Processi Geologici, Rischi Naturali e Risorse Energetiche: Compendio di Geomorfologia e Geologia Applicata

Modellazione Fluviale

I fiumi, tipici sistemi morfoclimatici umidi, sono i principali trasportatori di sostanze minerali dai continenti agli oceani. I flussi possiedono una grande quantità di energia utilizzata nei processi di erosione e trasporto di materiali, oltre a erodere e approfondire il loro letto, che assume una tipica forma a "V".

Sebbene i corsi d'acqua abbiano una geometria che può variare lungo il loro percorso, sono divisi in 3 gruppi principali:

• Retti (Straight): La sinuosità del canale è trascurabile.
• Ramificati: Quelli in cui vi è una serie di divisioni, formando così canali intrecciati.
• Sistema fluviale a Meandri: Il canale presenta curve lungo l'intera traiettoria.

Erosione e Trasporto Fluviale

L'erosione fluviale dipende dal flusso, dalla pendenza, dai prodotti che portano la corrente e dai materiali che compongono il canale. L'abrasione fluviale è un processo di usura meccanica. Si verifica quando le particelle trasportate dalla corrente colpiscono le pareti del canale, frammentandosi e rotolando sul letto del fiume, rompendosi in piccoli grani di dimensioni diverse. L'abrasione crea pozze e cascate.

I torrenti, ruscelli con flusso stagionale e letto fisso, erodono il letto del fiume nel bacino idrografico e trasportano i materiali verso il canale di scarico fino a quando il sedimento si deposita nel conoide alluvionale, dove si formano depositi a piè di monte (Piemonte).

Sedimentazione e Terrazzi Fluviali

La sedimentazione si verifica quando il tasso di flusso diminuisce, in generale, riducendo la pendenza. I fiumi sono gli agenti che meglio classificano i loro depositi geologici: a seconda della velocità, a valle vengono depositati prima i materiali più spessi, mentre il materiale più sottile può continuare ad essere depositato più lontano.

I terrazzi fluviali sono antichi depositi alluvionali che si sono formati attorno al fiume e che erodono la sua stessa piana alluvionale. Sono tradizionalmente associati alle glaciazioni del Quaternario, quando il potere erosivo del fiume poteva essere riattivato da impulsi glaciali.

Processi Carsici (Carso)

Il carsismo si verifica in rocce carbonatiche e influisce sulla dissoluzione. Queste rocce sono apparentemente impermeabili, ma permettono all'acqua di passare facilmente attraverso le giunzioni (fessure).

L'acqua piovana contiene anidride carbonica disciolta; quando entrambi reagiscono, formano acido carbonico, che dissolve il carbonato di calcio secondo le seguenti reazioni:

CO₂ + H₂O <--> H₂CO₃
H₂CO₃ + CaCO₃ (insolubile) <--> Ca(HCO₃)₂ (solubile)

L'azione solvente dell'acqua allarga progressivamente le fessure, permettendo il flusso delle acque sotterranee e riempiendo le cavità superficiali. Sulla superficie di un massiccio calcareo appaiono scanalature o lapiez (campi carreggiati).

Formazioni Sotterranee

All'interno si originano grotte a diversi livelli, collegate tra loro da gallerie profonde. Abbassando il livello delle acque, le cavità superiori subiscono decompressione, causando crolli del tetto.

Allo stesso tempo, l'acqua satura di Ca(HCO₃)₂ gocciola dal soffitto, in modo che la diminuzione di CO₂ disciolta faccia precipitare CaCO₃, che dà origine a:

• Stalattiti (dal soffitto)
• Stalagmiti (a terra)

Queste possono unirsi e formare colonne. Il crollo di questi tunnel e cavità interne provoca aree depresse all'esterno, note come doline.

Rischi Geologici e Ambientali

Chiamiamo rischio tutte le condizioni, i processi, i fenomeni o gli eventi che, a causa della loro ubicazione, gravità e frequenza, possono causare lesioni, malattia o morte per gli esseri umani, nonché perdite economiche per le loro strutture o attività, e danni ambientali.

Rischio Sismico

Un terremoto viene attivato quando la tensione accumulata sui margini di una faglia supera l'attrito sul piano di questa. Questo rilascia una grande quantità di energia che si propaga attraverso l'interno della Terra tramite onde sismiche P (primarie) e S (secondarie), che producono una deformazione elastica. Una volta raggiunta la superficie, queste onde danno luogo alle onde di superficie L, responsabili della distruzione.

