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

Indice del libro

Il Sistema Terra I componenti del sistema TerraScienze della Terra per le superiori/I componenti del sistema Terra Forma e dimensioniScienze della Terra per le superiori/Forma e dimensioni Orientamento sulla superficie terrestreScienze della Terra per le superiori/Orientamento sulla superficie terrestre Rappresentazione della superficie terrestreScienze della Terra per le superiori/Rappresentazione della superficie terrestre Il Sistema Solare Nascita e composizioneScienze della Terra per le superiori/Nascita e composizione Il SoleScienze della Terra per le superiori/Il Sole I pianetiScienze della Terra per le superiori/I pianeti I movimenti della TerraScienze della Terra per le superiori/I movimenti della Terra La LunaScienze della Terra per le superiori/La Luna L'atmosfera Gli strati atmosfericiScienze della Terra per le superiori/Gli strati atmosferici La troposferaScienze della Terra per le superiori/La troposfera Bilancio termico ed effetto serraScienze della Terra per le superiori/Bilancio termico ed effetto serra L'inquinamento atmosfericoScienze della Terra per le superiori/L'inquinamento atmosferico Pressione atmosferica, venti e circolazione generaleScienze della Terra per le superiori/Pressione atmosferica, venti e circolazione generale Umidità, nuvole e precipitazioniScienze della Terra per le superiori/Umidità, nuvole e precipitazioni La degradazione meteorica delle rocceScienze della Terra per le superiori/La degradazione meteorica delle rocce Le perturbazioni atmosfericheScienze della Terra per le superiori/Le perturbazioni atmosferiche Le previsioni del tempoScienze della Terra per le superiori/Le previsioni del tempo

L'idrosfera I fiumiScienze della Terra per le superiori/I fiumi I laghiScienze della Terra per le superiori/I laghi I ghiacciaiScienze della Terra per le superiori/I ghiacciai Le falde acquifereScienze della Terra per le superiori/Le falde acquifere Le acque salateScienze della Terra per le superiori/Le acque salate I mari e gli oceaniScienze della Terra per le superiori/I mari e gli oceani I movimenti delle acque oceanicheScienze della Terra per le superiori/I movimenti delle acque oceaniche La litosfera I mineraliScienze della Terra per le superiori/I minerali Le rocceScienze della Terra per le superiori/Le rocce Le rocce magmaticheScienze della Terra per le superiori/Le rocce magmatiche Le rocce sedimentarieScienze della Terra per le superiori/Le rocce sedimentarie Le rocce metamorficheScienze della Terra per le superiori/Le rocce metamorfiche

Il modellamento esogeno Il modellamento dovuto a fenomeni atmosfericiScienze della Terra per le superiori/Il modellamento dovuto a fenomeni atmosferici Il carsismoScienze della Terra per le superiori/Il carsismo Il modellamento fluvialeScienze della Terra per le superiori/Il modellamento fluviale Il modellamento eolicoScienze della Terra per le superiori/Il modellamento eolico Il modellamento glacialeScienze della Terra per le superiori/Il modellamento glaciale Il modellamento marinoScienze della Terra per le superiori/Il modellamento marino Il modellamento endogeno I fenomeni endogeni: Vulcani e PlutoniScienze della Terra per le superiori/I fenomeni endogeni: Vulcani e Plutoni TerremotiScienze della Terra per le superiori/Terremoti La tettonica delle placcheScienze della Terra per le superiori/La tettonica delle placche Orogenesi Storia della TerraScienze della Terra per le superiori/Storia della Terra CLIL template

(premessa) Le forze che modellano la crosta terrestre

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

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

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

Le principali forze esogene che determinano il modellamento sono:

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

Processi di alterazione

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

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

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

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

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

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

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

• Alterazione chimica
  • Soluzione
  • Idrolisi
  • Ossidazione

Alterazione fisica

Crioclastismo

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

Termoclastismo

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

Aloclastismo

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

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  Una roccia fratturata a causa del fenomeno del crioclastismo

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  Il crioclastismo modella continuamente le cime rocciose delle montagne

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  Una roccia fratturata per il crioclastismo

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  Esfoliazione di una roccia dovuta al termoclastismo

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  Cosa può essere successo?

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  rocce alterate ed erose in ambiente desertico

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  Forma d'erosione a vasca da aloclastismo su roccia basaltica (Hawaii)

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  Crescita di cristalli di sale in una vasca d'alterazione. Corsica.

