Geomatic Laboratory - Geomorfologia e...
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Geomorfologia e tettonica
Le principali topografie, e le associazioni di forme minore, riflettono l’assetto tettonico.
sabato 8 ottobre 2011
Deriva dei continenti un’idea prima del tempo
Ipotesi di Wegener:
• Corrispondenza tra Sud America e Africa
• Fossili, tipi di rocce e climi antichi corrispondono tra diversi continenti.
Il problema della teoria di Wegener era la mancanza di un meccanismo che spiegava come.
Alfred Wegener (1880-1930)
sabato 8 ottobre 2011
Deriva dei continenti
Corrispondenza tra continenti…
Corrispondenza tra catene montuose su continenti diversi.
sabato 8 ottobre 2011
L’arrivo della Tettonica a Placche. Introduzione del SONAR ha permesso di topografare i fondali oceanici, con profonde fosse presso margini continentali e catene montuose sottomarine nel mezzo degli oceani.
sabato 8 ottobre 2011
Nero: polarità normaBianco: polarità inversa
Geologi marini hanno osservato che il fondale marino è magneticamente formato da strisce simmetriche, ai lati delle catene medio-oceaniche.
Datazioni K-Armostrano le rocce più giovani sulle catene.
L’arrivo della Tettonica a Placche.
sabato 8 ottobre 2011
Età delle rocce vs. distanza dai centri di crescita
Datazioni radiometriche Potassio-Argon mostrano che l’età delle rocce aumenta con la distanza dalla dorsale medio-oceanica.
Anche la profondità marina aumenta con la distanza.
sabato 8 ottobre 2011
Inversioni magnetiche dai centri di espansione
Rocce giovani risalgono e raffreddano dalle dorsali medio-oceaniche, creando una struttura di inversioni magnetiche che rivela I cambiamenti di polarità del nostro Pianeta (a scala temporale lunga).
sabato 8 ottobre 2011
Geografia dei terremoti
I sismometri utilizzati pre tracciare le esplosioni nucleari sovietiche hanno permesso di evidenziare che I terremoti si formano ai margini delle placche.
sabato 8 ottobre 2011
Margini delle placche tettoniche Differenti tipi di placche tettoniche dominano la
distribuzione globale delle forme e dei paesaggi…
sabato 8 ottobre 2011
Margini divergentiDorsali medio-oceaniche
Dominano le forme profonde
Materiale del mantello risale per creare nuova crosta oceanica
Le dorsali oceaniche si trovano smargini ben definiti.
sabato 8 ottobre 2011
Margini divergenti
Zone di Rift(divergenza su continente)
Rift Est Africano
Rift del Rio Grande
Antiche zone di rift (margini continentali tra Sud America e Africa)
sabato 8 ottobre 2011
L’apertura di continenti può portare alla formazione di nuovi oceani. Distensione di crosta continentale porta alla formazione di una zona di rift continentale (es. Basin and Range in Nord America), e quindi alla formazioni di mari lineari (Mar Rosso) e potenzialmente anche alla formazione di un oceano come l’Atlantico
Margini divergenti
sabato 8 ottobre 2011
3 tipi di margini convergenti: Continente - Continente
zona di collisione continentale, ispessimento crostale, catene montuose, plateau (es., Alpi, Himalaya e Tibet)
Oceano - Continente zona di subduzione, arco vulcanico continentale, cuneo crostale (es., Cascades e Olympics)
Oceano - Oceano zona di subduzione, arco vulcanico insulare
Margini convergenti
sabato 8 ottobre 2011
Margine convergente: Continente - Continente
Himalaya, Alpi, Appalachisabato 8 ottobre 2011
Margine convergente: Oceano - Continente
Cascades, Andesabato 8 ottobre 2011
Margine convergente: Oceano - Oceano
Giappone, Aleutinesabato 8 ottobre 2011
Margini trasformi
California / San Andreas Fault Zone
sabato 8 ottobre 2011
Possiamo identificare diversi meccanismi di sollevamento crostale:
– Sollevamento collisionale
– Sollevamento isostatico
– Sollevamento estensionale
Fattrori che controllano il sollevamento
sabato 8 ottobre 2011
Il più naturale sollevamento della topografia è quello che avviene in un orogene che si forma per collisione continentale al margine delle placche.