Attualmente, la situazione ad alto rischio è notevolmente aumentata a causa della grande esposizione. Inoltre, la vulnerabilità di molte città è alta, poiché i loro edifici non proteggono adeguatamente gli occupanti. Questi fattori aggravano il pericolo di terremoti, per cui è necessario conoscere la distribuzione della popolazione, la resistenza sismica delle strutture e la distribuzione dei terremoti nel tempo e nello spazio. Per valutare questi fenomeni si utilizzano scale di intensità (come Mercalli) e scale di magnitudo (come la scala Richter).

Intensità

L'intensità definisce gli effetti causati da un terremoto. La scala EMS-98 è proporzionale ed è rappresentata da numeri romani. Stabilisce 12 gradi di intensità, dal Grado I (non percepito) al Grado XII (devastazione totale).

• Grado II: Può essere sentito da persone a riposo.
• Grado III: Produce vibrazioni in casa.
• Grado IV: Fa vibrare finestre e porte.
• Grado V: Le infrastrutture possono essere leggermente colpite.
• Grado VI: Provoca la caduta di piccoli oggetti e il movimento dei mobili.
• Grado VII: Caduta di cornici (dal soffitto).
• Grado VIII e IX: Causano la perdita di equilibrio, il rovesciamento di mobili, gravi lesioni e deterioramento delle infrastrutture e degli edifici.
• Grado X e XI: Colpiscono tutti i tipi di edifici, ponti e dighe.

Magnitudo

La magnitudo è l'energia elastica rilasciata da un terremoto. Essa è rappresentata dalla scala Richter. È chiaro che le scale che misurano l'intensità dipendono in gran parte dalla densità di popolazione e dalla vulnerabilità degli edifici.

Fenomeni Associati al Rischio Sismico

Una serie di fenomeni legati ai sismi possono aumentare il loro pericolo:

• Effetto di Sito (o di Terreno): Variazione definita tra due punti vicini a causa della configurazione geologica e geometrica, delle proprietà dinamiche della formazione superficiale o della topografia del terreno.
• Frane e Valanghe: Di neve o roccia, causate da instabilità sismica.
• Tsunami: Onde o serie di onde che si verificano quando una massa d'acqua viene spinta violentemente da una forza che la sposta verticalmente. Possono causare onde di oltre 30 metri di altezza.
• Liquefazione: Processo attraverso il quale i sedimenti non consolidati e saturi d'acqua (come sabbia o argilla) perdono forza e capacità portante a causa delle vibrazioni sismiche.
• Inondazioni causate dalla rottura di dighe.
• Incendi causati da condutture rotte.
• Epidemie causate dalla putrefazione di cadaveri e dalla rottura delle tubature dell'acqua.
• Danni alle infrastrutture (telecomunicazioni, autostrade, ecc.).

Rischio Vulcanico

L'alta temperatura e pressione a grandi profondità causano la fusione delle rocce e la formazione di magma. A causa di ciò, si forma molto gas che tende ad espandersi e spingere il materiale fluido attraverso crepe o altre aree fragili della crosta terrestre fino a raggiungere la superficie.

Fattori che Intensificano il Rischio Vulcanico

• L'incremento della popolazione che si trova nella propria area di influenza, che aumenta il fattore di esposizione. Questo perché i vulcani forniscono terreno fertile, risorse minerarie ed energia geotermica, e gli esseri umani hanno occupato il loro ambiente geografico fin dai tempi antichi.
• Il pericolo, determinato dal tipo di eruzione, dal numero di vulcani e dalla frequenza delle eruzioni.

Tipi di Eruzione

Il tipo di eruzione dipende dalle caratteristiche chimiche e fisiche del magma:

• Magma Basico (povero in silice): Più fluido, produce eruzioni più silenziose con flussi di lava (es. Hawaii).
• Magma Acido (ricco in silice): Più viscoso, impedisce la fuga dei gas, con conseguenti eruzioni esplosive. Queste sono caratterizzate da piogge piroclastiche e nubi ardenti.

Fenomeni Associati alle Eruzioni Vulcaniche

Vi è, inoltre, una serie di fenomeni associati alle eruzioni vulcaniche che possono aumentare notevolmente il pericolo:

• Colate di Fango Vulcanico (Lahar): Prodotte dalla fusione di neve e ghiaccio glaciale ad alta quota.
• Eruzioni Freato-Magmatiche: Derivano dall'interazione tra acqua e magma.
• Tsunami: Dovuti a manifestazioni proprie dell'eruzione.
• Movimenti del Terreno: Derivano da instabilità causata dalle vibrazioni provocate dall'eruzione.

Alluvioni e Inondazioni

Si definisce alluvione l'inondazione temporanea di terreno asciutto dovuta all'improvviso apporto di una quantità d'acqua superiore al normale. Possono essere causate da fenomeni naturali o azioni umane.

