GEOMORFOLOGIA

Prof. Elisa PrearoLST 2007/2008

Il modellamento della superficie terrestre

• Le forme del paesaggio sono il risultato della trasformazione ad opera degli AGENTI ESOGENI che agiscono sugli ELEMENTI STRUTTURALI prevalentemente di natura endogena quali catene montuose, faglie, pieghe, dorsali etc…

• L’aspetto del paesaggio muta nel tempo, ad opera delle interazioni tra idrosfera, atmosfera, biosfera e le rocce della litosfera

• La geomorfologia si occupa delle forme del paesaggio studiando i PROCESSI MORFOGENETICI.

• I meccanismi attraverso i quali si attua la modificazione del substrato roccioso sono: degradazione, erosione, trasporto, sedimentazione e deposito. Operati da:

• ACQUE CONTINENTALI

• EROSIONE E TRASPORTO EOLICO

• MORFOLOGIA DELLE COSTE

• AMBIENTI GLACIALI

N.B. Gli stessi processi esogeni, agendo su substrati rocciosi diversi, danno forme del paesaggio diverse anche nelle medesime condizioni di clima e nella stessa regione geografica

Le forze esogene

• Degradazione meteorica cioè le rocce vengono frantumate fisicamente o chimicamente. Formazione dei detriti.

• Erosione cioè i detriti vengono rimossi ad opera di acqua, vento, ghiacci e gravità, i quali in seguito agiscono come agenti di trasporto.

• I sedimenti detritici vengono poi trasportati, e il principale agente è la gravità. Dai rilievi alle depressioni.

• La sedimentazione e il deposito poi dipendono dall’agente di trasporto e dalle caratteristiche chimico-fisiche dell’ambiente. Sono le fasi conclusive, anche se fenomeni come la subsidenza e i movimenti tettonici riattivano il ciclo .

Degradazione meteorica• Alterazione chimica e frantumazione delle rocce

affioranti ad opera di acqua, atmosfera e vento (agenti esogeni).

• Lenta e selettiva: −rocce diverse reagiscono in modo diverso − le stesse rocce possono subire destino diverso

in climi diversi.

• Alterazione chimica

• Degradazione fisica

Processi Rocce H2O Agenti Prodotti Zone Climatiche

Crioclastismo Tutte Si Ghiaccio Crio clasti

Freddo-umide

Termoclastismo Tutte No Radiazione solare

Termo clasti

Caldo- aride

I droclastismo Argillose Si Acqua I droclasti Umide Aloclastismo Tutte Si Sali Aloclasti Varie

F I S I C I Bioclastismo Tutte No Organismi

viventi Bioclasti Varie

I dratazione Alcune Si Acqua I drati Umide Ossidazione Alcune No Ossigeno Ossidi Varie

I drolisi Silicatiche Si Acqua Minerali Residuali

Caldo-umide

C H I M I C I

Azioni biochimiche

Tutte No Organismi viventi

Suoli Varie

Soluzione o Corrasione

Rocce Solubili

Si Acqua e CO2

Umide

Alterazione chimica• Influenzata da fattori quali umidità, precipitazioni e copertura

vegetale. Più intensa in regioni a clima caldo-temperato umido, meno intensa in climi desertici o polari.

• Viene detta disfacimento e si ha la creazione di nuove specie mineralogiche, cioè il materiale di partenza è diverso da quello di arrivo. Le nuove specie sono più stabili nelle nuove condizioni, diverse da quelle di formazione. Il minerale più stabile è il quarzo, quello meno stabile è l’olivina.

• Agiscono soprattutto l’acqua e l’ossigeno.− Idratazione− Idrolisi− Dissoluzione− Ossidazione

Idratazione

• Processo che porta all’addizione di molecole d’acqua ad un minerale e, in definitiva, alla formazione di una nuova entità mineralogica.

• L’acqua dipolo si dispone attorno agli ioni determinando l’idratazione di minerali anidri. Ne consegue un aumento di volume e diminuzione di compattezza. Questo tipo di alterazione interessa soprattutto alcuni ossidi, carbonati, solfati e silicati.