– Risulta dalla compressione di crosta relativamente leggera che si trova sulla placca continentale.
– Quando la placca oceanica subduce sotto quella continentale, un orogene si può formare per sollevamento del cuneo di sedimenti che viene abraso dalla superficie della placca in discesa.
– L’isola di Taiwan e le Montagne Olympic dello Stato di Washington sono un’esempio di questi orogeni.
Sollevamento collisionale
sabato 8 ottobre 2011
Collisione indo-eurasiatica e risalita dell’Himalaya
sabato 8 ottobre 2011
Formazione di Plateau e zone di collisione
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento isostatico
Erosione della superficie del continente provoca una risalita isostatica delle rocce, ripristinando molta dell’elevazione asportata…
sabato 8 ottobre 2011
Solevamento isostatico di montagne
Profonde valli scavate nell’Himalaya portano ad una super-elevazione delle montagne al disopra dell’altezza media della catena, che è uguale a quella del Plateau Tibetano.
sabato 8 ottobre 2011
Avviene in regioni dove la crosta continentale viene stirata e assottigliata e la risalita del mantello caldo in galleggiamento alla base della crosta induce un generale sollevamento.
- si formano graben dovuti all’estensione di un rift - Sollevamento per espansione termica della crosta - Vulcanismo formato dal magma nella crosta.
Sollevamento estensionale
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento estensionale: Rift Zones
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento estensionale: Rift Zones
Risulta come formazione di un nuovo oceano.
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento estensionale: Rift Zones
Risulta come formazione di un nuovo oceano. La Rift valley che si forma viene riempita da spessi cunei di ghiaia e sabbia, lungo il sistema di fratture
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento estensionale: Rift Zones
Risulta come formazione di un nuovo oceano. La Rift valley che si forma viene riempita da spessi cunei di ghiaia e sabbia, lungo il sistema di fratture
Laghi e depositi associati a evaporiti si formano sul fondo del rift.
sabato 8 ottobre 2011
Rift Zones: risalita passiva
sabato 8 ottobre 2011
Continenti come blocchi di legno in acqua.
Rift Zones: risalita passiva
sabato 8 ottobre 2011
Continenti come blocchi di legno in acqua.
Come i pezzi di legno si spostano, l’acqua entra nello spazio libero.
Rift Zones: risalita passiva
sabato 8 ottobre 2011
• Controllo diretto
• Controllo indiretto (strutturale / litologico)
Morfologia tettonica
sabato 8 ottobre 2011
Faglie normali - scarpate
oppure: risultato di molte faglie che si sono susseguite nel tempo.
Owens Valley, CA Sierra Nevada, CA
Scarpata di faglia: risultato di uno o più movimenti lungo faglia.
sabato 8 ottobre 2011
Faglie normali
Topografia a host e graben.
Horst = risalita di porzione di continente delimitato da faglie.
Graben = abbassamento di porzione di continente delimitato da faglie.
