L’AZIONE GEOMORFICA DELLE ACQUE CORRENTI SUPERFICIALI

L’AZIONE GEOMORFICA DELLE ACQUE CORRENTI SUPERFICIALIL’AZIONE GEOMORFICA DELLE ACQUE CORRENTI SUPERFICIALI

• V Liceo Scientifico• Materia: Scienze della Terra• Ore/settimana: 3

SILSIS A060 - Gloria Schiavon

MOTIVAZIONE DELLA SCELTAMOTIVAZIONE DELLA SCELTA• Attualità della tematica: contribuire a rendere gli studenti maggiormente consapevoli dei delicati equilibri che regolano il nostro pianeta

• Possibilità di adottare un approccio integrato all’argomento (acque correnti come agenti geomorfici, come risorse per la vita, come risorse energetiche, come fattore di rischio)

• Occasione per mettere gli studenti di fronte al fattore “tempo”, in modo che essi si abituino a muoversi mentalmente nelle differenti scale temporali

• Opportunità di effettuare una uscita didattica sul territorio

• Buon grado di interdisciplinarietà sia con materie scientifiche quali fisica, chimica e biologia (uscita sul campo) ma anche con materie umanistiche come storia (esplorazione fiumi africani, fiumi e grandi civiltà), letteratura (“I Fiumi” di Ungaretti), arte (la Fontana dei Fiumi di Bernini), filosofia/religione (l’acqua, il battesimo)

PREREQUISITI PREREQUISITI

• Concetti di chimica generale: elementi e composti, reazioni chimiche, durezza delle acque

• Concetti di fisica generale: velocità, portata, E cinetica, potenza, viscosità

• Concetti base su composizione, classificazione e proprietà delle rocce

• Lettura e utilizzazione di carte topografiche e foto aeree

• Ciclo dell’acqua e acque sotterranee

• Semplici concetti base di idraulica e idrologia

OBIETTIVIOBIETTIVI

CONOSCENZE (OBIETTIVI COGNITIVI)

• descrivere le diverse dinamiche di erosione e le morfologie associate • spiegare le diverse tipologie di trasporto solido e indicarne i parametri associati• descrivere le dinamiche di sedimentazione e le morfologie associate • descrivere le morfologie complesse di erosione/sedimentazione

COMPETENZE/ABILITÀ (OBIETTIVI OPERATIVI)

• distinguere le diverse forme degli alvei fluviali• riconoscere le morfologie di erosione e sedimentazione

CAPACITÀ (OBIETTIVI PSICO-AFFETTIVI)

• sviluppare di un pensiero logico (che colga i nessi di causa ed effetto) e acquisire di lessico e terminologie appropriati• richiamare, rielaborare e comunicare i contenuti appresi nella forma più opportuna (orale, scritta o grafica)• operare integrazioni/associazioni tra la teoria e la pratica

TEMPISTICHETEMPISTICHE

MOMENTO FORMATIVOMOMENTO FORMATIVO

• Concetti fondamentali di idraulica e idrologia: v, Q, E cinetica, potenza, viscosità, lunghezza, pendenza, bacino idrografico, reticolo idrografico, spartiacque, interfluvio

• Esercitazione sull’individuazione di bacini idrografici su carta 1:10.000

• Regimi fluviali, bilancio idrico e clima

• Azione geomorfica delle acque correnti superficiali

• Ciclo di erosione fluviale

• Rischio alluvioni

• Utilizzazione dell’energia dei fiumi

• Cenni di inquinamento delle acque

Quattro tipologie di forme:• Alvei rettilinei: poco comuni, brevi e sotto il controllo della sottostante struttura geologica.• Alvei sinuosi: mostrano un andamento serpeggiante con curvature dolci e irregolari.• Alvei a meandri: formati da un complesso susseguirsi di curve tortuose.• Alvei intrecciati (braided): caratterizzati da una molteplicità di canali interconnessi separati da piccole barre o isole di sabbia, ciottoli e altri depositi sciolti.

LE FORME DEGLI ALVEILE FORME DEGLI ALVEI

DISEGNARE UN FIUME IN PIANTA

L’attività morfogenetica legata all’azione delle acque correnti superficiali si svolge attraverso i processi di erosione, trasporto e sedimentazione.

L’IMPATTO DEI PROCESSI FLUVIALI SUL PAESAGGIOL’IMPATTO DEI PROCESSI FLUVIALI SUL PAESAGGIO

QUAL È IL SIGNIFICATO DEL DIAGRAMMA DI HJULSTRÖM?

Erosione

Trasporto

Deposizione

Velo

cità

(cm

/s)

Diametro particelle (mm)

Durante precipitazioni intense o prolungate, soprattutto su terreni inclinati o con copertura vegetale rada, all’azione delle acque meteoriche si associa quella delle acque dilavanti.

