Geodinamica Esterna

Riassunto Geodinamica esterna e laboratorio –

Molinaroli

Geodinamica esterna (GE, detta anche esodinamica, da “fuori” e “forza”) = studio

processi caratteristici che determinano forme superficie terrestre, superficie limite

sede interferenza tra dinamica atmosfera, idrosfera, litosfera, biosfera fenomeni



metereologici, ciclo litogenetico e biogeochimico, azione agenti atmosferici sulle rocce,

interazione con componente biotica. Studiate variazioni spaziali e temporali ambienti

fisici per capire processi del passato, attuali e andamenti a lungo termine 

attualismo: processi osservabili adesso sono gli stessi che hanno sempre agito nel

passato.

Processi geodinamici = contribuiscono a modificare forma superficie terrestre:

Endogeni: avvengono all’interno della Terra, creano il rilievo attività

 

tettonica e vulcanica;

Esogeni: superficie terrestre, riducono il rilievo alterazione, erosione,

 

trasporto, deposizione ad opera di aria, acqua, gravità, uomo (agenti

modellamento). Condizioni climatiche – temperatura, umidità e aridità – e

presenza/tipo di vegetazione favoriscono alterazione ed erosione.

Ambiente evolve per interazione tra forze endogene (energia dall’interno della Terra)

ed esogene (energia solare) con eventuale prevalenza dell’una o dell’altra nello

spazio e tempo.

Ambiente biofisico influenzato da attività umana concetto di vulnerabilità.



Paesaggio = insieme di caratteri (fisici, antropici, culturali) di un dato territorio; sue

forme esteriori basate su fattori agenti nel territorio (naturali, umani).

Geomorfologia – processi geomorfologici

Geomorfologia (Gm): concetto simile a GE, scienza (empirica) che studia forme

superficie terrestre, processi che le hanno create (Summerfield); interazioni tra

processi a scale diverse. Fenomeni sempre diversi no approccio sistematico.



Gm applicata anche a fondali marini: 70% superficie pianeta, forme e processi estremi

sviluppo disciplina separata (geologia marina). Curva ipsografica: superficie totale



oceani > superficie totale rispetto terre emerse, profondità media oceani > altitudine

media terre emerse (continente più elevato Antartide).

Concetti critici in Gm:

Agenti: ciò che agisce o ne ha il potere (acqua, ghiaccio, vento, uomo);

 Processi: passi progressivi con cui è raggiunto un fine (alterazione, erosione,

 trasporto, deposito);

Sistemi: insiemi di parti formanti un tutto ambienti (fluviale, glaciale,

 

costiero, ecc);

Clima: determina agenti dominanti;

 Tempo: evoluzione morfologie e paesaggi;



Motivazioni studio GE e Gm cambiamenti climatici: cause, conseguenze,



previsioni, soluzioni (es gestione rischi, ingegneria ambientale).

Forme e processi geomorfologici influenzati da storia paesaggio:

Prevale componente endogena morfostrutture, in genere più estese e

 

antiche, origine geodinamica interna (es colata lavica);

Prevale esogena morfosculture, più circoscritte e recenti, origine

 

geodinamica esterna (es frana).

Cause modellamento forme superficie terrestre:

Condizioni climatiche:

 Dirette: precipitazioni, temperature, ecc;

o Indirette: vegetazione, pedogenesi (nascita suolo);

o

Agenti modellamento: gravità, acqua, vento, uomo

 Fattori strutturali:

 Tettonica: dinamica (orogenesi), statica (fratturaz, fessuraz);

o Litologia: composizione, coesione, fragilità, ecc.

o

Insiemi geomorfologici:

 Gm climatica (o zonale): processi/forme esogeni risultanti da condizioni

 climatiche, es duna desertica, circo glaciale;

Gm azonale e plurizonale: agenti modellamento, non legati a tipo clima, es

 frana, falesia;

Gm strutturale: fattori strutturali (geologici), evoluzione e aspetto paesaggio,

 es dolina, scarpata di faglia.

Tempo: resistenza rocce a erosione dipende a parità di altre cause da durata processi

che tendono a disgregarla/demolirla; considerare variabilità processi nel tempo (variaz

climatiche).

Periodo di riferimento per Gm: Quaternario, formato da Pleistocene (1,8 Ma –

10mila af) e Olocene (10mila af – oggi) geologi hanno riconosciuto anche



Antropogene, cambiamenti riconducibili all’uomo. Serie periodi glaciali e interglaciali

(Pleist), ultima glaciazione Wurm (75mila – 10mila af). Periodo attuale relativamente

caldo (? incertezza), preceduto da uno relativ freddo (piccola età glaciale 1500-1800).