Valle della Morte
Basin and Range Physiographic Province
sabato 8 ottobre 2011
Faglie normali: Basin and Range Province
sabato 8 ottobre 2011
Morfologia tettonica: faglie trasformi
sabato 8 ottobre 2011
sabato 8 ottobre 2011
San Francisco, 1906, Magnitude: 7.9
sabato 8 ottobre 2011
San Francisco, 1906, Magnitude: 7.9
sabato 8 ottobre 2011
San Francisco, 1989, Magnitude: 6.9
sabato 8 ottobre 2011
Cypress structure viaduct, Highway 880, Oakland, California, 1989; Magnitude 6.9
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione morfologica
sabato 8 ottobre 2011
Clima, tettonica, e erosione
Evoluzione morfologica
TectonicProcesses
Surface Processes
Climate
Mantle
Continental Crust
sabato 8 ottobre 2011
Fattori che controllano l’evoluzione morfologica
Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile)Topografia / RilievoLitologia / StrutturaClimaVegetazioneTempo
sabato 8 ottobre 2011
Fattori che controllano l’evoluzione morfologica
Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile)Topografia / RilievoLitologia / StrutturaClimaVegetazioneTempo
sabato 8 ottobre 2011
l’evoluzione morfologica
Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile)Topografia / RilievoLitologia / StrutturaClimaVegetazioneTempo
sabato 8 ottobre 2011
Diminuzione del livello di base
sabato 8 ottobre 2011
Diminuzione del livello di base
sabato 8 ottobre 2011
Fiumi rispondono ai cambiamenti del livello del mare:
incidendo quando il
livello del mare scende. Aggradando quando il
livello risale.
Cambiamento del livello di base
sabato 8 ottobre 2011
Meandri incassati
Sollevamento regionale, o diminuzione del livello di base può portare allo sviluppo di meandri incassati, derivati da meandri fluviali su una piana alluvionale che hanno inciso la roccia sottostante.
sabato 8 ottobre 2011
Cattura di fiumi e torrenti
Diversione di drenaggio di un fiume dal suo canale originale in un fiume vicino.
Deriva tipicamente dall’abbassamento del livello di base di una parte del drenaggio o per arretramento della testata della valle per erosione.
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione della morfologia
Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile)Topografia / RilievoLitologia / StrutturaClimaVegetazioneTempo
sabato 8 ottobre 2011
Rilievo esercita una grande influenza sul tasso di denudazione attraverso il controllo dell’energia potenziale del versante.
Regioni tettonicamente attive con alti tassi di sollevamento generalmente generano rapida erosione.
In aree lontane dal tettonismo attivo:– Rilievo tipicamente poco inclinato.– Tassi di erosioni minori.
Rilievo e versanti
sabato 8 ottobre 2011
Soglie dei veranti
Il tasso di erosione aumenta velocemente sopra i 30°, che portano allo sviluppo di inclinazioni soglia — il versante diventa inclinato il più possibile fino a quando le forze interne lo permettono.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 5 10 15 20 25 30 35Mean Slope (degrees)
-1)
Eros
ion
Rat
e (m
m y
r
sabato 8 ottobre 2011
Soglie dei veranti
sabato 8 ottobre 2011
Soglie dei veranti
0 500 1000 1500 2000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Mean Local Relief (m)
Eros
ion
Rat
e (m
m/y
r)
Ahnert Relation
RockStrength
Tectonicsand
Climate
sabato 8 ottobre 2011
Produzione globale di sedimenti
I maggiori tassi di erosione avvengono lungo I margini collisionali attivi in aree di grandi rilievi.
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione della morfologia
Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile)Topografia / RilievoLitologia / StrutturaClimaVegetazioneTempo
sabato 8 ottobre 2011
Alcuni tipi di roccia sono meno erodibili, e possono produrre maggiori rilievi e morfologie irregolari.
– Arenarie dure possono mantenere versanti molto inclinati per lungo tempo.
– Argilliti soffici, facilmente vengono erose creando zone a basso rilievo.
Litologia
sabato 8 ottobre 2011
Specifiche rocce possono avere un comportamento differente sotto differenti condizioni climatiche.
– Carbonati in un clima umido possono dissolvere ed erodere all’interno di un sistema carsico.
– In un deserto, le stesse rocce danno forme di versanti molto inclinati.
