Eroziune

Efect spectaculos al eroziunii vântului predominant pe roca sedimentară - Timna Park, Negev , Israel

Eroziunea este o fază a procesului sedimentar și constă în separarea fizică, de soluri și roci aflate în afară și îndepărtarea ulterioară a fragmentelor, numite „claste”, și a substanțelor dizolvate generate de faza dedegradare meteorică . Termenul se aplică nu numai procesului fizico-chimic în sine, ci și efectelor pe care eroziunea le produce asupra teritoriului. Eroziunea tinde să aducă suprafața pământului către un profil de echilibru, moment în care forțele care o determină sunt insuficiente pentru ao menține sau acest lucru încetinește semnificativ acțiunea sa.

Se obișnuiește să se distingă eroziunea în „sens strict”, un proces care mută cantități mici de materie în mod constant în timp, de la mișcări de masă, cum ar fi alunecări de teren și alunecări de teren, care în schimb mută cantități mari de material într-un timp foarte scurt, dar sunt discontinuu.

Originea și utilizarea denumirii

Din latinescul erodere = ex + rodere , adică „roade, consumă puțin câte puțin scoțând din”. În limba italiană, erodarea și eroziunea se afirmă în Renaștere , chiar dacă inițial au fost aplicate numai monedelor pentru a exprima așa-numita forfecare sau reducerea progresivă a valorii aurului. Cei doi termeni sunt folosiți și în medicină pentru a indica leziuni și ulcerații (deja în latina imperială erosio = ulcerație ). Pentru a descrie fenomenele erozive ale apelor curgătoare, se utilizează inițial termenii „corodare / coroziune”. În Europa, utilizarea termenului de eroziune în sensul său actual începe la sfârșitul secolului al XVIII-lea , grație geografilor, în special francezi, care îl aplică studiului geomorfologiei . ^[1]

Aspecte fizice: secvența erozională

Eroziunea poate fi privită ca o succesiune de trei evenimente: detașare , îndepărtare și transport . Cu toate acestea, în multe cazuri, este foarte dificil să separi aceste evenimente unele de altele, deoarece acestea apar simultan.

Detaşare

Eroziunea începe cu separarea fizică a particulelor de la suprafața rocilor și solurilor. Uneori detașarea necesită ruperea legăturilor care țin particulele împreună. Există diferite tipuri de legături, fiecare cu niveluri diferite de coeziune între particule. Cele mai puternice legături sunt cele dintre cristalele rocilor magmatice , care apar din modul în care cristalele cresc pe măsură ce magma se răcește. În rocile sedimentare legăturile sunt slabe și sunt produse în principal de efectul de cimentare a oxizilor de fier, a siliceului sau a carbonaților. În soluri acestea sunt și mai slabe, legate de acțiunea de coeziune a moleculelor dipolare de apă și de atracția electrostatică dintre particulele de argilă sau materia organică. Acțiunile fizice, chimice și biologice de degradare tind să slăbească aceste legături, astfel încât o rocă modificată este o pradă mai ușoară pentru detașare. Agenții de detașare sunt: ( 1 ) creșterea volumului de apă atunci când îngheață în fracturi și cavități ale rocii sau solului, ( 2 ) impactul cu solul de picături de ploaie și grindină, ( 3 ) coliziune de particule transportate de fluide în mișcare ( aer, apă, gheață) și ( 4 ) cavitație , care are loc numai în curgeri foarte rapide de apă (de exemplu, în cascade) și provine din implozia bulelor de aer, care creează micro-jeturi de apă care la rândul lor produc compresii puternice pe zone foarte mici . De obicei, fenomenul de implozie apare atunci când fluxul rapid de apă întâmpină un obstacol în calea progresului, cum ar fi o piatră mare. Conform legii lui Bernoulli , reducerea volumului crește viteza de curgere, reducând simultan presiunea internă. Dacă aceasta scade sub presiunea vaporilor gazelor atmosferice dizolvate în apă, acestea se separă în bule care, în aval de obstacol, sunt comprimate (implodează) de presiunea care crește din nou datorită scăderii vitezei ^[2] .

