Scienze della Terra per le superiori/Il modellamento dovuto a fenomeni atmosferici


(premessa) Le forze che modellano la crosta terrestreModifica

I paesaggi terrestri sono il prodotto dell’azione combinata di forze endogene e forze esogene.

Le forze endogene traggono energia dal calore interno della Terra, derivato dal decadimento nucleare di isotopi radioattivi di elementi del nucleo e del mantello terrestre (ad esempio Uranio, Torio e Potassio). Tali forze sono responsabili dell'attività geologica terrestre: dei movimenti delle placche litosferiche e di conseguenza dei fenomeni vulcanici e sismici, oltre che del sollevamento delle catene montuose (orogenesi).

Le forze esogene, invece, sono processi alimentati dell’energia del Sole, che determina il movimento dei venti, dei fiumi, dei ghiacciai, delle onde e delle correnti marine. Il lento e il continuo lavoro degli agenti atmosferici, come il calore solare, il gelo e il disgelo, l’ umidità dell’ aria, provoca l'erosione/degradazione delle rocce. I modellamenti dipendono in notevole misura dal tipo di roccia. Rocce tenere vengono modellate molto più facilmente e velocemente.

Le principali forze esogene che determinano il modellamento sono:

  • Alterazione meteorica (degradazione meteorica - meteorizzazione), causata dall'azione diretta dell'atmosfera terrestre (senza considerare il vento, la pioggia, la gravità). È causata dalle escursioni termiche (termoclastismo, crioclastismo) crescita di cristalli di sali solubili (aloclastismo) e da reazioni chimiche (alterazione chimica). Viene approfondita in questa pagina.
  • Erosione pluviale, causata dall'azione della pioggia. (in questa pagina)
  • Erosione gravitativa, causata dall'azione della forza di gravità. (in questa pagina)
  • bioclastismo, bioerosione, erosione causata dall'azione di organismi viventi (in questa pagina)
  • Erosione fluviale, eolica, glaciale, marina, prodotta dai principali agenti atmosferici (acque correnti continentali, venti, ghiacciai, onde e correnti marine). (vedi le relative pagine)
  • Carsismo, fenomeno prodotto dalla dissoluzione di rocce solubili sotto l'azione degli agenti atmosferici (vedi pagina dedicata).

Processi di alterazioneModifica

Le rocce della superficie terrestre sono soggette a modificazioni fisiche e chimiche da parte di diversi processi di alterazione meteorica (o degradazione meteorica o ancora meteorizzazione). Questi processi generalmente iniziano con la percolazione (l'infiltrazione) dell'acqua nelle fratture e nella porosità delle rocce, e sono più intensi quanto più la roccia è prossima alla superficie. L'alterazione meteorica causa la disgregazione e l'alterazione del substrato roccioso (bedrock) attraverso processi meccanici e chimici che creano uno strato superficiale di regolite (insieme di frammenti rocciosi sciolti).

L'alterazione si manifesta in posto: prepara il materiale roccioso sciolto e lo rende disponibile per i successivi processi di trasporto e rielaborazione da parte degli agenti atmosferici (ghiaccio, correnti acquee ed eoliche, onde...) e biologici (microorganismi, piante, animali). L'alterazione non va confusa con l' erosione, che ha origine dai processi di trasporto operati dagli agenti atmosferici, e che verrà trattata in seguito.

I materiali degradati restano in posto per un certo tempo, formando una copertura eluviale che protegge in una certa misura la roccia "fresca" da ulteriori attacchi. L'eluvium può raggiungere anche spessori notevoli (decine di metri), se la presenza di acqua di infiltrazione (in climi umidi) permette alla degradazione di agire in profondità per via chimica e/o fisica. La parte superficiale della copertura eluviale può subire processi di degradazione biologica che lo trasformano in suolo. I suoli sono oggetto di studio della pedologia, che rappresenta il punto di incontro delle scienze geologiche e delle scienze agrarie.

 
Schema dei processi di alterazione e dei fattori che li controllano.

I fattori primari che controllano l'alterazione sono il clima (ovvero il regime climatico cioè le variazioni climatiche stagionali) e la geomorfologia (la morfologia del territorio). Questi fattori a grande scala controllano la temperatura, la disponibilità di acqua e il chimismo delle acque.

Questi ultimi sono all'origine dei principali processi di alterazione:

  • Alterazione fisica
    • Crioclastismo (azione del gelo/disgelo)
    • Termoclastismo (fluttuazioni di temperatura)
    • Aloclastismo (crescita di cristalli di sali solubili in acqua)
  • Alterazione chimica
    • Soluzione
    • Idrolisi
    • Ossidazione

Alterazione fisicaModifica

CrioclastismoModifica

Il crioclastismo (dal greco "kryos", "ghiaccio" e klastòs "rotto", in inglese frost weathering) è il processo di disgregazione meccanica di una roccia causato dalla pressione provocata dall'aumento di volume dell'acqua contenuta entro le fratture e la porosità naturale della roccia, quando questa gela. Quando l'acqua congelando diventa ghiaccio, il suo volume aumenta del 8.7%, generando una pressione sufficiente a spezzare la roccia o comunque a indebolirne la coesione, soprattutto se la roccia è satura d'acqua (cioè se l'acqua riempie completamente gli spazi vuoti all'interno della roccia). Con cicli ripetuti di gelo-disgelo, la roccia si disgrega in frammenti (clasti): questo processo è tipico delle zone a clima freddo (anche stagionale) in cui vi sono escursioni termiche attorno a 0 °C che continuamente inducono cambi di stato fisico all'acqua presente (come aree montuose ad altitudine elevata nelle regioni temperate o aree alle alte latitudini, polari e circumpolari). I frammenti, per il tipo di azione meccanica, hanno spigoli vivi, spesso taglienti.

