Capitol introductiv: Geomorfologie

Introducere

De-a lungul a milioane de ani, Pământul a trecut prin multe schimbări care i-au modelat forma și structura actuală. De la o minge de praf, conform ipotezei nebuloase, până la forma actuală, Pământul s-a transformat foarte mult. Cândva un loc loc locuibil, în timpul Hadeanului, Pământul nostru a cunoscut multe procese de-a lungul unei perioade lungi de peste 4 miliarde de ani. Etapele de dezvoltare care au format actuala lume locuibilă includ atât forțe interne, cât și externe. Impactul meteoritic, activitățile vulcanice și activitățile de eroziune ale râurilor, vânturilor, ghețarilor, oceanelor etc., împreună cu răspândirea fundului mării și activitățile de tectonică a plăcilor au lucrat în mod constant pentru a modela Pământul așa cum îl vedem acum. Multe dintre aceste activități au loc într-un interval scurt de timp, în timp ce altele durează milioane de ani pentru a crea diverse regimuri climatice, geologice și geomorfologice. Toate aceste procese nesfârșite sunt încă în desfășurare continuă și modelează Pământul nostru în prezent. Cele mai notabile dintre toate aceste procese sunt procesele geomorfice, deoarece ele creează forma și forma Pământului așa cum îl vedem în prezent. Prin urmare, studiul acestor procese geomorfice este esențial pentru a înțelege fenomenele și procesele care au loc în natură.

Dovine de la cuvintele grecești, γεω (Pământ), μορφη (morf/formă) și λογοϛ (discuta), geomorfologia înseamnă literalmente „o discuție despre forma Pământului”. Prin urmare, este studiul diferitelor caracteristici care se găsesc pe Pământ, cum ar fi munți, dealuri, câmpii, râuri, morene, circuri, dune de nisip, plaje, spițe etc., care sunt create de diverși agenți, cum ar fi râurile, ghețarii, vântul, oceanul etc. Începând cu secolul al IV-lea î.Hr. mulți oameni au studiat formarea Pământului, raportându-se la diverse observații pe teren. Grecii și romanii antici, precum Aristotel, Strabon, Herodot, Xenofan și mulți alții au discutat despre originea văilor, formarea deltelor, prezența scoicilor pe munți etc. După ce a observat scoicile de pe vârful munților, Xenophanes a speculat că suprafața Pământului trebuie să se fi ridicat și coborât din când în când, creând astfel văile râurilor și munții (c.580-480 î.Hr.). După ce a observat scoicile de pe vârful munților și întinderile vaste de nisip, Aristotel (c.384-322 î.Hr.) a sugerat că zonele care acum sunt aride trebuie să fi fost acoperite de mare în trecut, iar acele zone în care marea este prezentă acum trebuie să fi fost cândva aride. Prin urmare, el a propus că pământul și marea își schimbă locul. În mod tradițional, istoria dezvoltării peisajului a fost realizată prin cartografierea caracteristicilor sedimentare și morfologice. Pentru înțelegerea evoluției peisajului, a fost urmată regula de aur, „prezentul este cheia trecutului”. Această regulă presupune că procesele care sunt vizibile în acțiune astăzi trebuie să fi avut loc și în trecut, ceea ce poate fi folosit pentru a deduce motivele formării peisajului în trecut. Prin urmare, formarea trecutului a depins în principal de informațiile relative și de metoda de îmbătrânire.