Îndepărtarea

Odată ce o particulă s-a separat de celelalte, trebuie ridicată pentru a fi îndepărtată. Tot în această fază este necesară depășirea unor forțe: principala este rezistența opusă fricțiunii , care se dezvoltă din interacțiunea particulei care trebuie îndepărtată cu cele vecine, care în diverse moduri îi pot împiedica mișcarea. Principala forță de îndepărtare este fluxul unui fluid. Intensitatea acestei forțe depinde în esență de masa acestui fluid (apa este de 9000 de ori mai densă decât aerul) și de viteza sa. Fluxul fluidului determină atât mișcarea orizontală, cât și cea verticală a particulelor de eliminat. Dacă forța fluxului este suficientă pentru a depăși rezistența la frecare, particula se mișcă orizontal. Ridicarea acestuia este produsă în schimb de turbulența fluxului și de prezența vârtejurilor, care exercită o forță de aspirație pe suprafața de alunecare. Odată ce particula este ridicată, singura forță care se opune transportului este gravitația , astfel încât particulele pot fi transportate la debituri mai mici decât cele necesare pentru îndepărtare. În cazul unei pante stâncoase, îndepărtarea se poate datora numai gravitației, atunci când dezghețarea gheții conținute în fisuri eliberează particulele separate anterior una de cealaltă prin creșterea volumului gheții ^[2] .

Dacă elementele conținute în roci sunt făcute solubile prin procesele de dizolvare și hidroliză , procesul de îndepărtare a substanțelor dizolvate de către apă se numește leșiere ^[2] .

Transport

fig 1: forme de transport al curentului într-un mediu fluid. 1. bătaie, 2. rulare, 3. sărare, 4. suspensie, 5. soluție (sub formă de ioni și / sau molecule)

O particulă îndepărtată tinde să se miște până când viteza de curgere sau vâscozitatea fluidului (de exemplu, în cazul gheții) este suficient de mare pentru a depăși forța gravitațională, care tinde să o facă să revină la sol. În cadrul unui fluid, transportul poate avea loc în patru moduri diferite:

suspensie : când particulele sunt transportate de un fluid fără a atinge suprafața pe care curge; poate apărea în aer, apă și gheață;
sărare : atunci când particulele se deplasează continuu de la suprafața de alunecare la mediul fluid și invers în cicluri rapide și repetate; este activ numai în apă și aer;
tracțiune : este mișcarea particulelor care are loc de-a lungul suprafeței de alunecare prin rostogolirea sau tragerea clastelor; se poate întâmpla în toate mijloacele;
soluție : este un mijloc exclusiv de transport al apei. Soluția implică faptul că materialul erodat este dizolvat prin levigare și transportat de apă sub formă ionică sau moleculară . Pentru acvifere acesta este singurul mijloc de transport posibil ^[2] .

Greutatea, dimensiunea, forma și conformația suprafeței particulelor și tipul de mediu de agent determină care dintre aceste procese funcționează predominant.

Clasificarea formelor de eroziune

Spălare

Spălarea solului din cauza eroziunii de către râuri

Eroarea este eroziunea solului de către apă. Începe deja cu căderea ploii pe sol ( eroziune de impact ), apoi se dezvoltă treptat, urmând unele etape: în primul rând există o eroziune larg răspândită , care are loc datorită vălului de apă care udă suprafața în timpul precipitațiilor, alunecând de-a lungul liniei de panta maxima; atunci se generează așa-numita eroziune de către râuri sau râuri , în care eroziunea este concentrată în brazdele generate de eroziunea anterioară și în care curge apa ( scurgerea ); în cele din urmă apare eroziunea în brazde , în care apa a reușit să sape brazde în pământ și fenomenul are loc în interiorul lor. În același timp, eroziunea subcutanată poate apărea atunci când, în solurile crăpate sau poroase, apa curge chiar sub suprafață, săpând tuneluri mici și îndepărtând materialul când iese la suprafață ^[2] . Potrivit unor autori, acesta din urmă ar da naștere eroziunii în brazde.