Stato di attività forme Gm:

Forme attive: prodotte da processi in atto all’epoca rilevamento o ricorrenti a

 ciclo breve (es stagionali);

Quiescenti: esistono testimonianze (dirette, storiche) di funzionamento in

 sistema morfoclimatico attuale, non avendo esaurito loro evoluzione hanno

possibilità di riattivarsi;

Inattive: condizioni morfoclim diverse da attuali che hanno terminato loro

 evoluzione (relitte).

Processi geomorfologici (o morfodinamici) legati a dinamiche esogene:

Erosione (es erosione marina falesia);

 

Trasporto (es glaciale morena);

 

Deposizione (es deposito carsico stalattite).

 

Forza: caratteristica ambiente esogeno/endogeno, favorisce alteraz rocce/minerali

(acqua, organismi, ecc); resistenza: caratt rocce/minerali, condiziona risposta alle

forze (es composiz chimico-fisica); entrambe relative, dinamiche, variabili 

alterazione (concetto generico) si verifica solo se F > R.

Roccia esposta a atmosfera, idrosfera, biosfera: condizioni diverse da sua formazione

instabilità che porta a disgregazione fisica/meccanica o alterazione



chimica/biochimica.

Disgregazione fisica: porta a frammentazione roccia (no modificaz chimica) dovuta

a pressioni nella massa rocciosa create da cambiamento volume o struttura

mineralogica, o da azione erosiva prodotto: eluvio o regolite, detriti non



consolidati e di varia dimensione.

Crioclastismo: dovuto a presenza acqua e cicli gelo – disgelo quotidiani, acqua

 si insinua in fessure/vuoti roccia e congelando (aumento vol ∼10%) ne causa il

frazionamento frantumazione, desquamazione, disintegrazione granulare;



formaz crioclasti. Gelività rocce: attitudine a rompersi per crioclastismo

(dim/qtà vuoti, elasticità, permeabilità). Tipico di climi sub-polari marittimi, zone

temperate montane.

Termoclastismo: variazioni T causano dilatazione/contrazione roccia

 

frantumazione, dipende da coeff dilataz e anisotropia minerali, assorbim calore.

Desquamazione/esfoliazione: rocce formate in profondità ad alte pressioni

(ignee intrusive, plutoni) affiorano in superficie in seguito a sollevamento ed

erosione strati sovrastanti diminuz carico litostatico e stress in superficie,



espansione roccia fratture ∥ superficie roccia. Tipico di zone aride/desertiche:



no vegetaz, forte escursione termica.

Idroclastismo: attitudine ad assorbire acqua determina disgregazione rocce

 

rocce argillose si rigonfiano (minerali argillosi es caolinite, fillosilicati, struttura

planare, capacità adsorbim molecole acqua); rocce siltose si frantumano (silt,

granuli < 0,06 mm). Ambiente litorale marino.

Aloclastismo: crescita cristalli sale da soluzioni iperconcentrate fluidi salini

 

penetrati nella roccia evaporano rilasciando cristalli che si espandono (solfato di

sodio/magnesio, cloruro di calcio) sfaldando roccia e creando cavità. Ambienti

aridi e costieri, vaschette di erosione, croste saline.

Bioclastismo: azione di piante (radici attraverso roccia fratturata) e animali

 (escavazione).

Tasso alterazione: fratturazione roccia aumenta alterazione fisica o chimica; più

alteraz porta ad aumento velocità della stessa feedback positivo. Alterazione



sferica: azione erosiva acqua arrotonda gli spigoli.

Alterazione chimica

Termodinamica: eq chimico, variaz energia reaz chimiche; cinetica: intensità,

velocità reaz (dipendono da T). Come conseguenza roccia trasformata in suolo.

Resistenza minerali alteraz serie di stabilità di Goldrich, opposta a serie di



Bowen (primi min a cristallizzare subiscono alteraz veloce e viceversa).

Idrolisi: reazione tra acqua e alcuni minerali feldspati, ortoclasio (alteraz

 

argillosa o siallitica); reazione:

+ +

2 KAlS i O 2 H O+ CO → AlHSi O ∙ 2 H O+ K C O 4 Si O

3 8 2 4 2 2 3 2

ortoclasio caolinite

potassa silice

Acqua entra in struttura caolinite, K e Si in sostanze disciolte.

Clima caldo-umido: silicati decomposti completamente silice disciolta, ossido



alluminio Al O depositato sul posto (alteraz alluminosa).

2 3

Soluzione/dissoluzione: CO può sciogliersi in acqua formando acido

 2

carbonico H CO , che attacca carbonati (calcite CaCO e dolomite

2 3 3

CaMg(CO ) ) trasformandoli in bicarbonati, solubili (Ca(HCO ) e CaMg(HCO ) ).

3 2 3 2 3 4

T acqua: fredda scioglie più CO , calda scioglie più carbonati. Formaz cavità di

2

dissoluzione.