Esse non hanno un corso ben definito ma tendono a scorrere verso valle secondo le linee di massima pendenza, sotto forma di ruscellamento diffuso.

Formano come un velo quasi continuo che asporta i materiali detritici di più piccole dimensioni (erosione laminare).

Scendendo verso valle, la portata e la turbolenza delle acque dilavanti aumentano fino a rompere il flusso laminare in una moltitudine di rivoli che poi confluiscono in fossi di dimensioni maggiori che incidono il pendio (erosione per rivoli e per fossi).

EROSIONE: RUSCELLAMENTO SUPERFICIALEEROSIONE: RUSCELLAMENTO SUPERFICIALEErosione laminare, per rivoli, per fossiErosione laminare, per rivoli, per fossi

EROSIONE: RUSCELLAMENTO SUPERFICIALEEROSIONE: RUSCELLAMENTO SUPERFICIALEErosione laminare, per rivoli, per fossiErosione laminare, per rivoli, per fossi

EROSIONE: RUSCELLAMENTO SUPERFICIALEEROSIONE: RUSCELLAMENTO SUPERFICIALEErosione laminare, per rivoli, per fossi: morfologieErosione laminare, per rivoli, per fossi: morfologie

EROSIONE: SCORRIMENTO INCANALATOEROSIONE: SCORRIMENTO INCANALATO

Una volta incanalate in ruscelli e fiumi a formare un sistema idrografico ben definito, le acque superficiali incrementano la loro capacità erosiva, potenziata dall’aumento della portata.

La capacità erosiva di un fiume è determinata dall’energia della corrente che è utilizzata per:

• vincere gli attriti interni (viscosità) e quelli esterni (rugosità del letto)• operare il trasporto dei materiali• erodere nuovo materiale dall’alveo

Il flusso idrico incanalato è caratterizzato, oltre che dall’erosione meccanica, anche da processi di alterazione chimica come dissoluzione e idrolisi che contribuiscono anch’essi ad erodere l’alveo.

L’entità dell’azione erosiva di un corso d’acqua varia, inoltre, a seconda della natura del substrato su cui scorre (materiali incoerenti e rocce non cementate oppure rocce dure e coese).


La capacità erosiva di un fiume può essere vista da diversi punti di vista:

SEZIONE TRASVERSALE:• Erosione lineare: approfondimento vallivo• Erosione laterale: ampliamento vallivo

SEZIONE LONGITUDINALE:• Erosione regressiva: eliminazione cascate, allungamento vallivo


Profilo longitudinale: variazione di quota del fondovalle dalla sorgente alla foce.Esso appare come una curva concava verso l’alto, la cui pendenza diminuisce verso valle via via più lentamente fino a raggiungere il livello di base.

Livello di base: superficie immaginaria che si estende sotto i continenti a partire dal livello del mare con una inclinazione molto lieve da consentire il deflusso dei corsi d’acqua.Il livello di base può essere:

• finale o assoluto (livello del mare)• locale o temporaneo (lago, diga)

Limite inferiore di approfondimento dell’incisione fluviale

Profilo di equilibrio: tendenza a lungo termine di un corso d’acqua a regolarizzare il proprio profilo longitudinale in una forma parabolica tangente al livello di base.In tale condizione (ideale) la pendenza in ogni punto del profilo è tale da annullare la capacità erosiva delle acque consentendone solamente il deflusso.

EROSIONE: SCORRIMENTO INCANALATOEROSIONE: SCORRIMENTO INCANALATOErosione lineare – approfondimento vallivoErosione lineare – approfondimento vallivo

- E’ determinata da:- energia della corrente- abrasione esercitata dagli elementi detritici in essa trasportati- turbolenza del flusso

- Si verifica maggiormente nelle parti dove il corso d’acqua è più ripido e molto più in alto rispetto al livello di base.

- Il suo effetto complessivo è la formazione di una valle profonda con fianchi fortemente inclinati e una sezione a forma di V.

Altre forme di incisione sono:- marmitte dei giganti- gole- forre- meandri incassati (v. dopo)

EROSIONE: SCORRIMENTO INCANALATOEROSIONE: SCORRIMENTO INCANALATOErosione lineare:Erosione lineare: morfologiemorfologie

Marmitte dei giganti: cavità prodotte dal moto vorticoso delle acque con l’aiuto dei ciottoli da esse trasportati, nei tratti a forte pendenza degli alvei torrentizi. Con il progredire dell’erosione esse tendono a fondersi l’una con l’altra, approfondendosi.


Forre: incisioni strette e profonde con pareti a strapiombo che si formano in corsi d’acqua che scorrono su pendii molto ripidi, per l’approfondimento di solchi vallivi.