TermoclastismoModifica

Dal greco "thermon" (calore) e "klastòs", rotto. Le fluttuazioni cicliche (diurne) di temperatura giocano un ruolo importante nella disgregazione fisica delle rocce, soprattutto nelle regioni aride (desertiche) a clima caldo, dove si hanno escursioni rapide e ampie (decine di gradi) tra notte e giorno. Il riscaldamento genera una dilatazione, con aumento di volume. Le rocce sono raramente corpi isotropi (al cui interno le proprietà fisiche non variano con la direzione): spesso sono composte da diversi tipi di minerali o hanno comunque discontinuità interne (come ad esempio la stratificazione), e questo influenza anche la distribuzione interna delle loro proprietà fisiche (come la durezza, l'elasticità, la dilatazione termica etc.), che hanno grandezze diverse in direzioni diverse. Questo porta le diverse parti costituenti la roccia sottoposte a variazioni di temperatura a espandersi e contrarsi in misura diversa e questo facilita la creazione di micro-fratture che si ampliano gradualmente fino alla disgregazione della roccia stessa. Inoltre, le rocce non hanno generalmente una conducibilità termica elevata (sono cioè tendenzialmente degli isolanti termici): questo vuol dire che tra la parte superficiale (alcuni millimetri) e la parte interna vi possono essere parecchi gradi di differenza e quindi una risposta diversa alle fluttuazioni di temperatura in termini di dilatazione termica ; questo con ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento provoca microfratture parallele alla superficie della roccia. Il risultato di questi processo è il distacco di lamine o scaglie sottili di roccia. Questo tipo di disgregazione è chiamato esfoliazione.

AloclastismoModifica

Dal greco "háls"-"halós" (sale marino) e "klastòs", (rotto). Questo processo è importante in aree costiere rocciose, soprattutto a clima caldo, nelle quali l'acqua marina ad elevato contenuto di sali penetra nelle fratture, discontinuità e porosità della roccia. E' caratteristico anche anche di aree desertiche in cui l'acqua presente nella parte superficiale del terreno evapora velocemente durante il giorno lasciando depositi di sali.Con l'evaporazione dell'acqua, i sali prima in soluzione cristallizzano, e la crescita dei cristalli induce tensioni che concorrono ad ampliare le fratture fino a causare il distacco di schegge di roccia. Questo tipo di alterazione dà luogo a forme caratteristiche a "vasche" subcircolari con profilo emisferico (spesso coalescenti, cioè tendenti ad unirsi in forme complesse lobate); perché il processo di alterazione ha origine da pozze, anche minime, di acqua sulla superficie rocciosa, che tendono ad allargarsi e approfondirsi a "conca". Questo tipo di processo è di fatto simile a quello del gelo/disgelo. I sali più comunemente coinvolti in questo processo sono il cloruro di Sodio (halite), il solfato di Calcio (gesso) e il carbonato di Calcio (calcite).


Alterazione chimicaModifica

SoluzioneModifica

la maggior parte delle rocce composte da silicati (ad esempio mica, feldspati, pirosseni...) hanno una solubilità molto scarsa in acqua pura alle temperature della superficie terrestre. Diventano però moderatamente solubili in acqua fortemente alcalina (PH > 7). L'alterazione dei minerali silicatici è accompagnata dalla formazione di minerali di alterazione, in particolare di minerali argillosi, con proprietà particolari che verranno approfondite in seguito.

I carbonati (ad esempio il calcare e la dolomia) sono moderatamente solubili all'acqua acida. Quando l'acqua viene resa leggermente acida a causa di sostanze inquinanti o semplicemente per la presenza nell'atmosfera o nel suolo di CO2 (anidride carbonica), essa diventa in grado di sciogliere le rocce calcaree, causando ad esempio il fenomeno del carsismo (approfondito in una pagina a parte). Le radici delle piante e i microorganismi del terreno rilasciano sostanze che acidificano il terreno favorendo lo scioglimento delle rocce calcaree (biocarsismo).

I minerali più solubili in acqua sono quelli di origine evaporitica (da evaporazione di acque sia marine che continentali), cioè solfati e cloruri, come halite e gesso. Anche la soluzione di solfati e cloruri può dare origine a fenomeni di carsismo.

