Scienze della Terra per le superiori/Il modellamento fluviale
I processi di erosione e sedimentazione fluviale
[modifica | modifica sorgente]L'erosione fluviale è causata sia dalla turbolenza della corrente d'acqua, sia dal carico di sedimenti che vanno a erodere (cioè incidere) l'alveo (cioè il letto) o gli argini del fiume; questo fenomeno è detto erosione fluviale. Il moto di un fluido avviene in regime turbolento quando le particelle di cui è composto il fluido si muovono secondo traiettorie caotiche e non ordinate (come invece nel regime di flusso laminare). Un liquido che si muove in regime laminare ha capacità erosiva scarsa o nulla, mentre un liquido che si muove in regime turbolento ha capacità erosiva elevata.
L'erosione fluviale trasporta dei sedimenti più o meno grossolani, a seconda dell'energia delle acque del fiume: più l'energia della corrente del fiume è elevata, più elevata è la quantità di sedimenti che riuscirà a trasportare. Erosione e sedimentazione sono processi complementari che asportano materiali da un'area della superficie terrestre e li depositano altrove. Prima di essere depositato, il materiale eroso è generalmente trasportato per un certo tempo e per una certa distanza, spesso dallo stesso agente che ha prodotto l'erosione. L'energia della corrente del fiume dipende soprattutto da:
- velocità della corrente
- portata della corrente
- inclinazione dell'alveo (il "letto" del corso d'acqua)
La velocità della corrente è la distanza coperta da una particella ideale d'acqua nell'unità di tempo, e si misura di solito in metri/secondo (m/s). La portata di un fiume è il volume d'acqua (misurato in metri cubi) che passa attraverso una determinata sezione del corso d'acqua nell'unità di tempo, e di solito si misura in metri cubi/secondo (m³/s). La velocità della corrente è minima nello strato d'acqua a contatto con il fondale e va aumentando verso l'alto, dapprima rapidamente, poi più lentamente, fino a raggiungere la velocità della corrente che fluisce liberamente.
Il sedimento trasportato dai fiumi (o trasporto solido) varia lungo il battente d'acqua[N 2] sia come quantità (e concentrazione) che come dimensioni delle particelle.
- Il carico di fondo è concentrato presso il fondale e consiste principalmente di granuli di sabbia e talora di piccoli ciottoli, che si muovono per rotolamento, trascinamento e "saltazione". Massi e blocchi vengono rimossi solo in condizioni estreme di piena. Lo spessore dello strato d'acqua interessato dal carico di fondo è in realtà molto scarso: va da pochi millimetri fino ad alcuni decimetri nei fiumi più importanti.
- Il carico sospeso è meno concentrato (perché le particelle sono disperse nel fluido), anche se molto più abbondante di quello di fondo (mediamente da 10 a 20 volte) e di granulometria fine (limo e argilla).
Il carico di fondo si muove a velocità molto minore (da pochi decimetri a poche decine di metri al giorno) rispetto al carico sospeso che viaggia alla stessa velocità della corrente (quindi la sabbia che arriva al mare è stata erosa e presa in carico molto prima del fango che l'accompagna in sospensione).
Quando la corrente fiume perde velocità, ad esempio quando cambia la sua pendenza (ad esempio quando il fiume sbocca da una valle in una pianura) o quando arriva al mare, il fiume deposita la parte più grossolana (quindi più pesante) dei sedimenti che sta trasportando, generando le cosiddette forme di deposito (ad esempio conoidi, barre fluviali, argini naturali, delta).
La corrente fluviale varia anche a seconda dell'entità delle piogge (ovvero delle precipitazioni atmosferiche). Quando piove, le acque meteoriche che cadono entro il bacino idrografico del fiume, scorrono in superficie o nel sottosuolo (nella falda acquifera) e vengono convogliate entro i corsi d'acqua. Si ha quindi un aumento della velocità e della portata della corrente (di conseguenza anche il livello dell'acqua nell'alveo aumenta): siamo quindi in regime di piena. Viceversa, se si ha un periodo prolungato con assenza di pioggia, la portata e la velocità della corrente, così come il livello dell'acqua nell'alveo, tendono a diminuire: siamo quindi in regime di magra.
Piene e magre dipendono dalle precipitazioni, che variano generalmente con le stagioni. In Italia, ad esempio, le piogge sono concentrate soprattutto nelle stagioni autunnale e primaverile, quando perciò gli eventi di piena sono più frequenti. Nella stagione primaverile, in particolare, i fiumi oltre al contributo d'acqua delle piogge avranno anche quello che deriva dallo scioglimento della neve in alta quota. In condizioni "normali" (cioè in assenza di alti e bassi pluviometrici e di apporti di altro tipo), il corso d'acqua avrà un livello intermedio tra quello di piena e di magra che si dice di morbida. Gli episodi di piena e di magra, se sono estremi (fuori dall'ordinario, ovvero molto al di sopra o al di sotto della media), possono avere ripercussioni importanti sul territorio e sulla popolazione: le piene possono dare luogo ad esondazioni (quando la portata d'acqua diviene eccessiva per le dimensioni dell'alveo) e quindi causare alluvioni. D'altro canto, eventi di magra molto pronunciati in periodi di siccità possono influire negativamente sull'approvvigionamento d'acqua per uso agricolo o per il consumo della popolazione.
Inoltre, ovviamente, l'energia, la turbolenza e quindi la capacità erosiva della corrente sarà massima durante la piena e minima durante la magra.
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I processi di erosione e sedimentazione sono determinati dalla posizione del livello di base dell'erosione: la superficie ideale al di sopra della quale prevalgono i fenomeni erosivi, mentre al di sotto prevalgono i fenomeni di sedimentazione. Ogni corso d'acqua tende a creare un profilo di equilibrio, concavo verso l'alto e tendente asintoticamente al livello di base, nel quale da monte a valle aumenta la portata e diminuisce la granulometria del sedimento, in cui in ogni punto c’è equilibrio tra erosione e sedimentazione. Il livello di base di un fiume o torrente è il punto più basso al quale esso può scorrere. Per i grandi fiumi, il livello di base è di solito il livello del mare, ma un grande fiume o lago è parimenti il livello di base per i corsi d'acqua tributari. Un'eccezione piuttosto rara si può vedere nel Giordano, per il quale il livello di base è rappresentato dal Mar Morto, 417 m sotto l'odierno livello del mare, punto più basso di una area endoreica, cioè un bacino idrografico privo di emissari. Il livello di base finale è quindi il livello medio del mare[N 3], ma i fenomeni di erosione e sedimentazione a piccola e media scala sono determinati dal livello di base locale, che generalmente è un bacino riempito di una massa d'acqua maggiore rispetto alla portata del corso d'acqua (un lago, uno specchio d'acqua formato da una soglia, un fiume più grande etc.). Il livello di base non è mai fisso e soprattutto è relativo, si può alzare a causa di un abbassamento di origine tettonica del territorio o dell’innalzamento dei mari e si può abbassare a causa dell’orogenesi (quindi per un innalzamento tettonico del territorio) o in seguito a glaciazioni (che innescano un abbassamento generalizzato del livello del mare).
Forme di erosione
[modifica | modifica sorgente]L'attività erosiva di un fiume dipende dalle caratteristiche delle rocce e dei terreni su cui scorre, dalla pendenza dell'alveo e dalla portata del fiume, inoltre, l'erosione delle rocce da parte di un fiume è aumentata dalla presenza nelle acque dei materiali trasportati, soprattutto al fondo. nel caso in cui il fiume scorra su rocce di composizione calcarea, dolomitica o gessosa (solubili in acqua), all'erosione di tipo meccanico se ne aggiunge una anche di tipo chimico; si ha quindi un'azione di corrosione più o meno veloce delle rocce su cui l'acqua scorre. Da quanto sopra, è chiaro che i fenomeni erosivi sono più frequenti nella fascia montana e pedemontana[N 4] di un corso d'acqua.
