Forme e tettonica

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.
sabato 8 ottobre 2011
Alfred Wegener
(1880-1930)
Deriva dei continenti
Corrispondenza tra
continenti…
Corrispondenza tra
catene montuose su
continenti diversi.
sabato 8 ottobre 2011
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.
sabato 8 ottobre 2011
L’arrivo della Tettonica a Placche.
Geologi marini hanno osservato che il fondale marino è magneticamente
formato da strisce simmetriche, ai lati delle catene medio-oceaniche.
Nero: polarità
norma
Bianco: polarità
inversa
Datazioni K-Ar
mostrano le rocce
più giovani sulle
catene.
sabato 8 ottobre 2011
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.
sabato 8 ottobre 2011
Inversioni magnetiche dai centri di espansione
Rocce giovani
risalgono e
raffreddano dalle
dorsali mediooceaniche, creando
una struttura di
inversioni magnetiche
che rivela I
cambiamenti di
polarità del nostro
Pianeta (a scala
temporale lunga).
sabato 8 ottobre 2011
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.
sabato 8 ottobre 2011
Margini delle placche tettoniche
Differenti tipi di placche tettoniche dominano la
distribuzione globale delle forme e dei paesaggi…
sabato 8 ottobre 2011
Margini divergenti
Dorsali medio-oceaniche
Dominano le forme profonde
Materiale del mantello risale
per creare nuova crosta
oceanica
Le dorsali oceaniche si
trovano smargini ben definiti.
sabato 8 ottobre 2011
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)
sabato 8 ottobre 2011
Margini divergenti
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
sabato 8 ottobre 2011
Margini convergenti
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
sabato 8 ottobre 2011
Margine convergente: Continente - Continente
Himalaya, Alpi, Appalachi
sabato 8 ottobre 2011
Margine convergente: Oceano - Continente
Cascades, Ande
sabato 8 ottobre 2011
Margine convergente: Oceano - Oceano
Giappone, Aleutine
sabato 8 ottobre 2011
Margini trasformi
California / San Andreas
Fault Zone
sabato 8 ottobre 2011
Fattrori che controllano il
sollevamento
Possiamo identificare diversi
meccanismi di sollevamento
crostale:
– Sollevamento collisionale
– Sollevamento isostatico
– Sollevamento estensionale
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento collisionale
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.
sabato 8 ottobre 2011
Collisione indo-eurasiatica e risalita dell’Himalaya
sabato 8 ottobre 2011
Formazione di Plateau e zone di collisione
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento isostatico
Erosione della superficie del continente provoca una risalita
isostatica delle rocce, ripristinando molta dell’elevazione
asportata…
sabato 8 ottobre 2011
Solevamento isostatico di montagne
Profonde valli scavate nell’Himalaya portano ad una superelevazione delle montagne al disopra dell’altezza media
della catena, che è uguale a quella del Plateau Tibetano.
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento estensionale
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.
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento estensionale: Rift Zones
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento estensionale: Rift Zones
Risulta come formazione di un nuovo oceano.
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento estensionale: Rift Zones
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
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento estensionale: Rift Zones
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.
sabato 8 ottobre 2011
Rift Zones: risalita passiva
sabato 8 ottobre 2011
Rift Zones: risalita passiva
Continenti come
blocchi di legno in
acqua.
sabato 8 ottobre 2011
Rift Zones: risalita passiva
Continenti come
blocchi di legno in
acqua.
Come i pezzi di
legno si spostano,
l’acqua entra nello
spazio libero.
sabato 8 ottobre 2011
Morfologia tettonica
• Controllo diretto
• Controllo indiretto (strutturale / litologico)
sabato 8 ottobre 2011
Faglie normali - scarpate
Scarpata di faglia: risultato di uno
o più movimenti lungo faglia.
Owens Valley, CA
sabato 8 ottobre 2011
oppure: risultato di molte faglie
che si sono susseguite nel
tempo.