IdrolisiModifica

Le reazioni di idrolisi dipendono dalla dissociazione di H2O in ioni H+ e OH-, che avviene in presenza di un agente acidificante. Gli "acidi naturali" che giocano un ruolo importante comprendono l' acido carbonico (H2CO3), formato dalla soluzione di anidride carbonica (CO2) in acqua, e gli acidi umici, che si formano a seguito della biodegradazione microbica di materia organica (vegetale o animale). l' humus è un complesso di sostanze organiche che si forma nel suolo in seguito alla biodegradazione di materiale vegetale (foglie, tronchi e radici) in presenza di umidità.

Molti minerali silicatici sono sottoposti a reazioni di idrolisi. Un esempio tipico è la formazione della caolinite (un minerale argilloso) dall' ortoclasio (feldspato potassico), componente di vari tipi di rocce ignee e metamorfiche, e sabbie (o arenarie), per reazione con acqua. La reazione avviene in due fasi, con la generazione di un minerale argilloso intermedio (illite[N 1]):

 

 

 

 

L'idrolisi è un processo particolarmente efficace dove vi sono abbondanza d’acqua ed elevata temperatura, cioè nelle zone con climi caldo-umidi, mentre si può bloccare completamente o quasi nelle zone aride o a clima freddo. Il processo viene accelerato dalla presenza di vegetazione, di sostanze organiche in decomposizione e di batteri. Specialmente la vegetazione ha una grande importanza, perché, attraverso il processo della respirazione cellulare, le radici delle piante liberano notevoli quantità di anidride carbonica nell'acqua che circola nel suolo.

OssidazioneModifica

L'ossigeno costituisce il 21% circa dell'atmosfera terrestre. L'ossigeno contenuto nell'aria o disciolto nell'acqua è in grado di ossidare (l'ossidazione è una reazione chimica) minerali silicatici ricchi di metalli, soprattutto quelli contenenti Ferro, Alluminio e Manganese formando ossidi e idrossidi, di colore prevalentemente giallo, rosso, marrone o nero. L’ossigeno sottrae elettroni ai metalli e l'eccesso di cariche positive che si viene a creare viene controbilanciato con l'espulsione dalla roccia di cationi. L’ossigeno si lega a questi metalli formando ossidi (ad es. l'ematite Fe2O3 e la pirolusite MnO2) o, assieme al vapore acqueo, miscele più o meno complesse di ossidi e idrossidi (ad es. la limonite e la goethite per il ferro e la bauxite per l’alluminio).

Modellamento causato dalla pioggia e dal ruscellamentoModifica

 
Effetto del ruscellamento su un pendio collinare (Islanda). Nella parte alta del versante sono visibili piccoli solchi poco profondi e poco delineati, che nella parte inferiore tendono a confluire in solchi (gully in Inglese) con andamento lineare. Al piede del versante abbiamo piccoli lobi di soliflussione (vedere avanti il capitolo relativo).

Le precipitazioni atmosferiche agiscono sulle rocce con un'azione meccanica. In questo senso, l'impatto delle gocce di pioggia sul terreno è il primo agente dell'erosione, potendo smuovere frammenti sciolti di roccia e anche scagliarli intorno disperdendoli lateralmente (prevalentemente verso valle) se la precipitazione è violenta. La forza erosiva della pioggia (erosività della pioggia) è un parametro quantificabile combinando diversi fattori (principalmente quantità, durata e intensità delle precipitazioni) e dipende anche dalla variabilità delle precipitazioni durante le stagioni, dalla temperatura e dalla loro localizzazione (latitudine, longitudine). Anche la presenza di vento contribuisce alla capacità erosiva della pioggia, aumentando l'energia cinetica delle gocce. L'intensità dell'erosione del suolo da pioggia ha un impatto notevole sulla stabilità dei versanti e sulla produttività agricola (in quanto contribuisce ad asportare la parte superficiale più fertile del suolo) e inoltre può mobilizzare materiale superficiale potenzialmente inquinante, come i pesticidi e i fertilizzanti agricoli.

Il ruscellamento è una delle componenti del deflusso superficiale delle acque (insieme alle correnti acquee incanalate in fiumi e torrenti); è il fenomeno di scorrimento delle acque piovane sulla superficie del terreno che si verifica quando esse non possono penetrare in profondità perché è stata superata la capacità di infiltrazione che caratterizza il terreno stesso. Questo può avvenire in tre casi:

  • perché la quantità di pioggia per unità di tempo che raggiunge la superficie è maggiore di quella che riesce ad infiltrarsi nel terreno nella stessa unità di tempo; questo può avvenire ad esempio durante piogge violente;
  • perché il terreno è già saturo d'acqua, e quindi la porosità (il sistema di vuoti interni) del terreno non può assorbirne altra;
  • perché il terreno è impermeabile per sua natura (ad esempio nel caso di rocce argillose o rocce compatte prive di porosità).

La velocità d’infiltrazione varia nel tempo ed è massima all’inizio delle precipitazioni quando il suolo è più asciutto. In seguito decresce per l’aumento del livello di saturazione.



