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

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1 Geomorfologia e tettonica Le principali topografie, e le associazioni di forme minore, riflettono l assetto tettonico.

2 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 ( )

3 Deriva dei continenti Corrispondenza tra continenti Corrispondenza tra catene montuose su continenti diversi.

4 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.

5 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.

6 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.

7 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).

8 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.

9 Margini delle placche tettoniche Differenti tipi di placche tettoniche dominano la distribuzione globale delle forme e dei paesaggi

10 Dorsali 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

11 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)

12 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

13 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

14 Margine convergente: Continente - Continente Himalaya, Alpi, Appalachi

15 Margine convergente: Oceano - Continente Cascades, Ande

16 Margine convergente: Oceano - Oceano Giappone, Aleutine

17 Margini trasformi California / San Andreas Fault Zone

18 Fattrori che controllano il sollevamento Possiamo identificare diversi meccanismi di sollevamento crostale: Sollevamento collisionale Sollevamento isostatico Sollevamento estensionale

19 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.

20 Collisione indo-eurasiatica e risalita dell Himalaya

21 Formazione di Plateau e zone di collisione

22 Sollevamento isostatico Erosione della superficie del continente provoca una risalita isostatica delle rocce, ripristinando molta dell elevazione asportata

23 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.

24 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.

25 Sollevamento estensionale: Rift Zones

26 Sollevamento estensionale: Rift Zones Risulta come formazione di un nuovo oceano.

27 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

28 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.

29 Rift Zones: risalita passiva

30 Rift Zones: risalita passiva Continenti come blocchi di legno in acqua.

31 Rift Zones: risalita passiva Continenti come blocchi di legno in acqua. Come i pezzi di legno si spostano, l acqua entra nello spazio libero.

32 Morfologia tettonica Controllo diretto Controllo indiretto (strutturale / litologico)

33 Faglie normali - scarpate Scarpata di faglia: risultato di uno o più movimenti lungo faglia. oppure: risultato di molte faglie che si sono susseguite nel tempo. Owens Valley, CA Sierra Nevada, CA

34 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

35 Faglie normali: Basin and Range Province

36 Morfologia tettonica: faglie trasformi

37

38 San Francisco, 1906, Magnitude: 7.9

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

42 Evoluzione morfologica

43 Evoluzione morfologica Climate Surface Processes Tectonic Processes Continental Crust Mantle Clima, tettonica, e erosione

44 Fattori che controllano l evoluzione morfologica Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile) Topografia / Rilievo Litologia / Struttura Clima Vegetazione Tempo

45 Fattori che controllano l evoluzione morfologica Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile) Topografia / Rilievo Litologia / Struttura Clima Vegetazione Tempo

46 l evoluzione morfologica Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile) Topografia / Rilievo Litologia / Struttura Clima Vegetazione Tempo

47 Diminuzione del livello di base

48 Diminuzione del livello di base

49 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.

50 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.

51 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.

52 Evoluzione della morfologia Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile) Topografia / Rilievo Litologia / Struttura Clima Vegetazione Tempo

53 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.

54 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. 1 Erosion Rate (mm yr -1 ) Mean Slope (degrees)

55 Soglie dei veranti

56 Soglie dei veranti 8 Erosion Rate (mm/yr) Rock Strength Tectonics and Climate 0 Ahnert Relation Mean Local Relief (m)

57 Produzione globale di sedimenti I maggiori tassi di erosione avvengono lungo I margini collisionali attivi in aree di grandi rilievi.

59 Alcuni tipi di roccia sono meno erodibili, e possono produrre maggiori rilievi e morfologie irregolari. Litologia Arenarie dure possono mantenere versanti molto inclinati per lungo tempo. Argilliti soffici, facilmente vengono erose creando zone a basso rilievo.

60 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.

61 Struttura: piegamento prima dell erosione

62 Struttura: piegamento dopo l erosione Rocce vecchie al centro dell anticlinale erosa. Rocce giovani al centro di sinclinali erose.

63 Relazione tra topografia e struttura Anticlinale prima e dopo l erosione Notare la parte centrale più vecchia

64 Relazione tra topografia e struttura Sinclinale prima e dopo l erosione Notare la parte centrale più giovane

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

67 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.

68 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.

69 Evoluzione della Morfologia Sollevamento /abbassamento livello di base (tasso e stile) Topografia / Rilievo Litologia / Struttura Clima Vegetazione Tempo

70 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.

71 Risposta della morfologia alla riduzione della vegetazione Stillman Creek, Washington Le pratiche forestali non hanno effetto sulle frane - WA State DNR

72 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

74 Gradazione dei fiumi (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) (c) (b) (d)

75 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.

76 Sviluppo delle teorie di evoluzione Morfologie in Steady-State (equilibrio) Il ciclo geografico. Grove Karl Gilbert William Morris Davis

77 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.

78 Morfologie Steady-State Quando l erosione bilancia il sollevamento la topografia può non subire modificazioni significative anche con erosione attiva.

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

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

81 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.

82 Il ciclo geografico

83 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.

84 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

85 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.

86 Vecchiaia I rilievi sono praticamente livellati (penepiani) Rocce più resistenti spiccano dalla superficie (inselberg) Fiumi a meandri lungo ampie piane fluviali.

87 Modelli di evoluzione della morfologia Modelli fisici Modelli concettuali leggi del trasporto Modelli numerici

88 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)

89 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

90 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.

91 Evoluzione di una zona di rift Rio Grande East Africa Rift Mar Rosso Oceano Atlantico

92 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.

93 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)

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

95 Tassi di erosione della morfologia

96 Evoluzione della morfologia Climate Surface Processes Tectonic Processes Continental Crust Mantle Clima, tettonica, erosione