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Geomorfologia e tettonica

Le principali topografie, e le associazioni di forme minore, riflettono l’assetto tettonico.

sabato 8 ottobre 2011

Deriva dei continenti un’idea prima del tempo

Ipotesi di Wegener:

• Corrispondenza tra Sud America e Africa

• Fossili, tipi di rocce e climi antichi corrispondono tra diversi continenti.

Il problema della teoria di Wegener era la mancanza di un meccanismo che spiegava come.

Alfred Wegener (1880-1930)

Deriva dei continenti

Corrispondenza tra continenti…

Corrispondenza tra catene montuose su continenti diversi.

L’arrivo della Tettonica a Placche. Introduzione del SONAR ha permesso di topografare i fondali oceanici, con profonde fosse presso margini continentali e catene montuose sottomarine nel mezzo degli oceani.

Nero: polarità normaBianco: polarità inversa

Geologi marini hanno osservato che il fondale marino è magneticamente formato da strisce simmetriche, ai lati delle catene medio-oceaniche.

Datazioni K-Armostrano le rocce più giovani sulle catene.

L’arrivo della Tettonica a Placche.

Età delle rocce vs. distanza dai centri di crescita

Datazioni radiometriche Potassio-Argon mostrano che l’età delle rocce aumenta con la distanza dalla dorsale medio-oceanica.

Anche la profondità marina aumenta con la distanza.

Inversioni magnetiche dai centri di espansione

Rocce giovani risalgono e raffreddano dalle dorsali medio-oceaniche, creando una struttura di inversioni magnetiche che rivela I cambiamenti di polarità del nostro Pianeta (a scala temporale lunga).

Geografia dei terremoti

I sismometri utilizzati pre tracciare le esplosioni nucleari sovietiche hanno permesso di evidenziare che I terremoti si formano ai margini delle placche.

Margini delle placche tettoniche Differenti tipi di placche tettoniche dominano la

distribuzione globale delle forme e dei paesaggi…

Margini divergentiDorsali medio-oceaniche

Dominano le forme profonde

Materiale del mantello risale per creare nuova crosta oceanica

Le dorsali oceaniche si trovano smargini ben definiti.

Margini divergenti

Zone di Rift(divergenza su continente)

Rift Est Africano

Rift del Rio Grande

Antiche zone di rift (margini continentali tra Sud America e Africa)

L’apertura di continenti può portare alla formazione di nuovi oceani. Distensione di crosta continentale porta alla formazione di una zona di rift continentale (es. Basin and Range in Nord America), e quindi alla formazioni di mari lineari (Mar Rosso) e potenzialmente anche alla formazione di un oceano come l’Atlantico

Margini divergenti

3 tipi di margini convergenti: Continente - Continente

zona di collisione continentale, ispessimento crostale, catene montuose, plateau (es., Alpi, Himalaya e Tibet)

Oceano - Continente zona di subduzione, arco vulcanico continentale, cuneo crostale (es., Cascades e Olympics)

Oceano - Oceano zona di subduzione, arco vulcanico insulare

Margini convergenti

Margine convergente: Continente - Continente

Himalaya, Alpi, Appalachisabato 8 ottobre 2011

Margine convergente: Oceano - Continente

Cascades, Andesabato 8 ottobre 2011

Margine convergente: Oceano - Oceano

Giappone, Aleutinesabato 8 ottobre 2011

Margini trasformi

California / San Andreas Fault Zone

Possiamo identificare diversi meccanismi di sollevamento crostale:

– Sollevamento collisionale

– Sollevamento isostatico

– Sollevamento estensionale

Fattrori che controllano il sollevamento

Il più naturale sollevamento della topografia è quello che avviene in un orogene che si forma per collisione continentale al margine delle placche.

– Risulta dalla compressione di crosta relativamente leggera che si trova sulla placca continentale.

– Quando la placca oceanica subduce sotto quella continentale, un orogene si può formare per sollevamento del cuneo di sedimenti che viene abraso dalla superficie della placca in discesa.

– L’isola di Taiwan e le Montagne Olympic dello Stato di Washington sono un’esempio di questi orogeni.

Sollevamento collisionale

Collisione indo-eurasiatica e risalita dell’Himalaya

Formazione di Plateau e zone di collisione

Sollevamento isostatico

Erosione della superficie del continente provoca una risalita isostatica delle rocce, ripristinando molta dell’elevazione asportata…

Solevamento isostatico di montagne

Profonde valli scavate nell’Himalaya portano ad una super-elevazione delle montagne al disopra dell’altezza media della catena, che è uguale a quella del Plateau Tibetano.

Avviene in regioni dove la crosta continentale viene stirata e assottigliata e la risalita del mantello caldo in galleggiamento alla base della crosta induce un generale sollevamento.

- si formano graben dovuti all’estensione di un rift - Sollevamento per espansione termica della crosta - Vulcanismo formato dal magma nella crosta.

Sollevamento estensionale

Sollevamento estensionale: Rift Zones

Risulta come formazione di un nuovo oceano.

