Frammenti di geologia urbana: il duomo di Orvieto

Passeggiando per le nostre città talvolta ci imbattiamo in veri e propri tesori che possono rivelare informazioni inaspettate se guardati da occhi esperti. Oggi siamo ad Orvieto al cospetto del suo meraviglioso Duomo

 di Chiara Caricchi

Il Duomo di Santa Maria Assunta in cielo ad Orvieto è una realizzazione architettonica ed artistica del tardo medioevo.

La costruzione prese avvio nel 1288, sotto il pontificato e l’impulso decisionale di Niccolò IV (capitano del popolo e podestà di Orvieto), con l’allestimento del cantiere, l’approvvigionamento dei materiali e lo scavo delle fondazioni terminato nel 1290 con la posa della prima pietra benedetta dal papa con solenne cerimonia (Spagnesi P.C., 2020). La costruzione proseguì nel corso di più secoli fino ad arrivare agli inizi del XVII.

Quando si arriva in Piazza del Duomo si rimane ammaliati dalla spettacolare facciata della cattedrale.

Fig.1 Facciata del Duomo di Orvieto (C. Caricchi)

Ma quello che ci interessa, nel nostro percorso di geologia urbana, non si trova sulla facciata, ma nei prospetti laterali e nel sagrato, dove predominano i colori bianco, nero e rosa.

Fig.2 Il duomo di Orvieto (C. Caricchi)

In particolare il prospetto laterale è caratterizzato da una tipica bicromia data dall’alternanza dei colori bianco e nero.

Fig.2 Il duomo di Orvieto (C. Caricchi)

Avvicinandoci è possibile distinguere nel dettaglio le rocce che creano questo spettacolare motivo cromatico.

Fig.4 A) Alternanza di rocce di colore bianco (travertini) e nero (lave leucititiche). B) Dettaglio della lava leucititica, C) Dettaglio del travertino.

Le rocce di colore nero, conosciute come “basaltina”, sono rocce effusive di origine vulcanica ricche in cristalli di leucite – Fig.4B). Le rocce di colore più chiaro sono invece dei travertini, rocce sedimentarie carbonatiche (Fig.4C).

Come si sono formate queste rocce e come sono arrivate a far parte di un edificio così unico?

Un recente studio pubblicato da ricercatori del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Perugia (Moroni e Poli, 2020) mostra come il materiale utilizzato provenga da un’area ristretta e limitrofa ad Orvieto. Nello studio citato sono stati analizzati campioni prelevati sia dalle pareti esterne ed interne del Duomo che nelle cave/aree limitrofe ad Orvieto. Con i campioni raccolti è stato possibile fare il confronto per cercare di stabilire la provenienza delle rocce che costituiscono il Duomo. Gli esami eseguiti sono stati di tipo mineralogico e geochimico Vediamone i risultati più salienti.

Lava leucititica (“Basaltina”)

Fig. 5 Dettaglio della lava leucititica, con Leuciti di dimensioni pari a 1 cm (C. Caricchi)

La foto mostra il dettaglio di un campione di roccia nera proveniente dal prospetto laterale.

E’ una lava ricca in cristalli di Leucite che raggiungono anche dimensioni di 10 mm (come quello cerchiato in rosso). Si tratta di una lava leucititica, ossia una lava ultrapotassica che si è formata per raffreddamento di un magma estremamente povero in silice.

Oltre a questa litologia, in alcuni settori del Duomo sono state osservate anche lave con cristalli di Leucite inferiori ai 2 mm e lave con Leuciti visibili solo al microscopio.

Da dove viene il magma che ha generato le rocce scure che caratterizzano il Duomo?

Le analisi mineralogiche e geochimiche condotte sui campioni prelevati in diversi punti della cattedrale suggeriscono che le suddette lave sono prodotti del vicino Distretto Vulcanico dei Vulsini.

Il Distretto Vulcanico dei Vulsini è costituito da 5 principali complessi vulcanici sviluppati su di un’area di circa 2200 km2: Paleovulsini, Bolsena-Orvieto, Montefiascone, Vulsini meridionali e Latera.