Cu toate acestea, cuvântul „geomorfologie” a fost inventat și folosit pentru prima dată între anii 1870 și 1880 pentru a descrie morfologia suprafeței Pământului. Dar a fost popularizat de William Morris Davis care a propus „ciclul geografic”, cunoscut și sub numele de „ciclul Davis” . El a propus că dezvoltarea peisajelor are loc ca urmare a acțiunii alternative a ridicării și denudării. El a presupus că ridicarea se produce rapid, iar apoi masa de teren ridicată se erodează treptat pentru a forma topografia regiunii. El a emis ipoteza că ridicarea este o acțiune rapidă, în timp ce denudarea este un proces care necesită timp. Astfel, crearea munților înalți și a văilor adânci pune în evidență etapele de tinerețe, maturitate și bătrânețe ale dezvoltării formelor de relief. Deși ciclul lui Davis este considerat o lucrare clasică, dar ipotezei sale îi lipsește înțelegerea de bază a faptului că atât ridicarea cât și denudarea au loc simultan. Ambele fenomene merg mână în mână și nu sunt neapărat alternative. Prin urmare, aproape 35 de ani mai târziu, Walther Penck a propus o variantă a „modelului Davis”, în care a arătat că interacțiunea atât a ridicării, cât și a denudării are loc simultan . El a sugerat că, datorită acțiunilor simultane, versanții se vor dezvolta în trei forme principale. În primul rând, o pantă convexă în cazul în care rata de ridicare este mai mare decât rata de denudare; apoi, un stadiu staționar sau staționar în care ambele rate sunt aproape egale, creând astfel o pantă dreaptă; și, în cele din urmă, pante concave atunci când rata de ridicare este mai mică decât rata de denudare. Astfel, de-a lungul timpului, geomorfologii au studiat diferite aspecte ale formelor de relief. Unii geomorfologi au studiat procesul de formare a acestor forme de relief, în timp ce unii au studiat originea și istoria lor, iar alții au analizat diverse forme de relief pentru a le analiza cantitativ. Prin urmare, pe scurt, geomorfologii moderni se concentrează în principal asupra a trei aspecte ale formelor de relief: forma, procesul și istoria. Studiile privind forma și procesul sunt denumite în mod obișnuit geomorfologie funcțională, în timp ce ultimul ca geomorfologie istorică . Studiul diverselor procese care sunt responsabile de formarea unui peisaj intră în sfera de competență a geomorfologiei funcționale.

Toate aceste forme de relief care sunt vizibile pe Pământ variază în mărime, de la dimensiuni la scară microscopică, cum ar fi gropi, caneluri, ondulații etc., până la caracteristici la scară mega, cum ar fi lanțuri muntoase, bazine fluviale etc. Prin urmare, timpul necesar pentru a forma aceste caracteristici variază, de asemenea, de la zeci de ani la milioane de ani. S-a observat, de asemenea, că anumite caracteristici sunt originare din anumite zone climatice; prin urmare, dezvoltarea zonelor climatice, cum ar fi cele aride, tropicale etc., joacă un rol esențial în formarea și evoluția acestor caracteristici geomorfice. De exemplu, formele de relief observate la latitudini mai mari prezintă semnătura ciclului de glaciațiune și deglaciațiune, ceea ce indică un mediu climatic cuaternar, în timp ce în alte părți ale lumii, cum ar fi Marele Canion din Valea Râului Colorado din Statele Unite au păstrat semnătura diferitelor activități, care au avut loc cu sute de milioane de ani în urmă, în diversele sale forme de relief. Cele mai multe dintre formele de relief se formează și se deformează datorită a două procese, și anume, procesele endogene, care au loc în interiorul scoarței terestre, cum ar fi ciclurile convective de căldură, plombele ascendente și camerele magmatice, și procesele exogene, care modelează caracteristicile de la suprafața Pământului cu ajutorul diferiților agenți de meteorizare, cum ar fi apa, vântul, ghețarii, mările etc. Toate aceste fenomene de evoluție a peisajului în ceea ce privește durata de viață, zonele climatice și procesele sunt prezentate în figura 1.