Introduz composti da combustione (SO , NO ): reagiscono con acqua e

2 2 +¿ ¿

2−¿+ 4 H

ossigeno formando acidi, es an. solforosa: piogge



¿

⇌

+2

2 S O H O+O 2 S O

2 2 2 4

acide.

Ossidazione: reaz tra ossigeno in atmosfera/acqua e minerali ricchi di ferro,

 produz di ossidi e idrossidi; rocce alterate presentano coloraz rossastra (ruggine,

vernice del deserto). Reazione:

+O +

4 FeSi O →2 F e O 4 Si O

3 2 2 3 2 pirosseno ematite silice

disciolta

Impatti biologici/biochimici:

 Diretti: redox da batteri, sostituzione cationi, soluzione, chelazione 

o produz composti chelati (simili a chele/artigli) che formano legame

attorno ioni metallici, più comuni acidi umici e fulvici;

Indiretti: mescolamento suolo, produz acidi organici e CO , strati

o 2

organici a protez superficie (suolo).

Tutti tipi organismi responsabili alteraz, più importanti i micro-organismi:

archea, batteri (procarioti), protozoi, funghi, alghe (eucarioti).

Licheni e muschi: crescono su roccia essenzialmente nuda creando

microambiente chimico più umido, ciò favorisce degradazione fisica e chimica

strato superficiale roccia.

Alterazione e clima, diagr di Strakhov: profondità alterazione roccia alterata nelle

diverse zone climatiche, maggiore foresta tropicale (difficile osservare roccia madre,

inalterata), minore deserto subtropicale.

Grafico tipologia alteraz in base a T media e piovosità annuale: > T e piovosità (basso

a sx) > alteraz chimica (foresta tropicale); < T e piovosità (alto a dx) alteraz

 

fisica (ghiacci).

Pedologia

Pedologia: studio composizione, genesi, modificazioni del suolo dovuti a fattori

biotici e abiotici. Nasce nel 1800, scienziati russi Dokucaev (teorema metamorfosi

terreno) e Vinogradskij (microbiologia suolo). USA: organismi scientifici tutela del

suolo, Soil Survay e Soil Conservation Service Soil Taxonomy.



Perché studiare suolo: risorsa fondamentale prodotta dall’ambiente, convergenza regni

animale, vegetale, minerale; pedosfera interagisce con tutti comparti ambientali:

idrosfera, biosfera, atmosfera e litosfera. Funzioni principali: habitat organismi, filtro

biologico (trattiene inquinamento, acqua di falda pulita), scambiatore gas,

contenitore informaz, sede attività umane; collegato ad ambiente in cui è collocato (es

drenaggio, fertilità). Occupa solo 10% terre emerse ospitali risorsa limitata,



difficile da rinnovare, va tutelato e protetto (Carta europea del suolo, Strasburgo

1972).

Def suolo (ST): corpo naturale tridimensionale formato da componenti solida

(minerali, sostanza organica), liquida (acqua con sali disciolti) e gassosa, localizzato

su superficie terre emerse, caratterizzato da presenza orizzonti facilmente

distinguibili (diversi colori), originati per addizione, rimozione, traslocaz, trasformaz

energia/materia e/o da capacità di sostenere vita piante. Limite superiore: aria, acque

basse, piante/materiale vegetale non ancora decomposto. Inferiore: difficile da

individuare, roccia compatta o materiale privo di segni attività biologica (classificaz: si

considera 2 m).

Orizzonti principali:

O: sostanza organica lettiera ± decomposta o torba, sost organica evoluta;

 

frazione minerale in piccola %;

A: sost organica umificata e minerale;

 E: eluviale, perdita argilla, Fe, Al ed accumulo residuale sabbia, limo, minerali

 resistenti ad alterazione (quarzo); colore più chiaro;

B: illuviale, accumulo argilla, Fe, Al, humus, carbonati, gesso, silice;

 C: sedimenti freschi o alterati roccia madre (regolite); poco influenzato da

 pedogenesi;

R: roccia madre, non sempre visibile.



Formazione suolo

Dokucaev (1898): suoli sono corpi naturali indipendenti, il cui profilo risultante da

unica combinazione fattori climatici, litologici, biologici. Funzione di Jenny (1941):

(cl

S=f , o , r , p ,t ,…) qualsiasi proprietà suolo data da clima, organismi, rilievo,



roccia madre (parent material), tempo e altri fattori interesse locale.

Clima: piovosità (acqua: alteraz, dissoluz, traslocaz, apporti/perdite), T

 (influenza velocità reaz chimiche, presenza organismi), umidità, vento,

irraggiamento solare. Classificaz di Koppen: “formule climatiche” in base a T,

precipitazioni e loro regime annuo A climi umidi tropicali, B aridi, C



mesotermici umidi, D microtermici boreali, E polari; altre sigle in base presenza

e grado aridità (Italia: Cs/Cf mesotermico umido con stagione arida estiva o

assente).