Il Distretto è caratterizzato da una morfologia complessiva a scudo (ossia con pendii poco acclivi), su cui spiccano la depressione vulcano-tettonica del Lago di Bolsena, larga 19 km, la caldera di Latera-Vepe e il cono e la caldera di Montefiascone. Numerosi sono i centri eruttivi minori (coni stromboliani, coni di tufo, anelli di tufo), per lo più allineati lungo faglie attorno al Lago di Bolsena e alla caldera di Latera (Fig. 6).

Fig. 6 A sinistra mappa dei rilievi del Vulsini. A destra Carta geologica schematica, semplificata. (modificata da Da Peccerillo A., 2017).

Le rocce affioranti in questa area sono costituite in misura minore da lave e prevalentemente da prodotti piroclastici (ceneri, lapilli e bombe vulcaniche prodotti dall’attività esplosiva dei centri eruttivi), ora preservati come tufi. Un esempio sono quelli che costituiscono la rupe che ospita la cittadina di Orvieto da cui svetta il Duomo.

Fig. 7 Dettaglio della Città di Orvieto costruita sui tufi (C. Caricchi)

Le età determinate sulle rocce esposte nel Distretto Vulcanico dei Vulsini variano da circa 0,6 a 0,13 milioni di anni, confinando così l’attività vulcanica in questo intervallo temporale.

Tuttavia, frammenti di rocce ultrapotassiche e minerali costituenti (leucite, clinopirosseno) sono stati trovati nei depositi continentali del Pleistocene inferiore vicino a Orvieto, spostando l’inizio del vulcanismo a circa 1,7 Ma (Peccerillo A., 2017).

Da quale settore del Distretto Vulcanico dei Vulsini sono state prelevate, centinaia di anni fa le lave per la costruzione del Duomo?

Analisi mineralogiche e geochimiche condotte su campioni prelevati in cave di “basaltina” in aree limitrofe ad Orvieto (es. Bagnoregio, VT; Sugano, TR) mostrano affinità con i campioni prelevati dalle pareti della cattedrale. Ciò lascia supporre che le lave impiegate per la costruzione del Duomo fossero state estratte da aree non molto distanti dalla Rupe, nel settore nord orientale del distretto dei Vulsini.

Alcuni studi mostrano, inoltre, che le lave contenenti cristalli di Leucite visibili ad occhio nudo, affioranti nelle aree limitrofe ad Orvieto, sono state estratte non solo nell’epoca Medievale ma anche durante quella Etrusca e Romana, periodo in cui si producevano le macine che venivano commerciate in tutto il Mediterraneo (Antonelli e Lazzarini, 2010).

Il travertino

Fig. 8 Dettaglio del travertino impiegato nella costruzione del prospetto laterale (C. Caricchi)

In generale il travertino è classificato come roccia sedimentaria chimica e biochimica. Si forma in ambienti continentali come cascate, fiumi, sorgenti e bacini poco profondi. Il travertino è costituito principalmente da carbonato di calcio (CaCO3) che precipita da acque che ne sono sovrassature. Tale precipitazione, è causata da un aumento di temperatura, una variazione di pressione (come, ad esempio, in corrispondenza di una sorgente), da agitazione meccanica (come avviene nelle cascate) o dalla azione di alghe e batteri. Questi ultimi infatti concorrono direttamente alla formazione del travertino, fissando la CO2 e facilitando così la deposizione del carbonato di Calcio.

Tornando a quello impiegato come materiale edilizio nel Duomo di Orvieto gli studiosi, basandosi sulle analisi effettuate sui campioni prelevati in diversi punti della cattedrale, hanno osservato la presenza di tre tipologie differenti di travertino: 1) Travertino Stromatolitico, 2) Travertino Fitoermale 3) Travertino detritico.

Come e dove si sono formate queste diverse tipologie di travertino?

Sia il travertino fitoermale che quello stromatolitico provengono dalla calcificazione di feltri algali e piante. I primi si formano per incrostazioni su micro e macrofite (come ad esempio gli attuali muschi e licheni) formando impalcature rigide. I secondi si generano per sovrapposizione di lamine millimetriche di calcite legate alla attività di alghe. Il travertino detritico si genera invece dalla incrostazione su frammenti sia organici (es. frammenti animali e vegetali) che inorganici (es. frammenti di roccia o altri minerali).

