45 euro di acconto entro il 15 giugno 2026 tramite bonifico, 80 euro in contanti all’arrivo). È previsto un supplemento di 15 euro per chi arriva giovedì 25 giugno. I soci CAI hanno l’assicurazione inclusa; i non soci devono aggiungere 36 euro.
Ogni partecipante riceverà una chiavetta USB con i testi delle lezioni e la bibliografia. È consigliato portare strumenti personali: rilevatori di CO?, sensori NASO, anemometri, termometri, igrometri e un personal computer.
Le iscrizioni vanno inviate a info@gruppogrottenovara.it entro il 15 giugno 2026. Per informazioni: Alex Mancin (info@gruppogrottenovara.it), Paolo Brunettin (338-9579879), Direttore GD Cella (cellagd@hotmail.com, 347-3651499).
Ecco lo studio approfondito sui flussi aerei sotterranei. Il report copre l’intero arco tematico del corso SNS-CAI 2026, partendo dalla fisica di base fino alle frontiere della ricerca internazionale:
- La fisica dell’effetto camino e il modello di Gabrovšek (2023) sulla relazione tra geometria dei condotti e pattern stagionali del flusso
- Il contributo teorico di Giovanni Badino (1953–2017) e la sua Fisica del Clima Sotterraneo come fondamento della meteorologia ipogea moderna
- Il tracciamento quantitativo con CO?: dalla metodologia della curva di breakthrough al modello advection-dispersion 1D, con il paper di Pastore et al. (2024) sull’International Journal of Speleology
- Il sistema NASO di Alessandro Vernassa: architettura tecnica del FluxyLogger, procedura operativa e applicazioni sul campo documentate in Italia
- Panorama completo delle tecniche disponibili (qualitative, semi-quantitative, quantitative), con tabella comparativa costi/obiettivi
- Implicazioni ambientali per la tutela degli acquiferi carsici e degli ecosistemi ipogei
Dinamiche e Tracciamento Quantitativo dei Flussi Aerei Sotterranei
Studio approfondito sulla meteorologia ipogea, le tecniche di tracciamento e le metodologie quantitative di misura — con riferimento al Corso Nazionale SNS-CAI 2026
Executive Summary
I flussi aerei sotterranei rappresentano uno degli strumenti esplorativi e scientifici più potenti della speleologia moderna. Comprendere come l’aria si muove all’interno di un sistema carsico consente di rivelare la struttura tridimensionale della montagna, scoprire nuove cavità non ancora esplorate, valutare i processi chimici che modellano le grotte e contribuire alla tutela degli ecosistemi ipogei. Dalla meteorologia ipogea classica sviluppata da Giovanni Badino fino alle più recenti tecniche quantitative con CO? e al rivoluzionario sistema NASO, questo campo di ricerca ha vissuto una vera e propria rivoluzione metodologica negli ultimi dieci anni.[1][2][3]
1. La Fisica dei Flussi d’Aria Sotterranei
1.1 Le Grotte Respirano: l’Effetto Camino
Il motore principale dei flussi aerei in grotta è la differenza di densità tra l’aria sotterranea e l’aria esterna, fenomeno noto come “effetto camino” (chimney effect). Poiché la densità dell’aria dipende direttamente dalla sua temperatura, un sistema carsico con ingressi a quote diverse si comporta come un camino: l’aria più densa scende verso il basso, quella più leggera sale verso l’alto.[4][5]
Uno studio modellativo di Gabrovšek (2023), pubblicato su PLOS ONE, ha dimostrato che i pattern stagionali del flusso dipendono non solo dal gradiente termico esterno-interno, ma anche dalla geometria dei condotti. Quando l’aria esterna entra nel sottosuolo, si avvicina progressivamente all’equilibrio termico con la roccia lungo una “lunghezza di rilassamento caratteristica”. Questo fenomeno determina il contrasto di temperatura e densità tra aria interna ed esterna, e dunque la differenza di pressione che genera il flusso. In gallerie con profilo longitudinale a forma di V, il flusso può essere innescato da una vera e propria instabilità termodinamica.[6][7][4]
Il comportamento stagionale è ben documentato e si articola come segue:
- Inverno – L’aria esterna fredda e densa entra dagli ingressi bassi, l’aria interna più calda esce dagli ingressi alti (flusso ascendente).
