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Câmpia de inundații

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Câmpia de inundații din Alaska . Datorită absenței vegetației datorită climatului rece, un eșantion mare de elemente morfologice și structuri sedimentare tipice acestui mediu este perfect vizibil.

Câmpia aluvială (sau câmpia aluvială ) este un mediu sedimentar în care sedimentarea este controlată de curenții râurilor . Câmpiile aluvionare se dezvoltă în văi și bazine intra- continentale și sunt alcătuite din sedimente clastice [N 1] , cărora li se dă numele de aluviuni ( sedimente aluviale ). Acestea sunt zonele cele mai populate și cele mai importante din punct de vedere economic ale Pământului , pentru dezvoltarea care duce agricultura acolo (în zone favorabile din punct de vedere al climei ) și industria [1] .

Există, de asemenea, cele mai mari zone de pădure tropicală din lume (de exemplu bazinele râului Amazon și Congo ) și cele mai mari zone de prerie (precum preria nord-americană și Pampa ), de importanță fundamentală pentru echilibrul ecologic la nivel global la scară, precum și de mare interes naturalist.

Descriere

Câmpie aluvială antropizată abundent, unde uniformitatea morfologică este evidentă.

Câmpiile aluvionare sunt zone plate mai mult sau mai puțin întinse (cu lățimi care pot varia de la sute de metri la mii de kilometri), de obicei cu o ușoară înclinație spre coasta continentală [N 2] , care tinde progresiv să scadă în aceeași direcție. Geometric au forma unor prisme sedimentare cu o formă aproximativ concavă sau cu jgheab , în care granulometria sedimentelor scade de la amonte la coastă, odată cu scăderea gradientului topografic și, prin urmare, a vitezei curenților fluviali [2] [3 ] . Cea mai evidentă caracteristică a câmpiilor aluvionare este prezența unei rețele hidrografice , săpată în aluviuni de apele de suprafață în forme care depind în principal de trei factori [4] :

În general, așa cum am menționat deja, gradientul topografic tinde să scadă odată cu distanța, de la amonte la aval și spre coastă, în timp ce scăderea versanților duce la o scădere a vitezei curentului și, prin urmare, la o scădere a granulometriei sedimentele din cauza progresivă sedimentare a fracțiunilor grosiere. Debitul cursurilor de apă, pe de altă parte, tinde să crească datorită contribuției afluenților la principalele cursuri de apă [5] .

Procese și materiale

Profil de variație a vitezei unui curent de râu cu adâncimea și modul de transport corespunzător al sedimentului [N 4] .

Sedimentul transportat de râuri (sau transportul solid ) variază de-a lungul capului apei [N 5] atât în ​​cantitate (și concentrație), cât și în dimensiunea particulelor [6] , în funcție de viteza curentului și de regimul de curgere, și este împărțit în „sarcină de jos” și „sarcină suspendată” [7] . Viteza curentului este minimă în stratul de apă în contact cu fundul și crește în sus, la început rapid, apoi mai încet, până când atinge viteza curentului care curge liber.

„Încărcarea de fond” (încărcătura de pat) este concentrată la interfața sediment-apă și constă în principal din granule de nisip dens aliniate („covoare de tracțiune”), și uneori din pietricele mici, care se mișcă prin rulare și târâre; bolovanii și blocurile sunt îndepărtate numai în condiții extreme de inundații. Regimul de curgere este, în general, laminar , iar mecanismul predominant pentru susținerea granulelor este constituit de coliziunile dintre granule în sine. Porțiunea superioară a încărcăturii inferioare este caracterizată de un strat de granule care se mișcă în principal prin sărare, cu traiectorii curvilinee. Grosimea stratului de apă afectat de sarcina inferioară este de fapt foarte scăzută: variază de la câțiva milimetri la câțiva decimetri în cele mai importante râuri [8] [9] [10] .

„Sarcina suspendată” (sarcina suspendată) este mai puțin concentrată (deoarece particulele sunt dispersate în fluid), chiar dacă mult mai abundentă decât cea a fundului (în medie de 10 până la 20 de ori, dar și de sute de ori), și este distribuit de-a lungul verticalei în funcție de "diametrul picăturii" particulelor [N 6] . Particulele sunt apoi selectate din flux în așa fel încât fracțiunile mai grosiere tind să crească în jos și să se concentreze în partea de jos. În acest fel, limita dintre sarcina suspendată și sarcina inferioară este de fapt neclară. Regimul de curgere este în general turbulent, iar traiectoriile granulelor sunt neregulate [11] [12] [13] .

Geneza dunelor fluviale (sau „bare”). Aceste structuri sunt formate prin depunerea materialului nisipos pe partea inferioară a barei, care tinde să migreze în direcția curentului.

Nămolul și argila sunt transportate în suspensie cu aceeași viteză ca curentul și, prin urmare, acoperă distanțe foarte mari pe unitate de timp (până la sute sau mii de kilometri într-un an), în timp ce materialul nisipos transportat spre fund călătorește mult mai încet (în medie de la 1 la câțiva metri pe zi, în mod excepțional până la câteva sute de metri pe zi) [14] . Deci nisipul care ajunge la mare este mult mai „vechi” decât noroiul care îl însoțește. Într-o secțiune dată a canalului râului, diametrul maxim al granulelor de sediment (adică cele mai mari granule pe care curentul le poate lua), exprimă viteza curentului (adică „competența” sa) și, prin urmare, este parametrul mai semnificativ din punct de vedere hidraulic [15] care trebuie luat în considerare pentru reconstrucțiile paleo-mediului pe secțiuni geologice [N 7] .

Sarcina suspendată, prin definiție, nu dă naștere la depozite cu morfologii și structuri definite și poate fi depusă prin decantare după evenimente de inundații, în câmpia inundabilă. Rezultatul, după retragerea apelor în albia râului obișnuit, este o întindere de material noroios (constând în principal din nămol și argilă), a cărei suprafață, atâta timp cât rămâne moale, poate fi marcată de urme de animale, de picături de ploaie sau de scurgerea apelor de suprafață; cu toate acestea, această suprafață de obicei se usucă rapid și se fisurează sub formă de poligoane. Într-un climat arid, dunele mici de vânt pot fi formate de vânt, în timp ce evaporarea duce la precipitarea sărurilor în sol ( concreții calcaroase , feruginoase și evaporitice ) [16] [17] .

Sarcina de jos dă naștere la toate morfologiile și toate structurile sedimentare ale zăcămintelor fluviale, care fac obiectul studiului de către sedimentologie . Experimentele clasice ale lui Gilbert (1914) au făcut posibilă distingerea a patru etape succesive de evoluție a depozitelor de fond , în raport cu creșterea debitului curentului [18] :

Triasic al munților Carpați . Laminare încrucișată tipică (constând din serii de foi de curent care sunt tăiate de-a lungul suprafețelor înclinate) ale barei de râu.
  1. particulele individuale sunt puse în mișcare, în timp ce suprafața fundului rămâne plană;
  2. mișcarea se propagă rapid datorită coliziunilor dintre granule și se formează semne de ondulare , care tind să migreze în direcția curentului datorită eroziunii laturii de supracurent și a depunerii pe partea de sub-curent, odată cu formarea laminări oblice la scară mică (de la câțiva milimetri la câțiva centimetri);
  3. pe măsură ce viteza curentului crește, ondulațiile sunt erodate și materialul este deplasat de-a lungul unei suprafețe plane, pentru transport plan ( transport de foi );
  4. cu o creștere suplimentară a vitezei, se formează dune subacvatice (sau "bare") caracterizate printr-o latură de supracurent ușor înclinată și foarte dezvoltată și printr-o latură sub-curentă scurtă și foarte înclinată: există transport planar al granulelor pe supra-curentul lateral și depunerea pe partea de sub-curent, cu formarea unei laminări oblice cu o înclinație ridicată. Aceste bare ajung de la câțiva decimetri la câțiva metri în înălțime și până la câțiva metri în lungime. Pe măsură ce debitul scade (o afecțiune care apare de exemplu după o inundație), se pot forma semne de ondulare pe partea de sub-curent a unei bare.

Depozitele de nisipuri fluviale capătă un aspect tipic „feston” în secțiune, care derivă din prezența laminărilor oblice care se încrucișează ( așternut încrucișat ) de-a lungul suprafețelor plane sau concav în sus, generate de interferența mai multor bare care sunt juxtapuse și suprapuse [ 19] .

Mediul sedimentar

Diagrama generală a unei câmpii aluvionare, cu principalele elemente morfologice. Pe măsură ce panta albiei scade și debitul crește, trasarea canalelor tinde să devină de la drept la sinuos, până la meandră [N 8] .

O câmpie aluvială este expresia geomorfologică a unui „sistem aluvial”, compus din două tipuri de elemente [20] :

  • canale : elemente active [N 9] de origine erozivă , umplute în principal cu sedimente nisipoase depuse de curenții râurilor;
  • câmpii inundabile (sau câmpii inundabile): elemente pasive, formate în principal din depuneri fine ( argiloase - mucoase ) de umplere derivate din deversarea apei din canale.

