Speleotemi in due giacimenti di bauxiti

 

SPELEOTEMI IN DUE GIACIMENTI DI BAUXITI PIRITIZZATE (VALLE DELLA MIRNA – LOCALITÀ MINJERA – ISTRIA CENTRALE – CROAZIA)

Fig. 1 – Presso l’ingresso del giacimento d 15 una faglia di notevole rigetto separa nettamente una massa di bauxite rossa compatta dai calcari che sono qui in giacitura sub-orizzontale (foto Laila Merlak). Base della foto 3 metri

Pubblicato sul n. 57 di PROGRESSIONE  Anno 2010

Riassunto

E’ stata condotta una ricerca su alcuni giacimenti e depositi di bauxiti presenti nell’Istria centrale per verificare i rapporti intercorrenti tra le bauxiti stesse e le manifestazioni carsiche presenti. La ricerca si è concentrata in due giacimenti contigui e intercomunicanti della località di Minjera presso Buzet (Pinguente), nella valle del Quieto (valle della Mirna – Croazia).
Sul terreno sono stati determinati:
-l’assetto spaziale dei giacimenti in rapporto con le deformazioni tettoniche dei calcari,
-le correlazioni tra le bauxiti e le concrezioni di gesso e calcite rinvenute,
-le caratteristiche fisico-chimiche delle acque di percolazione nei due giacimenti.
Utilizzando comuni tecniche di laboratorio è stata fatta una prima caratterizzazione di massima delle rocce bauxitiche dell’area.
Premessa
La bauxiti dei territori dell’Istria centrale, area di Minjera (fig. 1), sono rocce residuali relativamente compatte, con peso specifico  tra 2,0 e 2,3 e prevalentemente costituite da una miscela di ossidi ed idrossidi di alluminio e ferro.
I principali idrossidi di alluminio sono presenti come bohemite γ-AlOOH  e gibbsite γ-Al(OH)3 e materiale amorfo (Al2O3Χ  nH2O).
Gli ossidi ed idrossidi di ferro sono presenti come ossido ferrico anidro α-Fe2O3 ed idrossido ferrico α-FeOOH.
Queste rocce contengono, in misura diversa, quarzo e fillosilicati (caolinite, clorite, illite). Sono presenti ossidi di titanio.
Si rinvengono in traccia: manganese, cromo, nichelio, stronzio, vanadio, cobalto, rame e zirconio. Nei giacimenti bauxitici della area, qui studiata, di Minjera (Valle della Mirna, Buzet – Croazia), è presente la pirite associata a marcasite, anatase, tormalina e zircone (Šinkovec B., Sakać K. & Durn G., 1994).
I principali litotipi bauxitici di Minjera hanno un colore generalmente da rosso a rosso bruno, talvolta giallastro; questi litotipi sono frequentemente associati  a litotipi grigio-biancastri(1).
Nella realizzazione del progetto “Map of Mineral Deposits of Republic of Croatia”, e relativamente alla stessa area di Minjera, è stata accertata la presenza, nei litotipi di queste bauxiti piritifere, di radionucleidi quali: 40K, 226Ra, 228Ra, 238U, 137Cs (Gabric A. & Prohic E., 1995).
In tabella 1) sono indicate le composizioni chimiche dei due principali gruppi di litotipi delle bauxiti di Minjera.


(1) Le bauxiti grigio–biancastre contengono pirite e sono state descritte per la prima volta come “minerale cinereo – bianchiccio”, da Pietro Turini in: Preparazione dell’Allume nella miniera di S. Pietro nel Dipartimento dell’Istria. Stamperia di Antonio Curti q. Giacomo, Venezia. 1808. A Turini va riconosciuto la prima analisi assoluta di una roccia bauxitica.

litotipi TiO2 Al2O3 Fe2O3 SiO2
MnO
MgO CaO Na2O K2O P2O Fe2O3(*) S (**) L.O.I.
Bauxiti piritizzate 2,26 55,80 1,66 9,75 0,05 0,33 0,05 0,05 0,05 0,08 6,73 5,40 19,64
Bauxiti giallo-rosse 3,17 63,60 16,65 1,93 0,05 0,30 0,05 0,05 0,05 0,05 15,32

Tab.1- Bauxiti di Minjera. Contenuto medio (in percentuale di ossidi) dei principali componenti delle bauxiti piritizzate e delle bauxiti giallo–rosse – (*) e (**) come solfuri – (da: Sinkovec B. et al., 1994 e Gabric A. et al.,1995).
I giacimenti bauxitici di Minjera non rivelano tracce di stratificazione e si presentano in forme lenticolari, in strutture simili a filoni oppure in masse o concentrazioni anomale; mai in depositi di rilevante volume.