In alcuni campioni di travertino analizzati sono stati rinvenuti gusci Ostracodi e Gastropodi, organismi d’acqua dolce.

La maggior parte dei campioni è caratterizzata dalla presenza di cristalli di minerali di quarzo, alcali-feldspato, mica bianca, pirosseno, biotite, epidoto, titanite e clorite, insieme a rari frammenti di tufo e lava.

Tali osservazioni lasciano ipotizzare che il travertino si sia formato in un bacino lacustre vicino al Distretto Vulcanico dei Vulsini. Questo conferma quanto osservato da studi precedenti che indicavano la presenza di un ambiente lacustre vicino ad Orvieto nel Pleistocene, formatosi durante una fase di quiescenza della attività vulcanica dei Vulsini.

Ora che sappiamo come e dove si è formato il travertino resta da capire da quale luogo sia stato prelevato, centinaia di anni fa, durante la costruzione del Duomo.

Le analisi effettuate su campioni di travertino prelevati nelle vicinanze di Orvieto hanno mostrato similitudini tra i campioni provenienti dal Duomo e quelli prelevati in depositi affioranti nell’area di Tordimonte (TR), un abitato posto a pochi km di distanza a SE di Orvieto. Questo lascia pensare che la provenienza del Travertino impiegato nella costruzione della cattedrale provenga proprio da questo settore e che questa sia stata la stessa area di estrazione nelle varie fasi edilizie.

Infine spostiamoci sul Sagrato, qui all’alternanza bianco e nera si aggiunge un altro colore: il rosa.

Fig. 9 Dettaglio del sagrato dove alla bicromia bianca e nera si aggiunge quella rosa e bianca (C. Caricchi)

Queste rocce rosa sono chiamate il “Marmo rosa di Prodo” e provengono da una cava, ad oggi dismessa, in una località poco distante dalla Rupe di Orvieto, denominata Colonnetta di Prodo (TR).

In realtà queste rocce non sono dei marmi (rocce metamorfiche), come erroneamente il nome può lasciar pensare, ma dei calcari-calcari marnosi, di colore rosato.

Queste rocce sono di tipo sedimentario e si generano dalla diagenesi di fango carbonatico depositato sul fondale di un ambiente marino profondo, che caratterizzava l’area di Orvieto decine di milioni di anni fa.

Secondo la classificazione di Dunham delle rocce sedimentarie il “Marmo rosa di Prodo” può essere classificato come Mudstone o Wackstone, a seconda del contenuto di grani rispetto al fango carbonatico. Sono dei Mudstone le rocce fango sostenuta con meno del 10% di grani e più del 90% di fango. Sono dei Wackestone quelle, fango sostenute, con più del 10% di grani e meno del 90% di fango.

Fig. 10 Classificazione delle rocce carbonatiche ridisegnato da Dunham (1962)

Quando passeggiate tra i vicoli di paese cittadine o tra le vie delle grandi città, guardatevi intorno, osservate quali sono le pietre utilizzate per la costruzione di edifici e monumenti, potrebbero svelarvi molto sulla geologia dell’area in cui vi trovate!


Riferimenti bibliografici

Antonelli F, Lazzarini L (2010) Mediterranean trade of the most widespread Roman volcanic millstones from Italy and petrochemical markers of their raw materials

Dunham R.J (1962)  Classification of Carbonate Rocks According to Depositional Textures, 108-121, AAPG
Foglio 130 Orvieto, carta Geologica d’Italia alla scala 1:100000_ ISPRA Istituto Superiore per la Protezione e Ricerca Ambientale

Moroni B. e Poli G. (2000). Provenance of materials employed in the construction of Orvieto Cathedral (Umbria, Italy).

Peccerillo A. (2017) Cenozoic Volcanism in the Tyrrhenian Sea Region Second Edition, Advance in Volcanology, Springer.

Spagnesi PC (2020) Studi sull’architettura del Duomo di Orvieto. Sapienza Università Editrice 10.13133/9788893771528