Appunti di Sedimentologia - Alcuni meccanismi di trasporto sedimentario

Fonte: http://www.studiogeologia.it/geologia_applicata.htm (13.11.2011 - ore 16.32) 

DEBRIS FLOW

Un debris flow è una colata di fango (con acqua). La velocità tenderà a 0 alla base, per gli attriti, e aumenterà fino ad arrivare ad un valore di velocità costante. La zona dove si risente degli attriti si chiama boundary layer. La zona invece che non risente degli attriti di fondo si chiama tappo rigido. La velocità qui infatti è costante. É vero dappertutto, sia in aria che in acqua.

Lo sforzo di taglio è la componente tangenziale della forza di gravità. Quest'ultima si può scomporre in una componente normale e una tangenziale. Lo sforzo di taglio sarà in relazione quindi allo spessore della colata e al suo peso. Sarà trascurabile quindi la parte alta ma non quella bassa. I debris flow sono colate di detrito che hanno un comportamento reologico complesso e di tipo plastico. Prima di deformarsi ha bisogno che si raggiunga un certo valore dello sforzo. Infatti Ʈ = k, quest'ultimo non si sa cos'è, dipende dal materiale presente. È il punto critico nel quale la colata inizia a deformarsi. Questo coincide con il boundary layer ma anche con il tappo rigido. Questo è vero quando siamo in ambito subaereo in quanto gli attriti con l'aria sono trascurabili. In ambito subacqueo questo cambia in quanto si considera l'attrito dell'acqua al di sopra del nostro corpo. Il profilo di velocità pertanto cambierà . In questo caso il tappo rigido si formerà all'interno della colata.

Come faccio a far aumentare lo spessore del tappo rigido?

Diminuendo l'angolo di pendio il tappo aumenta di spessore in quanto la componente della sforzo di taglio diminuisce e si sposta verso il basso fino a quando, se diminuisce ulteriormente il pendio, il valore di Ʈ critico coincide con la base formando così il fenomeno del freezing: si arresta improvvisamente.

Se invece l'angolo di pendio rimane coste, posso far cambiare comunque lo spessore del tappo rigido?

Si, immettendoci l'acqua, vario la viscosità. Lo sforzo in questo caso diminuisce e si sposta verso l'alto. Esistono addirittura delle colate senza tappo rigido chiamate iperflussi.

MECCANICA DEBRIS FLOW

E' legata a 2 tipi di meccanismi:

• un modello plastico;
• considerando dei fluidi non newtoniani.

Ho bisogno di raggiungere un valore critico per far deformare il materiale.

In sintesi:

Lo spessore del tappo sarà direttamente proporzionale alla forza di coesione del fango e quindi alla viscosità generale del nostro flusso e sarà inversamente proporzionale al gradiente topografico.

Dal punto di vista sedimentologico come sono fatti?

Questi depositi saranno caotici ovvero non avranno una organizzazione interna. Spesso nei debris flow si osserva una gradazione inversa, i blocchi più grandi tendono a galleggiare, si ha uno spostamento verso zone con minore sforzo di taglio. Raramente si trovano gradazioni dirette. Altra caratteristica è che generano tessiture matrice-sostenute. Nei conglomerati questi vengono chiamato paraconglomerati, nelle brecce parabrecce. L'importante è che l'unico modo per creare una tessitura simile e dove i massi grandi galleggiano è quello di essere in presenza di un debris flow. In una corrente trattiva, per esempio, si genera una tessitura grano-sostenuta e tra gli spazi tra un grano e l'altro al massimo si immettono grani più fini.

Un ortoconglomerato sarà in relazione ai trasporti di processi di tipo trattivo mentre un paraconglomerato ai trasporti di massa.

I depositi di debris flow possono raggiungere dimensioni di centinaia di metri. Le colate possono viaggiare a pendenze minime e si trovano specialmente nelle scarpate continentali o di vulcani. La cernita non è buona.

Cosa succede in acqua?

Si ha turbolenza che può generare una sospensione del materiale più fine. Se questo ha una densità maggiore del fluido circostante inizia a creare una corrente di torbida o di densità. Quest'ultime sono simili a delle valanghe di neve o a flussi piroclastici e sono più veloci dei debris flow, per questo motivo arriveranno prima nella zona di deposizione. Alla fine dell'intero evento quindi possiamo creare una corrente di torbida più veloce, che si deposita per prima, la quale poi viene ricoperta dal debris flow Il ciclo di sovrapposizione stratigrafica così non funziona più di tanto.

In ambito marino le colate di fango posso provocare un fenomeno particolare e raro che a causa della sua velocità eccessiva può far sollevare il materiale dal fondo il quale si sovrappone ad altri intervalli.

LIQUEFAZIONE E FLUIDIFICAZIONE 

Fonte: http://www.ceamessina.it/index.php?option=com_content&view=article&id=153:corso-di-aggiornamento-professionale-qliquefazione-dei-terreni-in-condizioni-sismiche-2009q-messina-palermo-enna&catid=39:corsi&Itemid=62 (13.11.2011 - ore 16.38) - Liquefazione 

E' la sostituzione di un sedimento granosostenuto saturo in uno strato fluido in situ che avviene tramite sismi. Li troviamo anche a Ferrara.

Il primo termine indica la sospensione dei grani all'interno del fluido mentre l'altro è una sospensione attraverso il movimento verso l'alto del fluido attraverso i pori, in quanto zone con meno pressione. Dal punto di vista visivo la liquefazione passa da una condizione iniziale alla quale se applico una forza i granuli perdono il loro contatto e quindi temporaneamente verranno sospesi. In questo modo se avessi un palazzo questo cadrebbe. La fluidificazione è un movimento di fluido verso l'alto, quindi se ho una via di fuga per quest'acqua o gas questo movimento tenderà a trasportare questi granuli verso l'alto creando dei condotti di fuga.