Alterazione chimica

Soluzione

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

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

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

Idrolisi

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

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

${\ce {3KAlSi3O8 + 2H+ + 12H2O -> KAl3Si3O10(OH)2 + 6H4SiO4 + 2K+}}$

${\text{ortoclasio}}\Rightarrow {\text{illite}}+{\text{silice solubile}}$

${\ce {KAl3Si3O10(OH)2 + 2H+ + 3H2O -> 3Al2Si2O5(OH)4 + 2K+}}$

${\text{illite}}\Rightarrow {\text{caolinite}}$

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

Ossidazione

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

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  Cave di caolino, minerale che deriva dalla degradazione chimica dei feldspati. Il caolino serve per produrre molte cose, ad esempio ceramiche e porcellane.

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  Le vaschette sono un esempio di biocarsismo

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  Ocra di Roussillon (Fr). L'ocra è un misto di ossidi e idrossidi di ferro.

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  Roussillon

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  Le radici acidificano l'acqua e favoriscono il carsismo

Modellamento causato dalla pioggia e dal ruscellamento

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

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

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

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

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

Approfondimento: il ruscellamento: click sul collegamento

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

• i calanchi: sono forme d'erosione che si impostano frequentemente su argilla (una roccia tenera e facilmente erodibile), soprattutto quando contiene una frazione più grossolana (limo, sabbia) che la rende meno coerente. Si presentano come profondi solchi ramificati nei quali non riesce a crescere vegetazione. I calanchi tendono a propagarsi verso monte per erosione regressiva, formando impluvi con profilo acuto, a "V", in rapido approfondimento, separati da versanti scoscesi con displuvi acuti, a lama, da cui il materiale argilloso frana continuamente. Nei calanchi l'erosione è in evoluzione così rapida che la vegetazione non riesce a crescere, quindi il fenomeno tende ad autoalimentarsi e a propagarsi.

• piramidi di terra: alti pinnacoli di terra sovrastati da un masso. Si formano soprattutto su sedimenti di origine glaciale molto eterogenei (costituiti da un mix caotico di materiali con dimensioni che vanno dall'argilla ai massi) e poco coerenti. In questo caso le acque superficiali scorrono asportando il materiale più fine fino a che incontrano massi che non riescono a smuovere e che proteggono la porzione di terreno sottostante da ulteriore erosione. Il fenomeno si accentua progressivamente e i massi rimangono isolati su un pinnacolo (destinato comunque a crollare o ad essere rapidamente eroso quando il masso prima o poi cade). Anche questi fenomeni si propagano per erosione regressiva.

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

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

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  Asportazione massiva di suolo dai campi da parte di precipitazioni molto intense (Iowa, USA).

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  Piramidi di terra.

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  calanchi.

Modellamento dovuto alla gravità

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

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

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

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

Schema ed esempio reale che illustrano la morfologia di un corpo di frana. Ben visibili la nicchia di distacco del materiale franato (sulla destra), il pendio di frana in posizione intermedia, nella parte bassa della superficie di scivolamento principale, e la zona di accumulo, nella parte bassa del versante e in parte nel letto del torrente, che consiste in accumuli caotici dei materiali del pendio franato. Il corpo di frana è caratterizzato da scarpate trasversali corrispondenti a rotture secondarie, e crepacci trasversali e longitudinali dovuti ad ulteriore scomposizione della massa di materiale franato nella zona di accumulo.

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

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

Approfondimento: cause delle frane e opere di difesa: click sul collegamento

Schema che illustra gli effetti del soil creep. Si noti che anche la parte superficiale del substrato roccioso (la più alterata) è interessata dal movimento.

Effetti superficiali del soliflusso su terreni montani, con la formazione di lobi di soliflussione.

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

• il soliflusso (o soliflussione) è il movimento gravitativo verso valle della coltre detritica, che mantiene la sua organizzazione interna; si verificano piccole colate di materiale incoerente o particolarmente plastico che danno origine a forme a lobo (lobi di soliflussione). Il profilo di velocità nella coltre interessata da questo fenomeno è abbastanza costante.