Sierra Nevada, CA
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
sabato 8 ottobre 2011
Faglie normali: Basin and Range Province
sabato 8 ottobre 2011
Morfologia tettonica: faglie trasformi
sabato 8 ottobre 2011
sabato 8 ottobre 2011
San Francisco, 1906, Magnitude: 7.9
sabato 8 ottobre 2011
San Francisco, 1906, Magnitude: 7.9
sabato 8 ottobre 2011
San Francisco, 1989, Magnitude: 6.9
sabato 8 ottobre 2011
Cypress structure
viaduct, Highway
880, Oakland,
California, 1989;
Magnitude 6.9
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione morfologica
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione morfologica
Climate
Surface Processes
Tectonic
Processes
Continental Crust
Mantle
Clima, tettonica, e erosione
sabato 8 ottobre 2011
Fattori che controllano l’evoluzione morfologica
Sollevamento /abbassamento
livello di base (tasso e stile)
Topografia / Rilievo
Litologia / Struttura
Clima
Vegetazione
Tempo
sabato 8 ottobre 2011
Fattori che controllano l’evoluzione morfologica
Sollevamento /abbassamento
livello di base (tasso e stile)
Topografia / Rilievo
Litologia / Struttura
Clima
Vegetazione
Tempo
sabato 8 ottobre 2011
l’evoluzione morfologica
Sollevamento /abbassamento livello di base
(tasso e stile)
Topografia / Rilievo
Litologia / Struttura
Clima
Vegetazione
Tempo
sabato 8 ottobre 2011
Diminuzione del livello di base
sabato 8 ottobre 2011
Diminuzione del livello di base
sabato 8 ottobre 2011
Cambiamento del livello di base
Fiumi rispondono ai
cambiamenti del livello
del mare:
incidendo quando il
livello del mare scende.
Aggradando quando il
livello risale.
sabato 8 ottobre 2011
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.
sabato 8 ottobre 2011
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.
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione della morfologia
Sollevamento /abbassamento livello di base
(tasso e stile)
Topografia / Rilievo
Litologia / Struttura
Clima
Vegetazione
Tempo
sabato 8 ottobre 2011
Rilievo e versanti
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.
sabato 8 ottobre 2011
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.
Erosion Rate (mm yr-1 )
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
20
25
Mean Slope (degrees)
sabato 8 ottobre 2011
30
35
Soglie dei veranti
sabato 8 ottobre 2011
Soglie dei veranti
8
Erosion Rate (mm/yr)
7
Rock
Strength
6
5
4
3
Tectonics
and
Climate
2
1
Ahnert Relation
0
0
500
1000
1500
Mean Local Relief (m)
sabato 8 ottobre 2011
2000
Produzione globale di sedimenti
I maggiori tassi di erosione avvengono lungo I margini
collisionali attivi in aree di grandi rilievi.
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione della morfologia
Sollevamento /abbassamento livello di base
(tasso e stile)
Topografia / Rilievo
Litologia / Struttura
Clima
Vegetazione
Tempo
sabato 8 ottobre 2011
Litologia
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.
sabato 8 ottobre 2011
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.
sabato 8 ottobre 2011
Struttura: piegamento prima dell’erosione
sabato 8 ottobre 2011
Struttura: piegamento dopo l’erosione
Rocce vecchie al centro dell’anticlinale erosa.
Rocce giovani al centro di sinclinali erose.
sabato 8 ottobre 2011
Relazione tra topografia e struttura
Anticlinale prima e dopo l’erosione
Notare la parte centrale più vecchia
sabato 8 ottobre 2011
Relazione tra topografia e struttura
Sinclinale prima e dopo l’erosione
Notare la parte centrale più giovane
sabato 8 ottobre 2011
Pieghe inclinate
Naso dell’anticlinale punta verso la direzione di immersione,
invece il naso della sinclinale in direzione opposta.