- Estate – Si verifica l’inversione completa: gli ingressi bassi diventano sede di efflusso di aria fredda sotterranea, gli ingressi alti aspirano aria calda esterna (flusso discendente).
- Periodi di transizione – I flussi si invertono o cessano temporaneamente quando la temperatura esterna si avvicina a quella interna.
1.2 Il Contributo di Giovanni Badino
Il fisico e speleologo Giovanni Badino (1953–2017) ha gettato le fondamenta teoriche della meteorologia ipogea moderna con la sua opera fondamentale Fisica del Clima Sotterraneo (1995). Applicando le equazioni della fluidodinamica e della termodinamica ai sistemi carsici, Badino ha introdotto concetti come l’endoatmosfera standard e ha analizzato il gradiente termico ipogeo in funzione della quota, dimostrando che nei grandi sistemi carsici si registrano gradienti termici tra 3 °C e 3,5 °C ogni 100 m di dislivello.[8][9][2][10]
Tra i contributi più rilevanti vi sono:
- La trattazione energetica unificata dei moti convettivi e barometrici negli endoclimi
- La modellazione del trasporto di calore nelle fessure in regime laminare e turbolento
- Lo studio della condensazione ipogea come meccanismo di speleogenesi
- La separazione analitica tra temperatura assoluta e gradiente di temperatura con la quota[9]
La sua scomparsa nel 2017 ha lasciato un vuoto riconosciuto dalla comunità scientifica speleologica italiana e internazionale.[11][3]
1.3 Fattori che Determinano i Flussi
Oltre all’effetto camino, i flussi aerei sotterranei sono influenzati da:
| Fattore | Meccanismo | Scala temporale |
|---|---|---|
| Gradiente termico | Differenza di temperatura esterno-interno | Stagionale, giornaliera |
| Variazioni barometriche | Oscillazioni della pressione atmosferica esterna | Ore – giorni |
| Effetto del vento | Pressione dinamica dell’aria esterna sugli ingressi | Ore |
| Neve e ghiaccio | Ostruzione parziale degli ingressi, modifica del bilancio termico | Stagionale |
| Geometria dei condotti | Sezione, inclinazione, profilo longitudinale | Strutturale |
| Isteresi termica | Inerzia termica della roccia, sfasamento rispetto alle variazioni esterne | Settimane – mesi |
Ricerche recenti (Gabrovšek, 2023) hanno mostrato che in gallerie con sezione non uniforme la “lunghezza di rilassamento” dipende dalla direzione del flusso, producendo velocità diverse in estate e in inverno anche a parità di gradiente termico assoluto. Un ulteriore lavoro pubblicato nel 2024 ha approfondito la modellazione del trasferimento di calore per la stima della lunghezza di convezione in gallerie carsiche.[4][7][12]
2. La CO? come Strumento di Analisi
2.1 La CO? nell’Atmosfera Ipogea
La concentrazione di CO? nelle grotte è una delle variabili più informative dell’intero sistema carsico. Nelle grotte italiane monitorate (Borgio Verezzi, Toirano, Bossea), le misurazioni condotte con sistemi VAISALA durante un anno intero hanno rilevato valori di CO? da 2 a 20 volte superiori rispetto all’esterno (380–390 ppm). Le sorgenti principali sono la respirazione della fauna ipogea, l’ossidazione della materia organica e il degassamento delle acque carsiche ricche di bicarbonato.[13]
La distribuzione spaziale della CO? all’interno delle grotte è strettamente correlata alla circolazione dell’aria: le zone più vicine agli ingressi, più ventilate, mostrano concentrazioni più basse rispetto alle aree distanti e scarsamente ventilate. Questo rende la CO? un marcatore naturale della ventilazione ipogea.[13]
Uno studio sulla Grotta di Postojna (Slovenia) ha documentato gradienti verticali di CO? fino a 1000 ppm/m durante le fasi di flusso discendente (downdraft), quando l’aria proveniente da piccoli condotti e fessure della zona vadosa — ricca di CO? — alimenta ambienti terminali con scarsità di mescolamento. Durante le fasi ascendenti (updraft), invece, l’afflusso di aria esterna attraverso gallerie aperte mantiene la CO? bassa e uniforme.[14]
