Unaduna è tipicamente (e nell'accezione comune) un accumulo disedimentosabbioso di origine eolica, cioè determinato e modellato dall'azione deiventi, e quindi soggetto a continui spostamenti e ridimensionamenti dipendenti dalla direzione e forza del vento.
Le dune sono caratteristiche deideserti sabbiosi ed anche dellecoste sabbiose dove il fenomeno è meno accentuato dipendentemente dalla dimensione dellaspiaggia, dalle dimensioni dei granuli di sabbia e dalla forza dei venti. Nel caso dellecoste, le dune sono di solito disposte parallelamente allitorale e contribuiscono a proteggere l'entroterra dall'azione degli agenti marini (onde di tempesta e venti di mare) e dall'azione dellasalsedine.
Esistono anche delleforme di fondo subacquee con morfologia simile a quella delle dune eoliche, dalle dimensioni da metriche a decametriche, dovute all'azione di correnti d'acquaunidirezionali in ambientefluviale odeltizio e sono chiamati insedimentologiadune subacquee (o barre).
Altri accumuli sabbiosi con morfologia simile a quella delle dune, ma dalle dimensioni da centimetriche a decimetriche, sono iripple marks, conosciuti in italiano anche comeincrespature oondulazioni.
Le dune sono depositi sedimentari caratterizzati da una morfologia di base costante (nonostante una gamma molto ampia di varianti). Una duna può essere schematizzata come un accumulo caratterizzato da due lati con diversa pendenza:
lato anteriore (lato sottovento o sottocorrente), orientato verso la direzione di movimento della duna, con pendenza più accentuata;
lato posteriore (lato sopravvento o sopracorrente), orientato verso la direzione di provenienza del vento, con pendenza molto più bassa.
La cima della duna si definiscecresta, può essere più o meno allungata a seconda dello sviluppo e della morfologia dell'accumulo, e separa il lato anteriore da quello posteriore.
Schema dei principali meccanismi di trasporto in ambiente eolico. 1- reptazione (creep); 2- saltazione; 3- sospensione; 4- corrente eolica.Schema del processo di saltazione dei granuli di sabbia sotto l'effetto di una corrente eolica. Le traiettorie dei granuli sono rappresentate realisticamente, con un angolo di impatto di circa 15°.
Quando unfluido agisce su una superficie coperta dasedimento sciolto, con unavelocità tale da esercitare uno stress di taglio maggiore dello stress di taglio critico, si attiva ilmovimento del sedimento.
La sabbia che va a comporre le dune viene messa a disposizione delle correnti eoliche da due tipi di processi:
l'alterazione superficiale, determinata dall'alternanza di episodi caldi e freddi, l'infiltrazione di acque meteoriche e l'alterazione chimica delle acque dipercolazione;
Secondo studi di laboratorio[1], le correnti eoliche hanno minore capacità erosiva rispetto alle correnti subacquee, poiché la velocità critica dierosione[2] di un flusso aereo è di circa 300–400 cm/s (contro i circa 20 cm/s necessari per una corrente d'acqua). L'equivalente dellaCurva di Hjulström determinata sperimentalmente da Sundborg per i flussi aerei mostra inoltre un minimo in corrispondenza di 0.06 mm di diametro dei granuli (rispetto ai 0.5 mm delle correnti acquee). Tutto questo significa che il vento necessita di velocità di flusso maggiori rispetto alle acque correnti per muovere sedimenti complessivamente più fini, a causa della minoredensità eviscosità del flusso.
Sabbia franata dalla cresta di una duna: depositandosi sul pendio con pendenza vicina all'angolo di riposo la sabbia si trova in equilibrio precario, pronta a franare alla minima instabilità
Imovimenti del sedimento tipici sono lasaltazione, lasospensione, e iltrascinamento, con la prevalenza del primo in ambiente eolico: un granulo che viene preso in carico da una corrente eolica si muove per l'appunto "saltando" secondo una traiettoria curvilinea, e ricade con un angolo di impatto costante (intorno ai 15°). Se la ricaduta avviene su una superficie rocciosa il granulo rimbalza e può essere ripreso in carico. Se ricade su un letto di altri granuli, tende a scagliarli intorno favorendo la loro presa in carico da parte del vento e contribuendo a propagare il movimento, e ad innescare così un trasporto generalizzato di materiale sabbioso. Un altro meccanismo di trasporto presente è lareptazione (creep superficiale): se i granuli in fase di saltazione colpiscono altri granuli troppo pesanti per essere fatti saltare a loro volta, questi ultimi vengono spinti in avanti nella direzione del vento, "strisciando" lungo la superficie del sedimento.