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione della morfologia
Sollevamento /abbassamento livello di base
(tasso e stile)
Topografia / Rilievo
Litologia / Struttura
Clima
Vegetazione
Tempo
sabato 8 ottobre 2011
Clima
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.
sabato 8 ottobre 2011
Clima
– 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.
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione della Morfologia
Sollevamento /abbassamento livello di base
(tasso e stile)
Topografia / Rilievo
Litologia / Struttura
Clima
Vegetazione
Tempo
sabato 8 ottobre 2011
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.
sabato 8 ottobre 2011
Risposta della morfologia alla riduzione della vegetazione
Stillman Creek, Washington
“Le pratiche forestali non hanno effetto sulle frane” - WA State DNR
sabato 8 ottobre 2011
Risposta della morfologia alla riduzione della vegetazione
Stillman Creek, Washington
Sito investigato ed è stato trovato che “non ci sono versanti potenzialmente
instabili” - Timber Company applicazione pratica forestale
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione della morfologia
Sollevamento /abbassamento livello di base
(tasso e stile)
Topografia / Rilievo
Litologia / Struttura
Clima
Vegetazione
Tempo
sabato 8 ottobre 2011
Gradazione dei fiumi
(a) Fiume impostato su una
superficie dominata da
recente attività tettonica.
(a)
(b)
(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.
sabato 8 ottobre 2011
(c)
(d)
Gradazione di un fiume
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.
sabato 8 ottobre 2011
Sviluppo delle teorie di evoluzione
• Morfologie in Steady-State (equilibrio)
• Il ciclo geografico.
Grove Karl Gilbert
sabato 8 ottobre 2011
William Morris Davis
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.
sabato 8 ottobre 2011
Morfologie Steady-State
Quando l’erosione bilancia
il sollevamento la
topografia può non subire
modificazioni significative
anche con erosione attiva.
sabato 8 ottobre 2011
Il Ciclo Geografico
Morfologia risponde alle pulsazioni di
sollevamento, con montagne che si innalzano
velocemente e diminuiscono lentamente
sabato 8 ottobre 2011
Sollevamento di catene
Quando il
sollevamento eccede
l’erosione la topografia
si innalza, I fiumi
incidono e le montagne
vengono scolpite..
sabato 8 ottobre 2011
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.
sabato 8 ottobre 2011
Il ciclo geografico
sabato 8 ottobre 2011
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.
sabato 8 ottobre 2011
Maturità
•
•
•
•
•
•
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
sabato 8 ottobre 2011
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.
sabato 8 ottobre 2011
Vecchiaia
• I rilievi sono
praticamente
livellati (penepiani)
• Rocce più
resistenti spiccano
dalla superficie
(inselberg)
• Fiumi a meandri
lungo ampie piane
fluviali.
sabato 8 ottobre 2011
Modelli di evoluzione della morfologia
Modelli fisici
Modelli concettuali
leggi del trasporto
Modelli numerici
sabato 8 ottobre 2011
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)
sabato 8 ottobre 2011
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…
sabato 8 ottobre 2011
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.
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione di una zona di rift
Rio Grande
East Africa Rift
Mar Rosso
Oceano Atlantico
sabato 8 ottobre 2011
Morfologie transienti
La tettonica a placche muove la crosta su
hotspot costruendo un catena di vulcani.
I vulcani sono sempre più giovani uno dopo l’altro.
sabato 8 ottobre 2011
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)
sabato 8 ottobre 2011
Tassi di erosione
I tassi di
erosione di
bacini glaciati
tende ad
sembrare
minore con
l’aumento della
scala…perchè?
sabato 8 ottobre 2011
Tassi di erosione della morfologia
sabato 8 ottobre 2011
Evoluzione della morfologia
Climate
Surface Processes
Tectonic
Processes
Continental Crust
Mantle
Clima, tettonica, erosione
sabato 8 ottobre 2011
Have fun, whatever you do…
sabato 8 ottobre 2011