CaSO4 + 2H2O CaSO4 · 2H2O

Anidrite Gesso

Aumento di volume del 63%

Fe2O3 > Fe2O3 ·H2O > Fe2O3 ·3H2O

Ematite Goethite Limonite

ROSSO GIALLO

Cambiamento di colore al variare dello stato di idratazione

Idrolisi • Processo di scissione operato dall’acqua

• Fornisce ioni H + e OH− che partecipano alle reazioni

• Caolinizzazione dei feldspati con formazione di minerali argillosi2 KAlSi3O8 + 2H + + 2HCO3

− + H2O →

k-feldspato

→ Al2Si2O5(OH)4 + 2K+ + 2HCO3− + 4SiO2

caolinite - minerale argilloso

• Lo ione H+ attacca e sostituisce K+ nella struttura del feldspato

• K+ diventa disponibile come nutriente delle piante

• OH- viene aggiunto alla struttura del cristallo

• Le argille, come la caolinite, sono il prodotto finale dell’alterazione, e sono stabili sulla superficie terrestre

Weathering di roccia basaltica

Caolinizzazione dei feldspati

Dissoluzione • Ioni o gruppi ionici posso essere rimossi e allontanati

dall’acqua

• Da milioni a miliardi di anni questo processo è responsabile della salinità dell’oceano.

• Molti minerali non sono solubili in acqua neutra, ma lo sono in soluzioni acide o alcaline.

• L’acqua della pioggia è spesso naturalmente acida per la CO2 disciolta

• CaCO3 è solubile in soluzioni acide:

CaCO3 + H2O3 → 2Ca+++ 2(HCO3)

Dissoluzione dei carbonati

• Sia la dissoluzione che l’idrolisi portano alla liberazione di ioni positivi metallici

Ossidazione

• Aggiunta di ossigeno, spesso con un cambio dello stato di ossidazione

• l’ossidazione è molto più veloce in presenza di acqua

• L’effetto è notevole su minerali femici

4FeSiO3 + nH2O + O2 → 2Fe2O3+nH2O + 4SiO2

Pirosseno ferroso limonite silice

La degradazione fisicaComporta la frantumazione fisica delle rocce. La dimensione dei frammenti può andare dai massi al silt.

• Crioclastismo o gelivazione

• Idroclastismo

• Termoclastismo

• Aloclastismo

• Bioclastismo

• Esfoliazione

Crioclastismo• Causato dall’azione gelo-disgelo. Se la roccia è impregnata

d’acqua che congelando aumenta di volume, provoca una pressione notevole nelle cavità in cui si infiltra. Se il gelo-disgelo si ripete di frequente (montagna) porta alla formazione e al distacco di scaglie o frammenti a spigoli vivi. Una roccia è tanto meno resistente quanto più è fratturata o porosa.

• L'azione di frantumazione delle rocce può anche essere dovuta alle ripetute dilatazioni e contrazione che una roccia subisce durante il riscaldamento e il raffreddamento; si ha così il fenomeno del termoclastismo, tipico delle zone desertiche, dove più marcate sono le escursioni termiche giornaliere.

Termoclastismo

• Le rocce argillose, che assorbono acqua e sono soggette ad alternanza di imbibizioni e di essiccamento, sono quelle che risentono del fenomeno dell'idroclastismo, che genera una serie di fratture poligonali quando le argille si essiccano e perdono il loro contenuto d'acqua.

Idroclastismo

Aloclastismo• Anche le acque salate che penetrano nelle fessure delle

rocce esercitano un'azione di fratturazione; infatti l'evaporazione dell'acqua provoca il deposito e la cristallizzazione dei sali che esercitano una pressione in grado di ampliare la porosità e la fessurazione della roccia. Questo fenomeno è particolarmente presente nelle zone costiere (vaschette di erosione).

Esfoliazione

• Provocata da variazioni di pressione, con il distacco di lamine di roccia secondo superfici parallele.

Esfoliazione “cipollare”

Bioclastismo• Anche gli esseri viventi (radici delle piante, cavità o

gallerie scavate da animali scavatori) con la loro azione possono concorrere alla frantumazione della compagine rocciosa.

• Se i detriti prodotti non vengono rimossi si ha la formazione di una massa incoerente chiamata regolite. Sulla parte superiore si possono insediare vegetali con apparati radicali, si può arricchire di sostanze organiche evolvendo in suolo.

• La pedogenesi si occupa dei processi di formazione e trasformazione del suolo.

• Un suolo maturo si divide in strati con caratteristiche chimico-fisiche ben definite detti orizzonti.

