Il movimento dei sedimenti da parte dei sistemi fluviali è uno dei processi più fondamentali che modellano la superficie terrestre. Su scala di tempo geologica, la continua penetrazione, il trasporto e la deposizione di valli di carve di particelle solide, costruiscono le lamine e creano forme terrestri intricate che definiscono i paesaggi.

I Fondamenti del Sediment Transport

Il trasporto di sedimenti nei fiumi si riferisce al movimento di materiali granulari, dall'argilla e dal limorale alla sabbia, alla ghiaia e ai massi, guidati dall'acqua fluente. Il processo è regolato dall'equilibrio tra le forze esercitate dal flusso e le forze resistenti delle particelle.

Il sedimento si muove in tre modalità primarie, ognuna caratterizzata da distinte dimensioni delle particelle e meccanismi di trasporto:

  • Sospensione: Le particelle fini (tipicamente silt e argilla) vengono sollevate nella colonna d'acqua e trasportate da eddie turbolente. Queste particelle rimangono aloft fino a quando le forze turbolenti verso l'alto superano la loro velocità di allestimento. Il carico sospeso può viaggiare grandi distanze ed è responsabile per l'aspetto fangoso di molti fiumi dopo le tempeste.
  • Bedload:[] Particelle di coarser (sabbia, ghiaia, ciottoli) roll, slide, o rimbalzo lungo il letto. Il trasporto del letto si verifica quando lo stress della canapa è abbastanza alto da dislocare le particelle, ma non sufficiente per sollevarle ad alto nel flusso.
  • Saltazione:[] Le particelle intermedie (fine a media sabbia) si muovono in una serie di luppolo corto. Una particella viene sollevata brevemente da forze turbolente, portata a breve distanza a valle, e poi rientra nel letto, dove può dislocare altre particelle. Saltazione ponti il divario tra sospensione e carico letto ed è un meccanismo dominante in molti fiumi ghiaia.

Il classico Hjulström curvina[] (o schema Shields) illustra il rapporto tra la dimensione del grano e la velocità di flusso critica necessaria per l'erosione, il trasporto e la deposizione.

Quantificare il trasporto di sedimenti

Gli ingegneri e gli scienziati utilizzano una serie di formule empiriche per prevedere i tassi di trasporto dei sedimenti. L'equazione Meyer-Peter e Müller] è ampiamente applicata per il trasporto del carico letto nei fiumi a ghiaia, mentre il Einstein-Brown equazione gestisce una più ampia gamma di dimensioni dei parametri.

Fattori chiave che governano il trasporto del sedimento

Il trasporto di sedimenti non è un processo costante; varia notevolmente con le condizioni idrauliche e geomorfiche. Diversi fattori intercorrenti determinano il tasso, la capacità e il modo di trasporto in una determinata portata del fiume.

Velocità di flusso e scarico

La velocità è il più diretto del trasporto dei sedimenti. Come aumenta il flusso di potenza (il prodotto di scarico e di pendenza), la capacità di trasporto dei sedimenti aumenta bruscamente. Durante gli eventi di inondazione, i fiumi possono trasportare ordini di grandezza più sedimenti che durante il flusso di base, rimodellare i canali in ore.

Dimensione e ordinamento delle particelle

I sedimenti fini (clay e silt) sono facilmente incisi e rimangono in sospensione per lunghe distanze. Le sabbie e le ghiaia richiedono velocità più elevate ma si stabiliscono anche rapidamente quando il flusso va. La distribuzione delle dimensioni del grano del materiale del letto determina la disponibilità di diversi modi di trasporto. Un letto di sabbia ben selezionato esporrà diverse dinamiche di trasporto rispetto a una miscela di ghiaia poco ordinata, dove le grandi particelle riparano quelle più piccole.

Geometria del canale e la durezza

La forma del canale fluviale, la sua larghezza, profondità e la sua sinuosità, influisce sui flussi. Un canale stretto e profondo concentra l'energia di flusso, aumentando lo stress della cinghia e la capacità di trasporto.

Piste e gradienti

I flussi di montagna con alti gradienti possono mobilitare grandi massi e carve profonde gole. Come il gradiente declina a valle, la capacità di trasporto diminuisce, portando alla deposizione dei materiali di perforo e alla formazione di ventilatori e pianali alluvionali.

Vegetazione e stabilità della Banca

La vegetazione Ripariana gioca un duplice ruolo: le radici rafforzano i suoli bancari, riducono l'erosione e limitano l'approvvigionamento dei sedimenti. Le gomme e le foglie aumentano la rugosità del flusso, rallentando le velocità vicino alla banca e promuovendo la deposizione. Tuttavia, durante i flussi elevati, la vegetazione può essere sradicata, aggiungendo detriti legnosi che alterano la morfologia dei canali.

L'Interplay di Erosione e Deposizione

I fiumi sono perpetuo in uno stato di regolazione, erosiva materiale da alcune località e depositarlo in altri. Questo anello di feedback è il motore dell'evoluzione del paesaggio.

Processi erotici

L'erosione della banca avviene attraverso l'azione idraulica (pressione diretta dell'acqua), l'abrasione (sondamento-acqua incolta le banche), e la sprecatura di massa (slumping di suoli saturati). L'erosione del letto, o il degrado, abbassa il fondo del canale, spesso esponendo le rocce di granito sottostante o i materiali di corazza.