Gli effetti del ruscellamento sono visibili in particolare nei seguenti fenomeni:

  • i calanchi: sono forme d'erosione che si impostano frequentemente su argilla (una roccia tenera e facilmente erodibile), soprattutto quando contiene una frazione più grossolana (limo, sabbia) che la rende meno coerente. Si presentano come profondi solchi ramificati nei quali non riesce a crescere vegetazione. I calanchi tendono a propagarsi verso monte per erosione regressiva[N 2], formando impluvi[N 3] con profilo acuto, a "V", in rapido approfondimento, separati da versanti scoscesi con displuvi[N 4] acuti, a lama, da cui il materiale argilloso frana continuamente. Nei calanchi l'erosione è in evoluzione così rapida che la vegetazione non riesce a crescere, quindi il fenomeno tende ad autoalimentarsi e a propagarsi.
  • piramidi di terra: alti pinnacoli di terra sovrastati da un masso. Si formano soprattutto su sedimenti di origine glaciale molto eterogenei (costituiti da un mix caotico di materiali con dimensioni che vanno dall'argilla ai massi) e poco coerenti. In questo caso le acque superficiali scorrono asportando il materiale più fine fino a che incontrano massi che non riescono a smuovere e che proteggono la porzione di terreno sottostante da ulteriore erosione. Il fenomeno si accentua progressivamente e i massi rimangono isolati su un pinnacolo (destinato comunque a crollare o ad essere rapidamente eroso quando il masso prima o poi cade). Anche questi fenomeni si propagano per erosione regressiva.

L'erosione fluviale (da acque incanalate) caratteristica del fondovalle, è molto più efficiente rispetto al ruscellamento e della gravità, che agiscono soprattutto sui versanti insieme ai fattori della degradazione meteorica, perché concentrata sulla linea dell'impluvio. Questo dà origine a valli con profilo acuto, a "V", come vedremo meglio nella lezione sul modellamento fluviale.

Al contrario, i ghiacciai danno un'erosione distribuita sia nel fondovalle che su parte dei versanti, generando valli con profilo a "U", come vedremo nella lezione relativa.

Erosione gravitazionaleModifica

Modellamento dovuto alla gravitàModifica

Ci occupiamo qui dei processi dovuti all'azione diretta della gravità. Infatti l'azione della gravità interviene anche nel determinare i processi di erosione dovuti alle correnti acquee, eoliche e al ghiaccio, che saranno esaminati nei capitoli successivi.

Il materiale alterato può essere trasportato verso il basso per azione della forza di gravità. Il movimento del materiale alterato trasportato per mezzo della gravità può avvenire per tratti limitati, generalmente sui versanti montani. I fenomeni gravitativi più comuni sono le frane, in cui materiale roccioso alterato si muove lungo un versante.

Si distinguono vari tipi di movimento negli eventi franosi, che dipendono dalla natura e dalle proprietà meccaniche delle rocce e dei terreni interessati, e che danno origine a fenomeni e morfologie diverse a seconda del tipo di movimento prevalente: rotolamento, caduta, ribaltamento, scivolamento, colamento o sprofondamento.

  • Il rotolamento interessa accumuli di detrito grossolano e terreni e rocce "sciolti" (incoerenti), come ghiaie e massi isolati, e dà luogo ad accumuli caotici o in forma di conoidi di detrito (accumuli a forma di ventaglio e convessi verso l'alto, con apice verso monte, situati al piede della scarpata[N 5].
  • Il movimento per caduta è tipico delle frane da crollo, su pareti di roccia o versanti scoscesi, di materiali fratturati o indeboliti dall'alterazione. Una porzione di parete o versante cede improvvisamente rilasciando materiale che si accumula al piede del versante stesso, sempre in forma di accumuli caotici o conoidi di detrito. Il ribaltamento è un movimento rotazionale, in cui la massa di roccia interessata ruota rigidamente intorno a un punto o a un asse prossimo al piede della scarpata e cade al suolo, generalmente frantumandosi.
  • Lo scivolamento di masse di roccia o di terreno avviene su un piano di debolezza (generalmente una superficie di strato, o una frattura naturale, o una faglia). Si tratta di un frammento di roccia che scivola rigidamente a valle, inizialmente mantenendo la propria struttura e successivamente, se il fenomeno prosegue, frantumandosi e scomponendosi in accumuli più o meno caotici.
  • Il colamento si ha con materiali che si comportano plasticamente (cioè si deformano senza frantumarsi), come ad esempio sabbie satura d'acqua o argille, che "colano" come liquidi molto viscosi[N 6]. In questo caso spesso non vi è una demarcazione unica e netta tra la roccia o il terreno in posto e quello franato (perché il corpo di frana si muove a velocità diverse a seconda della posizione), ma vi è una serie di crepacci longitudinali e trasversali nel suolo che indicano superfici irregolari di "scollamento" tra masse con diversa velocità di discesa.
  • Lo sprofondamento si verifica nella parte superficiale di terreno con il cedimento di livelli plastici sottostanti a formazioni rigide, oppure dovuti al crollo di cavità sotterranee artificiali (gallerie di miniera o stradali o ferroviarie, fognature, cisterne...) o naturali (cavità carsiche). Sono fenomeni franosi poco frequenti e generalmente localizzati in zone ristrette. Per lo più si verificano in regioni carsiche di natura calcarea o gessosa, ma possono interessare anche terreni poco coerenti e terreni vulcanici (tufi e tufiti), o in ambienti periglaciali per la fusione di ghiaccio sepolto.
  • Infine, l'intervento concomitante o successivo di diversi dei meccanismi esposti sopra causa frane complesse, che danno origine ad accumuli con caratteristiche miste.
 