2.2 Il Tracciamento Quantitativo con CO?
Il passaggio dal tracciamento qualitativo a quello quantitativo rappresenta una svolta metodologica fondamentale. Mentre il primo verifica semplicemente se esiste un percorso tra due punti, il tracciamento quantitativo con CO? consente di calcolare la portata volumetrica del flusso aereo.
Lo studio “Dispersion of artificial tracers in ventilated caves” di Claudio Pastore (SISKA, Università di Neuchâtel, 2024), pubblicato sull’International Journal of Speleology, ha dimostrato che è possibile stimare in modo affidabile la portata del flusso d’aria e le caratteristiche geometriche dei condotti carsici ventilati utilizzando la CO? come tracciante artificiale. I ricercatori hanno condotto quattro test di tracciamento, due in una miniera e due in grotte naturali ventilate, riscontrando un’alta corrispondenza tra le misurazioni con CO? e quelle con anemometro a filo caldo.[15][16]
La metodologia si basa sull’iniezione di una quantità nota di CO? e sull’analisi della curva di breakthrough (BTC) — la concentrazione del tracciante nel tempo misurata a valle. Il modello advection-dispersion 1D descrive la propagazione del tracciante:
[ \frac{\partial C}{\partial t} + v \frac{\partial C}{\partial x} = D \frac{\partial^2 C}{\partial x^2} ]
dove ( C ) è la concentrazione, ( v ) è la velocità di advection e ( D ) il coefficiente di dispersione longitudinale. Nelle grotte naturali, la forte coda (tailing) della BTC — assente nelle gallerie artificiali — indica la presenza di zone a flusso morto e variazioni di sezione trasversale, che favoriscono il deposito di aerosol.[16]
La portata volumetrica può essere calcolata con il metodo di diluizione:
[ Q = \frac{\dot{m}{CO_2}}{C{misurata} – C_{fondo}} ]
dove ( \dot{m}_{CO_2} ) è la massa di CO? iniettata per unità di tempo (ricavata per differenza di peso della bombola), e i valori di concentrazione sono espressi in ppm-volume. Un test storico condotto all’Antro del Corchia (Lucca) ha dimostrato con questo metodo che dalla Buca del Serpente fuoriesce il 13% dell’aria che circola nella galleria turistica principale.[1][15]
2.3 Limiti e Accortezze Operative
Lo studio di Pastore et al. (2024) evidenzia anche i principali rischi metodologici:[16]
- Perdite di portata non note lungo il percorso possono falsare il calcolo
- La strategia di posizionamento dei datalogger è condizione fondamentale per l’interpretazione
- Nelle grotte naturali, la geometria irregolare dei condotti rende il modello 1D insufficiente a riprodurre fedelmente le code della BTC
- La velocità di spostamento del tracciante non coincide necessariamente con quella dell’aria, per effetti di dispersione legati al peso molecolare (legge di Graham)[1]
3. Il Sistema NASO: Rivoluzione Open Source
3.1 Origine e Concetto
Nel 2020, Alessandro Vernassa (Speleo Club Ribaldone CAI-ULE Genova) ha progettato il sistema NASO (Novel Aereal Sensing Observer) con l’obiettivo di rendere accessibile a tutti i gruppi speleologici un metodo affidabile per il tracciamento aereo. Il NASO si basa sull’uso di bombolette di deodorante spray come sorgente di tracciante: il propellente gassoso (butano e propano) è rilevabile a concentrazioni di poche parti per milione da sensori VOC a basso costo.[1][11]
Il progetto è interamente open source e disponibile su GitHub (repository speleoalex/opsdatalogger). Il prototipo commerciale ha un costo di circa 90 euro, contro i 5.000–10.000 euro di strumentazione professionale equivalente. Nel 2024, il NASO ha ottenuto il secondo posto al Premio Speleologico Internazionale Giovanni Badino.[1]
