I sinkholes si originano in contesti di complesse situazioni geologico-strutturali ed idrogeologiche del territorio e vengono innescati per motivi di diversa natura quali un sisma, un periodo di siccità seguito da un periodo di ricarica e di risalita della falda che può provocare una variazione rapida del livello piezometrico), l’emungimento di grandi quantitativi di acqua dal sottosuolo. Definire una causa principale è difficile poiché esse sono molteplici e generalmente concomitanti; le cause possono essere distinte in predisponenti ed innescanti il processo, e così riassunte:

Cause predisponenti

1. La presenza di un pacco di sedimenti impermeabili o semi-permeabili al tetto del substrato, costituito da limi, argille, sabbie a differente granulometria, omogenee o eterogenee;
2. Scadenti caratteristiche fisico-meccaniche dei materiali di copertura;
3. Presenza di un reticolo di fratture o faglie che permettano una maggiore circolazione idrica con scambi tra terreni di copertura e substrato facilitando l’erosione meccanica dei terreni sciolti;
4. Presenza di acque di circolazione sotterranea; una falda con oscillazione del livello piezometrico;
5. In alcuni casi è presente un substrato carbonatico o costituito da roccia solubile sottoposto a fenomeni carsici; la presenza di una morfologia articolata del substrato, con macroforme carsiche (doline, uvala, crepacci e grotte) e con cavità carsiche presenti al tetto del substrato (interfaccia copertura/roccia);
6. Presenza di gas nel sottosuolo, generalmente CO2 e H2S, che consentano, in alcuni casi, la dissoluzione dei materiali di copertura e la risalita delle acque;

• Alternanza di periodi secchi e piovosi con conseguenti rilevanti oscillazioni della falda
• Scosse sismiche
• Attività antropiche: estrattive, emungimenti di acqua.

• i. Decompressione repentina dell’acquifero in pressione;
• ii. “Rottura” dell’interfaccia bedrock/copertura con conseguente innesco di un fenomeno di raveling e quindi la creazione di microcavità;
• iii. l’effetto di “pumping” dinamico che la falda in pressione esercita sui terreni di copertura;
• iv. la suffosione o piping che le acque di circolazione potenti e veloci esercitano sui depositi a scarsa coesione.

