Acque termali della Sicilia occidentale: le terre rare svelano i percorsi profondi, nuove chiavi per studiare le grotte termali
Uno studio di INGV e Università di Palermo ricostruisce la circolazione di dodici sorgenti. Le acque termali della Sicilia occidentale offrono strumenti per comprendere i sistemi geotermici e i processi che interessano le grotte termali.
Acque termali della Sicilia occidentale: la firma geochimica del sottosuolo
Le acque termali della Sicilia occidentale conservano informazioni sui processi che incontrano durante la circolazione sotterranea. A mostrarlo è uno studio pubblicato il 19 settembre 2026 sulla rivista Geosciences. La ricerca analizza gli elementi delle terre rare disciolti nelle acque di dodici sorgenti. Queste tracce permettono di distinguere l’influenza dei circuiti superficiali da quella dei fluidi profondi.
Lo studio, intitolato “Geochemical Behavior of Rare Earth Elements in Hydrothermal Groundwaters of Western Sicily (Italy)”, è firmato da Marianna Cangemi, Ygor Oliveri, Salvatore Inguaggiato, Rocco Favara e Paolo Madonia. Gli autori appartengono all’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia e all’Università di Palermo. Le analisi delle terre rare sono state acquisite tra il 2016 e il 2019 dal gruppo di Paolo Censi, del Dipartimento di Scienze della Terra e del Mare. I dati costituiscono un’eredità scientifica affidata ai ricercatori che hanno sviluppato il lavoro.
Dodici sorgenti termali siciliane e tre diversi circuiti idrogeologici
I punti studiati comprendono Sclafani Bagni 1 e 3, Sciacca Hotel, Terme Selinuntine, Termini Imerese e Terme Segestane. Completano il quadro Gorga Canne, Gorga Botola, Montevago, Fontana Calda, Bevaio Pioppo e Partanna. Le temperature riportate spaziano da 18 °C a Partanna a 56,1 °C alle Terme Selinuntine. Il ventaglio comprende quindi anche emergenze relativamente fresche, inserite nello studio dei circuiti idrotermali regionali.
La composizione degli ioni principali distingue tre gruppi. Sclafani Bagni, Sciacca Hotel e Termini Imerese presentano acque cloruro-solfatiche alcaline, con una composizione vicina a quella marina. Questa firma indica percorsi che coinvolgono salamoie marine fossili e, nelle località costiere, possibili contributi di acqua di mare. Il secondo gruppo comprende acque cloruro-solfatiche alcalino-terrose. Vi rientrano Terme Selinuntine, Fontana Calda, Montevago, le due emergenze di Gorga e Terme Segestane. Le interazioni con le successioni evaporitiche contribuiscono alla loro composizione.
Partanna e Bevaio Pioppo appartengono al gruppo delle acque bicarbonate alcalino-terrose. In questi circuiti prevale la componente meteorica, cioè l’acqua proveniente dalle precipitazioni. La circolazione attraverso le rocce carbonatiche avviene sotto l’influenza dell’anidride carbonica. Anche queste sorgenti mantengono una traccia del contributo profondo.
Terre rare nelle acque termali: cerio ed europio raccontano due ambienti
La somma delle terre rare disciolte varia da 10,2 a 954 nanogrammi per litro. Sono concentrazioni molto piccole, ma sufficienti per riconoscere differenze tra i circuiti. Tutti i campioni mostrano un’anomalia negativa del cerio e un’anomalia positiva dell’europio. Le anomalie esprimono una carenza o un arricchimento rispetto agli elementi vicini, dopo un confronto con una composizione geochimica di riferimento.
Il cerio viene interpretato come indicatore delle condizioni ossidanti incontrate nella parte più superficiale del percorso. In questi ambienti può essere rimosso dalla soluzione e trattenuto da ossidi e ossiidrossidi di ferro. L’europio racconta invece le interazioni profonde, avvenute in condizioni riducenti e a temperatura elevata. Secondo l’interpretazione degli autori, la sua mobilizzazione preferenziale dai feldspati lascia una firma riconoscibile anche dopo la risalita.