3.2 Componenti Tecnici del FluxyLogger
Il cuore del sistema è il FluxyLogger, un datalogger costruito su microcontrollore Arduino UNO:
| Componente | Funzione | Costo indicativo |
|---|---|---|
| Arduino UNO | Microcontroller centrale | ~25 € |
| Modulo RTC DS3231 | Orologio in tempo reale | ~5 € |
| Modulo SD Card Reader | Archiviazione dati in CSV | ~3 € |
| Sensore catalitico (SGX/Alphasense) | Rilevazione idrocarburi (butano/propano) su filo Pt riscaldato a ~450–500°C | 80–150 € |
| Power bank 5V | Autonomia di più giorni | ~15 € |
| Contenitore impermeabile | Protezione in ambienti umidi (UR > 95%) | ~5 € |
Il sensore catalitico è insensibile all’umidità (a differenza dei sensori elettrochimici convenzionali), caratteristica fondamentale negli ambienti ipogei dove l’umidità relativa supera spesso il 95%. I dati sono registrati in file CSV con cadenza configurabile (tipicamente ogni 10 secondi), apribili con qualsiasi foglio di calcolo.[11]
3.3 Procedura di Tracciamento Aereo con NASO
- Preparazione: configurazione del firmware (Arduino IDE), test del sensore, posizionamento nelle cavità target
- Immissione del tracciante: spruzzatura di deodorante all’ingresso sorgente, con annotazione dell’orario esatto
- Monitoraggio passivo: il NASO registra autonomamente la concentrazione per ore o giorni
- Recupero: estrazione della scheda SD, analisi del file CSV in Excel, NASO++ app (Android, sviluppata da Marco Corvi, 2024) o script Python[11]
- Interpretazione: il picco di concentrazione registrato, confrontato con l’orario di immissione, fornisce il tempo di transito — e indirettamente la velocità media del flusso e la dimensione del percorso sotterraneo
Il butano/propano si dissipa naturalmente senza inquinare l’ambiente ipogeo, rendendo il tracciamento ecologicamente sostenibile.[11]
3.4 Applicazioni sul Campo in Italia
Le applicazioni documentate del NASO in Italia mostrano sia successi che le sfide tipiche del tracciamento aereo:
| Area | Gruppo | Risultato |
|---|---|---|
| Monte Campo dei Fiori (VA) | Vari | Collegamento grotte accertato con mercaptani (Rivolta, 2016)[1] |
| Sistema Pollera-Buio, Finalese (SV) | Speleo Club Ribaldone (#naso4cave) | Collegamento tra Arma do Rian e sistema Pollera-Buio confermato[1] |
| Montagna di Santa Croce (TR) | Gruppo UTEC Narni | Campagna sistematica 2025: 4 sensori attivi, multipli tracciamenti; risultati ancora non conclusivi su percorsi diretti[11] |
| Antro del Corchia (LU) | Cella et al. | CO? quantitativa: 13% dell’aria dalla Buca del Serpente alla galleria turistica[1] |
Il caso della Montagna di Santa Croce è emblematico: con un dislivello di 250–300 m tra ingressi alti (quota ~350 m) e bassi (~70–130 m), forti anomalie termiche estive (aria fredda a 9°C dalla Grotta Perduta, contro una temperatura media attesa di 14–16°C) indicano la presenza di grandi volumi ipogei, ma il tracciamento diretto non ha prodotto risposte strumentali conclusive. Questa situazione è frequente in sistemi con percorsi multipli o tempi di transito molto lunghi.[11]
4. Panorama delle Tecniche di Tracciamento Aereo
Il lavoro di sintesi di Gian Domenico Cella e Alessandro Vernassa (SNS-CAI, 2025) classifica le tecniche disponibili su tre livelli:[1]
4.1 Tracciamento Qualitativo (Passa/Non Passa)
Verifica la semplice presenza o assenza del tracciante in un punto. Il rilevamento è sensoriale:
| Tracciante | Vantaggi | Limiti |
|---|---|---|
| Fumo | Economico, visivo | Portata ridotta, condensazione, possibili tossici |
| Profumi ed essenze | Facilmente reperibili | Portata limitata, assuefazione olfattiva |
| Bolle di sapone | Efficaci in ambienti chiusi | Solo correnti locali |
| Mercaptani (THT, TBM) | Sensibilità < 10 ppb, potenza eccezionale | Tossici, normativa restrittiva; il THT richiede patentino in Italia[1] |
| Aroma sintetico di tartufo (bis(metiltio)metano) | Prodotto alimentare, libera vendita | Prestazioni variabili |
4.2 Tracciamento Semi-Quantitativo
Prevede sensori dedicati associati a datalogger per ottenere le curve di transito temporali del tracciante:
- Traccianti fluorurati (PFT – Perfluorinated Tracers): inodori, non esistono in natura (no “bianco”), sensibilità estrema; rilevamento via gascromatografia GC o GC-MS[1]
- Terpeni naturali (D-limonene, ?-pinene, ?-pinene): estratti da piante, rilevabili con GC-MS; semi-quantitativi se la massa iniettata è nota
- NASO con butano/propano: tecnicamente semi-quantitativo se si conosce la massa rilasciata, ma usato prevalentemente per tracciamento direzionale
4.3 Tracciamento Quantitativo
Richiede la conoscenza precisa della massa di tracciante iniettata e di quella transitata, per risalire alla ripartizione dei flussi:
- CO? artificiale: mass-flow rate calcolato per differenza di peso della bombola; concentrazione misurata in ppm-volume con sensori NDIR (Non-Dispersive InfraRed)[1][15]
- SF? (esafluoruro di zolfo): gas ideale per tracciamenti quantitativi, non esiste in natura; rilevabile a ppt; non più raccomandato per il forte impatto su effetto serra
- Metodo Florit-Zanini: variazione artificiale della pressione con aspiratori potenti, previa sigillatura dell’ingresso; testato con successo in sistemi triestini di media estensione[1]
5. Strumentazione per la Misura Diretta della Portata
5.1 Anemometria
La misura diretta della portata richiede di conoscere sia la velocità che la sezione del condotto:
[ Q = \bar{v} \times A ]
dove ( \bar{v} ) è la velocità media integrata sulla sezione (m/s) e ( A ) è l’area della sezione trasversale (m²). In pratica, occorre effettuare misure in più punti della sezione per approssimare il profilo di velocità reale.[1]
Gli anemometri utilizzati in speleologia sono principalmente:
- Anemometri a filo caldo (hot-wire): alta precisione (±0,01 m/s), misurano velocità anche molto basse; delicati
- Anemometri a elica: robusti, adatti a velocità > 0,3 m/s; più economici
- Anemometri sonici: velocità e direzione simultaneamente; costosi ma precisi
Un nuovo dispositivo digitale presentato sull’International Journal of Speleology (2024), appositamente progettato per il monitoraggio continuo dei flussi nelle grotte, ha dimostrato che la principale fonte di incertezza non è l’accuratezza del sensore ma il posizionamento relativo dello strumento rispetto alle linee di flusso. La raccomandazione operativa è di misurare in più posizioni della sezione e mediare i risultati.[17]
5.2 Misura della CO? con Sensori NDIR
I sensori NDIR (Non-Dispersive InfraRed) sono lo standard per la misura della CO? in ambienti ipogei. La Grotta di Bossea, la Grotta di Borgio Verezzi e la Grotta di Toirano sono state monitorate per un anno intero con sistemi VAISALA con acquisitori INDIGO 520 e sonde GMP 252 (errore massimo ±2%). I dati vengono acquisiti con intervalli di 10 minuti, producendo serie temporali continue da cui è possibile distinguere le variazioni naturali (stagionali, legate alla ventilazione) da quelle antropiche (presenza di turisti).[13]