Iregularitățile morfologice majore din aceste zone sunt date de canalele în sine (depresiuni), de terasamentele lor naturale și de barele formate din depozite curente (reliefuri). Terasamentele naturale sunt acumulări de sedimente formate prin revărsarea apelor într-un regim de inundații , în timp ce barele sunt acumulări de sedimente determinate de acțiunea curenților [21] . [N 10] . O câmpie aluvială este alcătuită din două zone din punct de vedere geomorfologic : câmpia înaltă și câmpia joasă [22] [23] [N 11] . Aceste zone corespund unei diferențieri importante în procesele fizice implicate [24] .

Câmpie înaltă

Râul Waimakariri, Noua Zeelandă . Aspect tipic al unui curs de apă împletit cu barele, în albia râului, și cu digurile naturale, pe laterale. Urme de paleo-paturi abandonate sunt vizibile pe câmpia de inundații.

Zona cea mai exterioară se numește „câmpie înaltă”, unde procesele erozive tind să predomine și în care pot exista aflorimente de roci de piatră modificate și / sau crăpate sau terase de sedimente consolidate și cimentate, prin care apa de ploaie este filtrată, colectându-se în apele subterane [ 25] .

Suprafața din această zonă este, prin urmare, în principal uscată, cu hidrografie caracterizată prin puține râuri drepte datorită gradienților topografici mai înalți, cu depozite în principal grosiere ( pietriș - nisipoase ) [26] [27] .

Căile navigabile din această zonă a câmpiei tind să-și asume o cale dreaptă sau ușor ondulată, iar configurația cea mai tipică este cea a canalului împletit (împletit), caracterizat prin prezența barelor fluviale: grămezi de pietriș sau nisip de formă aproximativ romboidală sau eliptice [N 12] [28] [29] care tind să migreze în direcția curentului datorită transportului progresiv al materialului clastic în fazele de inundație [30] [31] .

Câmpia aluvială de tip împletit în timpul fazei de retragere a apei după inundație; sunt evidente noile depozite de sedimente aluvionare, dispuse în formă de insule eliptice amalgamate eterogen, alungite în direcția curentului (barele râului).
Formația South Bar ( Pennsylvanian ), bazinul Sydney, Nova Scoția. Așternuturi tipice de origine fluvială, expresie a dunelor subacvatice. Direcția paleocurentului este de la stânga la dreapta.

Aceste bare sunt caracterizate intern prin laminări oblice încrucișate , de origine de tracțiune, înclinate în direcția curentului, cu o formă tipică de „feston” ( așternut încrucișat ). Schimbările rapide în direcția curentului și turbulența locală a fluxului au ca rezultat suprafețe erozive concave (jgheab), umplute rapid cu sedimente laminate noi, care dau aspectul încrucișat tipic al acestor structuri. Cursurile de apă împletite se caracterizează prin instabilitate ridicată și devieri frecvente din cauza ruperii malurilor naturale în timpul inundațiilor. Adesea, aceste fenomene dau naștere unor depuneri grosiere sub formă de limbă sau ventilator („ventilatoare de râs” sau crăpătură ), bogate în fragmente de lut ( claste pelitice de material mai fin rupte de pe maluri) [32] [33] .

Dacă câmpia aluvială se învecinează cu un lanț muntos, partea sa superioară se caracterizează prin prezența conurilor de dejecție la gura văilor , depozite de sedimente grosiere, în formă de evantai, care provin din încetinirea curentului râurilor și al pârâurilor de munte, cauzate scăderea bruscă a pantei și pierderea confinării laterale [34] .

Partea inferioară a câmpiei superioare, de tranziție la câmpiile inferioare, în anumite schematizări corespunde așa-numitei „zone de transfer” (zone de transfer). În această centură (de extensie foarte variabilă și cu un caracter marcat instabil) gradientul topografic este mai mic și nu mai există procese erozive active, dar nu există încă depuneri de sedimente [35] .

Câmpie joasă

Evoluția unui meandr al râului, cu accentuarea progresivă a curburii care duce la fenomenul cunoscut sub numele de „tăietura meandrului” și abandonarea vechii albii, care devine o curbă .

Materialul mai fin, deci mai ușor, cum ar fi nisipurile fine, nămolurile și argilele , este transportat mai mult de râu [36] și depus în zona numită „câmpie joasă”, care are o pantă medie mai mică decât „câmpia înaltă” și în care fluxul de curent își pierde viteza și capacitatea de încărcare [37] .

Aici solul este preponderent argilos, de aceea are tendința de impermeabilizare și este ușoară formarea putrezitelor , mlaștinilor și mlaștinilor . Solul este mai fertil și ușor de cultivat. Acviferele sunt mai frecvent de tip artezian , deoarece acviferele sunt adesea limitate între orizonturi argiloase impermeabile sau cu permeabilitate redusă. Când apa subterană întâlnește sedimentele cu permeabilitate redusă din câmpia joasă, acestea se ridică adesea la suprafață formând renașteri , fenomen tipic, de exemplu, în câmpia Po - Veneto .

Secțiune schematică a unei albii asimetrice într-un curs de apă șerpuitor. Debitul curent tinde să erodeze malul corespunzător părții concavă a albiei și să depună sedimente pe partea convexă. Succesiunea evenimentelor de inundație provoacă juxtapunerea corpurilor convexe în sus pe partea internă a meandrului, cu pseudo-stratificare înclinată spre centrul albiei ( thalweg ).

Canalele, datorită gradientului topografic foarte scăzut și a scăderii consecutive a vitezei curentului, tind să rătăcească presupunând o tendință meandrată . Formarea meandrelor are loc datorită unui fenomen de migrație laterală a cursului de apă, determinat de procesele de sedimentare și eroziune pe cele două laturi ale albiei cursului de apă. De fapt, o „parte convexă” (partea internă a curbei definită de pat) și o „parte concavă” (partea exterioară a curbei) se disting într-o albie sinuoasă (non-rectilinie). Masa de apă conținută în canal este supusă forței centrifuge , care tinde să deplaseze masa apei către partea concavă, unde viteza curentului și, prin urmare, capacitatea sa de a eroda sedimentele sunt mai mari și unde fenomenul predominant este eroziunea . Viceversa, în sectorul canalului de lângă partea convexă, viteza de curgere este mai mică: prin urmare, sedimentul în sarcină tinde să se stabilească și predomină sedimentarea [38] .

Powder River, Montana , SUA . Curs de apă meandrat care indică direcția de creștere a barelor punctiforme . Un meandru tăiat este vizibil în partea dreaptă sus, dar diferite meandre fosile se disting, de asemenea.

Prin urmare, în timp ce pe partea convexă există o acumulare progresivă de material și în acest sector canalul este umplut, pe partea opusă curentul erodează treptat sedimentele câmpiei aluvionare și canalul se extinde. În consecință, meandrul capătă o curbură din „dantelă” din ce în ce mai accentuată. Acest proces continuă până când „gâtul” meandrului (figura din lateral) devine atât de subțire încât cedează la inundație, rezultând tăierea ( bypass-ul ) meandrului în sine și formarea unei noi albii care unește cele două puncte cu o curbură mai mare. Canalul corespunzător meandrului abandonat rămâne ca lanca stagnant și este umplut treptat cu sedimente fine („capac de lut” sau dop de lut). Materialul nisipos-limosos care se acumulează pe partea convexă formează un corp de bară („bară meandră” sau bară punctată ), caracterizată printr-o stratificare înclinată în direcția de creștere a meandrului [39] [40] .

Materialul fin transportat de curent în timpul inundațiilor, când apele tind să se revărseze din albia râului, tinde să se așeze pe laturile albiei în sine și să formeze depozite în formă de pană, „malurile naturale”, compuse din alternanțe de nisip subțire și straturi argiloase și argiloase, care se înclină treptat spre exterior, până se îmbină cu câmpia inundabilă. Fenomenul, în canalele sinuoase și șerpuitoare, este mai accentuat pe partea concavă a sinuozităților, unde forța centrifugă tinde să deplaseze direcția de viteză mai mare a curentului. Ruptura acestor maluri, cauzată uneori de evenimente excepționale de inundații, dă naștere la depozite mai grosiere sub formă de ventilator sau conoid („fanii traseului” sau creierul splay ) [41] .

Câmpia joasă de lângă coastă și lângă gurile râurilor care o construiesc, poate trece treptat la o câmpie deltă [42] .

Secțiune transversală schematică a unei bare meandre (bară punctuală ), paralelă cu direcția de migrare a barei (care are loc spre axa canalului). Se constată stratificarea înclinată (clinostratificarea) corpurilor sedimentare nisipoase. Laminarea internă a acestor corpuri este de tip paturi transversale , obișnuită în depozitele fluviale (lamelele sunt perpendiculare pe secțiune, ca și direcția curentului care le-a depus, și se disting ca suprafețe concavă, asemănătoare jgheaburilor) [N 13 ] .