Fig. 2 – Sezione geologica strutturale indicativa del settore studiato dei giacimenti di Minjera

Il contatto con il calcare incassante è condizionato da faglie ed è netto, distinguibile sul terreno, talvolta misurabile nel dettaglio (fig. 3).

Fig. 3 – Operazione di rilevamento di un sistema di faglia interessata da importanti mineralizzazioni nel giacimento d 15 di Minjera (foto Enrico Merlak)

A Minjera concentrazioni di bauxiti si rinvengono in corrispondenza della parte terminale dei calcari a Rudiste (Cretaceo sup.), nei calcari Paleocenici e alla base dei calcari ad Alveoline e Nummuliti (Eocene), in settori maggiormente disturbati da deformazioni tettoniche (fig. 2 e 4).
Riguardo la genesi dei depositi di bauxite dell’Istria le opinioni non sono concordanti.
Natura e rapporti tra bauxiti istriane e calcari incassanti costituiscono da alcuni decenni un argomento di dibattito che investe anche l’origine della terra rossa e che in modo indiretto ha interessato anche gli studiosi di carsismo.
Seguendo gli schemi comunemente adottati esistono due principali itinerari che portano a giustificare la concentrazione di bauxiti nel territorio:
1)  genesi autoctona diretta: roccia madre (calcari, calcari dolomitici, dolomie) bauxite
2) genesi alloctona indiretta: roccia madre (materiali alluvionali e detritici provenienti dalla disgregazione di rocce silicate) prodotti di estrema alterazione bauxiti (e terre rosse).

Fig. 4 – Ingresso del giacimento d 15. La volta è costituita da calcari neri, lamellari, molto friabili, ed è soggetta a continui crolli. La parete ovest è costituita da calcari compatti paleocenici intensamente mineralizzati. Sul lato destro della foto, alcuni metri in profondità, è ubicata la colata di cristalli aghiformi di gesso (foto Laila Merlak). Base della foto 2 metri

Negli anni settanta alcuni studiosi rilevarono che le associazioni dei minerali pesanti accessori presenti nelle bauxiti suggerivano un’origine prevalentemente detritica.
E’ stato quindi ipotizzato che bauxiti (e terre rosse) della regione non rappresentino un prodotto risedimentato della dissoluzione dei calcari ma siano piuttosto, o per la maggior parte, il prodotto insolubile finale dell’alterazione estrema dei materiali provenienti dall’erosione di silicati, con alterazione prodotta in condizioni di elevato drenaggio e  attraverso forme di dissoluzione incongruente (1). Riassumendo, esistono difficoltà riguardo i criteri di diagnosi ma sembrerebbe che gli indicatori geo-chimici e quelli mineralogici non forniscano al momento convincenti supporti alla tesi di una prevalente derivazione delle bauxiti del territorio dal residuo insolubile dei calcari.

(1) Calcari, dolomie, gessi e sali in genere hanno sempre una dissoluzione congruente mentre i silicati presentano una dissoluzione incongruente, con perdita in soluzione acquosa degli ioni maggiormente mobili (Ca, Mg, Na, K) e costruzione di strutture minerali diverse dall’originale. Si tratta dello stesso principio definito come neo – mineralizzazione.

 

I giacimenti di Minjera d15 e d16

Fig. 6 – Galleria artificiale nel giacimento d 16. Sulle pareti sono visibili limitate concentrazioni bauxitiche in forma di piccoli filoni trasversali allo scavo (foto Enrico Merlak). Base della foto 2 metri.

In fig. 2) è riportato lo schema geologico – strutturale dell’area oggetto di studio.
I siti studiati corrispondono a quelli registrati con i numeri d 15 e d 16, ubicati sul versante sinistro del fiume Mirna (Quieto).
Il giacimento d 15 è scavato nei calcari neri lamellari, friabili e facilmente sfaldabili, appartenenti alla formazione paleocenica. Mentre il fondo è interamente coperto dai detriti di scavo, e non esplorabile, pareti e volta presentano diffuse tracce di mineralizzazione intensa a base di ossidi ed idrossidi di alluminio e ferro (fig. 4).
L’esame delle pareti non rivela nel giacimento la presenza di vani di origine carsica preesistenti allo scavo ed intercettati dallo stesso, mentre risulta eccezionale, in quanto rara, l’esistenza in prossimità dell’ingresso di una colata di stupende concrezioni gessose aghiformi(1), bianchissime, estremamente ben conservate, aventi un fronte complessivo della larghezza media di circa 60 cm ed una altezza di 3 metri.
L’origine di queste concrezioni è attribuibile alla presenza originaria, in superficie, di concentrazioni di solfuri trasformati in solfati che, attraverso un sistema di percolazione e ventilazione,