Le valli fluviali montane presentano un profilo a forma di "V", perché l'erosione fluviale è attiva principalmente lungo il fondovalle, dove si trova l'alveo del fiume, mentre sui fianchi della valle sono attivi fenomeni di degradazione meteorica (ruscellamento[N 5], azione del gelo/disgelo) e gravitativa (soliflussione[N 6], smottamenti), più diffusi che concentrati, che normalmente agiscono più lentamente. Se l'erosione del fondovalle procede molto più velocemente di quella dei fianchi, si origina una valle molto stretta, dai fianchi quasi verticali, che prende il nome di gola. Questo ha una conseguenza importante: i corsi d'acqua vallivi sono sempre prevalentemente alvei confinati (cioè incisi in roccia e non "liberi" di divagare), con caratteristiche peculiari che li differenziano nettamente dai corsi d'acqua di pianura:
- pendenze elevate ed elevata velocità di corrente, con alta turbolenza.
- alveo spesso in roccia, con copertura di sedimenti assente o molto discontinua e prevalentemente sul fondo più che sulle sponde.
- sedimenti grossolani, quando presenti.
- prevalenza di fenomeni di erosione su quelli di sedimentazione.
- regime di corrente molto influenzato dalle stagioni.
I corsi d'acqua con queste caratteristiche tendono ad erodere secondo un andamento lineare, proprio poiché hanno scarsa o nulla possibilità di divagazione. Infatti spesso gli alvei sono rettilinei, oppure il loro decorso è influenzato dalle caratteristiche dei terreni e delle rocce su cui scorrono.
Quando un corso d'acqua incontra un forte e improvviso dislivello morfologico (una soglia), lo supera formando una cascata. Le cascate sono forme effimere, destinate ad attenuarsi per l'erosione della corrente del fiume, che tende a far assumere all'alveo un profilo di equilibrio in cui i salti di pendenza sono ridotti al minimo. La corrente, con energia particolarmente elevata data la velocità assunta nella caduta, nell'impatto alla base del gradino acquista una notevole capacità erosiva (soprattutto nelle fasi di piena, quando trasporta molto sedimento), asportando materiale roccioso, cosa che gradualmente provoca nuovi crolli nella parete rocciosa, portando il margine della cascata sempre più a monte e causando l'attenuazione della pendenza della parete stessa. Nella stagione invernale, i cicli ripetuti di gelo e disgelo favoriscono ulteriormente il processo di erosione staccando schegge di roccia. Inoltre, il moto vorticoso dell'acqua alla base della cascata e la presenza di materiali grossolani trasportati, intaglia nella roccia delle cavità subsferiche chiamate marmitte dei giganti, che favoriscono vieppiù il crollo della scarpata. Col tempo la cascata si trasforma in una rapida, vale a dire un tratto di fiume a forte pendenza.
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Il Salto Angel, la cascata più alta del mondo -
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L'azione erosiva del Colorado ha formato il Gran Canyon -
Valle a V del fiume Indo (Pakistan) -
Valle a V -
Che tipo di valle è? -
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Le cascate di Iguazù (Argentina) -
Cascate del Niagara -
La Val Falcina (Belluno) -
Marmitta dei giganti (Valle del Mis) -
Rapide -
Gola o forra -
Le cascate di Sciaffusa (Reno) sono in realtà delle rapide -
Gole di S.Venanzio (Aq) -
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Forme di deposito
[modifica | modifica sorgente]Le forme di deposito fluviale più tipiche sono i conoidi di deiezione e le pianure alluvionali.
Conoidi di deiezione
[modifica | modifica sorgente]Sono depositi a forma semiconica o a ventaglio, con apice rivolto a monte e con profilo trasversale convesso. Questi depositi sono generalmente formati da corsi d'acqua a regime torrentizio allo sbocco di una valle montana in una pianura o in una valle più grande, e sono prodotti dalla sedimentazione del materiale in carico al corso d'acqua quando la corrente fluviale rallenta e si espande improvvisamente per una brusca diminuzione della pendenza topografica e per il venir meno del confinamento laterale. Una conoide alluvionale isolata assume in pianta una configurazione semicircolare determinata dall'espansione libera dei detriti che la compongono a partire da un singolo punto di entrata della corrente, con il vertice (apice) all'uscita della valle. Una conoide parzialmente confinata dalla valle che la origina avrà un aspetto più triangolare. È però più frequente che le conoidi si uniscano e si giustappongano lateralmente (conoidi coalescenti), a formare una fascia più o meno continua di detrito in cui sono riconoscibili talora solamente gli apici superiori (triangolari) dei singoli corpi. Il raggio delle conoidi è molto variabile: da qualche centinaio di metri a diverse decine di chilometri, in funzione principalmente della portata del corso d'acqua che origina la conoide, della superficie del bacino idrografico alle sue spalle, delle pendenze topografiche in gioco e delle caratteristiche climatiche (aride o umide) del territorio.
Questo tipo di accumulo costituisce un ambiente sedimentario in cui la sedimentazione è controllata da correnti fluviali ad elevata velocità a causa degli alti gradienti topografici in gioco, ed è caratterizzato da un reticolo idrografico di tipo intrecciato (tipico dei corsi d'acqua a regime torrentizio), in cui il letto del corso d'acqua è suddiviso in diversi canali secondari che si separano e si ricongiungono a più riprese formando isole fluviali.
Le conoidi sono caratterizzate dalla diminuzione da monte a valle della granulometria dei sedimenti (cioè delle dimensioni dei granuli che li compongono): questo è determinato dalla perdita graduale di energia (e quindi capacità di carico) della corrente per il diminuire della velocità: i sedimenti più grossolani (massi, ghiaie e sabbie grossolane) tendono a deporsi nella zona di apice del deposito di conoide, mentre sedimenti via via più fini (sabbie medie, fini, silt e argilla) si depongono verso il piede (o unghia) della conoide. Si possono avere però anche depositi fangosi, derivati da colate di fango che possono contenere anche blocchi di roccia e materiale organico (ad esempio tronchi di alberi abbattuti). La caratteristica più evidente dei depositi di conoide è la loro estrema variabilità in senso verticale e orizzontale. La superficie di una conoide è caratterizzata da un reticolo idrografico a configurazione radiale e centrifuga, che si espande a partire dall'apice e, come già detto, è di tipo intrecciato. I sedimenti di conoide si raccordano gradualmente nella parte distale con sedimenti di pianura alluvionale.
Di norma, solo una parte del reticolo idrografico (una fascia longitudinale a "spicchio") è attiva in un determinato momento. I canali distributori tendono però a migrare lateralmente nel tempo, ed è proprio questo processo a "costruire" gradualmente l'edificio semicircolare della conoide. Questo fenomeno di diversione (cambiamento di direzione) avviene generalmente in fase di piena per la presenza di un qualunque ostacolo (ad esempio accumuli di detriti vegetali, massi etc.), e può essere agevolato dalla presenza nella parte distale della conoide di opere di origine antropica (argini, restringimenti dell'alveo del corso d'acqua principale, presenza di abitati) che ostacolano il deflusso delle acque, causando inondazioni.
Una conoide alluvionale può terminare, nella sua parte distale, in un bacino lacustre o marino: in questo caso l'interazione delle correnti fluviali con una massa d'acqua stazionaria dà origine ad un vero e proprio edificio di delta, che si definisce delta-conoide.