Comunitatea biologică

Câmpiile inundabile pot dezvolta o mare varietate de ecosisteme , în funcție de centura climatică și de regimul de precipitații [43] . Pe scurt, pot fi menționate următoarele categorii ( geotopuri ), care pot fi localizate în zonele morfologice tipice acestui mediu:

  • Mediul canalului fluvial . Algele, bacteriile și ciupercile sunt prezente atât în ​​suspensie în coloana de apă, cât și pe fundul mării [44] împreună cu plantele continentale superioare ale unui mediu acvatic [45] . Zooplancton este bine reprezentat, cu microfaunas de protozoare (cum ar fi ciliate și flagelate ), rotifere , microarthropods , viermi și insecte larve de [46] . Macroinvertebratele sunt reprezentate în principal atât de insecte larvare, cât și de insecte adulte, crustacee de apă dulce, moluște [47] . Dezvoltare considerabilă a faunei piscicole [48] ; amfibieni acvatici, reptile [49] și mamifere [50] faune. În cazul canalelor împletite, barele mai stabile (care au apărut chiar și în perioadele de inundații) pot fi parțial colonizate de vegetația continentală (în principal arbuști sau ierburi), în timp ce numai vegetația mlaștină și algală se poate dezvolta în patul de inundație. Barele din regimul slab au un caracter mai stabil și pot forma adevărate insule fluviale [51] , odată cu dezvoltarea copacilor înalți. Insulele pot fi formate și din meandrele tăiate [52] , în scurta perioadă de stabilizare a albiei noi (în care cea veche este încă activă).
  • Marsh mediu: aceasta este de fapt o parte din sistemele perifluvial așa-numitele (adiacente canalelor de râu în sens strict) [53] și este reprezentată în principal de lacuri care corespund albiilor abandonate și prin mlaștini, mlaștini și turbării , care se pot dezvolta în interiorul câmpia de inundație [54] . Aceste bazine de apă stagnante sunt destinate înmormântării rapide datorită dinamismului ridicat al contextului de depozitare deja descris mai sus. Cu toate acestea, acestea sunt sisteme extrem de complexe, cu diversitate biologică ridicată, în care termenii bazali ( fitoplancton și zooplancton [55] ) sunt deosebit de dezvoltați, pe lângă toate elementele deja descrise. Avifauna [56] poate fi bine reprezentată pentru condițiile protejate ale acestor microambiente și pentru vegetația groasă din climatul umed, cu dezvoltarea atât a algelor, cât și a plantelor superioare. Mai mult, ridurile concentrice ( bare de defilare ) [57] apar adesea între barele meandre succesive , intercalate cu depresiuni care pot fi locul mlaștinilor efemere: datorită instabilității lor, datorită migrației rapide a barelor, aceste microambiente sunt în principal populate de nevertebrate și ocazional de amfibieni și pești prinși în perioadele de inundații, precum și de alge și vegetație mlaștină.
  • Mediul riveran, corespunzător malurilor albiilor râurilor [58] . Din punct de vedere geomorfologic și de depozit este un mediu extrem de dinamic în funcție de condițiile hidrologice ale râului. prin urmare, este posibil să se distingă un pat slab, un pat moale (corespunzător regimului normal al curgerii curentului), o inundație obișnuită și uneori o inundație excepțională, caracterizată prin diferențe profunde în vegetație și granulometrie de sedimente [59] . Este un mediu foarte favorabil dezvoltării vegetației dar și foarte stresant din punct de vedere fizic, datorită fluctuațiilor debitului râului (cu inundații frecvente) și activității erozive ridicate. Găzduiește asociații de plante caracterizate prin hidrofilicitate ridicată [N 14] sau higrofilicitate , sisteme radicale robuste și flexibilitate marcată a tulpinii [60] . Centura vegetativă riverană are o importanță fundamentală atât din punct de vedere ecologic (umbrirea albiei și reglarea temperaturii, contribuția fertilizării materiei organice sub formă de lemn și frunze moarte), cât și din punct de vedere al mediului (stabilizarea albie și maluri și protecție împotriva eroziunii) [61] .

  • Vegetația subacvatică a râului. Râul "Les Baillons", departamentul Pasului Calais ( Franța ).

  • Lanche provenind din evenimente ulterioare de tăiere a meandrului ( Scandinavia ).

  • Diagrama unui albiu cu microzonare în interiorul zonei riverane și tipul de vegetație.

  • Fotografie prin satelit a unei întinderi a râului Negro din Argentina . Generațiile succesive de meandre și bare de puncte sunt clar vizibile. Centura de vegetație riverană care coincide cu malurile albiei actuale este clar vizibilă, denotând o densitate de biomasă mult mai mare comparativ cu hinterlandul.

Istoria geologică

Afloriment vechi de gresie roșie ( Anglia ), o formațiune continentală devoniană răspândită în toată Europa de Vest. Acestea sunt gresii și conglomerate destul de grosiere; culoarea oxidului de fier roșiatic este tipică depozitelor continentale. Structurile sedimentare din apa curentă sunt vizibile: așternuturi încrucișate și reziduuri de întârziere conglomeratice ale fundului canalului. Depozitul poate fi interpretat ca un tip aluvial proximal împletit și ca un ventilator aluvial .

Acest mediu sedimentar a existat de când a existat apă lichidă liberă pe suprafața pământului pe zone continentale stabile. Aceste condiții au apărut și s-au stabilizat treptat pe parcursul Arheanului , în urmă cu 3200 până la 2400 de milioane de ani în urmă [62] [63] . Rocile sedimentare de această vârstă au fost studiate în America de Nord ( Canada și Statele Unite ), Africa de Sud ( Africa de Sud și Zimbabwe ), India și sudul Australiei de Vest. Primele depozite cunoscute de câmpie aluvială adevărate, caracterizate prin canale fluviale întrețesute, au fost studiate în India în regiunea Dharwar; datează în urmă cu 3200-3000 de milioane de ani și au caracteristici sedimentologice similare cu cele actuale [64] .

Câmpiile aluvionare au fost mult timp lipsite de forme de viață documentate, cel puțin până la apariția primelor forme sigure de viață a plantelor în mediul subaerial, în Ordovicianul de mijloc [65] . Cu toate acestea, în paleozoicul superior zonele continentale sunt larg colonizate de vegetație și forme de viață animală [66] . În special, cu Carboniferul , câmpiile aluvionare de coastă găzduiesc păduri cu un climat umed și o faună bogată cu artropode ( insecte și arahnide ) și amfibieni [67] . La reptilele permiene își fac apariția în câmpiile continentale, mai întâi cu forme primitive, apoi cu terapizi : forme evoluate bine diferențiate între erbivore și carnivore [68] .

Reconstrucția plasării paleo mediului a urmelor hadrosaurului într-un context fluvial șerpuitor (a) și împletit (b). Cretacic superior - Formația Tremp (Pirinei, Spania).
Afloriment de gresie din Val Gardena ( Aldino , Alto Adige , Italia ), formațiune continentală aluvială din epoca permiană superioară . Este gresie, de obicei, de culoare roșiatică în băncile metrice cu bază erozivă neregulată care trece în sus către pietre de nămol și nămol , conform secvențelor tipice de finisare în sus (în care dimensiunea particulelor sedimentului scade în sus pentru a reduce energia din mijloc).

În mezozoic, acest mediu este invadat progresiv de arhosauri , ai căror reprezentanți cei mai evoluați sunt cunoscuți sub numele de Dinozauri , care evoluează ecosisteme cu relații trofice complexe [69] . Odată cu evenimentul de extincție în masă a Cretacicului târziu , acestea sunt înlocuite de mamifere, cu forme predominant de pădure în paleogen , în timp ce de la Miocen , cu condiții relativ mai aride, pășunile se răspândesc și evoluează ungulatele de tip modern. [70] .

Schema stratigrafică a Carnianului în estul Lombardiei. Din Assereto și Casati (1965); modificat. Scara verticală indicativă. Gresia de gresie este un complex aluvial-delta care trece spre nord spre carbonat și sedimente mixte din marea superficială.

În Italia există mai multe exemple în trecutul geologic de formațiuni compuse din sedimente aluvionare. Un exemplu deosebit de didactic este sistemul de câmpie aluvională care a ocupat o mare parte a zonei actualelor Alpi de Sud (așa-numitul Domeniu Sudalpino ) din Lombardia până în Trentino-Alto Adige în Permianul superior . Acestea sunt sedimente arenico-conglomeratice de culoare roșiatică, depuse prin acțiunea fluxurilor în principal împletite într-un mediu arid sau semi-arid. În zona cea mai vestică (Lombardia) predomină sedimentele mai grosiere, conglomeratice, care constituie Verrucano Lombardo și reprezintă sedimente ale câmpiei aluviale proximale („câmpia înaltă”) [71] . Spre est (Trentino-Alto Adige), această formațiune trece lateral către gresiile din Val Gardena , care reprezintă faciesul distal (al „câmpiei joase”) al vechiului complex aluvial, local cu fosile vegetale, chiar de statură arborică. Această câmpie era orientată spre est, către o zonă de coastă, cu sedimente aferente unui mediu marin superficial ( formațiunea Bellerophon ) [72] .