5.3 Data-Logger e Reti di Monitoraggio
Il design ottimale di un sistema di monitoraggio dell’aria in grotta è stato formalizzato in un articolo pubblicato sull’International Journal of Speleology (2025) da Peyraube et al., basato su 15 anni di monitoraggio nella Grotta di Cussac (Francia) con 24 sensori. Lo studio propone un flowchart decisionale che affronta:[18]
- Modularità del sistema
- Scelta tra dispositivi autocostruiti e commerciali
- Frequenza di campionamento vs. consumi energetici
- Durata del monitoraggio
- Accessibilità ai dati
Il sistema minimo raccomandato prevede 6 sensori essenziali: 3 termometri, 2 sensori di CO? e 1 anemometro. La posizione strategica dei sensori rispetto ai flussi è più importante della loro precisione intrinseca.[18]
6. Applicazioni Scientifiche e Esplorative
6.1 Scoperta di Nuove Cavità
La corrente d’aria è uno degli indicatori più affidabili per l’esplorazione speleologica. Un flusso rilevante che esce da una fessura indica quasi certamente la presenza di cavità connesse. I parametri chiave da interpretare sono:[1][19]
- Temperatura dell’aria: valori inferiori alla media annua attesa indicano connessione con grandi volumi ipogei
- Portata: una portata elevata richiede un percorso di sezione significativa
- Variazione stagionale: l’inversione estate/inverno conferma un sistema a ingressi multipli a quote diverse
- Tempo di transito del tracciante: dalla velocità del fronte del tracciante si stima la lunghezza del percorso
6.2 Caratterizzazione Idrogeologica
I flussi aerei e i flussi idrici in un sistema carsico sono profondamente interconnessi. La comprensione della ventilazione ipogea contribuisce a:[20][21]
- Identificare i bacini di alimentazione degli acquiferi carsici
- Monitorare la dinamica di ricarica delle falde
- Verificare connessioni idrogeologiche tra strutture carsiche adiacenti
- Valutare la vulnerabilità degli acquiferi all’inquinamento
Circa il 15% della superficie continentale terrestre è coperta da rocce carsiche (calcari e dolomiti), fondamentali per le risorse idriche globali. In Italia, sistemi come le sorgenti di Stifone-Nera Montoro (Umbria) — con portate non inferiori a 13–13,5 m³/s — alimentano comunità, agricoltura e industria.[11][21]
6.3 Ricerca Paleoclimatica
La concentrazione di CO? nell’atmosfera ipogea e i flussi d’aria che la controllano hanno implicazioni dirette per la formazione degli speleotemi (stalattiti, stalagmiti). Se la CO? in grotta aumenta, l’acqua di stillicidio può riassorbire CO? e sciogliere il carbonato di calcio già depositato, degradando le concrezioni. L’inversione è vera nei periodi di ventilazione intensa.[21]
Studi recenti su variazioni di pressione atmosferica e dinamiche di ventilazione nella Grotta di Lamalunga (Puglia) hanno documentato come le fluttuazioni di temperatura indotte dalla ventilazione barometrica influenzino direttamente la crescita degli speleotemi. Le curve di CO? nel tempo costituiscono dunque un archivio delle variazioni climatiche passate.[22]
6.4 Sicurezza in Grotta
Le concentrazioni di CO? superiori a certi valori soglia costituiscono un rischio per la salute degli esploratori. Il limite di esposizione ACGIH è 5000 ppm (0,5%) come media ponderata su 8 ore. In alcune grotte italiane, specialmente quelle vulcaniche o con forte attività biologica, si possono raggiungere concentrazioni pericolose. Il monitoraggio sistematico dei flussi e della CO? è quindi anche uno strumento di sicurezza operativa.[23]
