Il sistema carsico di Frasassi nei rami superiori, fossilizzati per abbassamento della superficie freatica, presenta ampia diffusione di morfologie e depositi che evidenziano la passata circolazione di acque sulfuree con azioni morfogenetiche simili a quelle anche attualmente osservabili.

Alcune zone sono anche oggi soggette ad azione dirette di vapori sulfurei risalienti da condotti verticali verso le gallerie dei sovrastanti livelli, consentendo la formazione di gesso, in generale su aree piuttosto circoscritte nelle zone direttamente esposte all'azione dei vapori sulfurei. Questa situazione si riscontra in tutta l'area più prossima alla risorgente, mentre nella zona sud-occidentale del complesso carsico le attuali condizioni idrodinamiche favoriscono la stratificazione di acque di derivazione meteorica al di sopra delle acque sulfuree, impedendo la risalita di vapori sulfurei (Galdenzi, 1990). La presenza di acque sulfuree già a profondità di pochi metri nella falda è stata verificata, con sistemi qualitativi e con misure di conducibilità in diverse località della grotta. Il chimismo di queste acque freatiche superficiali risulta intermedio tra quelle sulfuree e quelle di percolazione, con significativi arricchimenti di solfati e cloruri, ma senza solfuri (Sighinolfi, 1990).

Croste gessose, originate con le stesse modalità attualmente osservabili nelle zone sulfuree, sono molto diffuse nei rami fossili della grotta; in queste zone il gesso è asciutto, friabile e generalmente ricristallizzato in superficie; l'essiccamento del gesso rispetto all'originaria consistenza ne ha favorito il distacco dal substrato calcareo, evidenziando una superficie profondamente corrosa da un insieme di fossette emisferiche, coalescenti, spesso svasate verso il basso (Fig. 9). Il progressivo distacco delle croste gessose per gravità ed il dilavamento ad opera dell'abbondante stillicidio hanno prodotto una progressiva denudazione delle pareti calcaree, tanto che in molte aree l'evidenza della passata azione di vapori sulfurei è rappresentata solo da fossette di corrosione, eventualmente concrezionate, che rivestono le pareti.
La formazione delle croste gessose ha interessato solo le zone aerate del complesso, al di sopra dei passati livelli freatici, come evidente in molte località (Ramo Morto, Condotta dei Fabrianesi), dove è possibile riconoscere il livello raggiunto in passato dalle acque freatiche sulfuree. In queste zone la parte inferiore del condotto è caratterizzata da morfologie arrotondate, con forme tipo "doccia inversa" dovute ai fenomeni di degassazione; nella parte superiore del condotto, al di sopra dell'originario livello freatico, si hanno invece fossette di corrosione con gesso.
Le croste gessose sono diffuse in ampie zone del complesso carsico, anche dove attualmente le acque sulfuree non vengono in diretto contatto con l'atmosfera; ciò evidenzia come in passato si siano verificati periodi con più estesi contatti tra falda sulfurea ed atmosfera; in questi momenti le azioni corrosive in fase gassosa erano più diffuse che nelle presenti condizioni.

Negli ambienti fossili si hanno grossi depositi gessosi, con spessori anche superiori ai 5 m e volumi fina a 1000 m3, totalmente assenti nelle zone attualmente interessate dalla circolazione di acque sulfuree. La genesi di questi depositi è stata riferita ad accumulo gravitativo delle poltiglie di gesso microcristallino in formazione sulle pareti calcaree per effetto degli stessi processi anche attualmente osservabili (Galdenzi, 1990). La deposizione per decantazione in ambiente subacqueo da soluzioni sovrassature al momento può essere esclusa sulla base di diversi tipi di elementi:

- i caratteri sedimentologici dei depositi, privi di ogni struttura sedimentaria indicativa di deposizione subacquea;
- la posizione morfologica di questi depositi, associati a croste di corrosione in ambiente subaereo, ed ubicati nella zona di sala Duecento al di sopra di quello che può essere considerato il vecchio livello freatico nell'area;
- il contesto idrogeologico, che consente abbondanti apporti meteorici superficiali, rendendo poco probabile la precipitazione chimica di gesso da acque sature nella parte superiore della falda freatica.

Il rinvenimento di profondi solchi di corrosione sul substrato calcareo al piede di alcuni di questi depositi gravitativi costituisce una ulteriore testimonianza di una origine in ambiente vadoso; questi solchi infatti non possono essere in alcun modo giustificati con azioni corrosive in ambiente subacqueo. Si tratta con ogni probabilità di solchi dovuti allo scorrimento di soluzioni aggressive, percolanti dall'ammasso gessoso, e derivanti dalle azioni biochimiche di ossidazione dello zolfo in zone esposte all'azione dei vapori sulfurei.
Anche i dati isotopici disponibili in seguito ad analisi condotte sui gessi sembrano confermare una origine dei depositi solfatici per effetto di azioni dei vapori sulfurei. I solfati contenuti nelle acque freatiche hanno infatti valori del d 34S pari a circa + 13.1 o/oo, profondamente diversi da quelli dell'H2S, circa -11,9 o/oo (Tazioli et al., 1990). I valori ottenuti su campioni di gessi in formazione, di croste gessose e di accumoli sul pavimento in ambienti fossili sono risultati sempre isotopicamente più leggeri dei solfati disciolti in acque freatiche, con valori medi del d 34S di - 10.9 o/oo, confermando la probabile derivazione dai vapori di H2S.