Il suolo

I principali orizzonti

Nei suoli più evoluti è possibile distinguere la presenza di:

1. Orizzonte O Costituito pressoché totalmente da sostanza organica (humus);

2. Orizzonte A Eluviale in cui predomina il movimento discendente dell'acqua;

3. Orizzonte B Illuviale in cui l'acqua deposita i soluti da essa trasportati;

4. Orizzonte C Costituito dai frammenti grossolani della roccia madre, rappresenta il substrato pedogenetico del terreno;

5. Orizzonte R Roccia madre.

Formazione di un suolo: pedogenesi

La pedogenesi è influenzata da:• Natura della roccia madre e la sua

composizione mineralogica• Le forme del rilievo che influenzano la

velocità di formazione di un suolo• Regime delle precipitazioni e condizioni

termiche• La presenza e il numero di viventi• Il tempo, dal quale dipendono la potenza e

la maturità di un suolo.

Le frane• L’azione degli agenti esogeni è più accentuata nelle

parti più rilevate della superficie terrestre. I versanti sono costantemente modellati ad opera della gravità. Le forme di accumulo più comuni sono le falde di detrito e i conoidi alluvionali.

• Sono dei movimenti di massa di materiali incoerenti causati dalla gravità.

• Il movimento franoso si verifica quando si rompe l’equilibrio tra il peso, l’attrito e le forze di coesione delle masse detritiche e rocciose.

• Per ogni materiale esiste un ANGOLO DI RIPOSO di solito compreso tra 10° e 40°che rappresenta la pendenza massima oltre la quale i materiali incoerenti o rocciosi non sono più stabili.

• La potenziale franosità di un versante dipende dal tipo di roccia, dalla sua giacitura, dal grado di fratturazione, dalla pendenza, dai fenomeni di degradazione e dalla piovosità.

• L’argilla spesso si comporta come lubrificante in presenza di acqua favorendo lo scivolamento dei materiali detritici.

• L’acqua in quantità eccessiva dopo periodi di piogge intense trascina con sé i detriti appesantendo i versanti.

• Le attività umane quali il disboscamento, le scosse sismiche, l’escavazione delle acque correnti sono altri fattori che favoriscono i movimenti di massa.

Le frane di crollo hanno origine da pareti verticali o fortemente inclinate e sono collegate alla presenza di fratture nella roccia compatta e all'erosione della base del pendio. Nelle frane di crollo si ha la caduta libera dei frammenti che si staccano dalla roccia madre

Le frane di scivolamento si verificano quando interi strati rocciosi cadono scivolando lungo un pendio costituito da rocce compatte. Lo scivolamento è spesso favorito dall'esistenza, al di sopra del piano di scivolamento, di strati di argilla imbevuti d'acqua.

Nelle frane di scoscendimento, con movimenti rotazionali il materiale roccioso scivola verso il basso lungo un pendio concavo verso l'alto, cosicché la parte superiore della frana resta inclinata all'indietro.

Gli smottamenti intervengono quando si ha la caduta abbastanza rapida di una massa di materiale incoerente imbevuto di acqua. Il fenomeno si verifica sui pendii argillosi dei rilievi in seguito a piogge abbondanti che saturano d'acqua il terreno.

Le frane di colamento sono originate da piogge intense e si presentano come movimenti rapidi lungo canaloni di materiali costituiti da un miscuglio di fango, roccia e acqua.

Il soliflusso si ha su versanti costituiti da sedimenti argillosi in presenza di pendenze anche modeste, fino a 5°. Il movimento si origina in seguito all’assorbimento di acqua, è lento, con velocità da qualche mm a qualche m ogni anno. Sul terreno troviamo come indicatori pali inclinati e alberi con la caratteristica uncinatura originata dal tentativo del fusto di conservare la verticalità all’avanzare del movimento, oppure cicatrici ed irregolarità che possono anche non essere evidenti se la copertura erbosa è continua.

Le acque continentali

• 3% dell’acqua totale presente sulla Terra (laghi, ghiacciai, sorgenti e acque sotterranee).

• Tutte le acque continentali provengono dalle precipitazioni

• Ogni forma di vita terrestre dipende dalla disponibilità di acque continentali

• E’ il principale agente del modellamento• La sua presenza è collegata al ciclo idrologico

Acque sotterranee

• 0.6% dell’acqua totale del globo• Proviene quasi esclusivamente dalle acque

meteoriche• Le acque iuvenili provengono da masse

magmatiche in raffreddamento• Le acque rigenerate sono di origine

metamorfica.• La capacità di infiltrazione dipende dalla

permeabilità del substrato, dal clima, dalla presenza di vegetazione e dalla topografia.