• il soil creep è il movimento estremamente lento della coltre eluviale, che può coinvolgere anche la regolite (roccia alterata e disgregata) con velocità differenziale, ed è prodotto soprattutto da effetti termici di dilatazione e contrazione, cicli gelo-disgelo, vibrazioni prodotte da attività umane (traffico veicolare su strade). Questo tipo di movimento è definito reptazione (creep)

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

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

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  Conoide di detrito accumulatasi in seguito a frane da rotolamento e da crollo di una parete rocciosa.

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  Frana di crollo da una falesia (Hawaii), innescata da una scossa sismica.

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  Accumuli di frane da crollo ai piedi di una falesia marina. I crolli sono causati dall'erosione da parte delle onde al piede della falesia.

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  Frana da cedimento di un versante; ben visibile la nicchia di distacco.

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  Animazione che mostra l'evoluzione di un fenomeno di frana (del tipo da colamento) nel tempo.

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  Tipica frana da scivolamento di una formazione argillosa su una superficie di strato. Probabilmente le vibrazioni del traffico stradale non sono estranee al fenomeno.

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  visualizzazione delle deformazioni interne ad un corpo di frana. Nel caso (a) abbiamo una frana di scivolamento, con movimento rigido sulla superficie di distacco; nel caso (b) una frana da cedimento (o colamento) in cui si ha a monte collasso verticale e a valle espansione del materiale. In (c) è rappresentata una combinazione delle due modalità.

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  Evidenze di soil creep. Notare nella parte più prossima alla superficie del terreno la curvatura verso valle degli strati di roccia.

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  Terreni ad elevata latitudine (circumpolari) interessati estesamente dal soliflusso. Notare i lobi di soliflussione).

Erosione causata da organismi viventi

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

Approfondimento ed esempi di bioclastismo: click sul collegamento

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  Azione di disgregazione meccanica della roccia da parte delle radici.

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  Disgregazione meccanica della roccia operata da radici.

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  Monticoli di terra prodotti dallo scavo di tane di roditori (geomidi); questi animali da un lato hanno un ruolo notevole nella fertilizzazione e nel dissodamento del terreno, preparandolo per l'attecchimento di piante con radici profonde; dall'altro possono provocare estesi danni al manto erboso e un incremento dell'erosione per denudamento.

Vegetazione e denudamento

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

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

Approfondimento: com'è cambiata la vegetazione nel tempo: click sul collegamento

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  Fitto intreccio di radici di una pianta superiore, molto efficace nel contrastare l'erosione del suolo.

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  la presenza di piante con apparati radicali estesi e complessi è determinante nella stabilizzazione dei versanti...

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  ...anche su versanti particolarmente ripidi.

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  In alta montagna, dove la vegetazione (soprattutto di alto fusto) è poco sviluppata, l'erosione è rapida e intensa.

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  Dove non vi sono piante con radici profonde e sviluppate, queste sono le conseguenze dell'erosione da ruscellamento.

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  Erosione su versanti deforestati.

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  Asportazione massiva di suolo da campi coltivati da parte di piogge violente.

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  Effetti dell'erosione su terreni aridi, dove la vegetazione è rada.

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  Terrazzamenti e piantumazioni per contrastare l'erosione del suolo (Ruanda).

Bibliografia

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

• Ippolito F., Nicotera P., Lucini P., Civita M. e De Riso R., Geologia Tecnica per ingegneri e geologi, Milano, Arnoldo Mondadori, 1980.
• Marasciulo T., Pascarella F. e Guerra M., Atlante delle opere di sistemazione dei versanti. APAT, Manuali e Linee guida 10/2002., a cura di Ligato D., Agenzia per la Protezione dell’Ambiente e per i servizi Tecnici (APAT), 2002.
• Marziano G., Frane e alluvioni. Guida al modello di conoscenza e al comportamento., Palermo, Dario Flaccovio, 2016, ISBN 9788857906096.
• Ricci Lucchi F., Sedimentologia. Parte 1 - Materiali e tessiture dei sedimenti, Bologna, CLUEB, 1980.
• Ricci Lucchi F., Sedimentologia. Parte 2 - Processi e meccanismi di sedimentazione, Bologna, CLUEB, 1980b.
• Ricci S., Sacco Perasso C. e Antonelli F., La Bioerosione Marina dei manufatti sommersi, su http://www.icr.beniculturali.it/pagina.cfm?umn=75&uid=499&usz=2&smn=107, Ministero per Beni e le Attività Culturali. Istituto Centrale per il Restauro.