Schema ed esempio reale che illustrano la morfologia di un corpo di frana. Ben visibili la nicchia di distacco del materiale franato (sulla destra), il pendio di frana in posizione intermedia, nella parte bassa della superficie di scivolamento principale, e la zona di accumulo, nella parte bassa del versante e in parte nel letto del torrente, che consiste in accumuli caotici dei materiali del pendio franato. Il corpo di frana è caratterizzato da scarpate trasversali corrispondenti a rotture secondarie, e crepacci trasversali e longitudinali dovuti ad ulteriore scomposizione della massa di materiale franato nella zona di accumulo.

Le frane danno luogo a trasformazioni della superficie terrestre dovute appunto allo spostamento di materiale dovuto principalmente alla gravità: la loro morfologia dipende molto dal tipo di meccanismo prevalente. Tuttavia, è possibile definire alcuni elementi comuni. Una frana è caratterizzata da tre parti principali:

  • la nicchia di distacco, a monte, corrisponde alla zona in cui avviene il distacco del materiale franato e l'inizio del movimento.
  • l' alveo o pendio di frana corrisponde alla zona di transito o comunque di movimento principale del materiale.
  • la zona di accumulo, a valle, corrisponde alla zona in cui il movimento rallenta fino ad arrestarsi e il materiale franato si depone.


 
Schema che illustra gli effetti del soil creep. Si noti che anche la parte superficiale del substrato roccioso (la più alterata) è interessata dal movimento.
 
Effetti superficiali del soliflusso su terreni montani, con la formazione di lobi di soliflussione.

Occorre considerare anche altri tipi di movimento gravitativo, che non rientrano strettamente nel concetto di frana e che coinvolgono la coltre eluviale di detrito che ricopre i versanti, con basse e bassissime velocità di movimento. Questi fenomeni sono visibili non tanto direttamente quanto per il loro effetto su oggetti come alberi e pali (o altri manufatti) che tendono ad inclinarsi verso valle o a mutare di posizione.

  • il soliflusso (o soliflussione) è il movimento gravitativo verso valle della coltre detritica, che mantiene la sua organizzazione interna; si verificano piccole colate di materiale incoerente o particolarmente plastico che danno origine a forme a lobo (lobi di soliflussione). Il profilo di velocità nella coltre interessata da questo fenomeno è abbastanza costante.
  • il soil creep è il movimento estremamente lento della coltre eluviale, che può coinvolgere anche la regolite (roccia alterata e disgregata) con velocità differenziale, ed è prodotto soprattutto da effetti termici di dilatazione e contrazione, cicli gelo-disgelo, vibrazioni prodotte da attività umane (traffico veicolare su strade). Questo tipo di movimento è definito reptazione (creep)

L'entità di questi movimenti dipende dall'inclinazione del pendio, dalla natura del terreno (i terreni sciolti e quelli argillosi sono particolarmente predisposti) e dal clima (disponibilità di acqua, fluttuazioni di temperatura, cicli gelo/disgelo). Una elevata saturazione in acqua tende ad accentuare il fenomeno, mentre la presenza di vegetazione (soprattutto se con radici profonde) tende a contrastarlo.

Le frane non avvengono solo in ambiente subaereo ma anche in ambiente subacqueo (in bacini marini o lacustri): in questo caso si tratta di fenomeni con caratteristiche specifiche che danno origine a depositi particolari, le torbiditi. Di questo tipo di fenomeni però tratteremo nel capitolo dedicato all'ambiente marino.

Erosione causata da organismi viventiModifica

Il bioclastismo è la disgregazione fisica delle rocce prodotta da organismi viventi. Il complesso di dei processi in situ di alterazione fisico-chimica già visti creano un suolo regolitico che può ulteriormente essere elaborato da processi biogenici. Le radici delle piante che penetrano nel substrato roccioso possono frantumare ulteriormente la roccia, e l'accumulo di materiale vegetale sotto forma di humus causa cambiamenti nel chimismo delle acque sotterranee generando acidi umici (che, come già visto favoriscono processi di corrosione delle rocce come l'idrolisi). Gli animali scavatori, terrestri o marini, contribuiscono al fenomeno, sia con la loro attività di scavo, sia alterando chimicamente la roccia e la regolite con sostanze acide e alcaline prodotte dalla decomposizione dei corpi dopo la morte. Il profilo del suolo aumenta progressivamente di spessore nel tempo, con la frantumazione del substrato roccioso e l'accumulo di materia organica. Anche l'attività di pascolo e razzolamento del bestiame selvatico e domestico (specie se in gruppi numerosi o mandrie) contribuisce all'erosione del terreno, provocandone il denudamento dal manto vegetativo e favorendo l'erosione da parte degli elementi (pioggia, vento) e degli agenti dell'alterazione (termo- e crioclastismo).