Gole: incisioni le cui pareti sono ancora molto ripide ma tendono ad allargarsi nella parte superiore. Esse sono tanto più strette quanto più la roccia che le forma è dura e compatta.

EROSIONE: SCORRIMENTO INCANALATOEROSIONE: SCORRIMENTO INCANALATOErosione laterale – ampliamento vallivoErosione laterale – ampliamento vallivo

- Si verifica nelle parti dove il corso d’acqua assume un profilo più dolce e l’energia dell’acqua viene dissipata nell’andamento meandriforme della corrente.

- Il processo di erosione si verifica nei tratti curvi esterni degli alvei, in corrispondenza dei quali l’acqua si muove più velocemente attaccando la riva.- La progressiva migrazione dei meandri quindi produce un fondovalle sempre più ampio e pianeggiante (v. dopo).

EROSIONE: SCORRIMENTO INCANALATOEROSIONE: SCORRIMENTO INCANALATOErosione regressivaErosione regressiva

- Processo alla base dello sviluppo longitudinale di una valle fluviale

- Determina fenomeni quali, ad esempio:- Arretramento delle cascate- Estensione valliva e ampliamento del bacino idrografico


Arretramento delle cascate: le rocce dure che danno origine a rotture di pendio e cascate vengono scalzate alla base e rimosse. Il gradino arretra verso monte e il profilo si attenua gradualmente nel tempo fino a scomparire.


Estensione valliva e ampliamento del bacino idrografico: si verifica all’estremo superiore di un corso d’acqua dove le acque di ruscellamento si riversano nel pendio ripido della valle. Qui, con il tempo, l’erosione fa estendere la valle verso monte a spese dell’interfluvio.

TRASPORTOTRASPORTO

I corsi d’acqua trasportano materiale essenzialmente in 3 differenti forme:

IN SOLUZIONE: trascurando quelle immesse da scarichi inquinanti, le sostanze disciolte riflettono la natura litologica dei bacini idrografici attraversati. Il maggiore carico chimico si ha in bacini in cui sono presenti rocce evaporitiche (salgemma, gesso) e carbonatiche (calcari e dolomie).

IN SOSPENSIONE: le sostanze trasportate in sospensione hanno granulometrie molto fini (argille e limi) e velocità di decantazione molto basse, anche in acque ferme.

CARICO DI FONDO: i materiali che lo costituiscono sono sabbie, ghiaie e frammenti rocciosi di dimensioni maggiori. Essi vengono trasportati per trascinamento sul fondo dell’alveo (materiali a granulometria maggiore) o per saltazione (materiali a granulometria minore).

TRASPORTOTRASPORTO

Le dimensioni dei sedimenti nel letto dei fiumi tendono a diminuire nel senso della direzione della corrente a causa dell’abrasione subita dalle particelle durante il trasporto e dalla più facile trasportabilità dei materiali fini.

Per definire il carico solido di un corso d’acqua si utilizzano due parametri:

COMPETENZA: misura della dimensione massima dei frammenti detritici che una corrente può spostare. E’ espressa come diametro della più grande particella trasportata e varia con la sesta potenza della velocità (se v raddoppia, la dimensione delle particelle trasportabili aumenta di 26 volte). COSA IMPLICA NELLE PIENE?

CAPACITA’ DI CARICO: misura della quantità di materiale solido che la corrente può potenzialmente trasportare.E’ espressa come il volume del materiale che passa in una data sezione del fiume, in un certo intervallo di tempo.

SEDIMENTAZIONESEDIMENTAZIONE

La deposizione del carico solido di un corso d’acqua superficiale è legata ad una diminuzione della velocità o della portata della corrente tale da non permetterne il trasporto. Tale diminuzione è spesso dovuta ad una riduzione della pendenza dell’alveo o ad un suo allargamento o cambio di direzione.I materiali sono quindi abbandonati sotto forma di depositi alluvionali.

DOVE?I depositi alluvionali si trovano, ad esempio, allo sbocco di gole, nelle pianure alluvionali, nelle anse dei fiumi e, ovviamente, nelle acque dei laghi e del mare.

I depositi alluvionali di pianura sono ben selezionati e costituiti in prevalenza da particelle a piccola granulometria sia perché, durante il trasporto a valle, le particelle diventano via via più piccole a causa degli urti ripetuti, sia in quanto le particelle più fini sono trasportate dalla corrente più lontano rispetto a quelle più grossolane.

SEDIMENTAZIONESEDIMENTAZIONEMorfologieMorfologie

Conoide alluvionale: struttura triangolare con l’apice verso monte e la base arcuata ed espansa a ventaglio che si forma quando un corso d’acqua sbocca improvvisamente in pianura, uscendo da una ripida valle.