Con queste modalità il vento preleva granelli di sabbia dal lato posteriore della duna e, facendoli saltare o strisciare fino ad oltre la cresta, li trasporta in aria per un tratto fino a depositarsi al suolo (caduta facilitata dal fatto che il lato sottovento della duna è in situazione di relativa calma di vento). Cadendo sul lato anteriore della duna stessa, i granuli tendono a scivolare formando piccole frane e adagiandosi sul pendio secondo l'angolo di riposo naturale (dipendente dalla granulometria del materiale). Durante gli eventi di tempesta più importanti, i granuli possono anche saltare in un punto più avanzato rispetto alla duna: in quest'ultimo caso il punto di caduta è la base su cui si formerà la duna successiva. Ogni duna viene quindi progressivamente "smantellata" dal vento, un granello di sabbia alla volta, e "ricostruita" più avanti; una nuova duna continua a crescere fino a quando, non più protetta dalle dune circostanti, la quantità di sabbia che le viene tolta dal vento supera quella apportata.
Il materiale fine (polveri), della granulometria delsilt più fine e dell'argilla, viene trasportato dal vento insospensione, permanendo in carico anche per notevoli distanze (centinaia o migliaia di chilometri), e sedimentando gradualmente per decantazione; questo materiale rimane in genere nei depositi come elemento "di fondo", senza dare origine ad accumuli morfologicamente caratterizzati.[3]
Depositi di duna di etàpleistocenica visibili in un fronte di cava abbandonata nell'isola di Favignana (Isole Egadi,Sicilia). Ben visibile l'architettura di questi depositi, che conservano in sezione la morfologia originale (si tratta di vere e proprie dune fossili). L'affioramento visualizzato ha un'ampiezza di circa 30 m. La paleo-direzione del vento è approssimativamente da sinistra a destra, anche se non è possibile essere precisi guardando una sola sezione di affioramento (vedi testo). Per i depositi alla base dell'affioramento la direzione approssimativa del vento è opposta (da destra a sinistra).Depositi di duna dalloUtah (USA) in cui è evidende la tipica stratificazione incrociata a cuneo e la laminazione interna.
Le caratteristiche dei flussi eolici e i meccanismi di sedimentazione in gioco si riflettono nei caratteri medi dei depositi di duna. Si tratta di sabbie tipicamentesupermature dal punto di vista tessiturale: sono estremamente classate[4] (per la maggiore selettività delle correnti eoliche rispetto a quelle acquee, dovuta alla minore viscosità) e i granuli sono ben arrotondati (perché sottoposti ad una usura notevole dai processi di saltazione e reptazione). Può però essere presente una frazione consistente di materiale più fine della sabbia, derivata dalle polveri trasportate dal vento in sospensione.
I depositi di duna sono caratterizzati dalla giustapposizione di corpi planari a cuneo determinati da set di dune che avanzano successivamente le une sulle altre, e che danno origine ad unastratificazione incrociata piano-convessa. Entro questi corpi stratoidi sono normalmente presenti laminazioni interne ad angolo elevato, corrispondenti alle successive fasi di accumulo del materiale sabbioso sul lato anteriore (sottovento) delle dune. Questo materiale (come già accennato) tende a disporsi secondol'angolo di riposo naturale, che per le sabbie è intorno ai 30°-34° (anche se localmente può raggiungere i 40°). La pendenza delle lamine quindi tende ad immergere nella direzione generale del vento: di conseguenza nei depositi fossili è possibile dedurre la direzione delle paleocorrenti eoliche[5], anche se è opportuno sottolineare che a causa dell'andamento non lineare delle dune la giacitura delle lamine ha nella maggior parte dei casi una certa dispersione, e occorre un approcciostatistico fondato su un congruo numero di dati per una ricostruzionepaleoambientale accurata. La granulometria della sabbia tende ad aumentare verso la base dei set di lamine, fenomeno dovuto al fatto che i granuli di sabbia tendono a scivolare e rotolare sulla superficie anteriore del corpo di duna, e quindi subiscono una selezione di tipo gravitativo (intuitivamente: i granuli più grossi e pesanti tendono a scivolare più in basso).
Schema dei meccanismi di trasporto nelle zone di deflazione (aree di pre-duna e interduna), con asportazione prevalente di materiale fine e concentrazione delle frazioni grossolane in letti residuali (desert pavement).