Le acque termali della Sicilia occidentale registrano così due fasi della propria storia. Una riguarda gli scambi profondi tra fluidi e rocce. L’altra riflette l’evoluzione chimica durante l’avvicinamento alla superficie.
Geotermia e grotte termali: il contributo della ricerca siciliana
Lo studio esamina anche l’arricchimento relativo delle terre rare pesanti e gli effetti di tetrade dei lantanidi. Questi ultimi sono variazioni segmentate della distribuzione degli elementi. Consentono di approfondire il ruolo dei complessi chimici e delle superfici minerali. L’arricchimento delle terre rare intermedie è collegato alle interazioni con depositi evaporitici e alla possibile dissoluzione riduttiva delle fasi del ferro.
Per la speleologia, il risultato offre un collegamento con lo studio dei fluidi che attraversano le rocce carbonatiche. Le acque termali della Sicilia occidentale aiutano a ricostruire percorsi, mescolamenti e trasformazioni chimiche. Sono gli stessi aspetti che, nei sistemi carsici appropriati, concorrono alla formazione e all’evoluzione delle grotte termali. La ricerca caratterizza gli acquiferi e le sorgenti; l’approfondimento speleologico riguarda il modo in cui questi processi possono agire nelle cavità.
Grotte termali: relazione su origine, geochimica, ambienti sotterranei e ricerca speleologica
Grotte termali e grotte ipogeniche: il significato delle definizioni
L’espressione “grotte termali” descrive cavità interessate da acque calde, vapori o flussi di calore legati alla circolazione idrotermale. Per comprenderne l’origine occorre distinguere lo stato attuale dalla storia geologica. Una cavità oggi calda può essere stata modificata da un circuito termale successivo alla sua formazione. Una grotta nata per azione di fluidi termali può invece conservare le proprie forme quando il circuito si è raffreddato o disattivato. La temperatura presente non riassume, da sola, la speleogenesi.
Il termine “ipogenico” riguarda l’origine dell’alimentazione e dell’aggressività chimica che dissolve la roccia. Nella speleogenesi ipogenica, fluidi o gas provenienti dal sottosuolo acquisiscono in profondità la capacità di dissolvere le formazioni attraversate. Nella speleogenesi epigenica, questa capacità deriva prevalentemente da processi superficiali. È il caso dell’acqua meteorica che incorpora anidride carbonica prima di infiltrarsi nei calcari.
“Termale” e “ipogenico” non sono quindi sinonimi perfetti. Il primo termine richiama il regime termico. Il secondo descrive un sistema genetico e idrogeologico. Anche una grotta ad acido solforico può essere ipogenica senza presentare oggi temperature elevate. Frasassi rappresenta un riferimento per lo studio della speleogenesi sulfurea e dell’attività ancora presente nei livelli inferiori.
Acquiferi termali e faglie: come circolano i fluidi nel sottosuolo
Le rocce carbonatiche possono ospitare acquiferi idrotermali estesi. L’acqua si muove attraverso fratture, discontinuità e condotti progressivamente ampliati dalla dissoluzione. Le faglie possono favorire collegamenti tra livelli profondi e superficiali. Strati poco permeabili possono invece confinare il circuito e deviare lateralmente il flusso. La distribuzione di queste strutture influenza la posizione delle sorgenti e delle cavità.
Il riscaldamento non richiede necessariamente un vulcano vicino alla grotta. Una circolazione sufficientemente profonda può trasferire alle acque il calore delle rocce. La risalita dipende poi dai gradienti idraulici, dalle pressioni e dalle differenze di densità. Durante il tragitto, i fluidi possono scambiare gas e soluti con formazioni carbonatiche, silicoclastiche ed evaporitiche.
Nella Sicilia occidentale, la tettonica regionale controlla un mosaico di circuiti diversi. Le rocce carbonatiche costituiscono importanti serbatoi idrotermali. Il mescolamento con acque meteoriche modifica la temperatura e la composizione delle emergenze. La sorgente rappresenta dunque il punto terminale osservabile di una storia più articolata.