Permeabilità del substrato

• Il fattore più significativo. In base ad esso si possono distinguere

Rocce permeabili: sono in genere porose e di provenienza ignea, oppure sedimentarie e prevalentemente calcaree; presentano numerose fratture e porosità che permettono alle molecole d’acqua di circolare

Rocce impermeabili: sono in genere argille o marne dove le porosità sono così piccole che non permettono la circolazione delle molecole d’acqua. Anche rocce molto compatte come i graniti.

• La quantità di acque sotterranee varia da luogo a luogo e nello stesso luogo in periodi diversi.

Le falde acquifere

• Parte delle acque meteoriche si infiltra nel suolo finchè non incontra uno strato impermeabile che la costringe a muoversi orizzontalmente. Si forma una falda acquifera dove l’acqua permea e satura ogni spazio disponibile. Non è un fiume sotterraneo ma un terreno completamente imbevuto di acqua. Distinguiamo due diversi tipi di falde

– Falde freatiche – Falde imprigionate

Falde freaticheSono limitate inferiormente da uno strato di rocce

impermeabili. Il limite superiore è detto superficie freatica al di sopra del quale è presente uno strato contenente anche aria (zona vadosa). Questa ha un andamento irregolare che riflette quello del rilievo

Falde imprigionate (o in pressione)

• Falde delimitate sia inferiormente che superiormente da strati impermeabili; la falda ha una pressione maggiore all’aumentare del dislivello tra l’area di ricarica e lo strato acquifero. La superficie alla quale arriverebbe l’acqua se non ci fosse lo strato impermeabile è detta superficie piezometrica; se la superficie piezometrica è superiore alla quota del suolo la falda è chiamata falda artesiana.

Cosa succede quando una falda affiora?

In montagna In pianura

Sorgenti Fontanili

La fuoruscita spontanea di acque dolci del sottosuolo può verificarsi lungo allineamenti noti come linea delle risorgive, a causa della presenza di strati impermeabili. Netta prima metà del XX secolo le sorgenti di pianura, chiamate anche fontanili, hanno rappresentato una risorsa fondamentale per l'agricoltura e l'alimentazione. L'abbassamento delle falde acquifere e l'antropizzazione crescente della superficie della pianura provocano la scomparsa di queste sorgenti; gli oltre 800 Fontanili censiti negli anni ‘20 nella pianura milanese si sono ridotti a fine secolo a meno di 200.

Acque di risorgiva

Nell'alta pianura (1), le acque piovane e fluviali trovando un suolo molto permeabile formato da materiali grossolani, vengono assorbite per poi tornare in superfice una volta incontrati gli strati impermeabili della bassa pianura (2) formati da limo ed argilla.

Erosione per ruscellamento

• Le acque continentali superficiali sono caratterizzate dal movimento, quindi rappresentano il principale mezzo di trasporto e di erosione dei versanti.

• Le acque piovane si muovono disordinatamente lungo le linee di massima pendenza. Il processo di erosione delle acque di precipitazione è detto ruscellamento e porta all’asportazione dei detriti più fini.

Forme del ruscellamento

• Calanchi• Piramidi di terra

I corsi d’acqua

Il Bacino idrografico di un fiume è il territorio in cui confluiscono nello stesso alveo tutte le acque di un territorio. E’ delimitato dalla linea spartiacque.

Le acque che scorrono su un pendio tendono a scegliere la via di massima pendenza, cioè la più breve, per scendere a valle. Col passare del tempo incide un alveo per lenta erosione. Le acque che scorrono per gravità in un alveo sono i corsi d’acqua. I corsi d’acqua perenni sono i fiumi, quelli intermittenti sono i torrenti.

Il bacino di drenaggio, o bacino idrografico, è un'area entro la quale si distribuisce l'acqua delle precipitazioni destinata a confluire in un unico fiume. La parte di acqua che non viene restituita direttamente all'atmosfera per mezzo dell'evaporazione o della traspirazione delle piante trova la sua strada verso il corso d'acqua principale formando ruscelli e canali o infiltrandosi nel sottosuolo dove scorre a livello della falda freatica.

Il fiume

Caratteristiche di un corso d’acqua• Sorgente: il punto in cui ha origine• Letto: alveo in cui scorre• Foce: luogo in cui termina (mare, un altro fiume o un lago).

Lunghezza: dipende dalla morfologia continentale Pendenza: rapporto tra il dislivello percorso e la lunghezza Portata: volume d’acqua che attraversa una sezione

trasversale nell’unità di tempo.