Vegetazione e denudamentoModifica

Il tipo e la densità della copertura vegetativa dipende in larga misura dal regime climatico, che a sua volta dipenda sostanzialmente dalla latitudine e dall'altitudine. La copertura vegetale è molto efficace nel proteggere il substrato roccioso e la regolite soprastante dall'erosione da parte delle precipitazioni e delle acque correnti. Anche l'azione del vento viene ridotta se vi è vegetazione a trattenere le particelle fini di terreno nel suolo. La vegetazione ha un ruolo primario nella stabilizzazione dei versanti, anche ripidi, nelle regioni montuose. Nelle regioni aride, una copertura vegetale rada espone il substrato roccioso e la regolite all'azione degli elementi (acque e vento): anche se gli episodi di pioggia sono rari, la degradazione è comunque attiva e lascia molto detrito che può essere rimobilizzato da alluvioni in seguito a piogge improvvise e violente (flash flood) tipiche di questi climi.

L'azione dell'uomo (attività antropogenica), con il disboscamento di vaste aree della Terra, ha aggravato in misura estrema il denudamento (l'asportazione di suolo) da parte dei fattori dell'erosione. Questo avviene in particolar modo nelle regioni tropicali, in cui per il regime climatico (elevata umidità e ampia disponibilità d'acqua, alta temperatura e attività elevata dei processi chimici e biologici) il terreno è fortemente alterato in profondità sotto le radici degli alberi, e quindi una volta tolta la copertura vegetale l'effetto del denudamento è catastrofico, in termini di inondazioni, frane, colate di fango, asportazione di suolo fertile e impoverimento della biodiversità.