Un alt exemplu de complex aluvial din domeniul alpin sudic este Gresia din Val Sabbia , în estul Lombardiei (provinciile Bergamo și Brescia . Această unitate stratigrafică, databilă în triasicul superior ( carnian ), este formată de obicei din litotipuri terigene cu un componentă vulcaniclastică puternică (adică conținând material de origine vulcanică erodată și resedimentată). Structurile sedimentare (laminări încrucișate și gradații directe) sunt referibile la curenții de apă de tip râu. Asocierea faciesului sedimentar poate fi interpretată ca un complex aluvial de semi-aride climatice trecând treptat spre nord la clădiri delta și apoi la faciesul fin stratificat Prodelta aflorimentele actuale înregistrează prezența a cel puțin două mari clădiri aluvionare și delta, corespunzătoare celor două zone afloriment principale (. Val Brembana și Val Trompia - Val SABBIA ) și separat de un golf marin mare cu carbonat și sedimentare mixtă. Questi depositi terrigeni derivano dallo smantellamento di edifici vulcanici situati a sud, nell'attuale area padana (quindi allora il mare era a nord) [73] [74] .

Esogeologia

La condizione di base per lo sviluppo di facies geologiche e geomorfologiche di pianura alluvionale sulla superficie di un corpo celeste è la presenza stabile di liquidi a bassa viscosità in grado di scorrere con un comportamento di tipo newtoniano e con regime prevalentemente turbolento [75] [N 15] . Nel sistema solare, oggetti geologici ed elementi geomorfologici riconducibili a processi di tipo fluviale e alluvionale in senso stretto sono presenti (oltre che ovviamente sulla Terra) anche sul pianeta Marte [76] e su Titano (il satellite maggiore di Saturno ), con caratteristiche morfologiche che sono espressione di processi molto simili a quelli terrestri [77] . Tuttavia, anche su corpi celesti la cui superficie è sostanzialmente anidra e priva di liquidi (e lo è stata anche nel passato geologico), come Venere [78] e la nostra Luna [79] sono presenti elementi morfologici di tipo simile, riconducibili però ad attività vulcanica e all'escavazione di canali da parte di lave spiccatamente fluide e dotate di capacità erosiva meccanica. In tali casi l'esito, dal punto di vista morfologico, è di fatto simile alle forme d'erosione e sedimentazione conosciute sulla Terra nei sistemi alluvionali (descrivibili ugualmente come sistemi a meandri o intrecciati), e presuppone la presenza di accumuli di materiale (in questo caso in parte magmatico e in parte detritico) con significato analogo, come ad esempio argini naturali e barre fluviali [80] [N 16] . Elementi morfologici simili a canali fluviali ma derivati da attività vulcanica, meno ben conosciuti rispetto agli esempi citati sopra, sono stati osservati anche su altri corpi celesti del sistema solare, come il pianeta Mercurio [81] e Io [82] , un satellite di Giove caratterizzato da intenso vulcanismo .

Marte

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Superficie di Marte .
Marte , Maja Valles . Pattern di drenaggio di tipo intrecciato, che potrebbe essere stato originato da inondazioni catastrofiche.

Sedimenti assimilabili a depositi alluvionali sono probabilmente presenti anche sul pianeta Marte , verosimilmente sviluppatisi in condizioni simili a quelle della Terra primitiva. Sono stati rilevati per mezzo delle sonde spaziali (tramite soprattutto il telerilevamento fotografico) canali sia di tipo intrecciato che a meandri situati entro solchi vallivi (un esempio molto citato è Melas Chasma ), e formazioni geologiche simili ad apparati deltizi [83] . Si ritiene che queste formazioni si siano originate tra il tardo Noachiano e l'Esperiano inferiore, periodo cronologico la cui datazione è stimata da 3900 a 3500 milioni di anni fa (corrispondente quindi alla parte più antica dell' Archeano terrestre) [84] . Immagini ad alta risoluzione ( High Resolution Imaging Science Experiment - Mars Reconnaissance Orbiter ) hanno permesso di riconoscere [85] lineamenti interpretabili morfologicamente come strutture di origine fluviale (barre, argini e crevasse splays ), e di escluderne l'origine eolica.

Marte , Cratere Gale . Affioramento roccioso noto col nome convenzionale di "Shaler", composto da arenarie stratificate, con laminazione obliqua tipo cross bedding originata da correnti fluviali. I frammenti rocciosi di forma laminare presenti nella parte bassa dell'immagine sono verosimilmente sedimenti più fini, il che sembrerebbe indicare la presenza anche di sedimenti di piana d'inondazione [86] .

La distribuzione e la configurazione di queste strutture sono in accordo con una rete di drenaggio naturale e presentano indubbie analogie con le morfologie associate sulla Terra ad acque correnti in aree continentali. Ciò supporterebbe l'ipotesi che nel passato geologico di Marte vi fosse acqua allo stato liquido [87] . Attualmente, le condizioni di pressione atmosferica e temperatura della superficie marziana non consentono la presenza stabile di acqua libera se non forse nelle regioni più basse, che si possono trovare al di sopra del punto triplo dell'acqua [88] [N 17] . Secondo ipotesi alternative, le formazioni geologiche indicate potrebbero essere state originate anche da anidride carbonica [89] allo stato liquido (attualmente presente in quantità considerevoli come ghiaccio nelle calotte polari di Marte) o da metano liquido [90] .

Area di Melas Chasma , su Marte . Fenomeni di erosione delle pareti di un canyon , da cui si origina un evidente reticolo fluviale di tipo ramificato associato a probabili sedimenti alluvionali sul fondo vallivo.

La missione (iniziata nel 2012) del Mars Science Laboratory (noto come Curiosity ) [91] , ha consentito per la prima volta la ripresa di immagini ravvicinate di sedimenti marziani interpretabili come depositi alluvionali [92] . Si tratta di rocce sedimentarie clastiche con granulometria molto variabile (conglomerati, arenarie e siltiti). I granuli ( clasti ), di cui sono composti i sedimenti sono contraddistinti da scarsa selezione e da forma variabile da subangolare a subarrotondata, caratteristiche che suggeriscono una loro rielaborazione da parte di acque correnti di tipo fluviale. I depositi arenacei appaiono organizzati in strati, talora con evidenti strutture sedimentarie (laminazione incrociata o cross bedding ), che sono espressione di dune subacquee, alternati con siltiti laminate. La loro granulometria, peraltro, è tale (sabbie grossolane e molto grossolane, con granuli fino a oltre 2 mm) da escludere che si tratti di strutture da duna eolica (originate cioè dal vento) [93] . Questi sedimenti sono quindi interpretabili come depositi di canale fluviale e, in generale, di piana alluvionale [94] .

Titano

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Superficie di Titano .
Morfologia compatibile con un reticolo di drenaggio di tipo fluviale a meandri sulla superficie di Titano ; il bacino visibile verso il basso dell'immagine è l' Ontario Lacus . Presumibilmente questi canali drenano miscele di idrocarburi allo stato liquido. Il canale meandriforme evidenziato apparentemente sfocia nel bacino in prossimità di elementi morfologici lobati che ricordano un delta fluviale .

L'unico altro corpo celeste noto nel sistema solare (oltre alla Terra) sulla cui superficie sono attualmente presenti stabilmente liquidi, è il satellite maggiore di Saturno , Titano , dotato di un' atmosfera molto più densa di quella della terra (5.3 kg/m³ contro 1.27 kg/m³ della Terra) [95] e con una pressione atmosferica maggiore del 50% (1.5 bar) rispetto a quella terrestre [96] . Le condizioni della superficie di Titano sono conosciute da alcuni anni grazie alla missione spaziale Cassini-Huygens , a partire dal 2004 [97] , anno in cui la sonda è giunta in orbita su Saturno .

Il satellite è ricoperto in gran parte da mari e laghi di idrocarburi allo stato liquido (metano ed etano soprattutto); è stato anche rilevato un vero e proprio reticolo idrografico, sia di tipo ramificato che meandriforme, con morfologia del tutto analoga a quella degli equivalenti terrestri. Sul satellite, secondo tutte le evidenze finora raccolte dalla missione Cassini, è presente un ciclo idrologico impostato non sull'acqua ma sugli idrocarburi , con evaporazione, precipitazioni atmosferiche, una rete di drenaggio e bacini di raccolta dei fluidi. Anche se le immagini radar finora raccolte non hanno sufficiente dettaglio per il riconoscimento di elementi morfologici a piccola e media scala (come ad esempio argini naturali e barre), è del tutto verosimile che depositi di tipo alluvionale si possano essere formati in questo contesto [98] .

Immagine della superficie di Titano nel sito di atterraggio della sonda Huygens . Il sedimento a contatto con i ciottoli è caratterizzato da nicchie d'erosione ( current crescents ) determinate da una corrente liquida. Il raffronto proposto (a destra) è con una forma simile di un sedimento di spiaggia terrestre. Le forme d'erosione si sviluppano nella parte sopracorrente dei clasti, quindi la direzione della corrente nell'immagine di Huygens è da destra a sinistra.

