Geologia
La Riserva comprende la parte settentrionale della Dorsale Monticiano-Roccastrada, una porzione della cosiddetta Dorsale medio-toscana che da Iano, passando per la Montagnola Senese, percorre tutta la Toscana meridionale fino a spegnersi nella piana grossetana.
In questa dorsale le formazioni geologiche predominanti appartengono al Gruppo del Verrucano, che affiora in tutta la parte centro-meridionale della Riserva e che trae il nome dal Monte Verruca sui Monti Pisani, dove è particolarmente ben rappresentato. Si tratta di una serie di rocce di origine sedimentaria (principalmente quarziti, anageniti e scisti, costituiti in gran parte da granuli di quarzo di diverse dimensioni), interessate da un metamorfismo di basso grado, di ambiente continentale e di transizione che nell'insieme hanno un colore tipicamente violetto o rosato. La loro età risale alle primissime fasi di apertura dell'Oceano Ligure-Piemontese (periodo Triassico inferiore, circa 250 milioni di anni fa), quando nell'originario supercontinente Pangea si formarono numerose e profonde fosse tettoniche nelle quali i fiumi, in un clima arido o semiarido, riversavano grandi quantità di sedimenti, e che successivamente furono invase dalle acque marine. Le quarziti del Gruppo del Verrucano vanno a formare i rilievi maggiori dell'area e, grazie alla loro particolare resistenza all'erosione, formano versanti particolarmente ripidi e gole nei punti in cui vengono incise dai corsi d'acqua.
Altre formazioni geologiche, oltre a quelle del Gruppo del Verrucano, affiorano nella parte settentrionale della Riserva. Il versante che dalla Fattoria di Spannocchia degrada verso il torrente Rosia è costituito da marmi e dolomie della Montagnola Senese, oggetto di estrazione, in passato particolarmente attiva, nelle vicine cave di Rosia, dalle quali oggi si ricava marmo in lastre per l'industria lapidea di pregio. Ancora diversa è la composizione geologica dell'ossatura dei poggi che sovrastano Spannocchia degradando poi verso l'alto corso del Ricausa, interessando quasi tutta la parte settentrionale della Riserva. Qui affiora infatti una breccia di età miocenica (circa 10 milioni di anni fa), costituita principalmente da frammenti di Calcare cavernoso in matrice sabbiosa e conosciuta come Breccia di Grotti. Le aree a morfologia più dolce, attraversate dalla strada che conduce al paesino di Pentolina, compaiono sedimenti più recenti (Pliocene, circa 4 milioni di anni fa), costituiti da sabbie quarzose e argillose. Circa un chilometro e mezzo a nord-est di Pentolina affiora infine, con una modesta estensione, la formazione paleozoica di Poggio al Carpino, risalente al passaggio Devoniano-Carbonifero (circa 350 milioni di anni fa), che porta tracce di eventi deformativi risalenti all'orogenesi Ercinica, avvenuta fra 370 e 250 milioni di anni fa.
Il Verrucano
Il gruppo di formazioni rocciose conosciute nel loro insieme come Verrucano affiora in Toscana meridionale in un limitato gruppo di rilievi che da Iano (località a nord-ovest di S. Gimignano), passando per i poggi della Riserva Alto Merse e per Monte Quoio, arrivano fino al Monte Leoni, alle spalle di Grosseto. In particolare le Riserve Alto Merse e Farma sono fra le aree migliori per osservare il Verrucano in Toscana meridionale, per l'estensione con cui queste rocce affiorano e per le belle esposizioni create dalle incisioni vallive del fiume Merse e del torrente Farma.
Nel resto della Toscana questo gruppo di rocce è particolarmente ben rappresentato sul Monte Verruca, nei Monti Pisani, dal quale trae il nome.
Nella zona senese il Verrucano compare con tre formazioni rocciose differenti, spesso battezzate dai geologi con il nome della località di affioramento più rappresentativa. Si tratta di rocce sedimentarie (arenarie e conglomerati) a composizione principalmente quarzosa, di colore variabile dal bianco-verde, al giallo fino al viola, che si sono deposte tra 250 e 230 milioni di anni fa (Triassico).
La formazione più antica è la Formazione di Civitella Marittima, datata al Triassico inferiore, che nella Riserva Alto Merse affiora limitatamente ai poggi della parte meridionale ed è costituita principalmente da arenarie bianco-verdi.
La Formazione di Monte Quoio, oltre a costituire l'omonimo rilievo a sud di Monticiano, compare nella parte meridionale della Riserva Alto Merse e in Val di Farma, sotto forma di ben riconoscibili quarziti e conglomerati di colore viola; questa formazione è stata datata al Triassico inferiore-medio. Infine la formazione più recente (Triassico medio) del gruppo del Verrucano, la Formazione delle Anageniti minute, è la più facilmente osservabile durante le escursione nella Riserva Alto Merse, poichè il fiume la attraversa per buona parte del suo tratto rettilineo a monte di Brenna. Le pareti rocciose che delimitano il corso del Merse nel punto conosciuto come "Il Dighino" (Vecchia Diga sulle carte topografiche) sono appunto costituite da questa roccia, che troviamo anche nel corso del torrente Ricausa e al Ponte della Pia, lungo il torrente Rosia.
Questa formazione compare in affioramento principalmente sotto forma di quarziti giallo-viola alternate ad un conglomerato con ciottoli di quarzo rosa a grana molto fine (tipologia di roccia conosciuta anche come "anagenite" in geologia).
L'origine di queste rocce è da ricercarsi nell'ambiente che si andò creando durante i primi stadi di apertura dell'Oceano Ligure-Piemontese.
All'inizio del Triassico infatti, per effetto di imponenti movimenti tettonici, si formarono grandi depressioni, riempite inizialmente da sedimenti fluviali che, durante le complesse vicende geologiche che hanno portato all'origine degli Appennini, furono sottoposti ad un leggero metamorfismo, cioè a condizioni di temperatura e pressione che ne determinarono, tra l'altro, il colore tendenzialmente rosa-viola che caratterizza gran parte delle litologie del Verrucano.
< Le rocce del Verrucano, composte principalmente da quarzo e quindi dure e resistenti, sono state ampiamente utilizzate in passato per ricavarvi le macine dei mulini da cereali così frequenti in Val di Merse. Esiste in proposito anche una testimonianza scritta risalente alla metà del secolo XIII, nella quale si nominano le cave di pietra da macine situate nel poggio di Montestigliano, detto al tempo podium mole (con riferimento probabilmente ai rilievi situati intorno a Brenna, come Poggio Siena Vecchia, dove il Verrucano affiora estesamente e dove ancora oggi esiste il toponimo di Le Macine).
Alcune macine in Verrucano sono visibili a Brenna, intorno al Mulino Il Pero, mentre altre due sono rimaste all'interno dell'edificio del Mulino sul torrente Ricausa.
