Introduzione
Nel corso di milioni di anni, la Terra ha subito molti cambiamenti che hanno modellato la sua forma e struttura attuale. Da una palla di polvere secondo l’ipotesi nebulare, alla forma attuale, la Terra si è trasformata molto. Una volta un luogo abitabile, durante l’epoca Hadean, la nostra Terra ha visto molti processi durante un lungo periodo di più di 4 miliardi di anni. Le fasi di sviluppo che hanno formato l’attuale mondo abitabile includono sia forze interne che esterne. L’impatto meteoritico, le attività vulcaniche e le attività erosive di fiumi, venti, ghiacciai, oceani, ecc. insieme alla diffusione dei fondali marini e alle attività della tettonica a placche hanno lavorato costantemente per modellare la Terra come la vediamo ora. Molte di queste attività si verificano durante un breve intervallo, mentre alcune richiedono milioni di anni per creare vari regimi climatici, geologici e geomorfologici. Tutti questi processi infiniti sono ancora in corso e modellano la nostra Terra attualmente. Il più notevole di tutti questi processi è quello geomorfico, poiché crea la forma della Terra come la vediamo ora. Quindi, lo studio di questi processi geomorfici è fondamentale per capire i fenomeni e i processi che avvengono in natura.
Derivando dalle parole greche, γεω (Terra), μορφη (morph/form), e λογοϛ (discutere), la geomorfologia significa letteralmente “una discussione sulla forma della Terra”. Quindi, è lo studio delle varie caratteristiche che si trovano sulla Terra, come montagne, colline, pianure, fiumi, morene, circhi, dune di sabbia, spiagge, sputi, ecc., che sono create da vari agenti come fiumi, ghiacciai, vento, oceano, ecc. Dal quarto secolo a.C., molte persone hanno studiato la formazione della Terra relazionandosi con varie osservazioni sul campo. Antichi greci e romani come Aristotele, Strabone, Erodoto, Senofane e molti altri hanno discusso l’origine delle valli, la formazione dei delta, la presenza di conchiglie sulle montagne, ecc. Dopo aver osservato le conchiglie sulla cima delle montagne, Senofane ipotizzò che la superficie della Terra doveva essersi alzata e abbassata di tanto in tanto, creando così valli fluviali e montagne (580-480 a.C. circa). Dopo aver osservato conchiglie sulla cima delle montagne e vaste distese di sabbia, Aristotele (c.384-322 a.C.) suggerì che le aree che ora sono terre aride devono essere state coperte dal mare in passato e quelle aree dove il mare è presente ora devono essere state terre aride un tempo. Quindi, ha proposto che la terra e il mare cambiano posto. Tradizionalmente, la storia dell’evoluzione del paesaggio è stata realizzata attraverso la mappatura delle caratteristiche sedimentarie e morfologiche. Per comprendere l’evoluzione del paesaggio, si è seguita la regola d’oro “il presente è la chiave del passato”. Questa regola presuppone che i processi che sono visibili in azione oggi devono essersi verificati anche nel passato, il che può essere usato per dedurre le ragioni della formazione del paesaggio nel passato. Quindi, la formazione del passato dipendeva principalmente dalle informazioni relative e dal metodo di invecchiamento.