O mulțime de lucrări au fost realizate în domeniul geomorfologiei funcționale și istorice. În prezent, au fost studiate multe alte domenii sau tipuri de geomorfologie, cum ar fi geomorfologia tectonică, geomorfologia submarină, geomorfologia planetară, geomorfologia climatică și geomorfologia de modelare. Interacțiunea dintre forțele tectonice și procesele geomorfice deformează în mod regulat scoarța terestră, ceea ce a dus la dezvoltarea geomorfologiei tectonice. Aceasta utilizează tehnicile și datele din alte domenii ale geologiei, în principal structurală, geochimică, geocronologie în combinație cu geomorfologia și schimbările climatice. După cum sugerează și numele, geomorfologia submarină se concentrează pe originea, formarea și dezvoltarea formelor de relief submarine dezvoltate atât în mediile marine de mică adâncime, cât și în cele de mare adâncime. Geomorfologia planetară se ocupă de aplicarea înțelegerii formării formelor de relief de pe Pământ la obiectele extraterestre, cum ar fi Luna, planetele, exoplanetele etc. Aceasta este, comparativ, cea mai recentă ramură și se dezvoltă foarte rapid. Studiile geomorfice ale planetelor Venus, Marte, Jupiter, Titan și ale altor planete sunt foarte populare în prezent. Clima joacă un rol esențial în dezvoltarea diferitelor forme de relief originare din fiecare zonă climatică, cum ar fi zonele aride, tropicale, temperate etc. Această înțelegere stă la baza dezvoltării geomorfologiei climatice ca un curent. Efectul fenomenelor climatice împreună cu activitățile tectonice creează un nou curent încrucișat al geomorfologiei, cunoscut sub numele de geomorfologie climato-tectonică. În zilele noastre, abordările inter și multidisciplinare au fost folosite în diferite domenii ale științei, iar geomorfologia este unul dintre ele în care încrucișarea este foarte evidentă. Până în prezent, au fost dezvoltate diverse ramuri și ramificații ale geomorfologiei și au fost efectuate o mulțime de cercetări în aceste domenii interdisciplinare.

Printre toți agenții exogeni care acționează pentru a forma peisajul, apa este cel mai promițător și eficient. De aceea, geomorfologia fluvială a fost studiată foarte mult în detaliu. Ținând cont de aceste aspecte, a fost formulată această carte în care accentul principal este pus pe caracteristicile geomorfice dezvoltate datorită acțiunii apei. Prin urmare, aici sunt prezentate două capitole despre geomorfologia fluvială și un capitol despre geomorfologia de coastă. În timp ce ultimul capitol se ocupă de tendințele recente ale modelului digital de elevație (DEM) care ar putea fi folosit foarte eficient pentru analiza morfometrică a diferitelor cursuri de apă.

Hidrogeomorfologia, studiul proceselor hidrologice, implică scurgerea de suprafață, debitul de bază, debitul cursurilor de apă și procesele de eroziune a solului și a albiei, care cizelează continuu profilul geomorfologic al unui bazin. Durata de viață a acestor procese variază de la câteva sute de ani până la milioane de ani. Pe lângă cuantificarea proceselor hidrologice, precum și a proceselor de eroziune a solului și a albiei râurilor, modelarea hidro-geomorfologică continuă oferă informații valoroase pentru tendințele viitoare ale acestor procese fizice. Este disponibilă o mare varietate de modele integrate care simulează în mod continuu procesele de scurgere, de eroziune a solului și de transport al sedimentelor. În capitolul 2, este prezentat un model matematic compozit care vizează simulări continue ale proceselor hidro-geomorfologice, precum și simulări continue ale proceselor de eroziune a solului și a albiei râurilor în bazinul râului Kosynthos (districtul Xanthi, Tracia, nord-estul Greciei) și în bazinul râului Nestos (granița dintre Macedonia și Tracia, nord-estul Greciei), cele două bazine învecinate din nord-estul Greciei. Modelul lor generează hidrograme continue și grafice de sedimente la ieșirile celor două bazine la scări temporale fine, a căror eficiență statistică cu cantitățile măsurate la ieșirea din bazin este foarte semnificativă, oferind rezultate satisfăcătoare. Coeficientul de corelație a valorilor modelate cu valorile măsurate este mai mare de 80% pentru ambele bazine pentru evacuarea apei și sedimentelor.