L'immagine ravvicinata della superficie titaniana riportata dal modulo Huygens mostra depositi di aspetto e consistenza [N 18] simili a quelli della sabbia, con ciottoli ben arrotondati analoghi a quelli presenti nei sedimenti fluviali terrestri di corsi d'acqua di tipo intrecciato. In questo caso, i ciottoli sono composti di ghiaccio d'acqua [N 19] , e il sedimento è probabilmente costituito sempre da frammenti di ghiaccio e particolati di natura organica( toline ) [99] derivati dalla fotolisi degli idrocarburi atmosferici da parte della luce solare [100] e precipitati con le "piogge" di idrocarburi liquidi. È interessante notare le evidenti depressioni di forma semilunata situate alla base di alcuni ciottoli (ad esempio alla base del ciottolo tondeggiante poco sotto il centro dell'immagine), che per analogia con sedimenti terrestri sono interpretabili come fenomeni di erosione prodotti dall'azione di correnti fluide unidirezionali, con caratteristiche reologiche simili a quelle dell'acqua [101] . In questo caso si tratta di current crescents [102] , cavità ad arco che si formano a ridosso di un clasto, nella parte sopracorrente (gli apici dell'arco indicano quindi la direzione e il verso della paleocorrente), sotto l'azione di una lama d'acqua corrente [103] . Occorre notare d'altro canto che l'evidenza dell'immagine non mostra presenza di fluidi al momento della ripresa. Inoltre, mentre sulla Terra questa tipologia di strutture si incontra soprattutto in ambienti alluvionali, costieri o subglaciali come forme prodotte da correnti acquee e molto subordinatamente da correnti eoliche , su Marte ad esempio la loro genesi sembrerebbe più ambigua, trovandosi sia in contesti a sedimentazione eolica, sia in contesti interpretabili come fluviali (da piene catastrofiche) [104] .

Venere

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Superficie di Venere .
Schema restitutivo di un'area canalizzata sulla superficie di Venere . Si tratta di canali meandriformi (linee spesse) con probabili barre e bypass di meandro (linee sottili).

Anche su Venere è stata riscontrata la presenza di canali con pattern sia intrecciati che meandriformi [105] e formazioni interpretabili come barre di meandro ed edifici deltizi, con caratteri morfologici molto simili (anche se non identici) agli analoghi terrestri e sviluppo talora pari a centinaia o migliaia di chilometri [106] . In particolare [106] , i canali a meandri venusiani sono simili a quelli terrestri per quanto riguarda le misure di lunghezza d'onda e ampiezza dei meandri, ma il rapporto tra le due misure (lunghezza d'onda / ampiezza) e il raggio di curvatura sono leggermente più elevati per i meandri venusiani. Questi caratteri evidenziano una sinuosità complessivamente meno marcata rispetto agli analoghi terrestri e sembrerebbero indicare caratteristiche di flusso non completamente assimilabili [106] .

D'altro canto, considerate le condizioni estreme di pressione e temperatura alla superficie venusiana [107] , è generalmente accettato che né l'acqua né alcun altro dei liquidi sopra citati possano essere all'origine di queste strutture [108] . Nemmeno l' acido solforico originato dalle nubi atmosferiche [109] può averle determinate, poiché l'elevata temperatura negli strati bassi dell'atmosfera (437-467 °C) ne induce la vaporizzazione. È ugualmente poco probabile che si tratti di strutture createsi nel remoto passato del pianeta, in condizioni ipoteticamente meno estreme di quelle attuali, a causa dell'elevata dinamicità della crosta venusiana [110] [N 20] .

Particolare di una morfologia canalizzata sulla superficie venusiana, dall'area di Fortuna Tessera . La larghezza del canale è circa 2 km e l'ampiezza dell'immagine circa 50 km. È visibile un ampio meandro con fenomeni di diversione dell'alveo (quasi un "taglio" del meandro stesso) e isole fluviali.

Nel 1998 è stata avanzata l'ipotesi [111] che i canali e le strutture relazionate siano state create dallo scorrimento di lave non- silicatiche (a composizione carbonatica ), la cui viscosità a temperature come quelle della superficie di Venere è compatibile con queste morfologie e con i tempi necessari allo scavo dei canali stessi (mentre la maggior parte delle lave silicatiche a composizione basaltica , le meno viscose conosciute, solidificherebbero comunque troppo in fretta e darebbero origine a strutture molto diverse). Le uniche eruzioni carbonatitiche osservate sulla Terra (vulcano Ol Doinyo Lengai , Tanzania ), hanno dato origine a lave a bassa temperatura (500-600 °C) e bassissima viscosità, di aspetto e consistenza simili a quelle del fango . Si tratterebbe quindi di magmi con caratteristiche reologiche abbastanza prossime a quelle dell'acqua e in grado di dare origine a strutture sedimentarie confrontabili. Altri fluidi di origine vulcanica con comportamento reologicamente simile a quello dell'acqua alle condizioni della superficie di Venere [112] sarebbero lo zolfo , o anche rocce effusive a temperatura eruttiva estremamente elevata (oltre 1200 °C) come le komatiiti [N 21] o ancora lave basaltiche forse simili ai basalti lunari ricchi in ferro e titanio [N 22] In questi casi, l'equivalente dei sedimenti alluvionali terrestri sarebbero frazioni cristallizzate del magma e frammenti di roccia erosi e presi in carico dallo stesso [113] .

Luna

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Superficie della Luna .
Veduta dei crateri Aristarco ed Erodoto ripresa durante la missione Apollo 15 . Sono chiaramente visibili tracciati apparentemente simili ad alvei fluviali, il più grande dei quali è la Vallis Schröteri (a destra), interpretabili come canali di lava. Notare l'origine dei canali da crateri che costituiscono probabilmente antichi centri eruttivi.

Anche nel caso della Luna, le caratteristiche stesse del satellite (troppo piccolo per aver mai avuto una pressione atmosferica significativa), e la sostanziale assenza di minerali idrati nei campioni di superficie disponibili, portano all'interpretazione di morfologie canaliformi di tipo fluviale come forme derivate dall'attività vulcanica. La sinuosità di questi canali è molto variabile, ma generalmente inferiore a quella degli analoghi terrestri. Sono presenti argini naturali ( levee ), e il rapporto tra ampiezza e profondità dei canali è generalmente alto (da 4/1 a 11/1) [114] .

Il loro profilo può essere sia a V che a U, dipendentemente dallo stato di degradazione dei fianchi dei canali stessi. Il loro sviluppo può essere di decine di chilometri: il canale più grande conosciuto è la Vallis Schröteri, che raggiunge circa 175 km di lunghezza e un'ampiezza massima di circa 10 km, ed è caratterizzata da terrazzi naturali interni, dovuti alla reincisione dell'alveo da parte di varie generazioni di flussi. Questi elementi morfologici, nella terminologia esogeologica tradizionale, rientrano nelle categorie Rimae per quelle più ridotte (chilometri o decine di chilometri di lunghezza e centinaia di metri o chilometri di ampiezza), e Valles per quelle più sviluppate (decine o centinaia di chilometri di lunghezza e fino a decine di chilometri di ampiezza) [114] .

Veduta dell'area del cratere Aristarchus (missione Apollo 15 ). Dettaglio sulle Rimae Aristarchus .

I canali lunari si originano spesso improvvisamente da aree topograficamente depresse (tipicamente crateriformi) che rappresentano probabilmente antichi centri eruttivi, mentre all'estremità distale generalmente mancano elementi morfologici definiti (come sarebbe ad esempio un delta fluviale vero e proprio). Questo è dovuto verosimilmente sia a processi di seppellimento da parte di flussi successivi che alla fluidità delle lave responsabili dell'escavazione dei canali, che ha impedito lo sviluppo e la preservazione di depositi terminali [114] [115] .

I fluidi responsabili di queste morfologie sono probabilmente lave di tipo basaltico, più fluide della maggior parte degli analoghi terrestri (basalti ad alto contenuto di ferro e titanio ) [116] [112] . Poiché attualmente la Luna è priva di un'attività geologica significativa, la formazione di queste strutture si è verificata nel remoto passato del satellite, nelle ere geologiche anteriori all' Eratosteniano , che ha il suo limite inferiore a circa 3200 milioni di anni fa, e verosimilmente nell' Imbriano superiore (3800-3200 Ma), caratterizzato dalle grandi effusioni basaltiche che hanno colmato i bacini lunari [117] .

Interesse economico

Storia della presenza umana

Tavoletta d'argilla cuneiforme babilonese (periodo cassita ) da Nippur , che rappresenta una mappa con indicazione dei campi e dei canali di irrigazione (1550-1450 AC).
Ricostruzione ipotetica di un sito agricolo sumerico nella bassa Mesopotamia , con l'indicazione del reticolo di canali irrigui, delle aree agricole e della tipologia di coltura: orti e palmeti sulle aree ripariali del corso d'acqua, campi permanenti e temporanei e aree lasciate ad acquitrino ea steppa.

Queste aree sono di primaria importanza per l'economia umana, poiché contengono concentrazioni di popolazione tra le più importanti al mondo e le maggiori risorse agricole e industriali (per dare alcuni esempi, le valli del Fiume Giallo , del Gange , dell' Indo , del Nilo , del Tigri e dell' Eufrate , del Volga , del Po ) [118] .