A questi caratteri di uniformità si contrappongono i caratteri dei depositi di pre-duna e interduna, tipici delle aree situatetra i depositi attivi di duna. Si tratta tipicamente dizone dideflazione, cioè di rimozione anziché di deposizione. Spesso si tratta addirittura di aree di roccia esposta, priva di copertura sedimentaria. Se vi sono depositi, il materiale che rimane è quello che il vento non riesce mai a rimuovere perché troppo pesante (o riesce a spostare solo molto lentamente durante le maggiori tempeste tramite il bombardamento dei granuli "saltanti"). Questi depositi sono più grossolani di quelli di duna e poco selezionati, con granulometria tipicamente bimodale per l'alternanza di letti residuali di ciottoletti e letti di sabbia dovuti alle pulsazioni della velocità del vento.
Una prima classificazione delle dune può essere fatta suddividendole in base alla loro forma osservata dall'alto.
Valle della Morte (California), tipicabarcana: il vento che l'ha prodotta soffia da sinistra verso destra nell'immagine. I due puntini scuri a destra sono personeLa tipica disposizione subparallela ad elevato sviluppo longitudinale (“seif”) delle dune delRubʿ al-Khālī, foto scattata dal sensoreASTER del satellite per telerilevamentoTerra (EOS AM-1).“Il quarto vuoto” (الربع الخالي) è uno dei più vastideserti sabbiosi (erg) del mondo e ricopre il terzo più meridionale dellapenisola araba
La forma più comune sullaTerra (e suMarte) di una duna è la forma a mezzaluna, detta anchebarcana se arcuata otrasversale se presenta una morfologia tendenzialmente rettilinea perpendicolarmente alla direzione del vento[6]. Le dune a forma di mezzaluna, generalmente, sono più larghe che lunghe. La parte anteriore della duna è il latoconcavo. Queste dune sono formate da venti che soffiano da una sola direzione.
Alcuni tipi di dune a mezzaluna si muovono, o migrano, sulla superficie del deserto con una velocità superiore a quello degli altri tipi di duna; ad esempio, nella provincia diNingxia inCina un gruppo di dune si sono mosse con una velocità di 100metri all'anno tra il1954 ed il1959. Velocità simili sono registrate nel deserto ad ovest dell'Egitto.
Le dune a mezzaluna più imponenti sulla Terra sono nel desertoTaklamakan in Cina, dove la distanza tra le creste di due dune può superare i 3chilometri.
Sono dune più lunghe che larghe con creste diritte o un po' sinuose e possono raggiungere lunghezze maggiori di 160 km. Raramente sono creste isolate, mentre di solito sono disposte in file parallele separate tra loro da chilometri di sabbia,ghiaia o da corridoirocciosi. Alcune dune lineari si uniscono tra loro formando delle conformazioni a "Y". Queste formazioni sono tipiche nelle regioni in cui sono presenti regimi di venti bidirezionali.
Le dune a stella sono formazioni collinose apiramide consimmetria radiale e con tre o più lati che partono dalla parte alta della duna. Si formano nelle aree in cui vi è la presenza di regimi di venti multidirezionali. Le dune a stella crescono più verso l'alto che lateralmente e sono tipiche deldeserto del Sahara orientale. In altri luoghi hanno la tendenza a formarsi ai margini del deserto, specialmente vicino a delle barriere naturali.
Probabilmente le più alte dune a stella della Terra sono presenti neldeserto di Badain Jaran in Cina, dove possono raggiungere i 500 metri di altezza.
Hanno formaovale ocircolare a cui manca una piccola parte su un fianco per essere complete. Le dune a cupola sono rare e si formano solitamente ai margini sopravvento del deserto.
Le dune aparabola sono colline di sabbia a forma di "U" e sono tipiche dei deserti costieri. La duna a parabola più estesa conosciuta ha una lunghezza di 12 chilometri.
Questo tipo di duna si forma quando alle estremità della formazione sabbiosa si comincia a formare dellavegetazione che ne ferma il movimento mentre la parte centrale continua ad essere libera di muoversi. Si riesce a formare solamente quando il vento spira da una sola direzione predominante.
Questi tipi di duna possono essere presenti in tre forme differenti: semplice, composta e complessa. Le dune semplici sono colline con un minimo numero di lati scoscesi che ne definiscono la tipologiageometrica. Le dune composte sono grandi dune sormontate da dune simili più piccole. Le dune complesse sono invece la combinazione di due o più tipi differenti di dune.