Processi depositari

Quando la velocità di flusso diminuisce, a causa di una diminuzione del pendio, di un ampliamento del canale, o di un'ostruzione, la capacità di trasporto del fiume scende e i sedimenti si calmano. Le barre di punta[LT:1] formano all'interno delle curve di fondo dove la velocità è più bassa. ] Le barre di canalinatura del terreno si sviluppano in più ampie, inondano le in profondità.

Equilibrio dinamico

I fiumi tendono verso uno stato di equilibrio dinamico[], dove l'erosione e la deposizione sono bilanciati nel tempo scale di anni a decenni. Cambiamenti nel livello base (livello mare o livello lago), il clima, o l'uso del terreno possono interrompere questo equilibrio, innescando aggiustamenti.

River Landforms Formazioni Formate da Trasporto di Sedimenti

L'interazione tra erosione e deposizione produce una notevole suite di forme di terra che caratterizzano i paesaggi fluviali, e qui di seguito sono le caratteristiche più importanti, ognuna che riflette specifici processi di trasporto dei sedimenti.

Meanders e Oxbow Lakes

I meandri sono curve sinuose che si sviluppano in fiumi alluvionali con dolci pendii. L'erosione sulla banca esterna (tagliato banca) e la deposizione sulla banca interna (punto bar) causano che il mestolo migra in seguito nel tempo. Questo processo può creare cicatrici di meandro] sul lamento di inondazione.

Delta

Se un fiume entra in un corpo in piedi di acqua (lago, mare o oceano), la sua velocità scende bruscamente, e il sedimento è depositato in un fan-form delta]. I deltali sono costruiti da tre componenti: il topset] (piastrelle, piane suba aerea), il [FLT

Fans alluvionali

Quando un ripido torrente di montagna emerge su un piano a valle pianeggiante, il suo gradiente scende bruscamente, causando una rapida deposizione di sedimenti grossolani in una cono-formio []. I fan sono comuni in regioni aride e semiaride, dove le inondazioni flash trasportano enormi volumi di detriti.

Terrazze del fiume

Le terrazze del fiume sono formali terrestri a gradini che fiancheggiano molte valli, che rappresentano le ex superfici di alluvione abbandonate mentre il fiume ha inciso il suo canale, spesso a causa di caduta di livello base o cambiamenti climatici.

Bar e Isole

All'interno del canale attivo, l'accumulo di sedimenti crea bar]— caratteristiche temporali o semipermanenti che possono diventare isole stabili se colonizzate dalla vegetazione. Le barre longitudinali si estendono lungo il canale, e le barre di trasversali si estendono lungo il canale

Impatti umani sui trasporti di sedimentazione

Le attività umane hanno profondamente alterato il trasporto dei sedimenti nei fiumi in tutto il mondo, spesso con conseguenze indesiderate per la stabilità geomorfica e la salute degli ecosistemi.

Dams e Reservoirs

Le dighe intrappolano i sedimenti nei serbatoi, affamando i giunti a valle della sabbia, del fango e della ghiaia necessari per mantenere la forma di canale e i bilanci dei sedimenti costieri. Questo deficit di sedimentazione[] porta al degrado del letto a valle (canale approfondimento), l'erosione bancaria, e la perdita della connettività allaganale.

Canalizzazione e dragaggio

La raddrizzazione, l'ampliamento e l'approfondimento dei fiumi per il controllo delle inondazioni o la navigazione aumenta la velocità di flusso, esacerbando l'erosione e inviando impulsi sedimenti a valle. Il dragaggio rimuove i sedimenti dai porti e dai canali di navigazione, ma lo smaltimento può soffocare gli habitat bentonici. La canalizzazione riduce anche la capacità del fiume di immagazzinare i sedimenti nelle pianure, concentrando i trasporti e spesso causando problemi di sedimentazione a valle.

Urbanizzazione e cambiamento di terreno

Le superfici impervi nelle aree urbane aumentano i flussi di scarico e di picco, incrementando la capacità di trasporto dei sedimenti e causando spesso gravi erosioni bancarie. I siti di costruzione forniscono una massiccia fonte di sedimenti sciolti che possono soffocare i fiumi con materiali fini.

Cambiamento climatico

Le temperature più intense aumentano l'erosione e l'alluvione, mentre i flussi ridotti possono diminuire i flussi bassi e la capacità di trasporto dei sedimenti. Nei fiumi ad alta quota, i permafrost thaw rilascia sedimenti immagazzinati, alterando la chimica del flusso e la morfologia.

Conclusioni

Il trasporto di sedimenti è il motore che guida l'evoluzione del paesaggio fluviale. Dalla microscopica penetrazione di una particella di argilla alla migrazione di una fascia media nel corso dei millenni, la fisica dell'acqua in movimento e dei sedimenti crea le diverse forme terrestri che modellano la superficie del nostro pianeta. Una comprensione approfondita dei processi ingegneristici, dei controlli e delle influenze umane sul trasporto dei sedimenti è vitale per una gestione efficace dei sedimenti, la riduzione del rischio di inondazione e la conservazione dell'ecosistema.

Per ulteriori informazioni sui fondamenti del trasporto dei sedimenti, vedere la pagina USGS Sediment Transport[] . Il classico riferimento sulla morfologia del fiume è Procedimenti globali] su Wikipedia.