La sua origine, circa dieci milioni di anni fa è da attribuire allo scontro - tuttora in atto - fra la zolla del continente africano e quella europea. Le rocce che compongono il Massiccio sono infatti di origine marina. Questi sedimenti hanno subito nei tempi geologici una notevole cementificazione e successivamente vennero sollevati a causa di queste spinte che determinarono l'innalzamento della catena alpina.
I principali tipi di rocce che ritroviamo oggi nel Grappa sono:
i Calcari Grigi, la formazione più antica che costituisce la maggior parte del Massiccio ed affiora nei versanti dirupati e nelle incisioni vallive profonde. La costituzione calcarea ha generato un fenomeno carsico così diffuso, tale da portare alla scoperta in anni recenti di numerose grotte ricche di stalattiti, pozzi molto profondi e gallerie di notevole pregio;
il Rosso Ammonitico, di natura calcarea, dà vita alle splendide "città di pietra" che si osservano ad esempio in Val Poise e Meda;
il Biancone, sempre di natura calcarea, che ritroviamo a Cima Grappa e in tutte le cime arrotondate del Massiccio e al tempo stesso a monte degli abitati di semonzo e Borso;
la Scaglia Rossa, un calcare argilloso, materia prima per produrre il cemento.[3]
Inoltre il Massiccio del Monte Grappa è stato interessato, durante il corso dei secoli, da diversi agenti esogeni che hanno contribuito alla modifica della sua struttura morfologica:
i ghiacciai, responsabili sia delle profonde incisioni vallive della Valle del Brenta e della Valle del Piave, sia, assieme all'azione delle acque selvagge, del modellamento delle valli secondarie. Sono inoltre responsabili dei circhi glaciali presenti presso Cima Grappa;
i torrenti, data la natura carsica del Grappa, sono presenti solo in occasione di persistenti e abbondanti precipitazioni. Viste le forti pendenze degli alvei, la loro azione erosiva è stata ed è certamente efficace e tale da giustificare le selvagge asperità dei versanti vallivi. Laddove il bacino idrografico è ampio, questi temporanei corsi d'acqua hanno dato luogo a conoidi di deiezione, alcuni molto caratteristici, come quello della Val Cornosega tra Semonzo e Borso;
il fenomeno carsico, come detto in precedenza, è molto sviluppato nel Massiccio. Lo dimostrano la presenza di grotte e pozzi, la diffusione di doline e inghiottoi, l'assenza di corsi d'acqua e sorgenti in quota, il ritrovamento di "città di pietra" e l'osservazione di buche, fori o impronte di campi carreggiati sui massi affioranti.
La posizione geografica del monte Grappa e di tutto il versante meridionale del massiccio, a ridosso della pianura veneta fa di esso un'area particolarmente ricca, sia dal punto di vista floristico, sia da quello vegetazionale. Infatti, le condizioni climatiche derivanti dalla sua ubicazione hanno favorito l'integrazione della vegetazione di macchia arbustiva, tipica delle zone mediterranee, con le formazioni boreali montane che occupano spazi relativamente ristretti nei quali troviamo boschi a prevalenza di conifere e arbusteti subalpini, propri delle zone lungamente innevate. Alberi e arbusti tipici sono l'abete bianco, l'abete rosso, il faggio; i fiori tipici sono invece la soldanella, il botton d'oro, la clematide e il fior di stecco.
Anche dal punto di vista faunistico in Grappa si riscontra una certa ricchezza. Tra le specie animali presente troviamo il capriolo, il camascio, il muflone ed il cervo; si possono osservare rapaci quali la poiana, il falco pellegrino, l'aquila reale ed il gufo reale; infine, tra gli altri, lo scoiattolo, la volpe, il tasso, il ramarro e molteplici specie di libellule
Il monte Grappa si erge a ridosso della pianura veneta. Il suo clima è spesso influenzato da condizioni meteo estremamente variabili. Le precipitazioni sono abbondanti durante tutto l'anno, specialmente nel periodo autunnale, invernale e primaverile.
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