Speleogenesi carbonica nelle grotte termali: il ruolo dell’anidride carbonica
L’anidride carbonica disciolta partecipa alla formazione di una soluzione capace di dissolvere il carbonato di calcio. Una forma sintetica della reazione è:
[
\mathrm{CaCO_3 + CO_2 + H_2O \rightleftharpoons Ca^{2+} + 2HCO_3^-}
]
Il risultato è il trasferimento del calcio e del bicarbonato dalla roccia all’acqua. La direzione e l’intensità del processo dipendono dalle condizioni chimiche e fisiche. Sono importanti la disponibilità di CO?, la temperatura e il grado di saturazione rispetto alla calcite.
Per “saturazione” si intende la condizione in cui una soluzione è in equilibrio con un minerale. Un’acqua sottosatura può dissolverlo. Un’acqua sovrasatura può favorirne la precipitazione. Nei circuiti profondi, pressioni e disponibilità di gas possono mantenere condizioni diverse da quelle osservate alla sorgente. Durante la risalita, il degassamento può spostare l’equilibrio verso la deposizione di carbonati.
Questa dinamica spiega perché uno stesso sistema possa presentare zone di dissoluzione e zone di deposito. Il circuito non agisce allo stesso modo lungo tutto il percorso. Le cavità e le concrezioni registrano condizioni locali e fasi successive.
Raffreddamento delle acque termali e formazione delle cavità carsiche
Un processo rilevante riguarda il raffreddamento dei fluidi ricchi di CO?. Uno studio pubblicato nel 2023 su Communications Earth & Environment ha esaminato questo meccanismo con modelli geochimici e numerici. In condizioni appropriate, un’acqua calda inizialmente satura rispetto alla calcite può diventare sottosatura durante il raffreddamento. Acquista quindi una nuova capacità di dissoluzione.
Il modello considera fluidi profondi che risalgono lungo una via preferenziale. Quando incontrano una copertura poco permeabile, si distribuiscono lateralmente nell’acquifero carbonatico. Il trasferimento di calore alle rocce circostanti favorisce il raffreddamento. La dissoluzione può concentrarsi a una certa distanza dal punto di alimentazione e produrre reti di gallerie.
Le simulazioni mostrano che alcuni sistemi possono svilupparsi in tempi geologicamente brevi, anche nell’ordine delle decine di migliaia di anni. Questi tempi dipendono dalle condizioni imposte al modello. Non costituiscono una durata standard per tutte le grotte termali. Il contributo dello studio consiste nell’individuazione di un meccanismo capace di spiegare cavità estese senza attribuire ogni caso all’acido solforico.
Mescolamento delle acque e corrosione nelle grotte termali
Due acque in equilibrio con la calcite possono avere composizioni differenti. Quando si mescolano, la soluzione risultante può diventare sottosatura. Questo fenomeno è noto come corrosione per mescolamento. Dipende dalla natura non lineare degli equilibri chimici e può ampliare fratture e condotti nelle zone di contatto tra fluidi diversi.
Nei sistemi termali, il contatto tra una componente profonda e una componente meteorica modifica anche temperatura, ossigenazione e concentrazione dei gas. Questi cambiamenti influenzano la mobilità dei metalli e la precipitazione dei minerali. La zona di mescolamento è quindi un ambiente reattivo, non una semplice diluizione.
Grotte sulfuree e acido solforico: un diverso percorso di dissoluzione
In alcune cavità, il fluido profondo contiene idrogeno solforato, indicato con la formula H?S. Quando questo composto incontra ossigeno, la sua ossidazione può produrre acido solforico. Il processo può avvenire attraverso reazioni abiotiche e attività microbica. In forma schematica:
[
\mathrm{H_2S + 2O_2 \rightarrow H_2SO_4}
]
L’acido reagisce con il calcare. Una rappresentazione complessiva della formazione di gesso è:
[
\mathrm{CaCO_3 + H_2SO_4 + H_2O \rightarrow CaSO_4\cdot2H_2O + CO_2}
]
Queste reazioni sintetizzano passaggi che in natura possono coinvolgere intermedi e diversi ambienti di reazione. Il risultato comprende dissoluzione della roccia, produzione di gesso e liberazione di anidride carbonica.