Litologia
sabato 8 ottobre 2011
Struttura: piegamento prima dell’erosione
sabato 8 ottobre 2011
Struttura: piegamento dopo l’erosione
Rocce vecchie al centro dell’anticlinale erosa. Rocce giovani al centro di sinclinali erose.
sabato 8 ottobre 2011
Anticlinale prima e dopo l’erosione
Relazione tra topografia e struttura
Notare la parte centrale più vecchiasabato 8 ottobre 2011
Sinclinale prima e dopo l’erosione
Relazione tra topografia e struttura
Notare la parte centrale più giovanesabato 8 ottobre 2011
Pieghe inclinate
Naso dell’anticlinale punta verso la direzione di immersione, invece il naso della sinclinale in direzione opposta.
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione della morfologia
Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile)Topografia / RilievoLitologia / StrutturaClimaVegetazioneTempo
sabato 8 ottobre 2011
Clima aiuta nel determinare quale processo superficiale è attivo in una certa area..
– In climi umidi, fiumi possono essere gli agenti primari che muovono sedimenti.
– In regioni aride il vento può localmente assumere un ruolo dominante.
– Ghiacciai sono ristretti in aree di alta montagna e verso le alte latitudini.
Clima
sabato 8 ottobre 2011
– Clima controlla la copertura vegetale ed il grado di alterazione e formazione di saprolite.
– Clima cambia nel tempo.
– Molte morfologie moderne riflettono le condizioni precedenti di evoluzione (es. Glaciazioni) invece che quelle dei processi in atto.
Clima
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione della Morfologia
Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile)Topografia / RilievoLitologia / StrutturaClimaVegetazioneTempo
sabato 8 ottobre 2011
Risposta della morfologia alla riduzione della vegetazione
Dovuto alla profonda alterazione dei suoli, la morfologia concavo/convessa delle colline del Madacascar è stata distrutta dopo la deforestazione.
sabato 8 ottobre 2011
“Le pratiche forestali non hanno effetto sulle frane” - WA State DNR
Stillman Creek, Washington
Risposta della morfologia alla riduzione della vegetazione
sabato 8 ottobre 2011
Sito investigato ed è stato trovato che “non ci sono versanti potenzialmente instabili” - Timber Company applicazione pratica forestale
Stillman Creek, Washington
Risposta della morfologia alla riduzione della vegetazione
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione della morfologia
Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile)Topografia / RilievoLitologia / StrutturaClimaVegetazioneTempo
sabato 8 ottobre 2011
(a) Fiume impostato su una superficie dominata da recente attività tettonica.
(b) Gradazione in progresso, i laghi e le paludi sono asciugate, la forra si è approfondita, e le valli tributarie sono aumentate.
(c) Gradazione avanzata, sviluppo iniziale di una piana fluviale e ampliamento delle valli.
(d) Piana fluviale molto ampia da contenere meandri.
(a)(b)
(c)(d)
Gradazione dei fiumi
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione dei versanti: seguono la gradazione del fiume, i versanti delle valli diventano meno inclinati e la roccia viene coperta da un suolo e da materiale alterato.
Gradazione di un fiume
sabato 8 ottobre 2011
• Morfologie in Steady-State (equilibrio)
• Il ciclo geografico.
Sviluppo delle teorie di evoluzione
Grove Karl Gilbert William Morris Davissabato 8 ottobre 2011
Morfologie Steady-State (Equilibrio)
L’equilibrio si ottiene quando la topografia non cambia per il bilancio tra sollevamento e d erosione.
Dovuto al sollevamento isostatico di riequilibrio (rebound), la distruzione delle catene montuose può essere ritardato anche dopo la cessazione del sollevamento tettonico.
sabato 8 ottobre 2011
Morfologie Steady-State
Quando l’erosione bilancia il sollevamento la topografia può non subire modificazioni significative anche con erosione attiva.
sabato 8 ottobre 2011
Il Ciclo Geografico
Morfologia risponde alle pulsazioni di sollevamento, con montagne che si innalzano velocemente e diminuiscono lentamente
sabato 8 ottobre 2011
Quando il sollevamento eccede l’erosione la topografia si innalza, I fiumi incidono e le montagne vengono scolpite..