Una duna a mezzaluna con una duna a stella sovrapposta sulla relativa cresta è la duna complessa più comune. Le dune sono semplici quando il regime dei venti è rimasto costante durante la formazione della duna, mentre per le dune composte e complesse si sono avuti cambiamenti di intensità e senso del vento durante la loro creazione.
Le dune si possono formare sullecoste dove l'apporto di sedimenti sabbiosi da parte delle onde e dellecorrenti costiere permette la formazione di unaspiaggia. Nella parte superiore della spiaggia (spiaggia emersa obackshore), può verificarsi l'asportazione di parte del materiale sabbioso (specialmente le frazionigranulometriche più fini) a causa dell'azione del vento. Questo materiale va a formare dune eoliche, che si sviluppano nella direzione dei venti dominanti. Nel processo di formazione delle dune lepiante pioniere svolgono un ruolo fondamentale, consentendo la fissazione e la stabilizzazione della sabbia che altrimenti verrebbe dispersa altrove. Le dune forniscono alla spiaggia luoghi al riparo dal vento e dalsole.
Mentre una duna si forma, ha inizio la colonizzazione. La duna costiera costituisce un ambiente estremo, dominato da condizioni di aridità e grande mobilità del substrato, con continui spruzzi di acquasalata provenienti dal mare, portati dai venti più forti. In questo contesto però, lealghe in decomposizione, depositate dalle onde ditempesta, apportano sufficienti sostanze nutrienti per permettere alla vegetazionepioniera, rappresentata soprattutto dapiante alofite, l'inizio della colonizzazione. Si tratta di alcune specie dipiante erbacee, molto ben adattate a superare queste difficili condizioni ambientali presenti all'interno delle dune. Tipicamente sono piante con una bassa dispersione dei liquidi ed hanno delleradici molto profonde in grado di raggiungere il livello dellafalda acquifera, costituendo in tal modo un reticolo che tende a consolidare il sedimento sabbioso. Nel frattempo altra sabbia si accumula sopra lo strato erboso facendo crescere le dimensioni della duna. Queste piante erbacee aggiungonoazoto al terreno, permettendo la colonizzazione anche ad altre piante meno resistenti alle condizioni iniziali; anche queste nuove piante sono adatte ai terreni con basso contenuto idrico ed hanno foglie con piccoli pori per limitare la traspirazione. Questi nuovi inquilini aggiungono l'humus al terreno, avendo però unpH minore di 7 rendono il terreno leggermenteacido. Successivamente possono installarsi leconifere, che sono in grado di tollerare terreni con pH basso.
Le giovani dune sono chiamate dune gialle, le dune che hanno una gran quantità di humus sono chiamate dune grigie. L'humus solitamente si accumula nelle pieghe delle dune, trasportato qui durante lepiogge, facendo sì che queste zone siano più ricche di vegetazione rispetto alla cima della duna.
Importanza delle dune costiere e loro conservazione
Le dune costiere, oltre a rappresentare un importanteecosistema meritevole di conservazione, svolgono un ruolo importante nella difesa della costa dall'ingressione del mare. Sono infatti un ostacolo fisico al suo avanzamento e costituiscono un consistente deposito di sabbia che può ripascere naturalmente la spiaggia dopo che le mareggiate invernali hanno distrutto la spiaggia ed intaccato la duna stessa. Le dune costiere sono uno degli ambienti naturali più minacciati, perché il turismo balneare le considera un inutile ingombro. Centinaia di chilometri di coste hanno già perduto ogni naturalità e al posto delle dune sorgono edifici costieri, strade, parcheggi, stabilimenti balneari. Pochi sistemi dunali si sono conservati dove l'utilizzo della spiaggia si è mantenuto più a lungo sostenibile. Anche in questi luoghi, tuttavia, la distruzione avanza: anno dopo anno le concessioni demaniali aumentano e i gestori ampliano poco alla volta lo spazio occupato dalle loro attrezzature. La stessa pulitura dell'arenile con mezzi meccanizzati porta alla sparizione delle dune.
Le dune subacquee si formano sui letti sabbiosi o ghiaiosi, sotto l'azione dei flussi dell'acqua. Sono solitamente ubicate incanali naturali comefiumi edestuari ed anche in canali e condutture costruiti dall'uomo. Questo tipo di duna si muove verso valle; il loro materiale di costruzione è prelevato dalla parte alta mediante l'erosione effettuata dallo scorrere dell'acqua ed i depositi si hanno nei punti di minor pendenza e nella parte bassa del corso. Normalmente queste dune mostrano una somiglianza alla lunghezza ed altezza delle onde sovrastanti.
