La flora è la protagonista del territorio del Parco. Questo paradiso botanico e le sue vette che raggiungono i 1.979 metri di quota, ospita oltre la metà delle 2.600 specie presenti in Sicilia e circa 150 dei 200 endemismi. Il più rappresentativo è l'"Abies Nebrodensis" con 29 esemplari. La fauna è caratterizzata dal 65% degli uccelli nidificatori e da tutti i mammiferi presenti in Sicilia. Molto significativi sono anche gli aspetti geologici e paesaggistici. Da vari punti è possibile osservare straordinari paesaggi tra cui l'Etna, i Nebrodi e le isole Eolie, che le albe e i tramonti tingono di splendidi colori dandogli un aspetto quasi irreale. Notevole è il patrimonio naturalistico, storico e artistico. In un contesto caratterizzato da aspre montagne che si affacciano sul mare di Sicilia, sono ancora evidenti i segni dell'uomo, testimonianze di una presenza millenaria (Preistoria) che in alcuni casi si tramanda in attività attuali. Il territorio è segnato da numerosi edifici religiosi, monasteri, eremi e chiese rupestri, spesso suggestivamente isolate in alto sulle montagne. Dimenticati lungo le vie d'acqua i mulini, le vecchie masserie spesso costruite sui resti di più antichi casali romani, testimoniano la capacità di una cultura capace di vivere in simbiosi con la natura. Nelle Madonie si trovano le più antiche rocce di Sicilia, formatesi durante il Triassico. Lo documentano i numerosissimi fossili di lamellibranchi, alghe e spugne che si rinvengono nelle zone calcaree della catena montuosa.

Le vette più alte e spettacolari della catena sono, Pizzo Carbonara (1979 m.), Monte San Salvatore (1912 m.), Monte Ferro (1906 m.) Monte Ouacella (1869 m.), Monte dei Cervi (1656 m.). Pur facendo parte dello stesso complesso presentano ognuna un aspetto diverso. Ora tondeggianti o aguzze, ora coperte di vegetazioni o spoglie, punteggiano maestosamente il territorio disegnando, valli, pianori, altipiani, dirupi e dorsi dolcemente ondulati. Nelle madonie che occupano appena il 2% della superficie dell'isola, sono presenti oltre la metà delle specie vegetali siciliani tra le quali parecchie endemiche. L'area madonita con le sue caratteristiche geomorfologiche-climatiche, consente l'identificazione di tre zone distinte: la fascia costiera del versante settentrionale, protetta dai venti africani in cui si trovano i più fitti boschi, gli uliveti secolari, i sughereti, i castagneti, i frassini da manna, i querceti a roverella e nuclei da agrifoglio di Piano Pomo. La vasta catena montuosa conserva invece il manto boschivo di leccio e faggio e presenta numerosissime specie endemiche tra le quali L'Abies Nebrodensis, relitto di antiche glaciazioni.

Il versante meridionale assolato e spoglio o verdeggiante e mite nel susseguirsi mutevole delle stagioni è "L'aspetto della vera Sicilia; ma è anche un dolce susseguirsi di dorsi montani e collinosi tutti coltivati a frumento e ad orzo". Le rocce del Parco raccontano una storia affascinante, lunga anche centinaia di milioni di anni: su di esse, infatti, restano incisi in maniera indelebile i segni degli eventi geologici che hanno interessato il territorio delle Madonie dai tempi remoti sino a oggi. Esse costituiscono una preziosa testimonianza del passato di questi monti.

Percorrendo un sentiero che attraversa i rilievi del Massiccio del Carbonara, nucleo centrale delle Madonie, è come se ci si immergesse in un mare antico 200 milioni di anni. Infatti le rocce carbonatiche che lo compongono mostrano una ricchezza straordinaria di organismi fossilizzati: coralli, spugne, alghe, idrozoi, gasteropodi, lamellibranchi, brachiopodi ecc. Un tempo essi popolavano un mare poco profondo, lungo una fascia della superficie terrestre con clima di tipo tropicale o subtropicale. Rimangono oggi fissati in queste rocce permettendoci non solo di ricostruirne l’ambiente originario, ma anche di determinare l’età relativa di esse.

Al Complesso del Carbonara si contrappone quello di Monte dei Cervi, dal quale è separato dall’incisione del Vallone Madonie. Anche qui si ritrovano rocce di natura carbonatica, che si accompagnano però anche a rocce di natura argillosa, marnosa e silicea. Le più particolari, le "radiolariti", sono il risultato dell’accumulo di piccolissimi organismi a guscio siliceo. Le caratteristiche litologiche e il contenuto fossilifero delle rocce di quest’area indicano un ambiente di formazione tipico di un mare profondo alcune centinaia di metri e lontano dalla linea di costa. Lo scenario che dunque si delinea per questo territorio, volendo andare a ritroso nel tempo, è quello di estese e pianeggianti aree, le piattaforme: parti marginali dei continenti al di sotto della superficie marina, in cui si succedevano ambienti di sedimentazione di mare basso, come piane tidali, scogliere ecc., in adiacenza alle quali si sviluppavano aree bacinali più profonde. Nelle aree periferiche tutt’intorno ai rilievi maggiori, che emergono imponendosi allo sguardo dell’osservatore, affiorano invece successioni di rocce di natura argillosa, arenacea e marnosa, costituenti le colline ai margini dell’area protetta.

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