La speleogenesi ad acido solforico viene spesso indicata con la sigla SAS. Può operare vicino alla superficie dell’acqua e nell’ambiente aerato soprastante. L’idrogeno solforato che passa dall’acqua all’atmosfera della grotta può alimentare reazioni su pareti e soffitti umidi. Acquasanta Terme, nelle Marche, offre un esempio di cavità termali sulfuree con processi attivi.
Una rassegna scientifica del 2024 documenta 84 aree del mondo con grotte ad acido solforico. Il numero si riferisce ad aree riconosciute dalla rassegna, non al totale delle singole cavità. La varietà dei casi mostra che questi processi interessano contesti geologici differenti.
Condensazione e vapori nelle grotte termali
La condensazione si verifica quando aria umida incontra superfici sufficientemente fredde. Sulle pareti può formarsi un sottile velo d’acqua. Se incorpora gas che ne aumentano l’aggressività, questo velo può dissolvere il substrato. Il processo prende il nome di corrosione per condensazione.
Nelle grotte sulfuree, l’ossidazione dell’H?S può rendere il film particolarmente acido. La trasformazione della roccia continua quindi anche sopra il livello dell’acqua. Gli studi sulle grotte ipogeniche siciliane attribuiscono alla condensazione-corrosione numerose forme di piccola e media scala. Le strutture geologiche orientano invece lo sviluppo generale delle cavità.
Questo processo va distinto dalla dissoluzione per raffreddamento in un acquifero completamente sommerso. Nel primo caso intervengono l’atmosfera della grotta e il film sulle pareti. Nel secondo, la reazione si sviluppa nella massa d’acqua che circola nella roccia.
Morfologie e minerali delle grotte termali: leggere le tracce dei fluidi
Cupole, tasche di dissoluzione, condotti ascendenti e reti labirintiche possono contribuire al riconoscimento di una storia ipogenica. Nelle cavità sulfuree sono importanti anche croste di gesso, solchi e forme legate a superfici d’acqua corrosive. Nessuna singola forma basta a ricostruire l’intero sistema. Il significato emerge dall’associazione tra geometria, geologia, minerali e dati idrochimici.
Il gesso può derivare dalla trasformazione del calcare per azione dell’acido solforico. In altri contesti appartiene invece alla roccia evaporitica attraversata dalle acque. Distinguere queste origini evita di confondere un prodotto della reazione con il substrato geologico. La calcite può registrare fasi di deposizione successive alla dissoluzione.
Gli studi siciliani segnalano inoltre fosfati collegati a depositi di guano. La mineralogia di una grotta può quindi combinare segnali idrotermali, trasformazioni della roccia e contributi biologici. Le diverse componenti devono essere interpretate nella loro posizione stratigrafica e ambientale.
Terre rare e grotte termali: come si costruisce una lettura geochimica
L’interesse delle terre rare non riguarda soltanto la loro concentrazione totale. Conta soprattutto la distribuzione relativa dei lantanidi. Per confrontarla, lo studio siciliano normalizza i valori rispetto al PAAS, una composizione di riferimento delle argille sedimentarie. Questa operazione rende più leggibili gli arricchimenti e gli impoverimenti lungo la serie.
Le anomalie si esprimono mediante rapporti rispetto a un valore atteso. Un rapporto inferiore a uno indica un’anomalia negativa. Un rapporto superiore a uno indica un’anomalia positiva. Nelle sorgenti analizzate, il rapporto del cerio varia approssimativamente da 0,16 a 0,88. Quello dell’europio va da 1,87 a 4,42.
Le terre rare pesanti possono restare preferenzialmente in soluzione grazie a complessi carbonatici più stabili. Altre frazioni vengono rimosse per adsorbimento sulle superfici minerali. Gli effetti di tetrade aggiungono informazioni sui processi che non dipendono soltanto dalla carica e dal raggio degli ioni. La firma risultante riflette quindi una combinazione di trasporto, scambio con le rocce e reazioni lungo il percorso.
Nello studio delle grotte termali, queste misure possono affiancare analisi degli ioni principali, isotopi e osservazioni morfologiche. La chimica dell’acqua restituisce informazioni sulla circolazione attuale. La roccia alterata può conservare invece tracce di fluidi del passato. Studi isotopici sulle pareti di grotte ipogeniche hanno mostrato la possibilità di riconoscere alterazioni associate ad antiche acque termali ricche di CO?.