Risulta come formazione di un nuovo oceano. La Rift valley che si forma viene riempita da spessi cunei di ghiaia e sabbia, lungo il sistema di fratture

Laghi e depositi associati a evaporiti si formano sul fondo del rift.

Rift Zones: risalita passiva

Continenti come blocchi di legno in acqua.

Come i pezzi di legno si spostano, l’acqua entra nello spazio libero.

• Controllo diretto

• Controllo indiretto (strutturale / litologico)

Morfologia tettonica

Faglie normali - scarpate

oppure: risultato di molte faglie che si sono susseguite nel tempo.

Owens Valley, CA Sierra Nevada, CA

Scarpata di faglia: risultato di uno o più movimenti lungo faglia.

Faglie normali

Topografia a host e graben.

Horst = risalita di porzione di continente delimitato da faglie.

Graben = abbassamento di porzione di continente delimitato da faglie.

Valle della Morte

Basin and Range Physiographic Province

Faglie normali: Basin and Range Province

Morfologia tettonica: faglie trasformi

San Francisco, 1906, Magnitude: 7.9

Cypress structure viaduct, Highway 880, Oakland, California, 1989; Magnitude 6.9

Evoluzione morfologica

Clima, tettonica, e erosione

Evoluzione morfologica

TectonicProcesses

Surface Processes

Climate

Mantle

Continental Crust

Fattori che controllano l’evoluzione morfologica

Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile)Topografia / RilievoLitologia / StrutturaClimaVegetazioneTempo

Fattori che controllano l’evoluzione morfologica

l’evoluzione morfologica

Diminuzione del livello di base

Fiumi rispondono ai cambiamenti del livello del mare:

incidendo quando il

livello del mare scende. Aggradando quando il

livello risale.

Cambiamento del livello di base

Meandri incassati

Sollevamento regionale, o diminuzione del livello di base può portare allo sviluppo di meandri incassati, derivati da meandri fluviali su una piana alluvionale che hanno inciso la roccia sottostante.

Cattura di fiumi e torrenti

Diversione di drenaggio di un fiume dal suo canale originale in un fiume vicino.

Deriva tipicamente dall’abbassamento del livello di base di una parte del drenaggio o per arretramento della testata della valle per erosione.

Evoluzione della morfologia

Rilievo esercita una grande influenza sul tasso di denudazione attraverso il controllo dell’energia potenziale del versante.

Regioni tettonicamente attive con alti tassi di sollevamento generalmente generano rapida erosione.

In aree lontane dal tettonismo attivo:– Rilievo tipicamente poco inclinato.– Tassi di erosioni minori.

Rilievo e versanti

Soglie dei veranti

Il tasso di erosione aumenta velocemente sopra i 30°, che portano allo sviluppo di inclinazioni soglia — il versante diventa inclinato il più possibile fino a quando le forze interne lo permettono.

0 5 10 15 20 25 30 35Mean Slope (degrees)

Soglie dei veranti

0 500 1000 1500 2000

Mean Local Relief (m)

Ahnert Relation

RockStrength

Tectonicsand

Climate

Produzione globale di sedimenti

I maggiori tassi di erosione avvengono lungo I margini collisionali attivi in aree di grandi rilievi.

Alcuni tipi di roccia sono meno erodibili, e possono produrre maggiori rilievi e morfologie irregolari.

– Arenarie dure possono mantenere versanti molto inclinati per lungo tempo.

– Argilliti soffici, facilmente vengono erose creando zone a basso rilievo.

Litologia

Specifiche rocce possono avere un comportamento differente sotto differenti condizioni climatiche.

– Carbonati in un clima umido possono dissolvere ed erodere all’interno di un sistema carsico.

– In un deserto, le stesse rocce danno forme di versanti molto inclinati.

Litologia

Struttura: piegamento prima dell’erosione

Struttura: piegamento dopo l’erosione

Rocce vecchie al centro dell’anticlinale erosa. Rocce giovani al centro di sinclinali erose.

Anticlinale prima e dopo l’erosione

Relazione tra topografia e struttura

Notare la parte centrale più vecchiasabato 8 ottobre 2011

Sinclinale prima e dopo l’erosione

Relazione tra topografia e struttura

Notare la parte centrale più giovanesabato 8 ottobre 2011

Pieghe inclinate

Naso dell’anticlinale punta verso la direzione di immersione, invece il naso della sinclinale in direzione opposta.

Clima aiuta nel determinare quale processo superficiale è attivo in una certa area..

– In climi umidi, fiumi possono essere gli agenti primari che muovono sedimenti.

– In regioni aride il vento può localmente assumere un ruolo dominante.

– Ghiacciai sono ristretti in aree di alta montagna e verso le alte latitudini.

– Clima controlla la copertura vegetale ed il grado di alterazione e formazione di saprolite.

– Clima cambia nel tempo.

– Molte morfologie moderne riflettono le condizioni precedenti di evoluzione (es. Glaciazioni) invece che quelle dei processi in atto.

