La pianura alluvionale (o piana alluvionale) è un ambiente sedimentario in cui la sedimentazione è controllata dalle correnti fluviali. Le pianure alluvionali si sviluppano in valli e bacini intra-continentali, e sono costituite da sedimenti clasticiSedimenti composti di frammenti (clasti) di rocce preesistenti. Vedi anche rocce sedimentarie clastiche., ai quali si dà il nome di alluvium (sedimenti alluvionali). Si tratta di aree tra le più popolate ed economicamente rilevanti della Terra, per lo sviluppo che vi assumono l'agricoltura (nelle zone favorevoli dal punto di vista climatico) e l'industria..
Vi si sviluppano anche le maggiori aree a foresta tropicale del mondo (ad esempio i bacini del Rio delle Amazzoni e del Congo) e le più estese aree a prateria (come ad esempio la prateria nordamericana e le pampas), di importanza fondamentale per l'equilibrio ecologico a scala globale, oltre che di grande interesse naturalistico.
Descrizione
Le pianure alluvionali sono aree più o meno estese (con ampiezze che possono andare dalle centinaia di metri alle migliaia di chilometri) pianeggianti, di solito con debole inclinazione verso la costa continentaleIn alcuni casi, tuttavia, le pianure alluvionali possono essere adiacenti od occupare bacini endoreici, privi di sbocco al mare., che tende progressivamente a decrescere nella stessa direzione. Geometricamente hanno la forma di prismi sedimentari con forma grossolanamente a conca o a trogolo, in cui la granulometria dei sedimenti decresce da monte verso costa, con il diminuire del gradiente topografico e quindi della velocità delle correnti fluviali... La caratteristica più evidente delle piane alluvionali è la presenza di un reticolo idrografico, scavato nellalluvium dalle acque superficiali in forme che dipendono principalmente da tre fattori.: gradiente topograficoIl gradiente topografico esprime la variazione dell'altitudine rispetto a una determinata direzione. Nelle carte topografiche il gradiente è sempre perpendicolare alle curve altimetriche ed esprime la massima pendenza locale del suolo.; portata dei corsi d'acqua; granulometria del sedimento trasportato.
Generalmente, come già accennato, il gradiente topografico tende a diminuire con la distanza, da monte a valle e verso la costa, mentre la diminuzione delle pendenze porta a una diminuzione della velocità della corrente e quindi al decrescere della granulometria del sedimento per la progressiva sedimentazione delle frazioni più grossolane. La portata dei corsi d'acqua tende invece ad aumentare per effetto del contributo degli affluenti ai corsi d'acqua principali.
Processi e materiali
Il sedimento trasportato dai fiumi (o trasporto solido) varia lungo il battente d'acquaIl profilo verticale misurato dal fondale alla superficie dell'acqua. sia come quantità (e concentrazione) sia come dimensioni delle particelle., in funzione della velocità della corrente e del regime di flusso, e viene distinto in "carico di fondo" e "carico sospeso". La velocità della corrente è minima nello strato d'acqua a contatto con il fondale e va aumentando verso l'alto, dapprima rapidamente, poi più lentamente, fino a raggiungere la velocità della corrente che fluisce liberamente.
Il "carico di fondo" (bed load) è concentrato presso l'interfaccia acqua-sedimento e consiste principalmente di granuli di sabbia fittamente allineati ("tappeti di trazione"), e talora di piccoli ciottoli, che si muovono per rotolamento e trascinamento; massi e blocchi vengono rimossi solo in condizioni estreme di piena. Il regime di flusso è generalmente laminare, e il meccanismo prevalente di sostentamento dei granuli è costituito dagli urti tra i granuli stessi. La porzione superiore del carico di fondo è caratterizzata da uno strato di granuli che si muovono prevalentemente per saltazione, con traiettorie curvilinee. Lo spessore dello strato d'acqua interessato dal carico di fondo è in realtà molto scarso: va da pochi millimetri fino ad alcuni decimetri nei fiumi più importanti....
Il "carico sospeso" (suspended load) è meno concentrato (perché le particelle sono disperse nel fluido), anche se molto più abbondante di quello di fondo (mediamente da 10 a 20 volte, ma anche fino a centinaia di volte), ed è distribuito lungo la verticale secondo il "diametro di caduta" delle particelleApprossimando le condizioni di flusso a un flusso ideale di tipo laminare, la velocità di caduta delle particelle dipende (oltre che dall'accelerazione di gravità, anche dalla densità e viscosità del fluido e dalla densità delle particelle stesse) anche dal diametro delle particelle medesime; intuitivamente: considerando costanti le condizioni di gravità e del fluido, per ogni diametro delle particelle si avrà una velocità critica al di sotto della quale la particella precipita. Vedi sedimentazione libera. In realtà le condizioni di flusso sono generalmente turbolente, quindi si ha un'interazione tra le particelle che rende molto più complesso il calcolo della velocità di caduta; tuttavia la selezione delle particelle per diametro lungo la verticale è sostanzialmente rispettata, come deriva dall'osservazione sperimentale.. Le particelle sono quindi selezionate dalla corrente in modo tale che le frazioni più grossolane tendono ad aumentare verso il basso, e si concentrano presso il fondo. In tal modo, il limite tra carico sospeso e carico di fondo è in realtà sfumato. Il regime di flusso è generalmente turbolento e le traiettorie dei granuli sono irregolari..