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Conoide di deiezione isolata in ambiente arido (Death Valley, California). Alla fotografia aerea sono sovrapposte le curve altimetriche. È ben visibile la pianta semicircolare del deposito. -
Schema di un allineamento di conoidi (2) al piede di un versante solcato da corsi d'acqua (1) paralleli. -
Conoide di deiezione in ambiente di alta montagna, nei Pirenei francesi. La scarsa vegetazione d'alta quota permette di distinguere la tipica morfologia del corpo sedimentario, con la parte prossimale (o apicale) verso monte, caratterizzata da inclinazione elevata e depositi grossolani, e la parte distale verso valle, con sedimenti più fini. È visibile anche il reticolo idrografico di tipo intrecciato, attivo solamente nel settore sinistro dell'immagine e per il resto colonizzato dalla vegetazione erbacea. Infine, è apprezzabile il profilo complessivamente concavo verso l'alto del deposito e il graduale raccordo con i depositi di fondovalle. Il piede della conoide è inciso dal letto del corso d'acqua di fondovalle. -
Conoide di deiezione in Cina (Deserto Taklimaklan). -
Conoide di deiezione in Iran.
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Pianure alluvionali
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Si formano per deposito dei detriti trasportati da un fiume, che progressivamente riempiono zone depresse della superficie terrestre (che possono essere anche, ma non necessariamente, bacini lacustri o bracci di mare). La Pianura Padana è un esempio di pianura alluvionale, formatasi per riempimento di un braccio di mare a opera del Po e dei suoi affluenti.
Una pianura alluvionale è l'espressione geomorfologica di un "sistema alluvionale", composto da due tipi di elementi:
- canali: elementi attivi[N 7] di origine erosiva, riempiti di sedimenti prevalentemente sabbiosi deposti da correnti fluviali;
- piane di inondazione (o piane inondabili): elementi passivi, formati da depositi prevalentemente fini (argilloso-siltosi) di riempimento derivati dalla tracimazione delle acque dai canali.
I canali fluviali nella pianura sono ormai nella maggior parte dei casi alvei non confinati, perché non vi sono più versanti collinari o montani a contenerli. Il materiale fine portato in sospensione dalla corrente durante le piene, quando le acque tendono a tracimare dall'alveo, tende a depositarsi ai lati dell'alveo stesso e a formare depositi a forma di cuneo, gli "argini naturali", composti da sedimenti sabbiosi e siltoso-argillosi, che si assottigliano gradualmente verso l'esterno fino a confondersi con la piana d'inondazione. La sedimentazione fluviale tende ad innalzare progressivamente l'alveo e col tempo gli argini naturali del fiume non sono più in grado di contenere le acque che a loro volta esondano provocando alluvioni e depositando sedimenti sulla pianura circostante. Durante il colmo di piena, con la tracimazione, il fiume tende a deporre i materiali più grossolani (sabbia) nell'alveo e nelle sue immediate vicinanze, mentre i materiali più fini (silt e argilla) si depongono nelle parti più distanti della piana d'inondazione. In questo modo cresce il dislivello tra l'"edificio" dell'alveo e la piana, fino a formare un alveo pensile. E' la situazione ad esempio del Po e dell'Adige nel tratto terminale del loro corso. Continuando ad aumentare il dislivello, prima o poi il fiume romperà l'argine naturale e darà origine ad un nuovo alveo. L'alveo abbandonato resta come un dosso nastriforme, che viene gradualmente sepolto da nuovi sedimenti. Con il succedersi degli episodi di piena, i continui fenomeni di diversione portano gli alvei dei corsi d'acqua a migrare lateralmente, incidendo i depositi preesistenti e deponendo nuovi sedimenti, costruendo quindi gradualmente la pianura.
Dal punto di vista geomorfologico si possono distinguere in una piana alluvionale due zone, con diverse dinamiche tra corrente e sedimenti e diversi tipi di deposito:
Alta pianura. La parte più elevata della pianura, con pendenza maggiore e corrente più veloce; qui i fiumi hanno quindi la tendenza ad assumere un tracciato rettilineo o comunque poco sinuoso e i fenomeni di erosione prevalgono. I sedimenti fluviali sono più grossolani (sabbia grossolana e ghiaia). Gli alvei fluviali sono comunemente a canali intrecciati, separati da depositi di sedimento sabbioso-ghiaioso chiamati barre fluviali, generalmente a forma di losanga o di ellisse. Il sedimento si depone nella parte a valle della barra, mentre la corrente tende ad erodere la barra a monte, quindi le barre tendono a migrare nella direzione della corrente[N 8].
Bassa pianura. E' La parte meno elevata della pianura, con pendenze molto basse: la corrente è quindi meno veloce e tende a depositare i sedimenti più che a erodere. Qui i fiumi generalmente non sono più rettilinei ed aumenta la sinuosità del tracciato dell'alveo, che tende a formare meandri. I meandri si formano perché in un alveo con tracciato curvo, la forza centrifuga tende a spostare la linea di massima velocità della corrente verso l'esterno, quindi la velocità e capacità erosiva della corrente sono più elevate verso la parte concava (esterna) della curvatura, mentre la corrente è meno veloce nella parte convessa (interna) della curvatura. Così, la corrente tende ad erodere la sponda nella parte concava e a depositare sedimenti nella parte convessa (dove si forma appunto un deposito chiamato barra di meandro)[N 9], accentuando sempre di più la curvatura del meandro stesso. Il meandro assume gradualmente una configurazione a laccio fino a che, oltre un certo limite, il collo del meandro viene tagliato e l'alveo attivo del fiume si sposta. Il meandro morto diviene quindi una lanca in cui l'acqua non scorre più, si trasforma gradualmente in un'area paludosa e infine si prosciuga. Le barre di meandro per il loro processo di formazione (accumulandosi nella parte interna del meandro stesso) tendono a migrare trasversalmente alla direzione della corrente del fiume. Nella bassa pianura si formano spesso acquitrini nelle aree tra i canali fluviali per il ristagno delle acque fuoriuscite nelle fasi di piena. In queste aree, con notevole sviluppo della vegetazione palustre, si possono formare torbiere e in generale il materiale vegetale può accumularsi nel tempo fino a formare dopo il seppellimento depositi di lignite e carbone.
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Fiume con alveo a canali intrecciati. I canali sono separati da depositi di barra fluviale. -
Piana alluvionale in Alaska. L'assenza di vegetazione per il clima rigido rende visibili tutte le forme di erosione e di deposito fluviali. -
Diagramma generale che illustra un ambiente fluviale a meandri. -
Sezione schematica di un alveo fluviale asimmetrico in un corso d'acqua a meandri. Il flusso di corrente tende ad erodere la sponda corrispondente al lato concavo dell'alveo e a depositare sedimento sul lato convesso. Il succedersi degli eventi di piena provoca il giustapporsi di corpi convessi verso l'alto sul lato interno del meandro, inclinati verso il canale. -
Formazione di un meandro. -
![Lanche originate da eventi successivi di taglio di meandri (Scandinavia). Quanti meandri abbandonati si possono riconoscere? Quale è la sequenza temporale (dal più recente al più vecchio)? vai alla risposta[N 10]](//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b7/Finna2.JPG/120px-Finna2.JPG)
Lanche originate da eventi successivi di taglio di meandri (Scandinavia). Quanti meandri abbandonati si possono riconoscere? Quale è la sequenza temporale (dal più recente al più vecchio)? vai alla risposta[N 10] -
Il meandro Horseshoe Bend del fiume Colorado, Stati Uniti. Si tratta di un meandro incassato impostatosi su roccia. Questo avviene quando il fiume, a causa di un rapido abbassamento del livello di base dell'erosione, erode rapidamente i sedimenti di piana alluvionale e arriva a incidere il substrato roccioso. Si tratta quindi di una morfologia "ereditata", che nella nuova situazione si evolve molto lentamente. -
Alveo fluviale a meandri in un contesto di pianura intensamente antropizzata e coltivata. -
Meandri del Rio Negro (Argentina). E' visibile l'alveo attuale e le generazioni precedenti di meandri, progressivamente tagliati e inattivati. L'alveo del fiume migra velocemente nel tempo formando sempre nuovi meandri. Nella parte interna dei meandri sono visibili le barre di meandro, con decorso concentrico al meandro stesso. -
Piana alluvionale a meandri. Qui è visibile lo spostamento dell'alveo fluviale attuale verso il basso, mentre verso l'alto abbiamo solo meandri fossili (ormai inattivi). -
La pianura padana è una pianura alluvionale formata dal Po e dai suoi affluenti.