Evoluzione della Morfologia

Risposta della morfologia alla riduzione della vegetazione

Dovuto alla profonda alterazione dei suoli, la morfologia concavo/convessa delle colline del Madacascar è stata distrutta dopo la deforestazione.

“Le pratiche forestali non hanno effetto sulle frane” - WA State DNR

Stillman Creek, Washington

Sito investigato ed è stato trovato che “non ci sono versanti potenzialmente instabili” - Timber Company applicazione pratica forestale

Stillman Creek, Washington

(a) Fiume impostato su una superficie dominata da recente attività tettonica.

(b) Gradazione in progresso, i laghi e le paludi sono asciugate, la forra si è approfondita, e le valli tributarie sono aumentate.

(c) Gradazione avanzata, sviluppo iniziale di una piana fluviale e ampliamento delle valli.

(d) Piana fluviale molto ampia da contenere meandri.

(a)(b)

(c)(d)

Gradazione dei fiumi

Evoluzione dei versanti: seguono la gradazione del fiume, i versanti delle valli diventano meno inclinati e la roccia viene coperta da un suolo e da materiale alterato.

Gradazione di un fiume

• Morfologie in Steady-State (equilibrio)

• Il ciclo geografico.

Sviluppo delle teorie di evoluzione

Grove Karl Gilbert William Morris Davissabato 8 ottobre 2011

Morfologie Steady-State (Equilibrio)

L’equilibrio si ottiene quando la topografia non cambia per il bilancio tra sollevamento e d erosione.

Dovuto al sollevamento isostatico di riequilibrio (rebound), la distruzione delle catene montuose può essere ritardato anche dopo la cessazione del sollevamento tettonico.

Morfologie Steady-State

Quando l’erosione bilancia il sollevamento la topografia può non subire modificazioni significative anche con erosione attiva.

Il Ciclo Geografico

Morfologia risponde alle pulsazioni di sollevamento, con montagne che si innalzano velocemente e diminuiscono lentamente

Quando il sollevamento eccede l’erosione la topografia si innalza, I fiumi incidono e le montagne vengono scolpite..

Sollevamento di catene

Demolizione di Catene

Quando il tasso di erosione eccede il sollevamento, I fiumi sedimentano e si costruisce una topografia più gentile co basso gradiente deposizionale.

Il ciclo geografico

Giovinezza

• Valli a V • Rapide • Cascate • No piane fluviali • Spartiacque ampi e

piatti, tagliati dall’erosione.

• Valli profonde• Generale agreement

tra I geomorfologi. Molti esempi.

• Valli a V • Inizio di piane fluviali• Barre di sabbia e ghiaia• Spartiacque su cresta• Massimo rilievo• Valli non si

approfondiscono più• Generale agreement tra

i geomorfologi. Molti esempi

Maturità

Maturità (tarda)

• Valli a fondo piatto• Strette piane fluviali• Spartiacque in

arrotondamento. • Diminuzione del rilievo• Sedimenti abbondanti,

piane si allargano• Fiumi cominciano a

formare meandri.

Vecchiaia

• I rilievi sono praticamente livellati (penepiani)

• Rocce più resistenti spiccano dalla superficie (inselberg)

• Fiumi a meandri lungo ampie piane fluviali.

Modelli di evoluzione della morfologia

Modelli fisici Modelli concettuali leggi del trasporto

Modelli numerici

Processi diffusivi vs avvettivi

Processi diffusivi sono processi dominati dal trasporto di sedimenti dai versanti ed agiscono con l’arrotondamento della topografia e riempiono le parti basse: E = f(S)

Processi avvettivi sono versante e area dipendenti, e prevedono processi di trasporto dei sedimenti che agiscono nell’incisione della topografia: E = f(A, S)

Modelli di evoluzione morfologica

Precipitazioni e la relazione tra tettonica, clima e erosione… Alto tasso di precipitazione nella parte sottovento di catene montuose, porta ad alti tassi di erosione e quindi di esumazione che influenza lo sviluppo delle strutture geologiche…

Aneurisma tettonico: Tsangpo River, SE Tibet

Rapida erosione di grandi fiumi possono portare in superficie materiale della crosta inferiore, portando allo sviluppo di un concentrato sollevamento delle rocce. Diventa un sistema di retroazione positivo dove il sollevamento concentrato produce un’importante esumazione mantenendo però il rilievo.

Evoluzione di una zona di rift

Mar Rosso

Oceano Atlantico

East Africa Rift

Rio Grande

La tettonica a placche muove la crosta su hotspot costruendo un catena di vulcani.

I vulcani sono sempre più giovani uno dopo l’altro.

Morfologie transienti

Tassi di erosione glaciale vs. fluviale

Tassi di erosione di bacini glaciati e non glaciati sono all’interno dello stesso range di valori (e tendono a diminuire con la dimensione del baciano)

Tassi di erosione

I tassi di erosione di bacini glaciati tende ad sembrare minore con l’aumento della scala…perchè?

Tassi di erosione della morfologia

Clima, tettonica, erosione

TectonicProcesses

Surface Processes

Climate

Mantle

Continental Crust

Have fun, whatever you do…

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