Tuttavia, la parola “geomorfologia” fu coniata e usata per la prima volta tra gli anni 1870 e 1880 per descrivere la morfologia della superficie della Terra. Ma è stata resa popolare da William Morris Davis che ha proposto il “ciclo geografico” conosciuto anche come “ciclo Davis”. Egli propose che lo sviluppo dei paesaggi si verifica a causa dell’azione alternata di sollevamento e denudazione. Presumeva che il sollevamento avvenisse rapidamente e poi la massa di terra sollevata erodeva gradualmente per formare la topografia della regione. Ha ipotizzato che il sollevamento è un’azione rapida, mentre la denudazione è un processo che richiede tempo. Così, la creazione di alte montagne e profonde valli mostra le fasi di giovinezza, maturità e vecchiaia dello sviluppo delle forme terrestri. Sebbene il ciclo di Davis sia considerato un’opera classica, la sua ipotesi manca di una comprensione di base del fatto che sia l’innalzamento che la denudazione avvengono simultaneamente. Entrambi questi fenomeni vanno di pari passo e non sono necessariamente alternati. Quindi, quasi 35 anni dopo, Walther Penck ha proposto una variazione del “modello Davis”, in cui ha dimostrato che l’interazione tra sollevamento e denudazione avviene simultaneamente. Ha suggerito che a causa delle azioni simultanee, i pendii si svilupperanno in tre forme principali. In primo luogo, un pendio convesso in cui il tasso di sollevamento è più alto del tasso di denudazione; poi, uno stato stazionario o una fase stazionaria in cui entrambi i tassi sono quasi uguali, creando così un pendio dritto; e infine pendii concavi quando il tasso di sollevamento è inferiore al tasso di denudazione. Così, nel corso del tempo, vari aspetti delle forme del terreno sono stati studiati dai geomorfologi. Alcuni geomorfologi hanno studiato il processo di formazione di queste forme terrestri, mentre altri ne hanno studiato l’origine e la storia, e altri ancora hanno analizzato varie forme di forme terrestri per la loro quantità. Quindi, in poche parole, i geomorfologi moderni si concentrano principalmente su tre aspetti delle forme del terreno: forma, processo e storia. Gli studi di forma e processo sono comunemente definiti come geomorfologia funzionale, mentre l’ultimo come geomorfologia storica. Lo studio dei vari processi che sono responsabili della formazione di un paesaggio rientra nell’ambito della geomorfologia funzionale.
Tutte queste forme di terreno che sono visibili sulla Terra variano in dimensioni da microscala come buche, flauti, increspature, ecc. a caratteristiche di mega-scala come catene montuose, bacini fluviali, ecc. Quindi, anche il tempo necessario per formare queste caratteristiche varia da decine di anni a milioni di anni. È stato anche osservato che certe caratteristiche sono native di certe zone climatiche; quindi, lo sviluppo di zone climatiche come aride, tropicali, ecc. gioca un ruolo critico nella formazione ed evoluzione di queste caratteristiche geomorfiche. Per esempio, le formazioni osservate alle alte latitudini mostrano la firma del ciclo di glaciazione e deglaciazione, che è indicativo dell’ambiente climatico quaternario, mentre in altre parti del mondo, come il Grand Canyon della valle del fiume Colorado negli Stati Uniti hanno conservato la firma di varie attività, che si sono verificate centinaia di milioni di anni fa, nelle sue varie forme di terreno. La maggior parte delle forme del terreno sono formate e deformate a causa di due processi, vale a dire, endogeni che si verificano all’interno della crosta terrestre come cicli di calore convettivo, pennacchi ascendenti e camere magmatiche e processi esogeni che modellano le caratteristiche sulla superficie della Terra con l’aiuto di vari agenti atmosferici come acqua, vento, ghiacciai, mari, ecc. Tutti questi fenomeni di evoluzione del paesaggio rispetto alla durata della vita, alle zone climatiche e ai processi sono mostrati nella Figura 1.
Figura 1.
Forma, processo e loro interrelazioni per l’evoluzione di varie forme di terreno sviluppate a causa di processi endogeni ed esogeni su varie scale di tempo e zone climatiche (adattato da ).