Activitățile antropogene au afectat semnificativ regimurile geomorfologice fluviale într-un interval de timp foarte scurt. De la construcția barajelor care mărește sedimentarea în rezervor, modificând astfel profilul albiei, până la despăduriri și urbanizare care sporesc ratele de eroziune în bazinul hidrografic, activitățile antropice și-au lăsat amprenta în fenomenul natural. Un caz similar este cel din regiunea Saint-Laurent Lowlands din Quebec, din scutul canadian, unde construcția de baraje a dus la creșterea lățimii de umplere a malurilor, scăzând astfel sinuozitatea canalului și modificând regimurile fluviale. Schimbările ulterioare în ceea ce privește modul de utilizare a terenurilor au dus, de asemenea, la creșterea eroziunii și sedimentării. Defrișarea pădurilor pentru practici agricole a dus la despădurire, iar ulterior împădurirea în acea regiune (zone agricole) din cauza scăderii forței de muncă în agricultură a avut un impact asupra evoluției morfologice a canalelor din regiunea Quebec din Canada. Astfel, Capitolul 3 încearcă să constrângă impactul reîmpăduririi și al variabilității hidroclimatice asupra morfologiei (lățime și sinuozitate) canalului râului Matambin din Quebec, Canada. Aceștia au observat o scădere cu 21% a lățimii medii de umplere a malurilor canalului din 1935 până în 1964, care a fost caracterizată de o frecvență redusă a fluxurilor puternice de inundații în regiune. După 1964, s-a observat o tendință de creștere a lățimii medii de umplere a malurilor canalului, care este asociată cu creșterea frecvenței fluxurilor puternice de inundații și cu scăderea cantității de sedimente în suspensie produse de eroziunea solului.

Se observă rate mai mari de eroziune atunci când agentul de alterare este apa. Și, având în vedere întinderile uriașe ale oceanelor și eroziunea care are loc la țărmuri ocupă primul loc. Acest efect este clar vizibil în modificarea liniei țărmului și în creșterea nivelului mării. Cele mai multe dintre orașele populate din întreaga lume sunt situate în apropierea coastelor; astfel, majoritatea populației lumii trăiește la câțiva kilometri de coastă. Astfel, este necesară o gestionare adecvată a terenurilor de coastă pentru a răspunde nevoilor unei populații în continuă creștere. Schimbarea liniei țărmului (eroziunea falezelor) a fost studiată cu ajutorul unor modele predictive care se bazează pe înregistrări istorice și pe datele geomorfologice ale unei anumite regiuni. Modelele actuale de extrapolare istorică utilizează date istorice de retragere, dar medii diferite cu aceleași valori istorice pot produce caracteristici de retragere anuală identice, în ciuda faptului că răspunsurile potențiale la un mediu în schimbare sunt inegale. Din acest motiv, modelele de răspuns la proces sunt explicate în capitolul 4 pe baza datelor reale de pe coasta Holderness (Marea Britanie), pentru a oferi predicții cantitative ale efectelor schimbărilor naturale și induse de om care nu pot fi prevăzute cu ajutorul altor modele.

Cu apariția tehnologiei satelitare, a fost absolut ușor să se studieze suprafața Pământului din datele satelitare. Când vine vorba de identificarea diferitelor forme de relief și de descrierea aspectului fizic, imaginile din satelit sau fotografiile aeriene sunt foarte utile. Cu toate acestea, această abordare este mai mult calitativă decât cantitativă și este definită ca morfografie, unde formele exterioare sunt descrise fără a oferi informații despre modul de creare a acestor caracteristici. Diverse metode sunt utilizate pentru a defini originea trăsăturilor și mecanismul de dezvoltare a acestor trăsături. Aceasta intră sub incidența morfogenezei, în timp ce morfocronologia se ocupă de estimarea vârstei formelor atât în termeni absoluți, cât și relativi. În cele din urmă, estimarea cantitativă realizată prin măsurători ale caracteristicilor geometrice ale formelor de relief este cunoscută sub numele de morfometrie. Există diverși parametri morfometrici și indici morfometrici care sunt utilizați în geomorfometrie pentru a defini analiza și clasificarea formelor de relief. Capitolul 5 prezintă o analiză detaliată prin explicarea diverșilor indici și parametri geomorfometrici și arată utilizarea DEM pentru extragerea acestor informații. El explică aceste instrumente cu diverse exemple care sunt disponibile în diverse pachete GIS.

.