Fig. 7 – Particolare di due filoni bauxitici presenti nella roccia calcarea compatta sulla parete ovest della galleria artificiale d 16 (foto Laila Merlak). Base della foto 30 centimetri

consentono la precipitazione e la cristallizzazione nelle forme riportate in fig. 9 e 10.
La presenza di colate di gesso è riconducibile al sistema S – H2O in cui intervengono sia gli equilibri acido-base sia gli equilibri ossido-riduttivi.
Nel caso esaminato una spiegazione possibile è che la concrezione gessosa derivi da un eccesso di ioni SO4nelle acque di percolazione. Lo ione solfato proviene dall’ossidazione, da parte dell’ossigeno contenuto nelle acque piovane, dei solfuri originariamente presenti e concentrati in alcune masse bauxitiche sovrastanti.
La posizione particolare, prossima all’ingresso ed in una cavità che intercetta una seconda, garantisce una ventilazione costante e probabilmente ha favorito, nel caso specifico, una veloce precipitazione del gesso nelle forme osservate.
Si tratta comunque di un caso poco comune in tutta la regione, Carso classico compreso.
Il giacimento d 15 intercetta, in salita e dopo circa una decina di metri, il giacimento d 16, ubicato ad una quota leggermente superiore.
Il giacimento d 16 è costituito da una galleria orizzontale di 15 metri, a sezione costante, interamente scavata nella roccia compatta costituita da calcari eocenici (fig. 7). Anche in questo giacimento il tracciato di scavo non ha intercettato vani preesistenti di origine carsica sebbene siano presenti numerosi filoni bauxitici di scarsa importanza ai fini dello sfruttamento ma comunque ben individuabili (fig. 8). Interessante è qui la presenza di una potente deposito di calcite, ubicato in prossimità dell’ingresso (fig. 11).
Si tratta di una colata generatasi per effetto di intensa percolazione, successivamente allo scavo della galleria, attraverso la presenza, tra parete e soffitto, di una zona intensamente fratturata e che ha già raggiunto un volume di circa tre o quattro metri cubi. In tutta la galleria non si rinvengono altre manifestazioni carsiche ne ulteriori fenomeni concrezionari.


(1) Comunicazione personale di Paolo Forti che gentilmente ha offerto la sua disponibilità per l’esame di un  campione della concrezione.

Le acque di percolazione

E’ stata eseguita un’indagine fisico – chimica sulle acque di percolazione dei giacimenti d 15 e d 16 (media di cinque campioni) e del vicino torrente che scende dalle alture di Sovignacco e alimenta il fiume Mirna (media di due campioni). I risultati sono indicati in tab.2.

Ca++ Mg++ Na+ K+ Cl SO4 HCO3 SiO2 pH S.I. K25°C
Percolazione 56 12 2,5 2 4 14 219 1,5 8,5 1,2 390
Torrente 60 6 2,5 4 4 27 209 2,2 8,6 1,3 395

Tab. 2 – Caratteristiche fisico- chimiche di alcune acque dell’area di Minjera (prelievi effettuati in dicembre 2009 e febbraio 2010).
Percolazione: media di 2 campioni raccolti in d 15 e 3 campioni raccolti in d 16.
Torrente: media di 2 campioni raccolti nel torrente scorrente tra i giacimenti d 16 e d 17, a quote leggermente diverse.
I risultati indicano che si tratta di acque tipicamente carsiche di media durezza, sature (non aggressive) e quindi incrostanti, con un contenuto di solfati compatibile con la presenza in superficie di bauxiti piritifere. Le acque torrentizie, provenienti dal flysch sovrastante, presentano un contenuto maggiore di potassio. Tutte le acque hanno un contenuto di cloruri simile tra loro, indice di provenienza atmosferica.