Questa preminenza ha origini storiche, dal momento che le culture urbane si sono sviluppate preferenzialmente in questo contesto ambientale [119] [120] a partire dal Neolitico . Per citare le più conosciute: la cultura sumera [121] e quella egiziana [122] , sviluppatesi nella cosiddetta mezzaluna fertile , regione definita dalle pianure alluvionali del Nilo, del Giordano e del Tigri-Eufrate, ma anche ad esempio le culture della valle dell'Indo e quelle delle pianure della Cina . L'ambiente di piana alluvionale infatti offriva da un lato un'ampia disponibilità di risorse agricole il cui surplus potesse essere investito nello sviluppo delle comunità urbane, dall'altro una maggiore facilità di comunicazione che favorisse il trasporto e lo scambio delle merci e quindi il sorgere di un commercio organizzato [123] [124] . Per queste ragioni, il controllo di queste aree è stato fondamentale per lo sviluppo delle entità statali e ne ha spesso condizionato la politica di espansione [119] [N 23] .

Questa situazione ha accompagnato e sicuramente condizionato tutta la storia umana, fino alla rivoluzione industriale europea avvenuta nella seconda metà del XVIII secolo. Da questo evento in poi, le aree di pianura alluvionale (dapprima in Europa, poi in tutto il mondo) hanno subito spesso uno sviluppo urbano e industriale sempre maggiore, con fenomeni di immigrazione dalle campagne alle città ( urbanesimo ) che talora, almeno nei paesi più sviluppati, ne ha messo in ombra l'originaria vocazione agricola [125] . Parallelamente a questo tipo di sviluppo, sono anche sorti diffusi problemi di ordine ambientale, come l' inquinamento e il dissesto idrogeologico , collegati sia all'aumento delle concentrazioni urbane e industriali, sia allo sfruttamento del territorio da parte di un'agricoltura sempre più intensiva e tecnologica [126] .

Agricoltura e allevamento

Vietnam . Argine artificiale in una piana alluvionale intensamente coltivata.

Come si è accennato, sono le attività economiche di origine più antica praticate in queste aree, che vi si prestano particolarmente per l'accessibilità, dovuta alla presenza di vaste aree pianeggianti favorevoli alla costruzione di vie di comunicazione, e di vaste riserve di acqua dolce (come acque superficiali o falde acquifere ) per l'uso umano, l' irrigazione delle colture e per il bestiame [N 24] [119] . Le caratteristiche di fertilità del suolo variano notevolmente in funzione del clima [127] .

La necessità di irrigare i campi allo scopo di garantire apporti d'acqua costanti e nei tempi opportuni per le colture ha portato allo scavo di canali d'irrigazione , con notevole impatto sull' idrografia locale, spesso modificata in maniera radicale con la deviazione di corsi d'acqua preesistenti e il collegamento di vie d'acqua prima separate [128] . Parallelamente, la necessità di regolamentare le piene fluviali e di eliminare o limitare le inondazioni ha portato alla costruzione di argini artificiali e dighe [129] .

Potenziale minerario

I sedimenti sabbiosi e arenacei di origine alluvionale sono, a scala globale, i più abbondanti nelle sezioni stratigrafiche [130] , insieme ai sedimenti deltizi (circa il 50%). Anche i sedimenti argillosi sono molto diffusi nelle zone di piana d'inondazione. Questo ne fa delle fonti di materiali inerti per l' edilizia di primaria importanza, fondamentali per sviluppo dell'industria delle cave per la fabbricazione di cemento , malta e mattoni [119] . Un esempio significativo è la storia post-bellica della cavatura di inerti dal fiume Po . A partire dagli anni '50 le concessioni per l'estrazione di inerti dall'alveo fluviale sono incrementate notevolmente per alimentare lo sviluppo del sistema viario e dell'edilizia. I quantitativi estratti dal Po sono progressivamente aumentati dai 2.5 milioni di m 3 /anno fino a raggiungere un valore stimato in circa 12 milioni di m 3 /anno. A partire dal 1983 si è avuta una inversione di tendenza ei quantitativi estratti sono stati progressivamente ridotti e si sono instaurati controlli più severi sui quantitativi effettivamente asportati. Più recentemente, nel periodo 1982-2005, le estrazioni concesse dall' AIPO , ammontano a circa 16 milioni di m 3 , pari a circa 700.000 m3 /anno, di cui l'86% lungo l'asta fluviale principale e il 14% nel comprensorio del delta. Lungo il fiume si contano circa 60 cantieri per l'estrazione di inerti [131] .

Nei sedimenti alluvionali possono trovarsi isolati per opera dell'erosione minerali pesanti [N 25] [130] [132] , pregiati o di uso industriale. Esempi classici sono le sabbie e ghiaie alluvionali aurifere , presenti anche in alcuni fiumi italiani, come il Ticino e la Dora Baltea [133] , e le alluvioni diamantifere presenti nei paesi sud-africani [134] , in India (ad esempio nella regione di Golconda , nell'India centro-meridionale) [135] e in Brasile [136] .

Mineralizzazioni ad uranio possono essere presenti in sedimenti alluvionali [137] : in questo caso si nota spesso una stretta associazione tra la facies sedimentaria e la presenza di minerale. Un classico esempio sono le mineralizzazioni in sedimenti triassici e giurassici dell' altopiano del Colorado e dello Utah (Morrison Formation), ove il minerale risulta concentrato in corrispondenza di associazioni di facies di canale abbandonato o parzialmente abbandonato ricche di argilla e materia organica , con arenarie in corpi lenticolari permeabili di limitata estensione laterale, e associato in massima parte a materiale carbonaceo e resti di piante. I minerali di interesse ( ossidi di uranio e vanadio , come ad esempio la carnotite ) risultano solubili e mobili in condizioni ossidanti . L'isolamento dei corpi arenacei incassati entro argille prevalenti e la presenza di materia organica in decomposizione provocano nelle acque di strato condizioni locali riducenti che inducono la precipitazione del minerale. Quest'ultima avviene soprattutto all'interfaccia tra i sedimenti sabbiosi permeabili ei sedimenti incassanti argilloso-siltosi a bassa permeabilità [138] .

In generale, nelle facies di piana di inondazione possono essere presenti livelli di carbone [139] , coltivabili minerariamente ove raggiungano sufficiente frequenza e spessore. Questi livelli hanno origine dalla deposizione di materia organica vegetale in acquitrini ( swamps ) entro le aree di intercanale, nella piana di inondazione [140] , e hanno una distribuzione generalmente molto irregolare e scarsamente predicibile, potendo oltretutto essere incisi e parzialmente asportati dalla continua migrazione laterale dei canali. La loro preservazione dipende dal tasso di subsidenza [141] , che deve essere elevato per consentire il rapido seppellimento dei resti vegetali e la sottrazione all'opera degli organismi saprofagi e all' ossidazione . L'estrazione del minerale in questo tipo di giacimenti, ove la concentrazione del minerale li rende economici, è condotta sia a giorno, in miniere di superficie , sia mediante cunicoli sotterranei [142] .

  • Una cava di inerti lungo un fiume al confine tra Paesi Bassi e Germania

  • Ricerca di oro in sedimenti fluviali attraverso la levigazione , procedura che permette di separare i minerali pesanti (come appunto l'oro) dai sedimenti stessi.

  • Carnotite , minerale di Uranio su legno fossile, Morrison Formation, Utah . La precipitazione del minerale è stata causata nei sedimenti di piana alluvionale dalla presenza di materiale carbonaceo come agente riducente.

  • Block diagramma generale che illustra l'occorrenza di livelli di carbone (o lignite , o torba a seconda dell'età e della diagenesi ) in un ambiente fluviale a meandri.

Potenziale di ricerca degli idrocarburi

Il sistema alluvionale è poco favorevole alla formazione degli idrocarburi. Questo perché spesso le condizioni di sedimentazione di questo ambiente sono ossidanti e quindi non favoriscono l'accumulo e la preservazione della materia organica . Inoltre la materia organica, anche quando si conserva, è di tipo continentale, più favorevole alla formazione di carbone e gas naturale che di petrolio [143] [N 26] . D'altro canto, le rocce ei sedimenti alluvionali sabbiosi e arenacei, soprattutto appartenenti alle facies di canale [144] , sono rocce serbatoio di primaria importanza per le loro buone caratteristiche petrofisiche ( porosità e permeabilità ), quando le condizioni strutturali del bacino sedimentario permettono ai livelli di origine alluvionale di venire a contatto con rocce madri di buona qualità. La potenzialità dei sistemi alluvionali differisce notevolmente tra sistemi a canali intrecciati e sistemi a meandri [145] :

  • Sistemi intrecciati. Sono costituiti prevalentemente da sabbie, con pochi livelli argillosi, in massima parte discontinui, quindi questi sistemi tendono a dare origine (in presenza di condizioni strutturali adeguate e di una roccia di copertura ) a giacimenti caratterizzati da grandi volumi di idrocarburi.
  • Sistemi meandriformi. In questi sistemi i sedimenti sono caratterizzati da un rapporto complessivo sabbia/argilla notevolmente inferiore, e da corpi sabbiosi molto più discontinui e "annegati" entro le argille di piana d'inondazione. I corpi sabbiosi sono anche spesso isolati tra loro, e la loro distribuzione è generalmente più irregolare e meno facilmente prevedibile, sono quindi rocce serbatoio di estensione più limitata, e sono più comuni le trappole di tipo stratigrafico o misto. La presenza di rocce di copertura efficienti è in genere un fattore meno critico, vista l'abbondanza di argille. I volumi di idrocarburi in gioco sono generalmente minori rispetto al tipo precedente.