Come li riconosco?

Non hanno struttura interna causato da una rapida deposizione. Sono di dimensioni da piccole a notevoli (vulcani di fango).

GRAIN FLOW

Flussi gravitati supportati dalla collisione tra i granuli. Avvengono sui fianchi delle dune, nel deserto del Sahara. Esistono anche quelle subacquee. Hanno spessori ridotti. Il meccanismo di collisione trainante avviene quando la parte superficiale che si mette in movimento viene sostenuta dalla collisione dei granuli e una parte scorre lungo il piano inclinato (duna).

CORRENTI DI TORBIDA 

Fonte: http://www.danieladidio.it/conoscenza/lig_lev_hiptext/hotwords/torbida.htm (13.11.11 - ore 16.41) 

Chiamate anche correnti di densità o di gravità in quanto si creano in situazioni di differenze di densità le quali dipendono a loro volta dalla temperatura, dalla salinità e dalle concentrazioni di sedimento. È un flusso di sedimento dei fluidi circostanti che in base al materiale al quale va incontro si divide in flusso iperpicnale (underflow), ipopicnale (strato nefeloide) e picnoclino-interflusso (interflow).

Se per esempio ci troviamo in una situazione nella quale un fiume entra in un lago avremo che un accumulo di acqua e sedimento entrerà in questo lago. Se questa corrente di torbida, ovvero l'insieme del fluido e sedimento, avrà densità maggiore di quella del lago tenderà a sprofondare e quindi a creare un flusso iperpicnale, se la sua densità invece è minore galleggerà formando un flusso ipopicnale ma se invece è una via di mezzo sarà un flusso picnoclino-interflusso.

Le correnti di torbida si dividono in varie parti: testa, collo, corpo e coda. Nella testa ma anche nel collo troviamo zone di turbolenza (vortici, zona di mescolanza), nel corpo troviamo il sedimento che viene trasportato e nella coda anche ma via via sempre meno. I parametri importanti da osservare in un fenomeno di questo genere sono la distanza percorsa, la quantità di sedimento trasportata e la frequenza dell'innesco.

MECCANICA

Esistono due tipi di forze che innescano il movimento:

• forza di pressione dovuta alla differenza di densità;
• forza peso del flusso dovuta alla forza di gravità.

Prendiamo quindi un pendio e lo suddividiamo in 3 parti: la parte alta sarà quella da dove partirà la corrente e dove ci sarà più energia e più velocità (situazione di flusso non uniforme e non stazionario), la parte centrale sarà quella dove si instaurerà una situazione di equilibrio dinamico (zona di bypass) mentre la parte bassa sarà quella nella quale velocità e energia diminuiscono notevolmente trovandoci quindi nella cosiddetta zona di deposizione (situazione di flusso uniforme e stazionario).

Il suo profilo di velocità sarà misto in quanto avremmo una prima parte che va nella direzione della corrente e dove poco sopra il terreno raggiungerà il valore massimo e una seconda parte che sarà inversa a causa delle turbolenze che si creano nella testa che comportano un'inversione del flusso.

Fenomeni che influenzano questo tipo di corrente sono la dissipazione del flusso e l'autosospensione.

Per quanto riguarda la dissipazione possiamo dire che ciò avviene nel seguente modo: abbiamo all'inizio un rifornimento della nostra colata, successivamente però avremo una perdita di densità per diluizione e poi anche per deposizione. Quindi avremo una zona iniziale di rifornimento, poi una di deposizione e nella zona di testa avremo anche una zona di erosione dovuta ai vortici.

L'autosospensione è un processo che si chiude su se stesso e parte dalla turbolenza dei vortici creati nella testa, questi creano un sollevamento di materiale più fine dal terreno i quali provocano un contrasto di densità che a sua volta genera un input di energia gravitazionale che fa dirigere il flusso verso il bacino dove creano nuovamente turbolenza.

I depositi di queste correnti sono degli strati gradati formati da una successione organizzata di strutture sedimentarie.

SEQUENZA DI BOUMA 

Fonte: http://www.geologia.com/area_raga/torbidite/torbidite3.html (13.11.2011 - ore 16.43) 

Questa sequenza è costituita da diversi strati denominati:

• Ta, comprende la parte basale composta da sabbie da fini a grossolane, massicce o gradate (normalmente alla base si ha gradazione inversa);
• Tb, comprende sabbie da fini a medie con laminazioni piano-parallele (tappeto di trazione);
• Tc, comprende sabbia fine con laminazione incrociata, ondulata e convoluta formate dalla fuoriuscita di fluidi e aria dovuti alla litificazione;
• Td, comprende silt con laminazione piano-parallela;
• Te, comprende pelite omogenea (decantazione).

Non sempre troviamo questa sequenza completa. Ad esempio in una scarpata o in quella di un conoide questa non lo sarà mai in quanto la forza di gravità farà cadere i massi più grossolano per prima non facendoli arrivare alla base del conoide dove troveremo materiale più fine (sabbie fini e argille). La torbidite completa la troveremo in mezzo alla conoide.

Alcuni degli intervalli quindi possono mancare nella realtà. Questo perchè magari il materiale che ha alimentato la corrente di torbida era assente all'origine della porzione grossolana o fine.

Alla base di questa sequenza si forma sempre una zona di erosione.

Fonti: appunti tratti dalle lezioni del corso di Sedimentologia (Scienze Geologiche) - Università degli Studi di Ferrara