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![Lanche originate da eventi successivi di taglio di meandri (Scandinavia). Quanti meandri abbandonati si possono riconoscere? Quale è la sequenza temporale (dal più recente al più vecchio)? vai alla risposta[N 10]](/wiki/File:Finna2.JPG)
Quando i fiumi incontrano i mari
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Alla foce dei fiumi, la corrente fluviale si getta in una massa d'acqua relativamente stazionaria (che può essere un mare o un lago), convogliandovi dei sedimenti. Questo, a seconda del tipo di dinamica tra le acque del fiume e quelle del bacino ricevente, può dare origine a vari tipi di depositi di delta. Nel caso di un mare, inoltre, l'acqua dolce continentale si mescola con quella marina più salata, con importanti cambiamenti nelle comunità biologiche. I sedimenti portati dai corsi d'acqua si depositano costruendo una pianura costiera interrotta da aree paludose.
● Foce a delta. Questo tipo di foce si genera quando abbiamo deposizione intensa del materiale trasportato dal fiume. Ha la forma a ventaglio, si può formare sia sulle coste marine sia su quelle lacustri. Se la velocità di deposizione da parte del fiume è superiore a quella di rimozione dei sedimenti da parte del mare, si accumuleranno sempre più sedimenti fino a formare nuove lingue di terra emersa. Questo avviene quando le acque del fiume si gettano nel mare in zone dove non vi sono forti correnti marine costiere e il moto ondoso non è molto forte. In questo modo, i sedimenti portati dal fiume si accumulano verso mare formando un delta digitato, che si protende in mare e che può essere costituito da uno o più canali distributori (come ad esempio il delta attuale del Mississippi).
Se invece la zona del delta è interessata da un moto ondoso energico e forti correnti costiere, i sedimenti vengono ridistribuiti lateralmente ai canali principale e il delta tende ad avere una forma a ventaglio (come ad esempio i delta del Po e del Nilo). Anche in questo caso possono aversi più canali distributori. In questo ambito si distinguono vari tipi di delta: lobato, cuspidato e arcuato, con efficienza progressivamente minore dei processi fluviali e maggiore dei processi marini.
I delta che si formano dove ci sono forti escursioni di marea (ad esempio i delta dell'Indo e del Gange) hanno generalmente pochi canali distributori, profondi e aperti a imbuto verso mare, con poche isole di sabbia e accumuli di sedimenti (barre), in quanto le correnti di marea tendono a portare via i sedimenti portati dal fiume e ridistribuirli lungo costa.
La geomorfologia distingue tre parti principali in un apparato deltizio:
La piana deltizia è la parte emersa del delta (quindi, anche quella abitata da fauna e flora continentale ed eventualmente dalla popolazione umana). E' generalmente in continuità con una pianura alluvionale. Ne fanno parte i canali distributori del delta (con tutte le forme di deposito già viste per i canali alluvionali). Qui abbiamo i sedimenti più grossolani (sabbia e ghiaia), ma anche sedimenti fini nelle aree tra i canali (aree di intercanale o interdistributarie) che si depongono in acquitrini, paludi e baie in comunicazione col mare.
La fronte deltizia è caratterizzata da una pendenza più o meno accentuata verso il mare o il lago (clinostratificazione), ed è per la maggior parte sommersa. Qui la corrente fluviale entra nel bacino e perde improvvisamente velocità, quindi si ha deposizione di sedimento (prevalentemente sabbioso) in forma di barre di foce. Normalmente la parte di trasporto solido che si sedimenta nelle barre di foce è il carico di fondo.
il prodelta è interamente sommerso e costituisce il raccordo tra la fronte deltizia e il fondale del bacino. Qui si depositano prevalentemente sedimenti a granulometria[N 11] fine (sabbie molto fini, silt e argille), prevalentemente del carico sospeso.
● Foce ad estuario: è caratteristica di fiumi che trasportano un carico di sedimenti ridotto rispetto alla portata, su coste con elevata escursione di marea (oceaniche). Ha un solo canale aperto e profondo con forma a imbuto e depositi da parte del fiume praticamente assenti. Durante l'alta marea gli estuari vengono invasi dalle acque del mare, mentre durante la bassa marea da quella dolce. La fauna presente è in grado di adattarsi sia all'acqua salata che a quella dolce.
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Sezione longitudinale idealizzata di delta. Se immaginiamo di sezionare un edificio deltizio in direzione parallela alla corrente, vediamo una serie di strati inclinati verso mare (o comunque verso bacino) deposti in tempi successivi (t1 → tn) per opera delle correnti fluviali. In ciascuno strato, deposto in un determinato istante, la granulometria (ovvero la dimensione delle particelle di sedimento) tende a diminuire da terra verso mare: abbiamo sabbie e ghiaie nella piana e nella fronte deltizia e silt e argille passando al prodelta. -
Schema di distribuzione delle facies sedimentarie in un delta. Le aree ad acquitrino o palude e baia interdistributaria sono colonizzati da vegetazione che dà origine ad accumuli di torba e materiale legnoso. Dopo il seppellimento, col tempo, questi accumuli possono trasformarsi in lignite o carbone. -
Immagine satellitare a larga scala del delta del Mississippi. Il vecchio apparato deltizio inattivo (verso terra) è un tipico esempio di delta lobato. -
Dettaglio del delta del Mississippi mostrante il ramo attivo più recente, tipico esempio di delta digitato in crescita in ambiente con scarsa energia marina. -
Diagramma animato dell'evoluzione del delta del Mississippi nel Quaternario, fino all'epoca attuale, da apparato di tipo lobato a digitato, con successive diversioni del ramo principale. -
Delta del Po. E' un apparato deltizio di tipo cuspidato. In questo caso le correnti costiere dell'Adriatico (che tendenzialmente trasportano i sedimenti in sospensione verso sud) hanno un ruolo primario nella distribuzione dei sedimenti fluviali, anche se la corrente del fiume è dominante. In questo tipo di delta, le correnti lungo costa, trasportando il sedimento e deponendolo in forma di cordoni litorali, col tempo riescono a "isolare" baie di acqua marina rispetto al mare aperto formando lagune. -
Il delta del Nilo. Si tratta di un delta di tipo arcuato, in cui le onde e correnti del Mediterraneo ridistribuiscono i sedimenti del fiume lungo la costa, formando lagune costiere. -
Animazione che descrive le variazioni del delta del w:Fiume Giallo (w:Cina) dal 1989 al 2009. Esempio molto evidente di diversione di un canale distributore in seguito ad una piena eccezionale, con inattivazione del vecchio canale principale, formazione di un nuovo ramo del delta e modificazione della morfologia costiera. -
Delta dell'Indo (Pakistan). Si tratta di un apparato deltizio di tipo arcuato, ma transizionale a delta-estuario per la forte influenza delle correnti di marea. Abbiamo pochissimi canali distributori in questo caso. Sono osservabili le caratteristiche distintive dei canali di marea: la ramificazione e il rapido assottigliamento verso l'interno del delta, e la mancanza di collegamento con i canali del sistema fluviale. Nei canali di marea la componente di moto prevalente è verso terra.. -
Estuario del Rio de la Plata
Esogeologia
[modifica | modifica sorgente]Tutte queste forme di erosione e di deposito si rinvengono comunemente sulla Terra, sulla cui superficie vi è acqua allo stato liquido per la presenza di una pressione atmosferica e di un clima che lo consente. Tuttavia, soprattutto nell'ultimo ventennio, le missioni spaziali hanno permesso di riconoscere forme simili (derivate probabilmente da processi simili) anche su alcuni corpi celesti extraterrestri, segnatamente sul pianeta Marte. Si tratta però in questo caso di forme e depositi fossili (non più attivi) da alcuni miliardi di anni perché attualmente l'atmosfera di Marte è troppo rarefatta per poter ospitare acqua allo stato liquido sulla superficie del pianeta.