Organismi: decomposiz roccia alteraz chimica, apporto sostanza organica

 

(batteri, funghi, piante), rimescolamento terreno (animali), bonifica,

disboscamento ecc (uomo).

Rilievo: quota, esposizione, pendenza influenzano relazioni suolo-acqua,

 drenaggio, profondità falda, erosione, condiz microclimatiche, sviluppo

vegetazione plateau suoli conservati, versante erosi, pendio abb evoluti,



piana alluvionale giovani.

Parent material: rocce sedimentarie, magmatiche, metamorfiche; roccia

 madre + substrato pedogenetico = roccia madre alterata, deriva da disgregaz

roccia sottostante, materiale autoctono o alloctono (morene, trasp eolico).

Tempo: più veloce di tempo geologico, valore medio sviluppo 178 anni per cm,

 orizzonte A ∼100 anni, B 300-100k anni; primi orizz formati A e C (suolo

giovane), poi tra questi il B di materiale alterato (adolescente), da cui si separa

l’E (maturo), infine il B subirà progressiva cementazione (adulto e senile).

Principali fattori che rallentano formaz suolo: scarse piogge, T fredde, elevata

erosione, elevato contenuto carbonati, argilla e quarzo, roccia compatta; accelerano:

abbondanti piogge, T calde, ridotta erosione, ridotte pendenze, roccia madre

permeabile e non consolidato.

Processi fisici:

Disgregaz fisica e biologica, erosione (maggiore perdita suolo in aree non

 ricoperte da vegetazione), salinizzazione (già trattati);

Lisciviazione: acqua scorre per gravità nel suolo trasportando cationi e anioni

 3- 42-

presenti in soluzione circolante; più lisciviabili Na+, Cl-, S-, NO , SO ; meno

2+ 2+

lisciviabili K+, Ca , Mg ;

Mobilizzazione argilla: meteorica asporta particelle argilla da orizzonte

 eluviale (impoverito di argilla) depositandole in orizzonte illuviale sottostante

(ricco di argilla).

Processi chimici:

Alterazione chimica, calcificaz/decalcificazione (già trattati);

 Accumulo sostanza organica: residui piante, animali, microorganismi in vari

 stadi decomposiz funzioni: trofiche, incremento flora microbica, sintesi e



liberaz nutrienti; strutturali, sviluppo aggregati, aumento porosità, ritenzione

idrica e lavorabilità; reattività chimica, aumento capacità scambio cationico.

Fasi: Umificazione: da sost organica a humus idrolisi enzimatica,



o formazione di composti semplici; trasformazione, aumento reattività

chimica; polimerizzazione, formaz micelle umiche con caratteri colloidali;

Mineralizzazione: batteri demoliscono humus liberando ioni/elementi.

o

Fasi formazione suolo:

1. Degradazione fisica, chimica e biochimica rocce;

2. Formazione detriti superficiali (regolite);

3. Organismi pionieri (licheni e muschi) colonizzano strato regolite e lo

arricchiscono di sostanze organiche;

4. Insediamento vegetali più evoluti che esercitano ulteriore azione disgregatrice

(radici);

5. Suolo maturo (succ orizzonti, vedi sopra).

Caratteristiche suolo, fisiche:

Colore Munsell Color System, basato su: hue = colore dominante (tinta),

 

value = luminosità relativa (quantità luce riflessa), chroma = tono (grado di

intensità o saturazione);

Contenuto in scheletro: particelle roccia > 2 mm (2 mm – minuto – 7,5 cm –

 medio – 15 cm – grossolano – 25 cm – pietre – 50 cm – roccia), influenza

notevolmente caratteristiche funzionali (capacità idrica, di infiltrazione,

scorrimento superficiale acque ed erosione, fertilità);

Tessitura: quantità sabbia (0,05-2 mm), limo (0,002-0,05 mm), argilla (<

 0,002 mm); valutazione sensoriale in sito (sabbia = ruvida, limo = setosa,

argilla = appiccicosa) e valutaz in laboratorio (metodo setacciatura e pipetta,

prima eliminata sostanza organica con acqua ossigenata); triangolo USDA con

% 3 componenti suoli franchi: 35-55% sabbia, 25-45% limo, 10-25% argilla.



Suoli argillosi (> contenuto argilla): > capacità scambio cationico,

o minima capacità assorbimento acqua;

Sabbiosi (> contenuto sabbia): > erodibilità, max capacità assorbimento

o acqua;

Struttura: aggregazione particelle terrose, disposizione spaziale aggregati

 (ped) e singole particelle; suolo può essere sciolto/incoerente/ma