Eroziune fluvială

Același subiect în detaliu: Eroziunea râului .

Eroziunea malului cu alunecarea de teren a părții superioare a escarpei într-un torent care inundă

Apare în două forme: cu eroziunea de fund , care este cea pe care curentul râului o exercită asupra albiei și provoacă o coborâre progresivă, și cu eroziunea laterală sau de mal , care determină modificări ale formei albiei acționând asupra malurile datorită variațiilor debitului curentului și apariției mișcărilor de masă care afectează albia râului. Cele două forme pot acționa împreună sau independent ^[3]

Eroziune marină

Acțiunea mării pe litoral include o serie de procese legate de efectul valurilor și al curenților de coastă: îndepărtarea materialului detritic de pe plaje, acțiunea mecanică a impactului valurilor pe coastele stâncoase, detașarea granulelor prin cristalizarea sarea din crăpături etc. Rezultatul este aproape întotdeauna o retragere a litoralului ^[3] .

Eroziunea unei plaje de o serie de valuri violente de furtună

Mișcări de masă

Același subiect în detaliu: alunecarea de teren .

Adică fluxuri lente în sol, alunecări de teren și alunecări de teren. Sunt mișcări legate de gravitație, dar în care apa joacă un rol direct sau indirect.

Eroziune glaciară

Este cauzată de fluxul lent în aval și de greutatea masei glaciare și de fluxul cursurilor subglaciare. Acțiunea sa este vizibilă numai atunci când ghețarul se retrage.

Stâncă Montonata cu dungi glaciare evidente. Acestea sunt efectele eroziunii asupra fundului stâncos de către un ghețar care nu mai există. Vallone della Savine, Lanslebourg-Mont-Cenis (Franța)

Eroziune eoliană

Eroziunea matricei fine a acestei breșe de către vânt a adus în relief clastele. Deșertul Mojave , California

Este cauzată de acțiunea vântului în zonele aride și pe litoral. Se efectuează cu îndepărtarea particulelor de la sol și cu acțiunea mecanică a impactului acestor particule asupra suprafețelor stâncoase.

Eroziune carstică

carare în calcar , o morfologie erozivă datorată lărgirii fisurilor datorită dizolvării și levigării carbonaților

Este un tip de eroziune aproape exclusiv chimic, legat de dizolvarea carbonaților de apele slab acide care circulă la suprafață și în interiorul rocilor de calcar.

Factori care reglează eroziunea

Intensitatea și viteza cu care are loc acțiunea erozivă și prevalența acțiunii fizice sau chimice depind de o serie de factori, principalul fiind climatul . De fapt, întinderea și viteza de eroziune a unui anumit tip de rocă sunt diferite în funcție de faptul că se află într-un climat arid sau umed, cu vânt, cu ploi regulate sau neregulate, în medii calde sau reci sau chiar cu excursii puternice sau zero . termice . Un exemplu clasic este modul în care un granit plasat în diferite contexte climatice este prelucrat de agenții atmosferici. Într-un mediu montan, unde predomină mecanismul de îngheț și dezgheț și acțiunea erozivă a ghețarilor și unde acțiunea chimică este inhibată de temperaturile scăzute, granitul capătă o morfologie dură, alcătuită din turle ascuțite și creste. Dimpotrivă, într-un climat fierbinte umed, cum ar fi cel ecuatorial, granitul va deveni rapid acoperit cu un strat argilos datorită alterării chimice, va fi erodat mult mai rapid și va avea tendința de a lua o formă arcuită sau ușor ridicată în comparație cu stâncile din jur. Alți factori care reglează eroziunea sunt:

Natura și poziția rocilor : acțiunea erozivă este condiționată de rezistența rocilor la dezintegrarea mecanică și la alterarea chimică. Într-o zonă în care există roci cu rezistență diferită, cele mai dure vor tinde să rămână în relief, în timp ce cele mai moi vor fi nivelate mai ușor. Așezarea rocilor stratificate condiționează, de asemenea, viteza eroziunii: eroziunea și dezvoltarea alunecărilor de teren sunt facilitate dacă straturile se scufundă în aceeași direcție ca panta scade, dar cu o înclinație mai mică, adică sunt dispuse să se prăbușească ;
Tectonica : deformările, defectele și fracturile rocilor constituie zone de slăbiciune care favorizează și canalizează acțiunea erozivă către zone limitate;
Vegetație : acolo unde există vegetație densă arborică, chiar pante argiloase foarte abrupte sunt păstrate efectiv de eroziune; dimpotrivă, reliefurile argiloase modeste, defrișate și cultivate de om, pot fi profund afectate de apele de scurgere într-un timp foarte scurt ^[2] .

Forme de eroziune accelerată

Badlands , fenomene tipice de eroziune accelerată a apei de ploaie pe anumite tipuri de terenuri

Eroziunea accelerată este spălarea care se produce pe solurile lipsite de vegetație arbore și nu foarte permeabile din cauza ploilor torențiale intense. Violența apei este de așa natură încât în câteva ore sau zile puteți avea schimbări pe versanți care, în condiții normale, durează mulți ani până se formează ^[2] . Printre cele mai comune forme generate de eroziune accelerată sunt piramide pământ sau coșuri de fum zână și badlands .

Forme erozionale și forme reziduale

Activitatea erozivă, cu îndepărtarea solidelor și a substanțelor dizolvate, modifică aspectul suprafeței pământului mai mult sau mai puțin rapid. Formele care derivă din această îndepărtare continuă și lentă se numesc forme erozionale . Odată ce teritoriul a atins un nou echilibru și eroziunea încetează sau este minimizată, formele asumate de teritoriu în acel moment se numesc forme reziduale . În cazul, de exemplu, al eroziunii râurilor, forma erozională este valea tipică a râului cu o secțiune în forma literei „V”, în timp ce forma reziduală este relieful (munții sau dealurile) care nu sunt erodate de apele canalizate. . În cazul eroziunii glaciare, forma erozională este valea cu o secțiune în forma literei „U”, iar formele reziduale sunt relieful în formă de corn (piramidă cu trei sau patru fețe), circurile glaciare și văile suspendate .

Agenți exogeni predispozanți la eroziune

Același subiect în detaliu: Degradarea meteorică (meteorizare) .

Eroziunea este configurată ca o forță exogenă antagonică , care tinde să contrasteze efectul constructiv al forțelor endogene (împingeri tectonice, suprapuneri etc.) care contribuie la crearea reliefului pământului. Agenții care predispun o rocă sau un sol la eroziune pot fi împărțiți în două categorii: cei de natură fizică și cei de natură chimică. Evident, au moduri diferite de a acționa, dar ambele modifică profund rocile pe care acționează. Luate în ansamblu, ele pot fi urmărite înapoi la acel fenomen pregătitor de eroziune care este degradarea meteorică .