L'unico altro corpo celeste conosciuto (oltre alla Terra) in cui si ha attualmente presenza stabile di liquidi sulla superficie è Titano[N 12], il satellite maggiore del pianeta Saturno, che possiede un'atmosfera più densa del 50% rispetto a quella della Terra (1.5 bar di pressione al suolo). Le condizioni della superficie di Titano sono conosciute da alcuni anni grazie alla missione spaziale Cassini-Huygens (2004-2017).
Il satellite è ricoperto in gran parte da mari e laghi di idrocarburi allo stato liquido (metano ed etano soprattutto). Questi idrocarburi, che alle condizioni della superficie terrestre sono gassosi, su Titano sono liquidi a causa della bassissima temperatura superficiale (- 179 °C); 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 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 forme di deposito di tipo deltizio sono state riconosciute dalle missioni spaziali anche su altri corpi celesti del sistema solare e soprattutto sul pianeta Marte (che nelle fasi iniziali della sua storia, alcuni miliardi di anni fa, aveva condizioni climatiche più simili a quelle della Terra). Morfologie riconducibili a sistemi deltizi sono state ipotizzate, sulla base dei dati della missione spaziale Cassini, anche su Titano.
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Marte. Esempio di accumuli di sedimento aventi caratteri morfologici compatibili con conoidi di deiezione. Le conoidi si sviluppano al termine di profondi solchi (impluvi) incisi verosimilmente da acque correnti (sulla destra della fotografia) e sono caratterizzate da un pattern di drenaggio di tipo intrecciato, analogamente alle conoidi terrestri. La direzione generale delle paleo-correnti è da destra a sinistra nella fotografia. Le conoidi in questo caso si sviluppano su diversi ordini di terrazzi morfologici, da destra a sinistra. Fonte: High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) - NASA. Posizione: 40.7 S; 310.3 E -
Canali sul pianeta Marte. Queste forme sono state scavate molto probabilmente da acque correnti, presenti sulla superficie del pianeta alcuni miliardi di anni fa quando Marte era caratterizzato da un'atmosfera più spessa e un clima più caldo e umido dell'attuale. -
Immagine radar (ripresa dalla sonda Cassini, della NASA) di una parte della superficie di Titano, il satellite maggiore di Saturno. E' chiaramente visibile un tracciato fluviale della lunghezza di circa 400 Km. Questi "fiumi" non drenano acqua liquida (incompatibile con le condizioni di temperatura della superficie di Titano), ma miscele di idrocarburi (metano ed etano soprattutto) allo stato liquido. -
Deposito di delta sul pianeta Marte, allo sbocco di una valle fluviale in un'area depressa. Il deposito ha caratteri del tutto simili a quelli terrestri ed è caratterizzato da un reticolo ramificato di canali distributori. Ovviamente si tratta di un deposito fossile, formatosi miliardi di anni fa, perché allo stato attuale la pressione atmosferica di marte non permette l'esistenza di acqua allo stato liquido sulla superficie del pianeta. -
Altro esempio di probabile edificio deltizio su Marte, allo sbocco di un'antica valle fluviale. Si tratta in questo caso di un delta-conoide, con almeno due fasi di costruzione: la più antica a ventaglio, con rilievo minore e la più recente, caratterizzata da un rilievo maggiore con una scarpata verso bacino (fronte deltizia) molto pronunciata. Queste diverse fasi indicherebbero livelli diversi di riempimento dell'antico bacino. -
Titano, Ontario Lacus. Immagine radar dalla sonda Cassini-Huygens. Il nord è verso l'alto dell'immagine. In corrispondenza della sponda sud-occidentale è visibile un elemento canaliforme a meandri che apparentemente sfocia in corrispondenza di un corpo lobato che si protende entro il lago. Un secondo lobo (abbandonato?) è visibile verso est (sulla destra). Questi elementi sono interpretabili come un apparato deltizio di tipo lobato.
Fattori di rischio ambientale
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L'esondazione dagli argini naturali in conseguenza delle piene, la diversione e la migrazione dei canali fluviali sono fenomeni del tutto naturali e connaturati al sistema alluvionale, che però hanno come risultato episodi di inondazione, anche catastrofici, con ovvie ripercussioni sulle strutture di origine antropica (abitati, impianti, viabilità) e sulla stessa sicurezza della popolazione. Per questo l'uomo ha cercato (fin dai tempi più antichi della civilizzazione) di contenere questi fenomeni con interventi sull'idrografia come dighe, argini artificiali. Inoltre, le pianure alluvionali sono le aree della superficie terrestre che maggiormente si prestano all' agricoltura, che l'uomo ha cercato di agevolare con opere di irrigazione, scavando canali artificiali e modificando così l'idrografia superficiale e le stesse portate dei corsi d'acqua naturali (cui l'acqua viene sottratta per irrigare i campi). In particolare, l'opera di costruzione e continuo innalzamento e consolidamento degli argini artificiali contribuisce ad accentuare la tendenza dei fiumi a costruire alvei pensili rispetto a pianure fortemente antropizzate, accentuando il rischio di inondazioni.
Le attività dell'uomo, con modifiche alle caratteristiche del tracciato, della pendenza e della portata degli alvei dei fiumi, e con l' impermeabilizzazione del territorio conseguente all'urbanizzazione, hanno spesso incrementato artificialmente le portate degli episodi di piena, rendendo più frequenti le alluvioni e amplificandone le conseguenze. Inoltre, con il trascorrere del tempo, hanno causato una massiccia erosione del suolo o una deposizione di sedimenti dove prima non c'era, causando modificazioni del territorio spesso dannose. Queste problematiche rientrano nel concetto di dissesto idrogeologico.
Le pianure alluvionali sono le aree con la più alta densità di popolazione e le maggiori concentrazioni di aree industriali al mondo, e questo accresce ancora di più il rischio idrogeologico. Sono inoltre anche la sede di enormi estensioni di foresta (si pensi all'Amazzonia, la pianura alluvionale del Rio delle Amazzoni) e prateria (ad esempio le Grandi Pianure nord-americane): "polmoni verdi" che vanno salvaguardati dal degrado causato spesso da una gestione del territorio non oculata.
Anche i delta forniscono vaste estensioni di terreno coltivabile ed edificabile. Gran parte delle popolazioni rivierasche in tutto il mondo vive in aree deltizie, come ad esempio il delta del Niger, il Bengala e il delta del Nilo. Queste aree tuttavia, per la natura intrinsecamente instabile dell'ambiente deltizio, sono spesso minacciate da inondazioni fluviali e marine, e soggette a un forte rischio idrogeologico, conseguente a fattori ambientali e antropici.