Sollevamento di catene
sabato 8 ottobre 2011
Demolizione di Catene
Quando il tasso di erosione eccede il sollevamento, I fiumi sedimentano e si costruisce una topografia più gentile co basso gradiente deposizionale.
sabato 8 ottobre 2011
Il ciclo geografico
sabato 8 ottobre 2011
Giovinezza
• Valli a V • Rapide • Cascate • No piane fluviali • Spartiacque ampi e
piatti, tagliati dall’erosione.
• Valli profonde• Generale agreement
tra I geomorfologi. Molti esempi.
sabato 8 ottobre 2011
• Valli a V • Inizio di piane fluviali• Barre di sabbia e ghiaia• Spartiacque su cresta• Massimo rilievo• Valli non si
approfondiscono più• Generale agreement tra
i geomorfologi. Molti esempi
Maturità
sabato 8 ottobre 2011
Maturità (tarda)
• Valli a fondo piatto• Strette piane fluviali• Spartiacque in
arrotondamento. • Diminuzione del rilievo• Sedimenti abbondanti,
piane si allargano• Fiumi cominciano a
formare meandri.
sabato 8 ottobre 2011
Vecchiaia
• I rilievi sono praticamente livellati (penepiani)
• Rocce più resistenti spiccano dalla superficie (inselberg)
• Fiumi a meandri lungo ampie piane fluviali.
sabato 8 ottobre 2011
Modelli di evoluzione della morfologia
Modelli fisici Modelli concettuali leggi del trasporto
Modelli numerici
sabato 8 ottobre 2011
Processi diffusivi vs avvettivi
Processi diffusivi sono processi dominati dal trasporto di sedimenti dai versanti ed agiscono con l’arrotondamento della topografia e riempiono le parti basse: E = f(S)
Processi avvettivi sono versante e area dipendenti, e prevedono processi di trasporto dei sedimenti che agiscono nell’incisione della topografia: E = f(A, S)
sabato 8 ottobre 2011
Modelli di evoluzione morfologica
Precipitazioni e la relazione tra tettonica, clima e erosione… Alto tasso di precipitazione nella parte sottovento di catene montuose, porta ad alti tassi di erosione e quindi di esumazione che influenza lo sviluppo delle strutture geologiche…
sabato 8 ottobre 2011
Aneurisma tettonico: Tsangpo River, SE Tibet
Rapida erosione di grandi fiumi possono portare in superficie materiale della crosta inferiore, portando allo sviluppo di un concentrato sollevamento delle rocce. Diventa un sistema di retroazione positivo dove il sollevamento concentrato produce un’importante esumazione mantenendo però il rilievo.
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione di una zona di rift
Mar Rosso
Oceano Atlantico
East Africa Rift
Rio Grande
sabato 8 ottobre 2011
La tettonica a placche muove la crosta su hotspot costruendo un catena di vulcani.
I vulcani sono sempre più giovani uno dopo l’altro.
Morfologie transienti
sabato 8 ottobre 2011
Tassi di erosione glaciale vs. fluviale
Tassi di erosione di bacini glaciati e non glaciati sono all’interno dello stesso range di valori (e tendono a diminuire con la dimensione del baciano)
sabato 8 ottobre 2011
Tassi di erosione
I tassi di erosione di bacini glaciati tende ad sembrare minore con l’aumento della scala…perchè?
sabato 8 ottobre 2011
Tassi di erosione della morfologia
sabato 8 ottobre 2011
Clima, tettonica, erosione
Evoluzione della morfologia
TectonicProcesses
Surface Processes
Climate
Mantle
Continental Crust
sabato 8 ottobre 2011
Have fun, whatever you do…
sabato 8 ottobre 2011