Portata solida: volume di sedimenti che il corso d’acqua trasporta. Regime: il complesso delle variazioni della portata nel tempo.

Torrentizio: corso breve, ripido e intensa azione erosiva. Fluviale: portata regolare, affluenti, poco dislivello tra la magra e la piena

Coefficiente di deflusso: rapporto tra la quantità d’acqua di precipitazione caduta su un bacino idrografico, in un certo periodo e la portata del fiume nello stesso periodo. Permettedi valutare quale volume d’acqua viene sottratto al bacino idrografico in un certo tempo. Alto: non perde acqua, basso perde acqua.

Velocità: Varia molto a seconda del tratto in cui viene misurata e dal tipo di alveo. Varia anche in una stessa sezione trasversale. Flusso laminare dove l’acqua può muoversi per strati paralleli; flusso turbolento quando l’acqua si muove caoticamente generando vortici.

Carpa del Mincio

Falda idrica che dà luogo ad una sorgente.

Erosione e trasporto fluviale

I corsi d’acqua modellano la superficie con l’erosione delle rocce e del suolo e con il trasporto dei sedimenti; la sedimentazione avviene quando il carico giunge nei bacini di sedimentazione, generalmente il mare.

L’erosione opera con l’asportazione dei materiali, l’abrasione delle rocce sul fondo e lateralmente, la solubilizzazione.

Il trasporto è essenzialmente: in soluzione, in sospensione, per trascinamento, saltazione e rotolamento.

Trasporto fluviale

La valle fluviale

Forme di erosione• Erosione verticale • Erosione trasversale

La conformazione della valle dipende da queste due forme di erosione. Con il trascorrere del tempo scava una valle a V per effetto dell’erosione verticale prevalente. Il livello di base è la quota al di sotto della quale il fiume non può più erodere la valle in cui scorre: può essere il livello del mare o, se il fiume è un affluente, il livello del fiume principale.

Forre e gole: scavate dal torrente come incisioni strette e profonde quando scorre su rocce compatte.

Valmalenco (attraversata dal Mallero) vista dalle Alpi Orobie

Un’alternanza di litologie tenere e resistenti darà vita a dei punti poco erodibili, a delle locali variazioni del livello di base e quindi a delle variazioni locali di erosione o di deposito dei sedimenti, creando le rapide e le cascate.

Erosione regressiva

Forme di deposito

• L’erosione ed il deposito avvengono anche in contemporanea, nel tratto vallivo. Quando la pendenza diminuisce, diminuisce anche la velocità dell’acqua. Si formano così le pianure alluvionali costituite dal deposito dei sedimenti provenienti dalle regioni a monte. Nelle pianure alluvionali si formano spesso i meandri.

• I terrazzi fluviali sono le principali forme di deposito. Sono accumuli di sedimenti di varie dimensioni (ghiaie, sabbie, argille), che formano superfici pianeggianti ai lati dei corsi d’acqua.

• I conoidi alluvionali sono depositi a forma di ventaglio, formato da un corso d'acqua di forte pendenza allo sbocco della sua valle in pianura.

Conoidi

Terrazzi

MeandriI corsi d'acqua si muovono quindi in ampie anse chiamate meandri che cambiano spesso posizione, sia lateralmente, che verso valle perchè il fiume tende ad erodere nel lato esterno del meandro e a depositare i sedimenti nel lato interno, a causa delle diverse velocità dell'acqua.

L'acqua nella parte interna della curva rallenta e deposita parte del suo carico, mentre nella parte esterna ha una velocità maggiore e quindi erode la sponda. L'ansa del fiume può diventare sempre più pronunciata e chiudersi su se stessa. fino ad abbandonare il meandro dando luogo ad un nuovo tratto rettilineo.

Le foci dei fiumi

• Se lo sbocco avviene in un mare o un lago con scarsa escursione di marea, si formerà una foce a delta. Si forma solo se sfocia in un mare tranquillo,dove le onde e le correnti non hanno energia sufficiente per disperdere i sedimenti.

• Nei delta più estesi il fiume principale si divide in diramazioni in continua modificazione.

In un altro corso d’acqua, in un lago, al mare.

PoNilo

Gange - Brahmaputra

Se il fiume sfocia in mare aperto, la notevole escursione di marea ha forza sufficiente per asportare al largo i depositi fluviali quindi non si forma il delta. Le correnti di marea provocano moti turbolenti che non permettono una deposizione continua formando una foce a imbuto (estuario) povero di sedimenti.

Adige