7. Il Contesto Scientifico Internazionale
7.1 Letteratura di Riferimento
La ricerca internazionale sui flussi aerei sotterranei è consolidata e in espansione:
| Autore/i | Anno | Contributo | Rivista |
|---|---|---|---|
| Gabrovšek, F. | 2023 | Modello numerico del flusso in gallerie carsiche; effetto camino e geometria | PLOS ONE[4] |
| Pastore, C. et al. | 2024 | Tracciamento con CO? artificiale: portata e dispersione in grotte ventilate | Int. J. Speleology[16] |
| Peyraube, N. et al. | 2025 | Guida alla progettazione di sistemi di monitoraggio dell’aria in grotta | Int. J. Speleology[18] |
| Badino, G. | 1995 | Fisica del Clima Sotterraneo: fondamenti teorici della meteorologia ipogea | Memorie Ist. It. Speleol.[9] |
| Cella, G.D. & Vernassa, A. | 2025 | Sintesi delle tecniche di tracciamento aereo sotterraneo in lingua italiana | Bollettino SNS-CAI[1] |
Il Karst Information Portal, libreria digitale ad accesso libero fondata nel 2006 con il supporto di National Cave & Karst Research Institute e Union Internationale de Spéléologie (UIS), è la principale risorsa bibliografica per chi si avvicina a questo settore.[24]
7.2 Frontiere della Ricerca
Le direzioni di ricerca più attive includono:
- Modellazione numerica tridimensionale dei campi di flusso nelle cavità, integrando geometrie rilevate con LiDAR e scanner 3D[25]
- Reti wireless di sensori per il monitoraggio continuo in grotte estese
- Machine learning per il riconoscimento automatico di picchi nelle curve di tracciamento
- Integrazione NASO-GIS per la georeferenziazione dei percorsi stimati del tracciante[11]
- Misure di radone (²²²Rn) come proxy della ventilazione: la correlazione CO?-Rn è documentata in diversi studi (Torca del Carlista, Spagna; Modri? Cave, Croazia)[26][23]
8. Gestione Meteo in Aree Carsiche: l’Approccio Integrato
Un’interpretazione corretta dei flussi aerei richiede l’integrazione di misure interne alla grotta con i dati meteorologici esterni. Il protocollo operativo raccomandato prevede:[1][19][18]
- Baseline pre-campagna: almeno 2–4 settimane di registrazione continua di temperatura interna ed esterna, pressione atmosferica, umidità relativa con data-logger
- Mappatura delle bocche soffianti: ricognizione sistematica degli ingressi nelle diverse stagioni; annotazione di direzione, temperatura e velocità del flusso
- Correlazione meteo-flussi: identificazione delle condizioni esterne (pressione, temperatura, vento) che producono flussi più intensi
- Scelta della finestra temporale per il tracciamento: condizioni di flusso stabile e unidirezionale riducono l’incertezza
- Posizionamento strategico dei sensori: privilegiare le sezioni ristrette dei condotti (venturi), dove la velocità è più alta e misurabile; evitare zone di turbolenza
La disponibilità di un termoidrometro tarato e certificato come riferimento (come previsto nel corso SNS-CAI 2026) è essenziale per la calibrazione della strumentazione personale e per garantire la confrontabilità dei dati tra diversi operatori.[27]
9. Implicazioni per la Tutela Ambientale
La comprensione dei flussi aerei sotterranei ha importanti ricadute sulla tutela degli ambienti carsici e delle risorse idriche:[20][28]
9.1 Trasporto di Inquinanti