ApprofondimentiModifica

  1. Approfondimento: il ruscellamento
    Si distinguono un ruscellamento superficiale e un ruscellamento ipodermico (o sotto-superficiale). Quest'ultimo avviene entro gli strati superficiali del terreno (il cosiddetto aerato) quando questo è saturo d'acqua o quasi e l'acqua inizia a muoversi lungo la pendenza naturale del versante, oppure quando l'acqua di infiltrazione raggiunge uno strato meno permeabile e prende a scorrere lungo la sua superficie. Ovviamente il ruscellamento superficiale presenta la maggiore velocità ed è l'agente di maggiore importanza per l'erosione. All’inizio il ruscellamento forma una lama d’acqua superficiale uniforme che scorrendo asporta il materiale incoerente per erosione areale; poi si divide in rivoli che iniziano a scavare nel terreno piccoli solchi, dapprima effimeri, soggetti continua variazione di configurazione (erosione a rivoli). Successivamente i rivoli tendono a confluire in solchi più profondi e stabili (in Inglese gully), con andamento lineare lungo la direzione di massima pendenza del versante (erosione a solchi o lineare). Il ruscellamento è uno dei fattori primari dell'erosione di versante. Su versanti privi o con scarsa vegetazione (che tende a stabilizzare il terreno con le radici e ad ostacolare il ruscellamento con le parti aeree), riesce ad asportare quantità notevoli di materiale eluviale. Su terreni agricoli, l'agricoltura intensiva e la mancanza di strutture di drenaggio a protezione dei campi può portare ad un aumento dell'erosione per dilavamento. Il risultato è l'asportazione della parte superficiale più fertile del suolo, che si impoverisce, e la messa in circolazione nelle acque di inquinanti (fertilizzanti, antiparassitari), con aumento dell'inquinamento. Il ruscellamento è parte del ciclo idrologico andando ad alimentare l'idrografia superficiale (ruscelli, torrenti, fiumi e laghi) e tornando infine al mare. L' efficacia dell'erosione dipende da:
    • litotipo (tipo di roccia): più la roccia è tenera o incoerente, più facile e veloce è l'erosione.
    • intensità delle precipitazioni: più sono intense e prolungate, maggiore è l'erosione.
    • permeabilità del terreno: se è molto permeabile l'acqua si infiltra rapidamente e il ruscellamento non avviene o avviene in misura minore solo dopo diverso tempo (quando il terreno è saturo).
    • pendenza: maggiore è la pendenza e più veloce è il ruscellamento
    • copertura vegetale: se è presente e abbondante tende a proteggere il terreno dall'erosione.
  2. Approfondimento: cause delle frane e opere di difesa
    I fenomeni di frana si possono innescare per vari motivi: il più importante generalmente è l'azione delle acque meteoriche e superficiali, che si infiltrano indebolendo le forze coesive che tengono insieme le masse di terreno e di roccia, insieme all'azione concomitante del termoclastismo e del crioclastismo. Anche l'azione delle acque incanalate (fiumi o torrenti che erodono, indebolendolo, il piede dei versanti) può essere importante. Gli eventi sismici (terremoti), anche di intensità piccola o moderata in presenza di rocce alterate, possono essere un altro fattore determinante. Infine, l'azione dell'uomo può influire notevolmente ed essere in diversi casi determinante, ad esempio con scavi al piede di un versante, o con la costruzione di manufatti, case d'abitazione e infrastrutture a monte del versante stesso, o con le vibrazioni prodotte dal traffico veicolare. La pianificazione territoriale, attuata dagli enti locali (Comuni, Province, Regioni, Comunità montane e Comunità isolane), si deve occupare del corretto uso del territorio, determinando i fattori di rischio idrogeologico ed evidenziandoli opportunamente allo scopo di evitare o limitare la presenza di costruzioni e infrastrutture, e soprattutto di concentrazioni di popolazione, incompatibili con livelli di rischio elevato. Le opere di difesa dei versanti hanno lo scopo di contenerne la degradazione e l’erosione da parte degli agenti naturali, e di evitarne la compromissione statica per l'azione della gravità. La tipologia di queste opere è estremamente varia e richiede una progettazione specifica caso per caso, basata sulle caratteristiche morfologiche e di esposizione dei versanti, la loro composizione e tessitura (litotipi, terreni), la presenza e la distribuzione di fratture naturali e faglie, il regime climatico (precipitazioni ed escursioni termiche, azione del gelo-disgelo, ruscellamento), e il contesto antropico (presenza di manufatti, infrastrutture, abitati...) con i relativi fattori di rischio idrogeologico. Per il corretto dimensionamento di queste strutture sono necessari sondaggi meccanici e talora prospezioni geofisiche (sismiche, geoelettriche, radar) per indagare la natura del terreno in profondità, prove geotecniche in situ e in laboratorio, su campioni, per determinare le caratteristiche fisico-chimiche e di resistenza di rocce e terreni. Gli interventi di questo tipo finalizzati al sostegno diretto dei versanti vanno dalla costruzione di murature di sostegno rigide (in pietrame, mattoni, calcestruzzo armato), a manufatti più flessibili composti di elementi prefabbricati (muri cellulari, pali, gabbioni riempiti di pietrame).
    In caso di pareti e versanti molto inclinati, si utilizzano anche opere di difesa massi (protezioni passive finalizzate ad intercettare e bloccare o frenare cadute di detriti),come barriere paramassi e reti paramassi, associate a trincee e rilevati. La coesione di rocce e terreni inoltre può essere migliorata mediante l'uso di ancoraggi meccanici.
    Poiché l'esigenza primaria in caso di instabilità dei versanti è allontanare il più velocemente possibile le acque superficiali e di infiltrazione, sono inoltre necessarie opere di drenaggio (canalette e fossi drenanti; pozzi e gallerie di drenaggio).
    Negli ultimi decenni si cerca di intervenire con opere di difesa preventiva per la stabilizzazione dei versanti e la prevenzione dell'erosione, con materiali biologicamente più sostenibili (in legno, o materiali biodegradabili), che servono di supporto all'insediamento di piante il cui apparato radicale consolida e trattiene il terreno. Una trattazione dettagliata di questa materia esula dagli scopi di questo testo, ma per una migliore comprensione della natura e degli scopi delle opere di difesa diamo di seguito un'ampia scelta di immagini. Si rimanda inoltre per maggiori dettagli alla corrispondente lezione su Wikiversità: v:Il modellamento dovuto a fenomeni atmosferici (superiori)#Opere di difesa dei versanti
  3. Approfondimento ed esempi di bioclastismo
    Diversi organismi intaccano direttamente la roccia esposta. I licheni contribuiscono all’erosione delle rocce mediante processi sia fisici che chimici, come la rottura meccanica del substrato da parte delle ife che penetrano i primi millimetri di roccia, l’espansione e la contrazione con le variazioni di umidità della biomassa di micelio penetrata nella roccia, la secrezione di acidi organici (ad esempio acido ossalico) che favoriscono la dissoluzione dei carbonati. L’anidride carbonica, prodotta dalla respirazione del tallo, dissolve le rocce calcaree in presenza di umidità, portando alla formazione di bicarbonati solubili che possono essere dilavati. Altri esempi in ambiente marino sono alcune specie di molluschi (ad esempio i bivalvi Lithophaga lithophaga, il cosiddetto "dattero di mare", e Pholas dactylus) si insediano nella roccia calcarea perforandola mediante secrezioni acide del mantello. La loro azione, che produce fori fino ad alcuni centimetri, può contribuire ad indebolire il piede di falesie calcaree, facilitandone l'erosione. Le strutture provocate da questo tipo di organismi (gastrochenoliti) si possono rinvenire anche fossili. Altri molluschi, come le patelle (gasteropodi) producono acidi che riescono a corrodere anche rocce silicatiche. Altri tipi di organismi marini perforanti sono alcune specie di poriferi (spugne del genere Cliona), vermi come anellidi policheti e sipunculidi, che producono fori di dimensioni da millimetriche a centimetriche. Diversi funghi, alghe e cianobatteri producono fori inferiori al millimetro (dell'ordine dei 100 micrometri). In questi casi si parla più propriamente di bioerosione. Una forma molto comune di azione biologica sui terreni e sui sedimenti è la bioturbazione. Molti organismi, soprattutto invertebrati, sia di terraferma sia acquatici (sia continentali che marini) con la loro attività "disturbano" la tessitura e la struttura originaria dei suoli e dei sedimenti, dando luogo a strutture specifiche: si hanno strutture interpretabili come tracce di abitazione ("tane" e gallerie); tracce di locomozione, di reptazione, orme; tracce di nutrizione (di organismi limivori, che si nutrono della materia organica contenuta nel fango del fondale). Non si tratta tanto di una forma di erosione in senso stretto (perché non abbiamo trasporto) quanto di un'azione di trasformazione del sedimento. L'intensità di bioturbazione può arrivare a obliterare completamente la struttura originaria del sedimento (stratificazione, laminazione) e ad alterarne la tessitura (granulometria). L'intensità e la tipologia della bioturbazione inoltre è strettamente correlata a fattori come l'ossigenazione, la salinità delle acque, la presenza di correnti, il tasso di sedimentazione, che hanno un significato ecologico e paleoecologico di notevole interesse. Gli organismi viventi dotati di parti mineralizzate (calcaree, silicee, etc.) una volta morti danno origine ad accumuli bioclastici che possono rimanere in posto o essere trasportati e rimaneggiati dagli agenti dell'erosione dando luogo a depositi bioclastici di varia natura. Questo aspetto però verrà approfondito in seguito, soprattutto nel capitolo riguardante il modellamento in ambiente marino.
  4. Approfondimento: com'è cambiata la vegetazione nel tempo
    La natura della vegetazione che colonizza questo pianeta è variata in misura notevole nel tempo geologico. Si possono riconoscere quattro stadi nello sviluppo delle piante terrestri:
    • Pre-Siluriano (3600-440 Ma). Non c'era ancora vegetazione a quel tempo sulle aree continentali: quindi si può ragionevolmente assumere che il denudamento fosse molto più elevato che non nell'attuale. Non era possibile l'impostazione di suoli evoluti, e la regolite era asportata rapidamente degli elementi.
    • Siluriano - Cretaceo Inferiore (440-125 Ma). I principali gruppi di piante erano felci, licopodi e conifere, con un apparato radicale piuttosto semplice, relativamente poco efficace nello stabilizzare il suolo e la regolite.
    • Cretaceo Inferiore - Cenozoico Inferiore (Oligocene) (125-23 Ma). Si ha lo sviluppo delle angiosperme ("piante da fiore"), con apparati radicali complessi e sviluppati, più efficaci nel trattenere il suolo.
    • Miocene - Attuale (da 23 Ma al presente). L'evoluzione e l'esplosione delle graminacee (l'erba) ricopre gran parte delle aree continentali con piante aventi apparati radicali densi, fibrosi e intrecciati estremamente efficaci nello stabilizzare il suolo.