Microbiologia delle grotte termali e degli ambienti sulfurei
Le grotte sulfuree possono sostenere reti biologiche alimentate da energia chimica. Alcuni microrganismi utilizzano composti ridotti dello zolfo nei propri metabolismi. La produzione primaria non dipende quindi soltanto dalla materia organica trasportata dalla superficie. Questo distingue tali ambienti da molte cavità carbonatiche ordinarie.
I microrganismi partecipano ai cicli dello zolfo e del carbonio. Possono influenzare acidificazione, dissoluzione e trasformazioni delle superfici minerali. La biospeleologia e la geochimica descrivono così aspetti dello stesso sistema. La distribuzione delle comunità dipende dai gradienti di ossigeno, dalla disponibilità dei composti energetici e dalle condizioni locali.
Le grotte calde non sono necessariamente prive di vita. Un’indagine micologica nel sistema di Monte Kronio ha documentato comunità fungine in condizioni prossime a 37 °C e a umidità relativa del 100%. La presenza di organismi dimostra l’importanza di considerare anche le componenti biologiche nello studio degli ambienti idrotermali.
Monte Kronio e Stufe di San Calogero: grotte termali, esplorazione e archeologia
Monte Kronio, presso Sciacca, rappresenta un riferimento italiano per le grotte vaporose. Le Stufe di San Calogero e le cavità collegate sono interessate da correnti d’aria calda e molto umida. Le ricerche sul Progetto Kronio riportano valori intorno a 37 °C e umidità relativa prossima alla saturazione.
Queste condizioni rendono l’esplorazione impegnativa. L’umidità elevata ostacola l’evaporazione del sudore e limita la dissipazione del calore corporeo. Il progetto ha sviluppato un percorso interdisciplinare che coinvolge speleologia, geologia, biologia e archeologia. La preparazione delle attività sotterranee deve considerare il carico termico oltre alle difficoltà tecniche dei passaggi.
Le cavità custodiscono anche testimonianze della frequentazione umana. L’Antiquarium di Monte Kronio presenta materiali provenienti da scavi e ricerche avviati negli anni Sessanta. L’esposizione distingue le fasi preistoriche dalle frequentazioni dal VI secolo a.C. al Medioevo e oltre. Scintilena ha documentato il lavoro della Commissione Grotte “Eugenio Boegan” nel complesso termale di Sciacca.
Ricerca nelle grotte termali: osservazioni, misure e ricostruzioni
Una caratterizzazione completa mette in relazione più livelli di indagine:
- Il rilievo speleologico descrive la geometria delle cavità e i collegamenti con le strutture geologiche.
- Le analisi delle acque distinguono composizione, mescolamenti e reazioni tra fluidi e rocce.
- Lo studio mineralogico e morfologico riconosce le tracce della dissoluzione e della deposizione.
- Le misure microclimatiche descrivono temperatura, umidità, ventilazione e condensazione.
- Le indagini microbiologiche chiariscono il contributo degli organismi ai processi geochimici.
La dimensione temporale è essenziale. Un campione d’acqua descrive una condizione del circuito. Una parete o un deposito possono riassumere trasformazioni avvenute in più fasi. Per questo, la lettura del sistema deve collegare misure attuali e archivi geologici.
Sicurezza nelle grotte termali: calore e atmosfere pericolose
Le condizioni ambientali cambiano tra cavità e tra settori dello stesso sistema. Nei complessi vaporosi, calore e umidità possono produrre un forte stress fisiologico. Nei sistemi sulfurei si aggiunge il possibile rischio legato all’idrogeno solforato. La valutazione dell’atmosfera e del carico termico deve precedere le attività e accompagnarne lo svolgimento.
L’odore non è un indicatore affidabile della sicurezza. Il NIOSH segnala che l’olfatto si affatica rapidamente in presenza di H?S. Il gas può quindi continuare a essere presente anche quando non viene più percepito. La scheda indica 100 parti per milione come concentrazione immediatamente pericolosa per la vita o la salute. Questo valore non rappresenta una soglia ammissibile per l’esplorazione.