Agenți fizici

Fenomene de eroziune lângă cascade

Crioclastism : atunci când apa intră în contact cu roci, intră cu ușurință în cavitățile materialului. Când temperatura este scăzută până la înghețarea apei, creșterea consecutivă a volumului în formarea gheții va exercita o presiune considerabilă în interiorul stâncii, provocând stres intens în material, care va fi supus unei deformări prelungite. Alternarea ciclurilor de solidificare și topire , în timp, va provoca o serie de solicitări continue în rocă, care vor suferi clastizare, sau vor genera treptat fragmente stâncoase numite crioclaste , caracterizate prin margini ascuțite. Acest fenomen este caracteristic zonelor în care temperatura sezonieră este considerabilă.
Termoclasticism : capacitatea termică slabă a rocilor, atunci când sunt supuse unor schimbări bruște de temperatură, provoacă stres în material datorită succesiunii (în cicluri scurte) de dilatări și contracții, în urma variației temperaturii. Creșterea temperaturii în timpul zilei determină o expansiune termică a rocii, care corespunde unei contracții în cele mai reci ore. Această alternanță continuă determină o serie de solicitări diferențiale care, în special în straturile exterioare ale corpului rocii , duc la formarea materialului clastic. Produsele acestui proces eroziv se numesc termoclaste .
Aloclastism : când rocile sunt adesea expuse la stropi de apă sărată sau alternând perioade de scufundare și imersie, apa sărată se va depune în cavitățile stâncii. Când creșterea temperaturii determină evaporarea apei și precipitarea consecventă a sărurilor, acestea vor forma cristale care, odată cu repetarea acestui fenomen în timp, vor suferi o creștere progresivă, exercitând presiune pe pereții stâncii și generând fracturi care, extinzându-se din ce în ce mai mult, va determina o reducere a clastelor corpului stâncos.
Hidroclastism: chiar și apa exercită o acțiune erozivă asupra rocilor. Mai ales pe argile care, având o capacitate higroscopică considerabilă, absorb umiditatea din mediul înconjurător, extinzându-și volumul. Când, după expunerea la căldură , apa se evaporă lăsând argile, acestea vor suferi o contracție de volum, care corespunde unei exfoliere , a unei descuamări, inițial doar superficiale. Cu timpul, totuși, această exfoliere tinde să se adâncească, implicând și straturile cele mai interioare ale materialului argilos, care se desprind, dând naștere la hidroclaste .
Decompresie: fenomenele gravitaționale, cum ar fi alunecările de teren, aduc adesea la lumină substraturi stâncoase supuse anterior unei acțiuni puternice de compresie a rocilor de deasupra. Decompresia consecventă, care apare adesea într-un timp relativ scurt, poate genera o descuamare a materialului de-a lungul oricăror planuri de schistozitate, litoclasă sau sedimentare.
Abraziune: alunecarea unui ghețar pe un substrat stâncos provoacă o frecare foarte puternică, capabilă să acționeze asupra stâncii provocând dezintegrarea sa progresivă, sub seria intensă de solicitări mecanice care decurg din contact. Acest lucru duce la formarea de resturi morainice pe laturile bazinului de ablație a ghețarilor și excavarea văilor reale în formă de U ( văile glaciare ). O formă de abraziune este, de asemenea, cea exercitată de resturile transportate de vânt, care poate investi o masă de rocă și poate provoca dezintegrarea (din nou ca urmare a fricțiunii generate). Evident, acțiunea vântului este mai ușoară decât cea a unui ghețar, deoarece masa unui ghețar în mișcare, deși lentă, este capabilă de stres mult mai mare pe substratul stâncos.
Gravitația: forța gravitațională este, de asemenea, un agent eroziv, deși indirect. Tocmai gravitația este cea care, acționând pe pante instabile, provoacă alunecări de teren care, declanșând o serie de frecare între rocile afectate de mișcare, produce o cantitate considerabilă de resturi prin contact mecanic.

Agenti chimici

Hidroliza: apa, prin împărțirea în ion hidrogen (H ⁺ ) și ion hidroxil (OH ^- ), atacă mineralele mai puțin stabile dintre constituenții rocii, împărțindu-le în elemente individuale și reacționând cu ele pentru a forma noi minerale, în echilibru cu atmosfera. Un exemplu de hidroliză este modificarea feldspatului din mineralele argiloase. Acest proces chimic se numește hidroliză, deoarece apa este direct responsabilă pentru divizarea legăturilor în rețeaua mineralelor modificate.
Oxidare: oxigenul este cel care determină acest tip de alterare. Prezent în atmosferă, dar și în apele de scurgere, este capabil să modifice, prin oxidarea lor, elemente metalice precum fierul, dar și materia organică, sulf și sulfuri. Acest proces determină o schimbare a culorii materiei modificate (de exemplu rugina cu fierul) și este responsabil pentru unele fenomene caracteristice, cum ar fi cel al „vopselei deșertului”.

