I progressi compiuti dalla chimica dalla metà del secolo XVIII si dimostrarono essenziali per le indagini scientifiche sulle acque termali che venivano realizzate con il supporto di nuove teorie, nuovi metodi e nuovi strumenti.
Lo studio di un'acqua prevedeva la determinazione delle caratteristiche fisiche delle acque alla fonte, di cui si valutava il calore, l'odore e il sapore.
Prevedeva anche le analisi chimiche, eseguite con particolari reagenti per coglierne la composizione e, infine, la determinazione degli effetti terapeutici che permetteva di abbinare ad ogni acqua la cura di specifiche malattie.
Ancora oggi le terme di Rapolano richiamano un gran numero di frequentatori grazie agli effetti benefici delle sue acque sulfuree-bicarbonato-calciche e alla bellezza del paesaggio che le circonda.
Le acque delle Terme di Rapolano sgorgano ad una temperatura di 39-40 °C. Sono particolarmente indicate per la cura dell'apparato respiratorio, locomotore, cardiovascolare e per le malattie della pelle.
La dimostrazione che esiste una energia termica all'interno della terra è ormai un fatto certo e ben conosciuto.
Vulcani, sorgenti termali, soffioni e gayser documentano bene la presenza di un calore interno alla Terra che fluisce verso l'esterno.
Si chiama gradiente geotermico l'aumento della temperatura con la profondità e non è un valore fisso e uguale, nel senso che parti diverse della nostra superficie possono avere un diverso gradiente geotermico; in media questo gradiente e di circa 1 grado centigrado ogni 33 metri (3 gradi ogni 100 metri) di profondità ma come detto può variare notevolmente, come vicino alle dorsali dove si può arrivare a valori di 3-4 gradi ogni 33 metri.
Queste variazioni della temperatura interna della Terra vengono chiamate gradienti geotermici anomali.
La produzione di calore all'interno della Terra è assicurato dal decadimento di isotopi radioattivi presenti soprattutto nel mantello. Quelli più importanti sono il torio 232, l'uranio 238, e 235 e il potassio 40, ad esempio un grammo di uranio 235 produce 4,34 calorie all'anno.
Dal momento che con il decadimento la quantità di questi isotopi diminuisce, si deduce che al momento della formazione della crosta terrestre il flusso di calore doveva essere notevolmente maggiore e questo fa ritenere che anche lo spessore delle zolle fosse minore rispetto allo spessore attuale.
Quindi il nostro pianeta diffonde del calore che, dal nucleo e dal mantello, si trasferisce alla crosta e all'atmosfera, anche se il calore che assume l'atmosfera da questi processi è assai minore di quello che è fornito dal Sole.
Nella porzione sud-orientale della Provincia di Siena ed in parte della Provincia di Arezzo, dal punto di vista generale, vi si distinguono tre settori appartenenti ad altrettanti elementi fisiografici.
Essi, distribuiti da SO verso NE, sono il margine orientale del Bacino di Siena - Radicofani, la Dorsale Rapolano-M .Cetona e il Bacino della Val di Chiana.
I due bacini sedimentari sono collegati allo sviluppo di depressioni tettoniche e sono costituiti da vari depositi clastici, il Bacino di Siena - Radicofani da argille, sabbie, conglomerati e, in subordine, calcari e calcareniti appartenenti a formazioni marine e continentali del Pliocene Inferiore e Medio; il Bacino della Val di Chiana, oltre che da questi sedimenti da depositi continentali del Villafranchiano superiore.
La Dorsale Rapolano-M .Cetona rappresenta un alto strutturale che separa il Bacino di Siena - Radicofani da quello della Val di Chiana.
Essa è in parte ricoperta dai sedimenti neogenici ed è rappresentata da affioramenti isolati disposti in direzione appenninica, è costituita da formazioni di età mesozoico-terziarie appartenenti all'Unità della Falda Toscana e alle unità liguri.
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