Sono stati fatti molti lavori nel campo della geomorfologia funzionale e storica. Ora, molti altri campi o tipi di geomorfologia sono stati studiati come la geomorfologia tettonica, la geomorfologia sottomarina, la geomorfologia planetaria, la geomorfologia climatica e la geomorfologia modellistica. L’interazione delle forze tettoniche e dei processi geomorfici deforma regolarmente la crosta terrestre, e questo ha portato allo sviluppo della geomorfologia tettonica. Utilizza le tecniche e i dati di altri campi della geologia, principalmente strutturale, geochimica, geocronologia in congiunzione con la geomorfologia e i cambiamenti climatici. Come suggerisce il nome, la geomorfologia sottomarina si concentra sull’origine, la formazione e lo sviluppo delle forme di terreno sottomarino sviluppate in ambienti marini sia poco profondi che profondi. La geomorfologia planetaria si occupa dell’applicazione della comprensione della formazione delle forme del terreno sulla Terra a oggetti extraterrestri come la luna, i pianeti, gli esopianeti, ecc. Questo è relativamente l’ultimo ramo e si sta sviluppando molto velocemente. Gli studi geomorfologici di Venere, Marte, Giove, Titano e altri pianeti sono una torta calda in questi giorni. Il clima gioca un ruolo critico nello sviluppo di varie forme di terreno native di ogni zona climatica, come aride, tropicali, temperate, ecc. Questa comprensione è la base per lo sviluppo della geomorfologia climatica come flusso. L’effetto dei fenomeni climatici insieme alle attività tettoniche pone una nuova corrente trasversale di geomorfologia conosciuta come geomorfologia climatico-tettonica. Oggigiorno, approcci inter- e multidisciplinari sono stati usati in vari campi della scienza, e la geomorfologia è uno di questi dove l’incrocio è molto evidente. Fino ad oggi, sono stati sviluppati vari rami e propaggini della geomorfologia, e molte ricerche sono state effettuate in queste aree interdisciplinari.
Tra tutti gli agenti esogeni che sono al lavoro per formare il paesaggio, l’acqua è il più promettente ed efficace. Quindi, la geomorfologia fluviale è stata studiata molto in dettaglio. Tenendo in mente questi aspetti, questo libro è stato formulato dove l’attenzione principale è sulle caratteristiche geomorfiche sviluppate a causa dell’azione dell’acqua. Quindi, due capitoli sulla geomorfologia fluviale e un capitolo sulla geomorfologia costiera sono stati presentati qui. Mentre l’ultimo capitolo si occupa delle recenti tendenze del modello digitale di elevazione (DEM) che potrebbe essere usato molto efficacemente per l’analisi morfometrica di vari corsi d’acqua.
L’idro-geomorfologia, lo studio dei processi idrologici, coinvolge il deflusso superficiale, il flusso di base, lo scarico del flusso e i processi di erosione del suolo e del letto del fiume, che cesellano continuamente il profilo geomorfologico di un bacino. La durata di questi processi varia da poche centinaia di anni a milioni di anni. Oltre alla quantificazione dei processi idrologici, così come dei processi di erosione del suolo e del letto del fiume, la modellazione idro-geomorfologica continua fornisce informazioni preziose per la tendenza futura di questi processi fisici. Un’ampia varietà di modelli integrati che simulano continuamente il deflusso, l’erosione del suolo e i processi di trasporto dei sedimenti sono disponibili. Nel capitolo 2, viene presentato un modello matematico composito che mira alla simulazione continua dei processi idro-geomorfologici, così come alle simulazioni continue dei processi di erosione del suolo e del letto del fiume nel bacino del fiume Kosynthos (distretto di Xanthi, Tracia, Grecia nord-orientale) e nel bacino del fiume Nestos (confine Macedonia-Tracia, Grecia nord-orientale), i due bacini vicini nella Grecia nord-orientale. Il loro modello genera idrografi continui e grafici di sedimenti alle uscite dei due bacini a scale temporali fini, la cui efficienza statistica con le quantità misurate all’uscita del bacino è altamente significativa e fornisce risultati soddisfacenti. Il coefficiente di correlazione dei valori modellati con i valori misurati è superiore all’80% per entrambi i bacini per il deflusso dell’acqua e dei sedimenti.