L’accesso a questi ambienti richiede una pianificazione specialistica. La normale esperienza in grotta non sostituisce una valutazione dei rischi specifici. Il monitoraggio strumentale e le procedure devono essere adeguati al sito e alle attività previste.
Tutela delle grotte termali e valore degli archivi sotterranei
Le grotte termali riuniscono acqua, roccia, atmosfera e organismi in un sistema strettamente connesso. L’interesse scientifico comprende il funzionamento degli acquiferi, i processi di dissoluzione e le condizioni che sostengono gli ecosistemi. A Monte Kronio si aggiunge un patrimonio archeologico legato alla frequentazione delle cavità.
Una gestione orientata alla conservazione deve considerare insieme questi elementi. Il monitoraggio offre la base per valutare le trasformazioni del sistema e organizzare ricerca e accessi. La documentazione delle forme, dei depositi e delle comunità biologiche permette di conservare informazioni che non possono essere ricostruite soltanto osservando la sorgente.
Il legame con la ricerca siciliana consiste nella possibilità di integrare questi archivi con i traccianti disciolti. Le terre rare descrivono la storia chimica dei fluidi. Le cavità e i loro minerali mostrano gli effetti prodotti sulla roccia. Considerati insieme, questi dati aiutano a comprendere l’evoluzione dei sistemi idrotermali e del carsismo profondo.
https://www.mdpi.com/2076-3263/16/9/379
Fonti dell’articolo e della relazione
- Cangemi M., Oliveri Y., Inguaggiato S., Favara R., Madonia P. (2026), “Geochemical Behavior of Rare Earth Elements in Hydrothermal Groundwaters of Western Sicily (Italy)”, Geosciences, 16(9), 379.
https://www.mdpi.com/2076-3263/16/9/379
https://doi.org/10.3390/geosciences16090379 - “Cooling of hydrothermal fluids rich in carbon dioxide can create large karst cave systems in carbonate rocks”, Communications Earth & Environment (2023).
https://www.nature.com/articles/s43247-023-01082-z - “Sulfuric acid caves of the world: A review”, Earth-Science Reviews (2024).
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https://alpespeleo.fr/com/comdiv/papier/2016/2016%20De%20Waele%20et%20al%20SAS%20WT%20caves%20Geomorphology%20253%20p%20452-467.pdf - “The sulfidic thermal caves of Acquasanta Terme (central Italy)”, testo scientifico.
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https://iris.unito.it/retrieve/handle/2318/1524671/50324/Badino_Torelli.pdf - “First mycological assessment in hydrothermal caves of Monte Kronio (Sicily, southern Italy)”, scheda bibliografica AGRIS.
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https://parchiarcheologici.regione.sicilia.it/valle-templi/en/siti-archeologici/antiquarium-di-monte-kronio-sciacca/ - Scintilena, “Nuove scoperte archeologiche nelle grotte vaporose di Sciacca in Sicilia” (30 novembre 2011).
https://www.scintilena.com/nuove-scoperte-archeologiche-nelle-grotte-vaporose-di-sciacca-in-sicilia/11/30/ - “Hypogenic caves of Sicily (southern Italy)”, contributo al Congresso internazionale di speleologia (2013).
https://www.alpespeleo.fr/com/comdiv/papier/2013/2013%20Vattano%20et%20al%20Hypogenic%20caves%20of%20Sicily%2016%20ICS%20p%20144-149.pdf - USGS, “Hypogenic karst of the Great Basin” (2021).
https://www.usgs.gov/publications/hypogenic-karst-great-basin - “Combined use of conventional and clumped carbonate stable isotopes to identify hydrothermal isotopic alteration in cave walls” (2022).
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https://hess.copernicus.org/articles/25/2895/2021/hess-25-2895-2021.pdf - “Underground meteorology: What’s the weather underground?”, Acta Carsologica (2010).
https://ojs.zrc-sazu.si/carsologica/article/download/74/66 - CDC–NIOSH, Pocket Guide to Chemical Hazards, “Hydrogen sulfide”.
https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0337.html
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