Silt e argilla sono trasportati in sospensione alla stessa velocità della corrente, e coprono quindi distanze molto grandi per unità di tempo (fino a centinaia o migliaia di chilometri in un anno), mentre il materiale sabbioso trasportato presso il fondo viaggia molto più lentamente (in media da uno a pochi metri al giorno, eccezionalmente fino ad alcune centinaia di metri al giorno).. Quindi la sabbia che arriva al mare è molto più "vecchia" del fango che l'accompagna. In una data sezione del canale fluviale, il diametro massimo dei granuli del sedimento (ovvero i granuli più grandi che la corrente riesce a prendere in carico), esprime la velocità della corrente (ovvero la sua "competenza"), ed è quindi il parametro più significativo dal punto di vista idraulico. da prendere in considerazione per le ricostruzioni paleo-ambientali su sezioni geologicheLa dimensione media o mediana è influenzata dal carico totale, ed è un buon indice descrittivo del sedimento, ma non permette di esprimere la competenza reale della paleocorrente..
Il carico sospeso, per definizione, non dà origine a depositi con morfologie e strutture definite, e può deporsi per decantazione successivamente a eventi di piena, entro la piana d'inondazione. Il risultato, dopo il ritiro delle acque entro l'alveo ordinario, è una distesa di materiale fangoso (costituito prevalentemente da silt e argilla), la cui superficie, fintanto che permane soffice, può venire segnata da impronte di animali, da gocce di pioggia o dal ruscellamento di acque superficiali; tuttavia di solito questa superficie si secca rapidamente e si fessura in forma di poligoni. In clima arido si può avere la formazione di piccole dune eoliche per opera del vento, mentre l'evaporazione si spinge fino alla precipitazione di sali nel suolo (concrezioni calcaree, ferruginose, ed evaporitiche).Per le strutture vedi ..
Il carico di fondo dà origine a tutte le morfologie e a tutte le strutture sedimentarie dei depositi fluviali, che sono oggetto di studio da parte delle sedimentologia. I classici esperimenti di Gilbert (1914) hanno consentito di distinguere quattro stadi successivi di evoluzione dei depositi di fondo, in relazione all'aumentare della velocità di flusso della corrente.:
vengono messe in movimento singole particelle, mentre la superficie del fondo rimane piana; il movimento si propaga rapidamente a causa degli urti tra i granuli e si formano ripple marks, che tendono a migrare nella direzione della corrente a causa dell'erosione del lato sopra-corrente e della deposizione sul lato sotto-corrente, con formazione di laminazioni oblique a piccola scala (da pochi millimetri a pochi centimetri); all'aumentare della velocità della corrente, i ripple vengono erosi e il materiale viene mosso lungo una superficie piana, per trasporto planare (sheet transportation); con un incremento ulteriore di velocità, si formano dune subacquee (o "barre") caratterizzate da un lato sopra-corrente poco inclinato e molto sviluppato, e da un lato sotto-corrente breve e molto inclinato: si ha trasporto planare dei granuli sul lato sopra-corrente e deposizione sul lato sotto-corrente, con formazione di una laminazione obliqua a elevata inclinazione. Queste barre raggiungono da alcuni decimetri ad alcuni metri di altezza e fino a diversi metri di lunghezza. Con la diminuzione della velocità di flusso (condizione che si raggiunge ad esempio dopo una piena), sul lato sotto-corrente di una barra si possono formare ripple marks.
I depositi di sabbie fluviali assumono in sezione un tipico aspetto "a festoni", che deriva dalla presenza di laminazioni oblique che si incrociano (cross bedding) lungo superfici planari o concave verso l'alto, generate dall'interferenza di più barre che si giustappongono e si sovrappongono..
Ambiente sedimentario
Una pianura alluvionale è l'espressione geomorfologica di un "sistema alluvionale", composto da due tipi di elementi.: canali: elementi attiviAttivi in quanto sono i vettori dei sedimenti, la sede dei processi fisici a più alta energia e tendono a migrare lateralmente incidendo l'alluvium più antico. di origine erosiva, riempiti di sedimenti prevalentemente sabbiosi deposti da correnti fluviali; piane di inondazione (o piane inondabili): elementi passivi, formati da depositi prevalentemente fini (argilloso-siltosi) di riempimento derivati dalla tracimazione delle acque dai canali.
Le maggiori irregolarità morfologiche in queste aree sono date dai canali stessi (depressioni), dai loro argini naturali e dalle barre formate dai depositi da corrente (rilievi). Gli argini naturali sono accumuli di sedimento formati dalla tracimazione delle acque in regime di piena, mentre le barre sono accumuli di sedimento determinati dall'azione delle correnti.Tutti questi elementi sono legati geneticamente tra loro: le barre fanno parte dei canali e gli argini naturali sono costruiti dai canali stessi.. Una pianura alluvionale è costituita dal punto di vista geomorfologico da due zone: l'alta pianura e la bassa pianura.Questa terminologia, informale anche se ormai largamente invalsa nell'uso perché immediata e didattica, corrisponde ai termini anglosassoni upland e lowland.. Queste zone corrispondono a un'importante differenziazione nei processi fisici coinvolti.
Alta pianura
La zona più elevata topograficamente è detta "alta pianura", in cui tendono a prevalere i processi erosivi e nella quale possono essere presenti affioramenti di rocce lapidee alterate e/o fessurate o terrazzi di sedimento consolidato e cementato, attraverso i quali l'acqua piovana viene filtrata, raccogliendosi in falde freatiche..
La superficie in questa zona è quindi prevalentemente secca, con idrografia caratterizzata da pochi corsi d'acqua ad andamento rettilineo per i gradienti topografici più elevati, con depositi prevalentemente grossolani (ghiaioso-sabbiosi)..