Le attività antropogeniche hanno influenzato significativamente i regimi geomorfologici fluviali in un arco di tempo molto breve. Dalla costruzione di dighe che aumenta la sedimentazione nel bacino, cambiando così il profilo del letto del fiume, alla deforestazione e all’urbanizzazione che sta aumentando i tassi di erosione nel bacino fluviale, le attività antropogeniche hanno lasciato le loro impronte nel fenomeno naturale. Simile è il caso di St. Lawrence Lowlands della regione del Quebec dello scudo canadese, dove la costruzione di dighe ha portato all’aumento della larghezza delle sponde, diminuendo così la sinuosità del canale e cambiando i regimi fluviali. Ulteriori cambiamenti nel modello di uso del suolo hanno anche portato a una maggiore erosione e sedimentazione. Il disboscamento delle foreste per le pratiche agricole ha portato alla deforestazione, e più tardi l’afforestazione in quella regione (aree agricole) a causa del declino della forza lavoro agricola ha avuto un impatto sull’evoluzione morfologica dei canali nella regione del Quebec in Canada. Così, il capitolo 3 cerca di vincolare gli impatti del rimboschimento e della variabilità idroclimatica sulla morfologia (larghezza e sinuosità) del canale del fiume Matambin in Quebec, Canada. Hanno osservato una diminuzione del 21% della larghezza media del canale dal 1935 al 1964, che è stato caratterizzato da una bassa frequenza di forti flussi di piena nella regione. Dopo il 1964, è stata osservata una tendenza all’aumento della larghezza media della sponda del canale, che è associata all’aumento della frequenza di forti flussi di piena e alla diminuzione della quantità di sedimenti sospesi prodotti dall’erosione del suolo.
Tassi più alti di erosione sono osservati quando l’agente atmosferico è l’acqua. E, considerando le enormi distese di oceani e l’erosione che si verifica sulle rive prende il primo posto. Questo effetto è chiaramente visibile nel cambiamento della linea di riva e nell’aumento del livello del mare. La maggior parte delle città popolate di tutto il mondo sono situate vicino alle coste; così, la maggior parte della popolazione del mondo vive entro pochi chilometri dalla costa. Quindi, una corretta gestione del territorio costiero è necessaria per soddisfare le esigenze di una popolazione sempre più numerosa. Il cambiamento della linea di riva (erosione delle scogliere) è stato studiato usando modelli predittivi che si basano su registrazioni storiche e sui dati geomorfologici di una certa regione. Gli attuali modelli di estrapolazione storica usano dati storici di recessione, ma ambienti diversi con gli stessi valori storici possono produrre caratteristiche di ritiro annuale identiche nonostante le risposte potenziali a un ambiente che cambia siano disuguali. Per questo motivo, i modelli di processo-risposta vengono spiegati nel Capitolo 4 sulla base dei dati reali della costa di Holderness (Regno Unito), per fornire previsioni quantitative degli effetti dei cambiamenti naturali e indotti dall’uomo che non possono essere previsti utilizzando altri modelli.
Con l’avvento della tecnologia satellitare, è stato assolutamente facile studiare la superficie della Terra dai dati satellitari. Quando si tratta di identificare varie forme di terreno e descrivere le apparenze fisiche, le immagini satellitari o le foto aeree sono molto utili. Tuttavia, questo approccio è più qualitativo che quantitativo ed è definito come morfografia, dove le forme esterne sono descritte senza dare informazioni sul modo di creazione di queste caratteristiche. Vari metodi sono utilizzati per definire l’origine delle caratteristiche e il meccanismo di sviluppo di queste caratteristiche. Questo rientra nella morfogenesi, mentre la morfocronologia si occupa della stima dell’età delle forme sia in termini assoluti che relativi. Infine, la stima quantitativa effettuata tramite misurazioni delle caratteristiche geometriche delle forme del terreno è conosciuta come morfometria. Ci sono vari parametri morfometrici e indici morfometrici utilizzati in geomorfometria per definire l’analisi e la classificazione delle forme del terreno. Il capitolo 5 presenta una rassegna dettagliata spiegando vari indici e parametri geomorfometrici e mostra l’utilizzo del DEM per l’estrazione di queste informazioni. Spiega questi strumenti con vari esempi che sono disponibili in vari pacchetti GIS.