Rischio idrogeologico e ambientale

Le aree di pianura alluvionale sono sottoposte a rischio idrogeologico elevato, anche in considerazione dell'alta concentrazione di popolazione e di attività industriali e agricole.

  • Il rischio di dissesto idrogeologico in questo tipo di ambiente riguarda soprattutto gli eventi alluvionali [146] , che sono normalmente stagionali (le piene del Nilo sono un esempio tipico di regime stagionale in clima semiarido [147] ). La magnitudine degli eventi di piena presenta una marcata ciclicità in relazione con i cicli climatici a breve ea lungo termine: la prevedibilità di eventi di piena eccezionali, che possono causare alluvionamenti, è definita come tempo di ritorno di un evento con data magnitudine (espressa come portata ) [148] .
  • L'urbanizzazione ha come conseguenza da una parte l' impermeabilizzazione del territorio, che impedisce l'assorbimento delle precipitazioni da parte dei suoli e dei sedimenti e provoca lo scorrimento della maggior parte delle acque in superficie, dall'altra gli interventi di canalizzazione e rettificazione degli alvei fluviali [149] , che possono amplificare le conseguenze degli episodi di piena fino a provocare eventi alluvionali [150] . Gli interventi a contrasto per questa problematica prevedono la laminazione delle portate di piena attraverso la creazione di aree golenali e bacini (o casse) di espansione che consentano la ritenzione in bacini appositi del volume di acqua in eccesso rispetto alla portata massima accettabile per il tratto di alveo di interesse, fino all'esaurimento dell'evento di piena [151] .
  • L'attività delle cave può interferire con la falda acquifera , causando problemi di inquinamento [152] . Se la cava intercetta la superficie piezometrica , soprattutto in un acquifero non confinato ( falda freatica ), gli inquinanti possono raggiungere immediatamente la falda, quindi la cava stessa diventa una fonte attiva di contaminazione. Anche se la falda acquifera non è intercettata dalla cava, la riduzione dello spessore di terreno aumenta la quantità di acqua che si può infiltrare nell'unità di tempo e, contemporaneamente, diminuisce l'effetto di filtrazione (e depurazione) da parte dei sedimenti, favorendo la contaminazione dell'acquifero sottostante.
  • L'attività di emungimento delle falde acquifere e degli accumuli di idrocarburi ( gas naturale e petrolio ), può causare un aumento locale della subsidenza , con ripercussioni dirette sulla stabilità di edifici e impianti, e facilitando il ristagno delle acque superficiali. L'entità della subsidenza è tanto maggiore quanto la roccia serbatoio da cui avviene la produzione di fluidi è superficiale [153] . Questa problematica è diffusa anche in Italia , soprattutto nelle pianure costiere e in particolare nel Delta del Po e sulla costa adriatica in seguito all'estrazione di idrocarburi e acque di giacimento e di falda da bassa profondità [N 27] .
  • L'intervento umano sull'idrografia (opere di canalizzazione e arginamento ) ha ovviamente un impatto sul territorio, con la modificazione delle sue caratteristiche fisiografiche (in particolare la topografia e la pendenza). Il profilo degli alvei fluviali può risultarne alterato, e quindi il regime del flusso di corrente, con conseguenze sulla distribuzione delle aree sottoposte ad erosione e sedimentazione . Ugualmente, l'attività estrattiva di sedimenti (sabbie e ghiaie) può modificare il profilo degli alvei fluviali, innescando fenomeni erosivi [154] . La rettificazione degli alvei, in particolare, porta ad un aumento della velocità e della capacità erosiva della corrente, con accresciuto rischio di scalzamento per i piloni dei ponti e altri manufatti; inoltre, determinando alvei più profondi con corrente più veloce, riducono gli habitat disponibili e la biodiversità [155] .
  • L'antropizzazione delle sponde fluviali ha un costo elevato in termini di compromissione della vegetazione ripariale [156] , con aumento dell'erosione e quindi dell'instabilità delle sponde stesse.
  • La sottrazione di acqua ai fiumi per scopi agricoli può portare ad una diminuzione della portata degli alvei fluviali e della velocità della corrente, con perdita della capacità di carico e aumento della sedimentazione [154] . In questo quadro, l'uso eccessivo di dighe per la captazione delle acque fluviali induce un forte aumento della sedimentazione nei bacini artificiali e viceversa, a valle, carenza d'acqua con restringimento dell'alveo e aumento dell'erosione [157] Un esempio di notevole impatto è dato dalle piane alluvionali dei fiumi Amu Darya e Syr Darya in Asia Centrale , in cui l'eccessivo sfruttamento delle acque per fini agricoli ha portato ad una drammatica diminuzione delle portate fluviali e al prosciugamento del bacino del Lago d'Aral , innescando una vera e propria catastrofe ambientale [158] .
  • Come già ricordato, infine, lo sviluppo urbano, industriale e agricolo ha un impatto pesante sull'ambiente in termini di inquinamento (di tipo organico, chimico e da detriti solidi) e di degrado del territorio, soprattutto in assenza di una pianificazione territoriale accurata [159] .

  • Schema di acquifero (falda acquifera) non confinato e confinato da livelli a bassa permeabilità . Sono rappresentate idealmente le linee ei tempi di flusso tra i punti di immissione (o di ricarica) ei punti di deflusso (emungimento) d'acqua per gli acquiferi successivi nel sottosuolo. Una cava potrebbe interessare (a seconda della profondità di scavo), solo l'acquifero non confinato o uno o più acquiferi confinati. In entrambi i casi, essa può costituire una fonte di contaminazione per gli acquiferi stessi, oltre a modificare significativamente le linee ei tempi di flusso delle acque sotterranee ea mettere in contatto tra loro acquiferi che diversamente sarebbero separati.

  • Esempio generale di idrogramma di piena relativo ad una sezione di un corso d'acqua interessato da intensa urbanizzazione. Sono riportate le curve idrografiche storica (prima dell'intervento di urbanizzazione) e attuale (dopo l'intervento di urbanizzazione), e un pluviogramma (o ietogramma ) di progetto (statisticamente rappresentativo di un evento di pioggia per quella sezione). Si vede che l'intervento di urbanizzazione ha portato ad un aumento del picco di portata e ad una maggiore concentrazione dell'evento di piena, oltre che ad una drastica diminuzione del tempo di ritardo rispetto al massimo pluviometrico, con riduzione quindi del tempo di preavviso di un possibile evento catastrofico (da Booth e Bledsoe 2009; Andreotti, Zampetti et al. 2007, modificato).

  • Schema generale che illustra gli effetti morfologici a monte ea valle di un intervento di escavazione in un alveo fluviale (per estrazione di inerti o per interventi di sistemazione fluviale). L'escavazione causa una modificazione nel profilo di equilibrio iniziale del corso d'acqua, che tende a compensare l'irregolarità erodendo a monte ea valle e infine colmando il vuoto corrispondente all'escavazione, fino a raggiungere un nuovo profilo di equilibrio. In pratica, operare un intervento di escavazione in un singolo punto del corso d'acqua significa causare problemi sia a monte che a valle (se l'intervento non è frutto di pianificazione e progettazione appropriata). Da Andreotti, Zampetti et al. 2007, Fig. 2.6, (modificato).

  • Subsidenza dovuta alla produzione di idrocarburi dal sottosuolo. Nello schema è indicato, a titolo esemplificativo, un accumulo di gas naturale entro una struttura tettonica ad anticlinale ; nell'esempio, la roccia serbatoio è una sabbia . a) Prima dell'inizio della produzione, nella roccia serbatoio i granuli del sedimento sono sostenuti dalla pressione del fluido di giacimento ( gas ). b) Con il progredire della produzione di gas (qui è rappresentata per semplicità solo la fase finale in cui tutto il gas è stato prodotto), la pressione diminuisce drasticamente ei granuli, non più sostenuti dalla pressione di giacimento e sotto la spinta dei sedimenti soprastanti, si dispongono secondo una nuova configurazione più compatta. Inoltre, parte dei sedimenti (i granuli più fini) può fuoriuscire insieme all'idrocarburo. Tutto questo ha come effetto la diminuzione del volume occupato dai sedimenti della roccia serbatoio e l'aumento locale della subsidenza , che si propaga ai livelli soprastanti il giacimento. Le conseguenze possono essere problemi strutturali a carico di edifici e impianti e l'allagamento dell'area interessata ad opera delle acque superficiali (anche marine se il giacimento è prossimo alla costa).

