Le grotte di Frasassi si aprono nel versante adriatico dell'Appennino Umbro Marchigiano, a circa 40 km dal mare, in una piccola dorsale anticlinale tagliata da una profonda gola incisa dal torrente Sentino (Fig. 1). Le altitudini vanno da 200 m, corrispondente al livello di base locale, fino a circa 900 m; il clima della zona è sub-continentale montano, con temperature medie annue di circa 13 °C e precipitazioni pari a circa 1.000 mm/anno. Le grotte si aprono al nucleo della struttura anticlinale, principalmente sul versante orientale della dorsale, e si sviluppano quasi interamente all'interno di calcari giurassici molto puri e di elevata permeabilità, grossolanamente stratificati, interessati da una intensa fatturazione. All'interno del rilievo carsificato si sviluppa una falda idrica a superficie libera, con livello abbastanza stabile, regolato dal F. Sentino; la circolazione idrica avviene con moti generalmente lenti in condotti sommersi di origine carsica. Soltanto nella zona nord - orientale del complesso carsico una barriera di permeabilità rappresentata da un orizzonte marnoso favorisce la concentrazione della circolazione freatica: in questa zona possono così aversi flussi freatici relativamente veloci in canali carsici.

Nell'acquifero si possono riconoscere due gruppi principali di acque:

- quelle bicarbonatiche, che derivano direttamente dall'assorbimento delle precipitazioni meteo-riche sulla superficie del rilievo;

- quelle solfato - clorurate, a maggior tenore salino (fino a 2 g/l), comunemente note con il termine di acque sulfuree per la presenza di H2S, con concentrazioni fino a 18 mg/l; queste acque devono il loro chimismo alla risalita attraverso sottostanti rocce evaporitiche ed alla miscelazione con quantità variabili stagionalmente di acque meteoriche (Sighinolfi, 1990; Tazioli et al., 1990; Galdenzi et al., 1999a); nella falda possono aversi fenomeni di stratificazione delle acque freatiche, con acque bicarbonatiche sovrapposte alle acque mineralizzate.

Le grotte conosciute sono oltre 100, ma soltanto tre (Grotta del Fiume - Grotta Grande del Vento, Buco Cattivo, Grotta del Mezzogiorno - Grotta di Frasassi) raggiungono sviluppi considerevoli. Le grotte hanno un andamento principalmente orizzontale e sono chiaramente disposte su livelli preferenziali (piani carsici); i piani carsici inferiori sono correlabili con i terrazzamenti alluvionali epigei (Bocchini & Coltorti, 1990; Taddeucci et al., 1992). I piani inferiori delle cavità, compresi tra quote di 200 e 300 m, si sono sviluppati in condizioni idrogeologiche analoghe a quelle attuali; ciò è chiaramente testimoniato dalle morfologie simili, sia in grande che in dettaglio, nonché dalla identica conformazione del reticolo ipogeo; nei piani ubicati a quote più elevate (tra i 300 ed i 500 m) le caratteristiche morfologiche sono invece parzialmente differenti. Ogni piano presenta un andamento essenzialmente ramiforme, con grandi ambienti che terminano improvvisamente su strette fessure e cunicoli in cui possono svilupparsi zone a spongework; non mancano tratti labirintici, generalmente impostati su sistemi di fratture.

In tutta la grotta si hanno morfologie freatiche: i singoli condotti hanno in prevalenza una sezione tubolare, con diametri variabili da 1 a 10 m, sono complessivamente orizzontali e presentano frequen-ti anastomosi. Alcuni grandi saloni presentano ampie volte tondeggianti e pavimenti rocciosi pianeggian-ti; fratture e crepacci sul pavimento costituiscono le originarie vie di afflusso delle acque freatiche. Strutture a cupola di varie dimensione sono presenti in tutto il complesso; la loro origine può essere avvenuta sia in zona freatica che in ambiente aerato, per effetto di acque di condensazione (Cigna & Forti, 1986). Depositi argillosi e siltitici residuali abbondano nella grotta (Bertolani et al., 1977), mentre ghiaie alluvionali alloctone sono assenti o limitate alle zone molto vicine alla superficie.