In questo quadro, il riscaldamento globale ('global warming), con l'aumento del livello medio di mari e oceani conseguente allo scioglimento dei ghiacciai continentali e polari gioca un ruolo di primo piano nell'ulteriore destabilizzazione delle condizioni ambientali e di abitabilità delle coste, delle pianure costiere e delle aree deltizie.
Il contesto generale di deterioramento climatico è aggravato da fattori locali che riguardano la gestione e lo sfruttamento del territorio:
- l' estrazione di inerti (ghiaia, sabbia etc.) dal sottosuolo di delta e pianure e dagli alvei fluviali da un lato costituisce un fattore di rischio di inquinamento delle falde acquifere, dall'altro, con la modificazione delle caratteristiche di profondità e pendenza degli alvei può incrementare l' erosione delle sponde
- l' estrazione di acqua e idrocarburi (gas e petrolio) dal sottosuolo può incrementare la subsidenza (l'abbassamento del livello del suolo) in aree urbane e costiere, con ripercussioni sulla stabilità di edifici e infrastrutture e aumento del rischio di inondazioni (sia fluviali che marine). In Italia, la pianura costiera nord-adriatica e il delta del Po sono fortemente interessati da subsidenza dovuta all'estrazione di acqua e idrocarburi.
- La salinizzazione dei territori e degli acquiferi costieri, dovuta all' invasione delle falde acquifere e degli alvei fluviali da parte dell'acqua marina, è una conseguenza sia dell'aumento del livello marino sia delle modificazioni apportate all'idrografia superficiale (dell'escavazione degli alvei e della sottrazione di acqua per irrigazione e uso industriale e civile), con forti ripercussioni sia sull'agricoltura che sull'approvvigionamento d'acqua.
Opere di difesa fluviale
[modifica | modifica sorgente]Le aree di ambiente fluviale e deltizio, per la loro intrinseca instabilità 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 di piena, che sono normalmente stagionali (le piene del Nilo sono un esempio tipico di regime stagionale in clima semiarido).
Come già detto, l'uomo ha cercato fin dai primordi della civiltà di prevenire i danni arrecati dagli eventi alluvionali con opere di difesa fluviale: le più importanti sono argini, briglie, pennelli, dighe, opere spondali di sostegno, bacini di espansione.
- Gli argini sono opere di difesa passiva del territorio, longitudinali rispetto al corso d'acqua, atti ad impedirne lo straripamento. Sono generalmente costituiti da un rilevato impermeabile in terra che può raggiungere altezze anche considerevoli (in Italia sia il fiume Po sia il fiume Adige hanno argini che superano i 10 metri di altezza). Normalmente sono separati dalla sponda del corso d'acqua da una fascia di terreno detta golena, che ha lo scopo di permettere l'espansione della piena rallentando la corrente e attenuandone gli effetti.
- Le briglie sono opere trasversali al corso d'acqua e sono studiate per la sistemazione idraulica dello stesso. Sono più comuni nei corsi d'acqua montani a regime torrentizio. Si tratta normalmente di opere non isolate ma costruite in serie con opportuno distanziamento. Sono costituite da un muro a sezione trapezoidale che sbarra il corso d'acqua. Nella parte centrale il muro si abbassa per permettere il deflusso dell'acqua. La briglia è progettata per evitare l'erosione dell'alveo a monte dell'opera, provocando la deposizione di sedimenti, sia trattenendo direttamente il materiale sia rallentando la corrente e provocandone la deposizione. Spesso le briglie vengono realizzate per proteggere dall'erosione altre opere poste a monte (es. ponti, muri di sponda, altre briglie, dighe) che rischierebbero di essere scalzate alla base dall'erosione di fondo.
- I pennelli sono opere trasversali al corso d'acqua che dalle sponde si protendono verso il centro del corso d'acqua ma non lo attraversano. Hanno lo scopo di mantenere la corrente al centro della sezione del corso d'acqua e favorire la sedimentazione presso le sponde, consolidandole. Possono essere perpendicolari alle sponde oppure oblique, o con l'asse maggiore volto nel verso della corrente o contro corrente. Vanno realizzati su entrambe le sponde, per evitare che lo spostamento della corrente causi danni alla sponda eventualmente non protetta. Sono realizzati in pietrame da scogliera, in gabbioni, in opere miste di sasso e vegetali.
- le dighe (o traverse se sono di dimensioni limitate) sono ancora opere trasversali al corso d'acqua, che hanno lo scopo di regolarne il flusso. Per questo spesso hanno parti mobili, o paratoie (dighe mobili) che permettono di variare la sezione di deflusso. A seconda dei materiali impiegati per la costruzione la diga fissa può essere di calcestruzzo (o muratura), in terra, di pietrame, di materiale misto, persino in gomma. Spesso le dighe hanno anche lo scopo di permettere la derivazione di canali artificiali (per irrigazione o navigazione).
- le opere spondali di sostegno sono sostanzialmente muri di sponda: il loro scopo è contrastare l'erosione delle sponde e stabilizzarne la geometria. Sono utilizzate ogni qual volta non è possibile preservare la geometria naturale delle sponde stesse (ad esempio nei tratti di attraversamento di abitati, o in prossimità di infrastrutture come ponti, strade etc.). Possono essere realizzate in vari tipi di materiali (legno, pietrame a secco, mattoni, cemento, calcestruzzo...).
- Bacini di espansione. Sono bacini artificiali realizzati per ridurre la portata delle piene tramite lo stoccaggio temporaneo di parte del volume delle acque di piena, in modo che l'onda di piena risulti ridotta in modo da minimizzare il rischio di tracimazione. Queste opere richiedono un sistema di sorveglianza che permetta di aprirle a monte quando le acque dei corsi d'acqua superano il livello di guardia, e di far defluire l'acqua quando la piena è passata.
Una trattazione dettagliata di questa materia esula dagli scopi di questo testo, ma per una migliore comprensione della natura e degli scopi delle opere di difesa diamo di seguito un'ampia scelta di immagini. Si rimanda inoltre per maggiori dettagli alla corrispondente lezione su Wikiversità: v:Il modellamento fluviale (superiori)#Opere di difesa fluviale
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Argine (Polonia). -
Tratto di argine con area golenale ridotta o assente (in froldo) rinforzato in questo caso con massi (New orleans, USA). -
Costruzione di un argine in terra sul fiume Sacramento. Il terreno di riporto viene bagnato e compattato. -
Rotta di un argine durante una piena. Louisiana (USA). -
Briglia. Galles del Sud (Australia). -
Briglia sul Torrente Nervia (Imperia). In questo caso si tratta di una briglia selettiva, in cui al posto della sezione di deflusso sono praticate aperture le cui dimensioni dipendono da quelle del materiale da trattenere a monte. -
Briglia su un torrente montano, in ambiente alpino. -
Serie di briglie in legno. -
Briglia a protezione dei piloni di un ponte (Corea). -
Briglie in serie, inframmezzate da bacini di espansione. Turchia (Trebisonda). -
serie di briglie in muratura a difesa di un ponte -
opere spondali di sostegno in legno. -
Opere spondali di sostegno in muratura a secco abbinata a briglie. -
Scalzamento di un'opera spondale di sostegno. -
Pennelli in muratura. -
Pennelli realizzati con allineamenti di massi. -
Pennelli a difesa della sponda, in abbinamento con argine a massicciata. -
Diga a gravità. -
Diga a gravità in terra. -
Diga ad arco-gravità. -
Diga ad arco a doppia curvatura o a volta. -
Traversa in gomma (Rubber dam). -
Traversa in gomma (Rubber dam). -
Diga con paratoie mobili per la regolazione del deflusso. -
Bacino di espansione, con le derivazioni di presa e di deflusso. -
Bacino di espansione.