Sedimentazione:La brusca diminuzione della velocità della corrente provoca l’immediato deposito di una grande quantità di detriti, soprattutto grossolani. Spesso il corso d’acqua presenta un alveo rettilineo all’apice del conoide mentre una configurazione “braided” sulla struttura stessa.

Dimensioni: da poche centinaia di metri a decine di chilometri.

Importanza: insediamenti umani, colture e grande disponibilità idrica.


Pianura alluvionale: forma deposizionale più importante di un sistema fluviale.

La sedimentazione avviene:• Per deposizione di sedimenti a seguito di straripamenti e inondazioni

La brusca perdita di velocità provoca la deposizione di gran parte del materiale e la formazione di argini naturali che si elevano sulla piana circostante.La rottura di un argine dà origine a ventagli larghi e piatti, lobi e lingue e i relativi sedimenti sono chiamati depositi di tracimazione.

• Per dinamiche legate alla presenza di alvei meandriformi (v. dopo)

Importanza: insediamenti umani, falde acquifere, fertilità, materiale da costruzione (ghiaie e sabbie), serbatoi di idrocarburi in corrispondenza dei delta.


Confluenza Ticino – PoEntrambi i fiumi hanno andamento meandriforme e scorrono nella Pianura Padana formata dai loro stessi sedimenti e da quelli deposti dagli altri affluenti del Po.

Altri elementi deposizionali:

- Barra di foce del Ticino

- Isole fluviali

- Accumulo sulla sponda convessa del meandro del Po

EROSIONE E SEDIMENTAZIONEEROSIONE E SEDIMENTAZIONEMorfologie complesseMorfologie complesse

Meandri: forme tipiche, in parte di erosione e in parte di accumulo, delle pianure alluvionali o dei tratti a debole pendenza.


Attività di erosionesulla sponda esterna (riva concava)

Attività di deposizionesulla sponda interna (riva convessa)


L’approfondimento delle anse dei meandri, nel tempo, porta al loro avvicinamento e al fenomeno del taglio del meandro.

Il fiume così riprende un andamento meno tortuoso e dove è avvenuto il taglio rimane un meandro abbandonato che può evolvere dapprima in laghetto a corna di bue, poi in palude e infine, quando completamente interrato, in meandro fossile.


Barra

Laghetti a corna di bue Taglio del meandro

Collo


Meandri incassati: si formano quando una piana a meandri subisce un sollevamento tettonico regionale che, provocando un abbassamento relativo del livello di base del corso d’acqua (aumento della pendenza), ne induce un aumento della capacità erosiva e un progressivo approfondimento dell’alveo, pur mantenendo inalterato il suo corso.Si formano profonde gole e canyon: Fiumi Colorado e San Juan (USA)


Terrazzi fluviali: superfici pianeggianti delimitate da scarpate che sono il risultato dell’incisione operata dai corsi d’acqua nei sedimenti alluvionali stessi. Le superfici spianate dei terrazzi possono considerarsi come i residui di vecchi alvei, mentre le scarpate che le delimitano rappresentano le diverse fasi erosive.

La loro formazione può essere associata a fasi alterne di erosione e deposito dovute a variazioni del livello del mare (e quindi della pendenza), movimenti tettonici o vicende climatiche.

Coppia di terrazzi fluviali


Formazione dei terrazzi fluvialiUn abbassamento relativo del livello di base per sollevamento regionale o un aumento notevole delle precipitazioni portano ad un incremento della capacità erosiva. Dopo tali eventi il corso d’acqua forma una nuova pianura lasciando ai suoi lati una coppia di terrazzi alluvionali.

Prima del sollevamento Sollevamento Dopo il sollevamento


Le foci: ultimo tratto di un corso d’acqua dove la corrente rallenta e vengono depositati tutti i materiali che ancora trasporta (la granulometria, in generale, diminuisce verso l’alto mare).

La forma di accumulo che si genera è quella del delta fluviale (dalla lettera greca delta, ).

Importanza: agricoltura e insediamenti

Luoghi di formazione: aree dove i movimenti marini sono troppo deboli per disperdere l’apporto di detrito.Dove invece i movimenti marini hanno la forza di smantellare l’interramento fluviale, i corsi d’acqua presentano foci larghe ad imbuto, libere da detriti, dal nome di estuari.

Esempi di delta: Nilo, Mississippi, Orinoco, Yangtze, Po (avanzamento: 35 Km in 2000 anni)

Esempi di estuari: Rio delle Amazzoni, Congo, San Lorenzo, Adige


Delta del Nilo

Delta del Mississippi


Estuario del San Lorenzo

Estuario del Fiume Congo


Estuario dell’Adige

Delta del Po

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