  • Un qualunque oggetto immerso in una corrente fluviale con un significativo battente d'acqua, dà origine dal punto di vista idrodinamico ad un vortice di ritorno sul lato sottocorrente dell'oggetto, che scava nel sedimento di fondo una nicchia a ridosso dell'ostacolo provocandone prima o poi lo scalzamento. Questo fenomeno avviene anche per briglie , piloni di ponti e altri manufatti.

  • Creazione di una nicchia locale ( scour ) in un alveo fluviale per opera della corrente. Le linee di flusso della corrente si dispongono in profondità secondo traiettorie vorticose (di tipo turbolento) che determinano una sovraescavazione dell'alveo e, nel tempo, lo scalzamento del pilone stesso. Questi fenomeni sono amplificati da interventi di canalizzazione e rettificazione dell'alveo. Interventi a difesa dei manufatti sono costituiti generalmente da briglie a valle del ponte, per ridurre la velocità della corrente e quindi l'erosione, e rinforzo dei piloni stessi (come ad esempio le gabbionate ). Interventi più risolutivi sono allargamento e correzione della sezione dell'alveo.

  • Esempio di crollo di un ponte (bacino del Mississippi , 1974 ) determinato da scalzameto dei piloni ad opera di una piena.

  • Cava di calcare abbandonata in Estonia , invasa dalle acque meteoriche e di falda. Simili strutture costituiscono una via di comunicazione diretta con la falda acquifera e una potenziale fonte di contaminazione della stessa. La cava era annessa ad una prigione per dissidenti condannati ai lavori forzati, ora dismessa.

  • Inondazione conseguente al passaggio di un ciclone tropicale ( Bangladesh , 1991).

  • Rotta di un argine fluviale nel bacino del fiume Sacramento , California , USA .

  • Proliferazione incontrollata di alghe dovuta ad inquinamento di natura organica ( fertilizzanti agricoli). Questi bloom algali hanno spesso provocato morie di massa di pesci ( Snake River , Idaho , USA ).

  • Inquinamento di natura chimica (scarichi industriali incontrollati). Fiume Tietê , Brasile , San Paolo (Brasile) .

  • Inquinamento da scarico incontrollato di rifiuti urbani in un corso d'acqua. Mumbai , India . Questo tipo di inquinamento può essere così pervasivo da provocare ostruzioni nell'alveo, con conseguenze sul regime stesso del corso d'acqua.

  • Asportazione massiva di suolo dai campi da parte di precipitazioni molto intense ( Iowa , USA ). 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 . Inoltre, questo si traduce a valle in un aumento del carico di sedimento portato dai corsi d'acqua e dei fenomeni di deposizione che possono dare luogo a restringimenti e ostruzioni degli alvei fluviali, e quindi ad aumento del rischio di inondazione .

  • Erosione di sponda fluviale ( Newburn , Inghilterra ). I fenomeni erosivi sono naturali e inevitabili in questo ambiente e in generale in natura, e possono solo essere contenuti nei loro effetti più devastanti con una oculata gestione del territorio.

Note

Esplicative

  1. ^ Sedimenti composti di frammenti (clasti) di rocce preesistenti. Vedi anche rocce sedimentarie clastiche .
  2. ^ In alcuni casi, tuttavia, le pianure alluvionali possono essere adiacenti od occupare bacini endoreici , privi di sbocco al mare.
  3. ^ Il gradiente topografico esprime la variazione dell' altitudine rispetto ad una determinata direzione. Nelle carte topografiche il gradiente è sempre perpendicolare alle curve altimetriche ed esprime la massima pendenza locale del suolo.
  4. ^ Lo spessore dello strato a bassa velocità a contatto con il fondale è esagerato per esigenze di chiarezza dello schema.
  5. ^ Il profilo verticale misurato dal fondale alla superficie dell'acqua.
  6. ^ Approssimando le condizioni di flusso ad un flusso ideale di tipo laminare, la velocità di caduta delle particelle dipende (oltre che dall' accelerazione di gravità , anche dalla densità e viscosità del fluido e dalla densità delle particelle stesse) anche dal diametro delle particelle medesime; intuitivamente: considerando costanti le condizioni di gravità e del fluido, per ogni diametro delle particelle si avrà una velocità critica al di sotto della quale la particella precipita. Vedi sedimentazione libera . In realtà le condizioni di flusso sono generalmente turbolente , quindi si ha un'interazione tra le particelle che rende molto più complesso il calcolo della velocità di caduta; tuttavia la selezione delle particelle per diametro lungo la verticale è sostanzialmente rispettata, come deriva dall'osservazione sperimentale.
  7. ^ La dimensione media o mediana è influenzata dal carico totale, ed è un buon indice descrittivo del sedimento, ma non permette di esprimere la competenza reale della paleocorrente.
  8. ^ Nei canali del tipo intrecciato , le barre fluviali tendono a migrare nella direzione della corrente, che coincide con la direzione di massima pendenza regionale. Invece, nei sistemi meandriformi le barre di meandro si sviluppano parallelamente al tracciato del meandro stesso e migrano trasversalmente alla direzione della pendenza regionale. I canali di tipo sinuoso (intermedi tra il tipo intrecciato e il tipo meandriforme), sono caratterizzati da barre fluviali e da incipienti barre di meandro.
  9. ^ Attivi in quanto sono i vettori dei sedimenti, la sede dei processi fisici a più alta energia e tendono a migrare lateralmente incidendo l'alluvium più antico.
  10. ^ Tutti questi elementi sono legati geneticamente tra loro: le barre fanno parte dei canali e gli argini naturali sono costruiti dai canali stessi.
  11. ^ Questa terminologia, informale anche se ormai largamente invalsa nell'uso perché immediata e didattica, corrisponde ai termini anglosassoni upland e lowland .
  12. ^ Nella terminologia tecnica di dettaglio si distinguono, secondo la morfologia: barre longitudinali, con asse maggiore allungato nella direzione del canale; barre trasversali, con asse maggiore allungato trasversalmente al canale, e barre linguoidi, barre tendenzialmente trasversali, semilunate, con apice volto nel verso della corrente
  13. ^ La scala verticale è esagerata rispetto a quella orizzontale (circa 2:1) per mostrare i meglio i dettagli.
  14. ^ Le piante idrofile vivono parzialmente o totalmente immerse nell'acqua, come ad esempio le ninfee o il ceratofillo .
  15. ^ La turbolenza del flusso ne aumenta la capacità erosiva, che è fondamentale per l'escavazione di canali di tipo fluviale.
  16. ^ Ciò che cambia è la natura del fluido: acqua solo nel caso della Terra e, con ogni probabilità, di Marte, mentre negli altri casi si tratta di agenti allo stato liquido che comunque consentono processi erosivi e di accumulo simili.
  17. ^ Punto sul diagramma di fase pressione-temperatura che rappresenta la coesistenza delle tre fasi dell'acqua: solida , liquida e gassosa .
  18. ^ Determinata dalla sonda mediante un penetrometro .
  19. ^ Verosimilmente in forme compatibili con la temperatura di -180 °C della superficie di Titano.
  20. ^ La superficie di Venere presenta pochi crateri da impatto meteoritico (similmente alla Terra), e questa particolarità è ritenuta generalmente una prova del fatto che la superficie stessa è piuttosto giovane dal punto di vista geologico e in continua trasformazione per opera della tettonica .
  21. ^ Lave ultramafiche derivate dal mantello , a composizione magnesiaca , molto povere in silice , potassio e alluminio , che sulla Terra sono sostanzialmente ristrette all' Archeano (con pochi termini conosciuti nel Proterozoico e nel Fanerozoico ), probabilmente relazionate con una temperatura del mantello terrestre più alta dell'attuale.
  22. ^ Molto più fluidi dei tipi di basalti conosciuti sulla Terra. Vedi anche Mari di basalto .
  23. ^ Si pensi all'enorme importanza che i rifornimenti di cereali provenienti dalla valle del Nilo ebbero per Roma antica in età imperiale ( I - V secolo ).
  24. ^ Il concetto di agricoltura è qui inteso nel senso più ampio, comprendente anche l'allevamento del bestiame (che comunque impiega le risorse vegetali del territorio).
  25. ^ Convenzionalmente, si parla di minerali pesanti per minerali con peso specifico superiore a 2,85 g/cm 3 . Immersi nel bromoformio questi minerali vanno a fondo, permettendone la separazione da specie mineralogiche più leggere (ad esempio mica e feldspato ).
  26. ^ La materia organica originata da processi biologici può essere di origine sia continentale che marina. La materia organica di origine continentale contiene prevalentemente materiale legnoso , erbaceo e humico , povero di lipidi , che tende a dare più facilmente origine a gas naturale e carbone, mentre la materia organica di origine marina o mista (principalmente da alghe , cianobatteri , resine e cuticole di piante terrestri) origina sia petrolio che gas naturale. Gli idrocarburi e il carbone si formano dalla trasformazione post-seppellimento della materia organica, il cosiddetto cherogene . Il cherogene di tipo III è quello che si origina più frequentemente nell'ambiente di piana alluvionale.
  27. ^ Consulta anche: Subsidenza#Fenomeni notevoli di subsidenza in Italia

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Sedimentologia

Geomorfologia

Idrologia

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