Cause Naturali e Antropiche

• I fenomeni naturali possono essere di origine climatica (precipitazioni, scioglimento della neve, ecc.) o di tipo geologico, come nel caso di frane o scioglimento della neve.
• L'azione diretta o indotta dall'uomo modifica il naturale ciclo idrologico e aumenta l'esposizione e la vulnerabilità, principalmente per le seguenti ragioni:

Fattori di Rischio Antropico

• La rottura e la cattiva gestione delle infrastrutture idrauliche, di solito dighe.
• La costruzione di impianti industriali.
• L'estrazione di aggregati e ghiaia nella pianura alluvionale dei fiumi.
• L'eccessivo sfruttamento agricolo delle pianure alluvionali dei fiumi.
• Il processo di urbanizzazione che aumenta notevolmente il rischio di inondazioni, modificando gli spartiacque (ferrovie, strade, lavori pubblici).

Movimenti Gravitativi (Frane)

I movimenti gravitazionali, noti anche come erosione dei pendii, si verificano quando il materiale superficiale viene trascinato dalla forza di gravità verso livelli inferiori. Questi movimenti di terra possono essere di diversi tipi:

Tipi di Movimenti Gravitativi

• Distacchi (Caduta di massi): Cadute di particelle (massi e blocchi) dalle pareti di canyon e montagne, con frammenti di roccia che scorrono continuamente.
• Frana (Landslide): Caratterizzata dallo spostamento di una massa solida lungo un piano di scorrimento.
• Colata di Fango (Mud-flow): Flussi fluidi di fango che scorrono attraverso i canyon delle regioni montuose. È comune nelle zone aride.
• Scorrimento Lento (Soil-creep): Consiste in singoli movimenti di alcune particelle che cadono contro le altre, causando il declino di tutta la superficie del mantello. Causato dal riscaldamento e raffreddamento del terreno e dall'alternanza di essiccazione e bagnatura del suolo.

Aggravamento del Pericolo da Azioni Umane

Il pericolo di questi rischi è ulteriormente aggravato da azioni umane:

• L'insediamento nelle valli strette dove circolano colate di fango, con un aumento dell'esposizione. Essendo zone fertili, sono spesso densamente popolate.
• La deforestazione, che riduce l'infiltrazione e aumenta il deflusso superficiale.
• La creazione di pendii artificiali connessi a opere (strade).
• L'accumulo di materiali (detriti, cadute) sulle piste.
• L'eccesso di acqua, che può provocare la saturazione degli strati di terreno e favorire così il loro spostamento.

Risorse Energetiche: I Combustibili Fossili

I combustibili fossili (carbone, petrolio e gas naturale) forniscono la maggior parte del consumo di energia grazie al loro elevato potere calorifico, che deriva dalla grande quantità di carbonio e idrocarburi che contengono. Inoltre, non essendo rinnovabili, questi combustibili hanno un grave inconveniente: la loro combustione genera grandi quantità di inquinanti atmosferici, principalmente CO₂, ossidi di zolfo e di azoto, idrocarburi, particelle solide, ecc.

Carbone

Il carbone è una roccia sedimentaria organica che deriva dalle trasformazioni, operate da batteri anaerobici, di residui vegetali accumulati sul fondo di paludi e lagune. Questi microrganismi causano la decomposizione delle molecole organiche delle piante che si arricchiscono progressivamente in carbonio (carbonizzazione) e altri prodotti. Per rendere possibile questo processo, è necessaria una rapida sepoltura per evitare l'alterazione aerobica dei residui vegetali. Di conseguenza, gli strati di carbone si trovano tra due strati di diversa natura.

A seconda del grado di carbonizzazione, si possono distinguere quattro tipi di carbone; il potere calorifico aumenta con il tenore di carbonio:

1. Torba
2. Lignite
3. Carbone (Litantrace)
4. Antracite

Se il processo di arricchimento di carbonio è completo, si può formare la grafite (carbonio puro).

Petrolio (Olio Greggio)

Il petrolio è un liquido denso, scuro e dall'odore caratteristico. È costituito da una miscela di idrocarburi che si trovano in tre stati fisici:

• Liquidi: Come il benzene e l'ottano, che ne fanno parte principale.
• Gassosi: Metano e butano, immagazzinati nel sottosuolo a pressione enorme, che costituiscono il gas naturale.
• Solidi: Asfalto e bitume.

Il petrolio è di origine organica: si forma solitamente dalla morte massiva di plancton marino, a causa di improvvisi cambiamenti di salinità o temperatura. La trasformazione di questo materiale organico in petrolio è un arricchimento di carbonio e idrogeno e un impoverimento di ossigeno e azoto, reso possibile in ambienti dove possono vivere batteri anaerobici responsabili della fermentazione.

Per questo motivo, i giacimenti di petrolio permeano i pori e le crepe in masse di roccia con alta porosità e permeabilità, note come rocce serbatoio.