I flussi d’aria nelle grotte non trasportano solo gas inerti: veicolano anche spore, aerosol, vapori chimici e potenzialmente inquinanti dall’ambiente superficiale verso le falde acquifere sotterranee. La velocità di trasferimento di questi contaminanti è molto superiore a quella che avviene per diffusione nella matrice porosa della roccia.[28]
9.2 Ecosistemi Ipogei
I cambiamenti nella ventilazione modificano temperatura, umidità e concentrazioni di gas negli ambienti di grotta, alterando le condizioni di vita per la fauna cavernicola. Le specie troglofite e troglobie — altamente specializzate e spesso endemiche — sono particolarmente sensibili a queste variazioni. La mappatura dei flussi aerei consente di identificare le zone di maggiore stabilità microclimatica da proteggere.[20]
9.3 Grotte Turistiche
Nelle grotte ad uso turistico, i flussi d’aria determinano la distribuzione di CO? prodotta dai visitatori, influenzando direttamente la qualità dell’aria per le guide e la conservazione degli speleotemi. La chiusura durante il Covid-19 ha permesso, in alcune grotte italiane, di documentare le variazioni naturali della CO? in assenza di presenza umana, fornendo una baseline fondamentale per la gestione sostenibile dell’accesso.[13]
10. Sintesi Metodologica: Come Scegliere la Tecnica Giusta
La scelta della tecnica di tracciamento dipende dal contesto, dalle risorse disponibili e dagli obiettivi:
| Obiettivo | Tecnica Raccomandata | Strumentazione | Costo indicativo |
|---|---|---|---|
| Verificare se esiste un collegamento | NASO con butano/propano | FluxyLogger + sensore VOC | ~100–400 € |
| Stimare il tempo di transito | NASO semi-quantitativo | FluxyLogger + bilancia di precisione | ~200–500 € |
| Misurare la portata assoluta | CO? quantitativa | Sensori NDIR + bombola CO? + bilancia | ~500–2000 € |
| Misurare la velocità del flusso | Anemometria diretta | Anemometro a filo caldo o a elica | ~200–1000 € |
| Monitoraggio continuo multiparametrico | Rete di data-logger | 6+ sensori T/CO?/anemometro | ~2000–10000 € |
| Ricerca di connessioni a grande scala | Traccianti fluorurati + GC-MS | Captori su carbone attivo + laboratorio | >5000 € |
La combinazione NASO + CO? quantitativa — oggetto del corso SNS-CAI 2026 — rappresenta oggi il miglior compromesso tra accessibilità, precisione e completezza informativa per i gruppi speleologici italiani.[29][27]
Fonti consultate
- Corso Nazionale Flussi Aerei Sotterranei SNS-CAI 2026 – sns-cai.itscintilena
- Tracciamento aereo sotterraneo: tutte le tecniche – Scintilenascintilena
- Aria sotterranea e vuoti irraggiungibili: il viaggio del vento nella Montagna di Santa Croce – Scintilenascintilena
- Un paper scientifico sull’utilizzo dei tracciamenti con CO? in grotta – Scintilenascintilena
- Nuovo dispositivo digitale per misurare i flussi d’aria nelle grotte – Scintilenascintilena
- Gabrovšek F. (2023) – How do caves breathe: The airflow patterns in karst underground – PLOS ONEjournals.plos
- Pastore C. et al. (2024) – Dispersion of artificial tracers in ventilated caves – Int. J. Speleologydigitalcommons.usf
- Peyraube N. et al. (2025) – Designing a Cave Air Monitoring System – Int. J. Speleologydigitalcommons.usf
- Il monitoraggio della concentrazione di CO? in aria nelle grotte – IRIS Politecnico di Torinoiris.polito
- Giovanni Badino – Wikipediawikipedia
- Volantino PDF Corso Flussi Aerei Sotterranei – SNS-CAIsns-cai
L'articolo Flussi aerei sotterranei: le tecniche di tracciamento quantitativo al centro di un corso nazionale a La Spezia proviene da Scintilena.