NoteModifica

  1. Sotto forma di aggregati micro-cristallini definiti sericite.
  2. Erosione che dal punto d'origine del solco d'erosione si propaga "all'indietro", verso monte, erodendo sempre più materiale del pendio.
  3. Un impluvio è la linea che unisce i punti più bassi di un solco vallivo, e la parte in cui l'acqua tende a scorrere.
  4. Displuvio o spartiacque: la linea culminante di un rilievo che determina il limite tra un impluvio e l'altro.
  5. I conoidi di detrito non vanno confusi con i conoidi alluvionali, dove è invece determinante l'azione delle acque correnti e che fanno parte dei sistemi alluvionali, di cui tratteremo in seguito.
  6. La viscosità è una grandezza fisica che misura la resistenza di un fluido allo scorrimento. E' legata all'attrito tra le molecole del fluido. Ad esempio l'olio o il miele sono più viscosi dell'acqua.

BibliografiaModifica

Le informazioni contenute in questo capitolo sono tratte dai testi seguenti:

  • Ippolito F., Nicotera P., Lucini P., Civita M. e De Riso R., Geologia Tecnica per ingegneri e geologi, Milano, Arnoldo Mondadori, 1980.
  • Marasciulo T., Pascarella F. e Guerra M., Atlante delle opere di sistemazione dei versanti. APAT, Manuali e Linee guida 10/2002., a cura di Ligato D., Agenzia per la Protezione dell’Ambiente e per i servizi Tecnici (APAT), 2002.
  • Marziano G., Frane e alluvioni. Guida al modello di conoscenza e al comportamento., Palermo, Dario Flaccovio, 2016, ISBN 9788857906096.
  • (EN) Nichols G., Sedimentology and stratigraphy - 2nd ed., Oxford, UK, Wiley-Blackwell, 2009, pp. 129-150; 179-214.
  • (EN) Panagos P., Ballabio C., Borrelli P., Meusburger K., Klik A., Rousseva S., Tadic M.P., Hrabalikova M. Michaelides S., Hrabalikova M., Olsen P., Aalto J., Lakatos M., Rymszewicz A., Dumitrescu A., Begueria S. e Alewell C., Rainfall erosivity in Europe., in Science of the Total Environment 511: 801-814., 2015, DOI:10.1016/j.scitotenv.2015.01.008.
  • Ricci Lucchi F., Sedimentologia. Parte 1 - Materiali e tessiture dei sedimenti, Bologna, CLUEB, 1980.
  • Ricci Lucchi F., Sedimentologia. Parte 2 - Processi e meccanismi di sedimentazione, Bologna, CLUEB, 1980b.
  • Ricci S., Sacco Perasso C. e Antonelli F., La Bioerosione Marina dei manufatti sommersi, su http://www.icr.beniculturali.it/pagina.cfm?umn=75&uid=499&usz=2&smn=107, Ministero per Beni e le Attività Culturali. Istituto Centrale per il Restauro.