Fig. 8 – Concrezioni gessose sotto forma di cristalli aghiformi presenti sulla parete ovest del giacimento d 15 (foto Enrico Merlak). Queste concrezioni si sono formate successivamente all’apertura della cava

Discussione

 Lo sfruttamento delle bauxiti piritizzate della località Minjera, nella valle della Mirna, risale al sedicesimo secolo. Per il contenuto in pirite e marcasite, furono utilizzate soprattutto per la produzione di vetriolo ed allume.
Il primo studio chimico – mineralogico in assoluto si deve a Pietro Turini (1808), proprietario delle miniere di S. Pietro ed autore delle prime analisi chimiche di queste rocce residuali, che anticipò di tredici anni il lavoro di Berthièr (1821), erroneamente ritenuto primo scopritore e primo studioso analista delle bauxiti.
Il primo lavoro moderno e completo sulle bauxiti piritizzate di Minjera è attribuibile a Šinkovec B. et al. (1994).
Una accurata descrizione dei giacimenti si trova anche nell’ “Excursion Guide Book” del Primo Congresso Geologico Croato del 1995 (Gabrić A. et al., 1995).
Agli Atti dello stesso Congresso sono riportati i risultati delle ricerche compiute sui radionucleidi presenti nelle bauxiti di Minjera (Gabrić A. & Prohic E., 1995).
Altre notizie sui giacimenti sono riportate da Marusič et al., 1993 e 1995 e da Sakać et al., 1993.
Sui giacimenti esiste una esauriente bibliografia. Si tratta essenzialmente di lavori impostati sulla mineralogia e sulla geochimica. La presente memoria tratta i possibili rapporti tra forme di carsismo e giacimenti.
Per le valutazioni generali del problema è necessario tenere presente che in questa area ristretta i terreni sono malagevoli per l’asperità del terreno accentuata da una folta vegetazione, le deformazioni tettoniche sono intense e complesse, non sono visibili in superficie cavità carsiche ed i giacimenti bauxitici, anche superficiali, sono dispersi un po’ da per tutto.
L’esplorazione e lo studio di cinque giacimenti, poi incentrata sui due giacimenti – d 15 e d 16 – ha comunque consentito di accertare che gli scavi non hanno intercettato alcun vano carsico ipogeo  preesistente ne alcuna formazione concrezionaria di riempimento che provi l’esistenza previa di vani carsici ipogei ma sono proceduti nella roccia compatta e senza vuoti.
I filoni bauxitici (e le masse mineralizzate) presenti nei due giacimenti sono venuti alla luce attraverso lo scavo e l’asporto della roccia calcarea durante la realizzazione delle gallerie e risultano generalmente distribuiti in forme laminari di vario spessore lungo fratture o in masse confinate da specchi di faglia. Il che è rilevabile sia nei giacimenti sotterranei che in superficie (vedi fig.6 e 7).
Nel complesso le indagini eseguite nei giacimenti non rivelano connessioni genetiche tra una evoluzione del fenomeno carsico e i depositi residuali bauxitici.
Gli unici testimoni evidenti di speleotemi sono rappresentati dai due sistemi di concrezioni, una colata di cristalli di gesso nel giacimento d 15 ed una colata di concrezione di calcite nel giacimento d 16. I due sistemi di concrezioni si sono generati successivamente allo scavo delle gallerie, e quindi dopo il sedicesimo secolo. Nei giacimenti studiati non sono state rintracciate rocce residuali bauxitiche riconducibili a  preesistenti vani carsici.

Fig. 9 – L’imponente colata di calcite nel giacimento d 16

BIBLIOGRAFIA

Gabrić A., Galović I., Sakać K. & Hvala M., 1995 – Mineral deposits of Istria – Some deposits of Bauxite, Building Stones and Quartz “Sand”. Hrvatski Geološki Kongres, First Croatian  Geological Congress, Excursion Guide Book, 1: 111-137.

  • Marusič R, Sakač K. & Vujec S., 1993 – Four century of bauxite mining. Rudarsko-Geološko-nafti Zbornik, 5: 15-20.
  • Marusič R, Sakač K. & Vujec S., 1995 – The World’s oldest bauxite mining. Travaux ICSOBA,  22: 81-98.
  • Sakač K., Vujec S., 1988 – History of Bauxite Mine exploatation in Yugoslavia. VI Yugosl. simpozij istraz. eksploat. Boksita. Zbornik radova: 279-286.
  • Sakač K., Vujec S. & Marušič R., 1993 – “Minjera” svjetski značajan minerloški i rudarski lokalitet Istre. Buzetski zbornik, 18: 49-77.
  • Šinkoveć B., 1974 – The origin of terra rossa in Istria. Geol. Viesnik, 27: 227-237.
  • Šinkoveć B., Sacać K., Durn G., 1994 – Pyritized bauxites from Minjera, Istria, Croatia. Natura Croatica, 3: 41-65.

                                                                                           Enrico Merlak