Efectul eroziunii diferențiale asupra unei serii stratificate compuse din alternanța straturilor sub-verticale cu rezistență diferită la eroziune

* Dizolvare: acest fenomen alterativ este tipic pentru climele temperate sau ecuatoriale, caracterizat printr-o abundență de precipitații. De fapt, apa de ploaie conține CO ₂ și este capabilă să solubilizeze roci precum carbonați sau gips, care altfel nu ar putea fi modificate de apa pură. Reacția care stă la baza dizolvării carbonaților este reprezentată de ecuația chimică: CaCO ₃ + H ₂ O + CO ₂ <=> Ca (HCO ₃ ) ₂ . Prin urmare, produsul final al degradării carbonat de calciu (CaCO ₃₎ va fi de bicarbonat de calciu. În climatele aride sau în zonele polare, acest fenomen alternativ nu va fi posibil, respectiv, din cauza precipitațiilor insuficiente și a absenței circulației apei deoarece este înghețată.

Hidratarea mineralelor : unele molecule de minerale care alcătuiesc roca pot captura apa (ploaie sau din umiditatea ambiantă) întâlnind fenomenul chimic de hidratare, ceea ce duce la formarea de noi minerale caracterizate printr-un volum molecular mai mare. Acest lucru va provoca o serie de tensiuni interne în rocă, ceea ce va duce la clastizarea ulterioară a acesteia.

Efecte și prevenire

Instrumente pentru stoparea eroziunii râurilor în secolul al XVIII-lea

Eroziunea expune solul la alunecări de teren din cauza apei de ploaie care curge neregulat și poate fi deci cauza unui risc hidrogeologic crescut pe un teritoriu în cazul fenomenelor de precipitații intense, cum ar fi inundațiile , sau chiar în situații de instabilitate hidrogeologică evidentă. Lucrările de stabilizare tind să reducă dacă nu să elimine posibilitatea alunecării de teren și a eroziunii și aparțin domeniului ingineriei mediului sau chiar al geoingineriei .

Fenomenele de eroziune în urma unor evenimente sau condiții meteorologice extreme, cum ar fi inundațiile sau vântul puternic constant ( intemperii și coroziune ) pot favoriza, de asemenea, procesele de deșertificare a solului în unele zone cu risc, în timp ce în zonele de coastă eroziunea cea mai problematică este de obicei legată de mișcare de undă care erodează stâncile și plajele cu nisip și pentru care, în acest din urmă caz, posibilele intervenții sunt utilizarea barierelor de coastă artificiale preventive și hrana ulterioară.

Notă

^ Biblioteca hidraulică italiană , pe idraulica.beic.it .
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Fornasero D. - The blue planet (2004) - Il Capitello Publishing Group - ISBN 88-426-6479-0 , pp. 506-507, 511-513 și 529-531
^ ^a ^b Rinaldi M. - Procese de înclinare și dinamică a râurilor (2001-2002) - Universitatea din Florența, renunțare la cursul de licență în inginerie civilă. Capitolul 1, pagina 2

Bibliografie

AA.VV. - De Agostini Encyclopedia of Sciences: Geology-Rocks-Minerals vol. 1 (1983) - De Agostini
Bosellini A., Mutti E., Ricci Lucchi F. - Roci și succesiuni sedimentare (1989) - UTET
Castiglioni GB - Geomorfologie (1976) - UTET
Fornasero D. - Planeta albastră (2004) - Editura Il Capitello - ISBN 88-426-6479-0
Scesi L., Papini M., Gattinoni P. - Fenomene de eroziune de suprafață a versanților , în Geologie aplicată (2003) - Casa Editrice Ambrosiana, Milano, ISBN 88-408-1253-9 .