Un problema ancora dibattuto in letteratura è il movimento, il trasporto e lo smaltimento del materiale che collassa verso il basso. La comprensione del fenomeno è difficile in quanto esso è solo in casi eccezionali sottoposto ad osservazione diretta.
Il trasporto verticale del materiale, dalla superficie verso il fondo, risulta strettamente connesso alla propagazione verso l’alto delle cavità all’interno dei terreni di copertura.
Il terreno collassato potrebbe essere compattato o trasportato in profondità sia per processi gravitativi di raveling e andare a colmare cavità carsiche presenti nel substrato, ma è anche possibile che possa subire un trasporto orizzontale attraverso condotti carsici orizzontali. In quest’ultimo caso è necessaria la presenza di un vero e proprio circuito di drenaggio del materiale, ovvero di un reticolo carsico sotterraneo ben sviluppato e/o di paleo-reticoli carsici. Tuttora si permane nel campo delle sole ipotesi.
Il fattore che influenza in maniera determinante i movimenti verticali dall’alto verso il basso, che avvengono lungo le fratture nella copertura alluvionale al tetto del substrato, è dato dalla posizione della superficie piezometrica e dalle sue oscillazioni (THARP 1999; WHITE 1995). Quando la falda si trova al di sopra del tetto dell’interfaccia substrato/copertura l’azione composta delle forze di galleggiamento e della pressione idrostatica di controspinta, che agisce sui materiali posti al di sopra della cavità, unitamente al lento fluire del materiale nei condotti carsici, genera un ritardo dei processi di caduta del materiale di copertura (WHITE 1995) determinando una lenta evoluzione del sinkhole.
E’ stata osservata, a questo proposito, una diretta connessione fra i fenomeni di sprofondamento e le oscillazioni della superficie piezometrica (TIHANSKY 1999) in aree interessate da intensi emungimenti delle falde più o meno profonde o in occasione di periodi di intensa siccità alternati a periodi di alluvionamento. THARP (1995, 1997, 1999, 2000), mediante un approccio analitico del fenomeno (poroelastic analysis), asserisce che, nelle condizioni in cui si verifichi un abbassamento della superficie piezometrica al di sotto dell’interfaccia substrato/copertura, i terreni soprastanti il substrato, posti ai margini di un’ipotetica cavità iniziale, subirebbero una sorta di rottura idraulica a causa della perdita delle forze di galleggiamento e dell’aumento del gradiente della pressione di poro, generando così una propagazione verso l’alto del vuoto iniziale, internamente ai terreni di copertura stessi. Inoltre l’Autore suggerisce che, ammettendo un vuoto iniziale in seno ai terreni di copertura di forma sferica, i processi di rottura idraulica possano agire con un’intensità direttamente proporzionale al raggio della cavità stessa.
Il trasporto orizzontale invece può avere luogo nel momento in cui, alla base dei condotti carsici sub-verticali, attraverso i quali avvengono i primi processi di caduta del materiale di copertura, si verifichino le condizioni di presa in carico e di rimozione del tale materiale. Affinché si abbiano queste condizioni bisogna ipotizzare quindi delle vere e proprie modalità di trasporto solido che si localizzi alla base dei condotti sub-verticali e che, instaurandosi all’interno di cavità carsiche attive, si evolva, rispetto a questi, lungo delle direttrici orientate tangenzialmente.
Per cavità carsiche attive ci si riferisce a quelle cavità carsiche in grado di ospitare dei veri e propri “corsi d’acqua sotterranei” all’interno dei quali avvengono processi di trasporto del materiale del tutto simili a quelli che avvengono in corsi d’acqua subaerei (White 1995).
In questo caso i materiali delle dimensioni della sabbia fine sono i più trasportabili, mentre quelli di dimensioni minori, essendo soggetti a coesione e/o flocculazione tendono ad agglomerarsi e a depositarsi, necessitando così di una maggiore energia da parte del corso d’acqua per essere rimossi dal fondo. Tuttavia le fasi di maggiore interesse per lo sviluppo di sinkhole sono quelle legate a elevata energia dei corsi d’acqua sotterranei, vale a dire durante le piene e fasi alluvionali che risultano in grado di erodere e trasportare materiali anche grossolani.
In aree pianeggianti sede di recapito delle acque sotterranee, all’interno di un acquifero in pressione, impostatosi in corrispondenza di corpi carbonatici, per esempio, o in litologie che presentino cavità in comunicazione, intercalati ai depositi di copertura, le velocità di deflusso delle acque in cavità attive, potendo raggiungere anche velocità di m/s potrebbero esplicare un continuo trasporto del materiale sia sabbioso che argilloso attraverso le discontinuità.
In queste condizioni, inoltre, nell’ipotesi in cui il condotto esistente presentasse delle irregolarità, le variazioni del regime di flusso, traducendosi in fenomeni di turbolenza potrebbero, interagendo con i materiali posti al di sopra dell’ interfaccia copertura-substrato, accelerarne i processi di raveling.
Bisogna, però, sottolineare che non essendo possibile esplorare i condotti in parola, le considerazioni qui espresse e quant’altro fosse ipotizzabile in merito alla dinamica del trasporto solido in condotti carsici sotterranei deve, necessariamente, essere affrontato con cautela e con le necessarie limitazioni speculative.
Tuttavia è possibile ritenere che, nel caso in cui si instaurino le condizioni per i processi di trasporto prima verticali e poi orizzontali, la capacità di rimozione del materiale all’interno di cavità attive risulti essere una delle fasi sicuramente non trascurabili nel corso dell’evoluzione di un sinkhole (WHITE 1995).