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Approfondimenti
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Approfondimento: variazioni stagionali di portata e sedimentazione
Regimi di flusso stagionali e sedimentazione nel delta. Generalmente, l'entità della portata d'acqua e il tipo di carico di sedimento del corso d'acqua entrante risentono delle stagioni, con l'alternarsi di regimi di magra (nella stagione meno piovosa) e di piena (nella stagione piovosa). Questa stagionalità può avere un impatto notevole sulle modalità di sedimentazione.
- In regime di magra, il corso d'acqua è caratterizzato da scarsa portata d'acqua, minore velocità della corrente e scarso carico di sedimento, prevalentemente in sospensione. Come conseguenza, il flusso entrante in bacino tende ad avere minore densità rispetto alla massa d'acqua che lo accoglie, soprattutto se questa è salata, e a formare uno strato superficiale fino a una certa distanza dalla foce, perdendo gradatamente il carico di sedimenti in sospensione che si depositano per decantazione (cioè passivamente, sotto il loro stesso peso), e dando origine a depositi fangosi.
- In regime di piena, aumenta la portata d'acqua e la velocità della corrente e aumentano sia il carico in sospensione sia il carico di fondo (cioè il materiale trasportato a contatto con il fondale e negli strati d'acqua immediatamente sovrastanti il fondo). La parte più concentrata della corrente fluviale con il carico di fondo dà origine a flussi con densità maggiore rispetto alle acque del bacino, che tendono a muoversi a contatto con il fondale. Sovente, la notevole densità delle correnti fluviali in regime di piena, per la presenza del carico di fondo, dà origine nel bacino prospiciente l'apparato deltizio a correnti torbide, che depongono sedimenti grossolani. Nel caso di piene di notevole entità anche a notevole distanza (fino a decine di chilometri) dal delta propriamente detto. E' il caso ad esempio del Fiume Giallo (Cina), uno dei fiumi che trasportano la maggiore quantità di sedimenti al mondo, erosi da regioni a clima arido nel nord della Cina (il suo nome deriva appunto da questa caratteristica).
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Rischio idrogeologico e ambientale
- Come già riportato più volte, il rischio idrogeologico nell'ambiente fluviale e deltizio riguarda in primo luogo le alluvioni. La prevenzione di questo rischio sul territorio richiede un approccio statistico integrato che riguarda gli eventi pluviali (entità e distribuzione spaziale e temporale delle precipitazioni), la geologia e la geomorfologia (distribuzione di rocce e terreni e conformazione) del territorio stesso e la distribuzione della popolazione e delle strutture e infrastrutture relative. La prevedibilità di eventi di piena eccezionali, che possono causare alluvionamenti, è definita come tempo di ritorno (ad esempio 20 anni, 50 anni, 100 anni) di un evento di piena con una determinata portata. I dati idrografici e pluviometrici sul territorio nazionale, raccolti da tutti i compartimenti periferici del Servizio Idrografico e Mareografico Nazionale e dagli Uffici Idrografici delle regioni e provincie autonome, sono raccolti e messi a disposizione on line a cura dell'Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA).
Esempio generale di idrogramma di piena (da Booth e Bledsoe 2009; Andreotti, Zampetti et al. 2007, modificato). - L' urbanizzazione, con il ricoprimento di vaste aree con edifici e infrastrutture (strade, aree asfaltate o cementificate) ha come conseguenza l' impermeabilizzazione del territorio, che impedisce l'assorbimento delle precipitazioni da parte del terreno e provoca lo scorrimento della maggior parte delle acque in superficie. A ciò si aggiungono nella maggior parte dei casi interventi di canalizzazione e rettificazione degli alvei fluviali, che portano ad un aumento della velocità della corrente e, se non dimensionati correttamente tenendo conto di quanto riportato sopra, non permettono di contenere entro l'alveo gli eventi di piena fuori dell'ordinario. Questi interventi sull'ambiente possono amplificare le conseguenze degli episodi di piena fino a provocare eventi alluvionali ove non ce ne sarebbero stati in assenza di urbanizzazione. L'esempio proposto è quello (ideale) di un progetto che include la verifica dell'impatto dell'urbanizzazione su un tratto di corso d'acqua. Il grafico è un idrogramma di piena relativo ad una sezione di un corso d'acqua interessato da intensa urbanizzazione. Un idrogramma è un grafico che mostra le variazioni nel tempo di alcuni parametri idrologici come il livello dell'acqua, la portata o il carico dei sedimenti riferiti a un corso d'acqua. Sono riportate due curve idrografiche: quella "storica" (prima dell'intervento di urbanizzazione) e quella "attuale" (dopo l'intervento di urbanizzazione). Vi è anche un pluviogramma, o ietogramma. E' un grafico che esprime una certa distribuzione temporale della precipitazione da utilizzare per la progettazione o per la verifica in condizioni estreme di specifiche opere (argini, canali scolmatori, condotti fognari...). Si tratta di un pluviogramma di progetto (cioè statisticamente rappresentativo di un evento di pioggia per quella sezione, stabilito in base alle misure pluviometriche storiche). E' importante sottolineare che tutte le distribuzioni rappresentate (anche in un caso reale) non sono relative ad eventi specifici, ma ricostruite in base a misure storiche (e quindi richiedono un attento studio statistico). I dati idrografici e pluviometrici sul territorio nazionale, raccolti da tutti i compartimenti periferici del Servizio Idrografico e Mareografico Nazionale e dagli Uffici Idrografici delle regioni e provincie autonome, sono raccolti e messi a disposizione on line a cura dell'Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA). Si vede che l'intervento di urbanizzazione ha portato ad un aumento del picco di portata e ad una maggiore concentrazione nel tempo dell'evento di piena, oltre che ad una drastica diminuzione del tempo di ritardo rispetto al massimo pluviometrico, quindi con riduzione del tempo di preavviso di un possibile evento catastrofico. Gli interventi a contrasto per questa problematica prevedono la laminazione delle portate di piena attraverso la creazione di aree golenali, con allargamento dell'alveo ove possibile, bacini di espansione, canali scolmatori 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.
- L' intervento sull'idrografia (opere di canalizzazione e arginamento) ha ovviamente un impatto sulla conformazione degli alvei, in particolare con la modificazione della sezione e della pendenza, e quindi del regime di flusso della corrente, con conseguenze sulla distribuzione delle aree sottoposte ad erosione e sedimentazione. 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 quindi la biodiversità.
- L' attività estrattiva di sedimenti (sabbie e ghiaie) come inerti per l'edilizia può modificare il profilo degli alvei fluviali, innescando fenomeni erosivi. 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 m3/anno fino a raggiungere un valore stimato in circa 12 milioni di m3/anno. A partire dal 1983 si è avuta una inversione di tendenza e i 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 (Agenzia Interregionale per il fiume Po), ammontano a circa 16 milioni di m3, 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. La sottrazione di sedimenti all'alveo ha portato ad un deficit rispetto alle possibilità di ripristino dei sedimenti da parte della corrente fluviale con abbassamento dell’alveo di quindici centimetri l’anno. Nel periodo indicato (una ventina di anni) l’alveo del fiume si era abbassato di circa tre metri, provocando l'alterazione del profilo di equilibrio e causando l'aumento della velocità della corrente nei periodi di magra, innescando così diffusi fenomeni erosivi sia sulle sponde (con compromissione delle difese spondali), sia di manufatti come i piloni dei ponti. Inoltre la diminuzione del carico di sedimento ha diminuito la quantità di sabbia trasportata dal fiume fino alla foce, limitando il ripristino (ripascimento) naturale delle spiagge dell'Adriatico ad opera delle correnti costiere (che ridistribuiscono i sedimenti fluviali lungo le coste), e favorendone quindi l'erosione.
- La cavatura di inerti è praticata diffusamente non solo in alveo ma anche in cave (ovvero miniere a cielo aperto) entro i sedimenti di piana alluvionale. L'attività delle cave può interferire con la falda acquifera, causando problemi di inquinamento. Se la cava intercetta la superficie della falda (superficie piezometrica), 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.
- Un problema che sta assumendo sempre maggiore importanza negli ultimi decenni è la salinizzazione (cioè l'incremento della salinità) nelle aree costiere e soprattutto deltizie. L'aspetto più evidente di questo problema è l'espansione del cuneo salino. Quest'ultima espressione indica la risalita dell'acqua di mare nei tratti terminali dei fiumi, sul fondo dell'alveo. Si parla di cuneo perché l'acqua di mare (più salata) è anche più densa dell'acqua dolce, e tende ad avanzare verso monte a contatto col fondale dell'alveo. Quindi lo spessore del battente d'acqua interessato dall'acqua marina è massimo ovviamente alla foce e diminuisce risalendo l'alveo fluviale. Ad esempio, nel Po questo fenomeno negli anni 1950-1960 di avvertiva fino a pochi chilometri dalla foce, mentre negli ultimi anni è arrivato a una ventina-trentina di chilometri dal mare. Il problema è dovuto a fattori molteplici, tra i quali spicca l'aumento generalizzato del livello marino, dovuto a fattori climatici (riscaldamento globale). Fattori locali rilevanti possono essere la subsidenza dovuta all'estrazione di acqua o idrocarburi (petrolio e gas) dal sottosuolo. Anche l'estrazione di sedimenti dagli alvei può contribuire, abbassando il livello dell'alveo di magra dei fiumi, così come i prelievi di acqua per scopi di irrigazione o la presenza di dighe a monte che trattengono le acque fluviali e diminuiscono portata e velocità della corrente, che non riesce a contrastare efficacemente l'alta marea. Tutto ciò ha effetti molto pesanti a carico dell'irrigazione (le acque troppo salate danneggiano le colture), degli approvvigionamenti di acqua dolce dalle derivazioni degli acquedotti, delle stesse falde acquifere che vengono contaminate (salinizzazione degli acquiferi). Inoltre, la presenza di acque salate in ambienti dove non dovrebbero arrivare ha pesanti ripercussioni sugli ecosistemi, sia sulla vegetazione che sugli animali.
- L'attività di emungimento delle falde acquifere e degli accumuli di idrocarburi (gas naturale e petrolio), può causare un aumento locale della subsidenza(Abbassamento progressivo del terreno nel tempo), 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. Nei delta l'incremento della subsidenza può provocare l'invasione del mare su ampie aree, terrestri o lagunari, con arretramento della linea di costa. 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. Questo avviene per due fattori: la diminuzione della pressione dei fluidi interstiziali del sedimento con la produzione, e la produzione di sedimento stesso (di solito le frazioni più fini) insieme ai fluidi. Questi due fattori provocano la diminuzione del volume di sedimenti nella roccia serbatoio per compattazione, sotto il peso dei sedimenti soprastanti.
- I recenti mutamenti climatici, con il riscaldamento globale del pianeta (global warming) e l' aumento del livello medio del mare dovuto allo scioglimento dei ghiacci polari, porterebbero inoltre all'inondazione di gran parte delle aree deltizie, con conseguenze drammatiche sull'ambiente naturale e sulle attività umane. Un'altra grave conseguenza, come riportato precedentemente, sarebbe l'aumento ulteriore della salinità delle acque superficiali della fascia costiera e delle aree interne adiacenti e l'aumento delle infiltrazioni sotterranee di acqua salata nelle falde acquifere della fascia litoranea (cuneo salino sotterraneo).
- 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.
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Schema che illustra il concetto di cuneo salino, come intrusione di acqua marina più densa in un alveo fluviale a contatto col fondale. L'acqua dolce fluviale (meno densa) tende a formare uno strato superficiale sempre più sottile procedendo verso la foce. All'interfaccia tra i due strati si ha mescolamento delle acque con uno strato a salinità intermedia. -
schema che illustra l'andamento di un cuneo salino nel sottosuolo. L'avanzamento del cuneo salino verso terra può essere dovuto all'innalzamento globale del livello marino, cui si sommano l'eccessivo emungimento della falda acquifera e l'intrusione di un cuneo salino superficiale entro gli alvei fluviali. Questo porta a problemi di salinizzazione delle falde acquifere. -
Subsidenza dovuta alla produzione di idrocarburi dal sottosuolo; 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 e i granuli, non più sostenuti dalla pressione di giacimento e sotto il peso dei sedimenti soprastanti, si dispongono secondo una nuova configurazione più compatta. 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. -
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 scalzamento 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, 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.
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Note
[modifica | modifica sorgente]- ↑ Lo spessore dello strato a bassa velocità a contatto con il fondale è esagerato per esigenze di chiarezza dello schema.
- ↑ Il profilo verticale misurato dal fondale alla superficie dell'acqua.
- ↑ Questo NON vuol dire che in mari e oceani non vi sia erosione (come vedremo), ma che prevalgono decisamente i fenomeni di sedimentazione.
- ↑ La fascia di territorio che fa da raccordo tra montagna e pianura, in cui i rilievi si fanno meno accentuati e le pendenze topografiche tendono a diminuire.
- ↑ Il ruscellamento 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 si può verificare perché il terreno è impermeabile, oppure perché è saturo d'acqua, o perché la pioggia è molto intensa e i pori (i vuoti) del terreno non riescono ad assorbirla con velocità uguale a quella dell'apporto.
- ↑ La soliflussione è un fenomeno franoso in cui i sedimenti superficiali saturi d'acqua si muovono lentamente (pochi centimetri o decimetri per anno) lungo il pendio, al disopra di rocce impermeabili.
- ↑ Attivi in quanto sono i vettori dei sedimenti, la sede dei processi fisici a più alta energia e tendono a migrare lateralmente incidendo i sedimenti più antichi.
- ↑ Questo processo di erosione-deposizione è continuo ma più attivo durante i periodi di piena (quando può portare allo smantellamento delle barre esistenti e alla costruzione di nuove barre), e costituisce il meccanismo di trasporto dei sedimenti in questa parte della piana alluvionale.
- ↑ I sedimenti deposti in un determinato meandro sono stati erosi nei meandri precedenti: questo processo di erosione-deposizione è il meccanismo di trasporto dei sedimenti prevalente in questa parte della piana alluvionale.
- ↑ Il più recente meandro morto è in alto al centro della fotografia (all'interno del meandro attivo attuale), ed è occupato da una lanca per tutto il suo sviluppo (acqua chiara); il secondo meandro morto è a seguire verso destra, ed è per la maggior parte interrato (solo un residuo di lanca con acqua fangosa); l'ultimo è a destra in basso, tagliato dall'alveo attuale, quasi del tutto interrato (solo due pozze con acqua o fango e un rigagnolo di scolo).
- ↑ La granulometria è la dimensione delle particelle che costituiscono il sedimento. Le particelle sono distinte in classi granulometriche, solitamente quattro, in ordine decrescente: ghiaia, sabbia, silt (o limo), argilla.
- ↑ E' il secondo satellite più grande del sistema solare (5150 Km di diametro: più grande del pianeta Mercurio).
Bibliografia
[modifica | modifica sorgente]Le informazioni contenute in questo capitolo sono tratte dai testi seguenti:
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