Le dune presenti sul letto di un canale aumentano di molto la resistenza al flusso dell'acqua e sono una tra le cause principali delleinondazioni.
Immagine inferiore: dune composte da sedimenti sabbiosi su Belet (una formazione dialbedo scura sulla superficie equatoriale diTitano, il satellite maggiore diSaturno). Viene proposto il confronto (immagine superiore) con dune sabbiose della costanamibiana.
Dune con caratteristiche del tutto simili a quelle degli analoghi terrestri sono riscontrabili sulla superficie del pianetaMarte. Queste forme, dovute alle tempeste di vento marziane, sono state riprese diffusamente dalla fotocamera spazialeHiRISE, montata sulla sondaMars Reconnaissance Orbiter[7]. Le dimensioni tipiche sono 25 m tra una cresta e l'altra. L'età assoluta di alcune di queste formazioni si può ricondurre alperiodo amazzoniano, l'ultimo dell'evoluzione geologica del pianeta rosso.
Un altro corpo celeste in cui le dune eoliche sono ben sviluppate èTitano, il satellite maggiore diSaturno, anche qui con caratteri del tutto comparabili rispetto a quelli terrestri.
Depositi di duna eolica dalPermiano delMare del Nord (campo petrolifero di Hyde). a) interpretazionesedimentologica di un tratto dicarotaggio entro facies prevalenti di duna (Rotliegendes, Permiano Inf.), con evidenti laminazioni oblique. Notare che i valori di permeabilità tendono a crescere verso la base della laminazione, con l'aumentare della granulometria della sabbia entro le lamine; b) ricostruzione paleoambientale nell'area a nord delNorfolk (UK) al tempo della sedimentazione delleRotliegendes; c) Direzione della pendenza delle laminazioni in tre unità stratigrafiche entro leRotliegendes (dati dalog di pozzo). Riferimenti bibliografici in figura.
Gli ambienti aridi (sia caldi che freddi) in cui dominano i processi eolici non sono favorevoli alla conservazione e all'accumulo dellamateria organica e quindi allo sviluppo dirocce madri, a causa degli intensi processi diossidazione che li caratterizzano.Tuttavia, i depositi sabbiosi di duna (sia di ambiente desertico che di spiaggia) possono costituire per le loro caratteristichetessiturali (buona classazione e arrotondamento dei granuli) ottimerocce serbatoio, dotate di elevataporosità epermeabilità; questo ovviamente nel caso in cui i fattoridiagenetici post-deposizionali non abbiano influito negativamente su questi caratteri favorendo la cementazione dei sedimenti.Quindi, ove le condizionistrutturali e paleoambientali del sottosuolo abbiano portato in comunicazione sabbie eoliche con rocce madri (sia di origine marina o lacustre), e in presenza di unatrappola strutturale ostratigrafica, si possono produrre accumuli significativi diidrocarburi.
In questo tipo di giacimenti, la frequenza delle laminazioni (che costituisce il motivo deposizionale dominante) causa una nettaanisotropia deisedimenti sedimenti sabbiosi, nei quali la permeabilità presenta valori molto diversi in direzioneparallela alle lamine (in cui risulta più elevata) e in direzioneperpendicolare alle stesse (in cui la permeabilità risulta decisamente più bassa). Anche l'aumento della granulometria verso la base dei set di lamine può dare origine ad una anisotropia alla scala del singolo deposito di duna. Inoltre, lo sviluppo stesso dei corpi di duna (lineari, semilunati etc.), determina una anisotropia a scala più grande. Questi vari gradi di anisotropia, una volta iniziata la coltivazione del giacimento e l'estrazione degli idrocarburi, possono influenzare la direzione di flusso dei fluidi (acqua,gas,olio) all'interno della roccia serbatoio, e quindi il regime della produzione. Di tutto questo è opportuno tenere conto preliminarmente in sede di studio del giacimento per una corretta collocazione deipozzi produttori (ed eventualmente iniettori[8]), per l'ottimizzazione della produzione stessa. Per questo motivo, si utilizza la ricostruzione della giacitura degli strati e delle lamine tramite ilog di immagine registrati in pozzo per lo studiosedimentologico dei serbatoi e in particolare per la ricostruzione dell'orientamento dei venti dominanti durante la sedimentazione e dello sviluppo dei depositi. In questo modo è spesso possibile ottenere criteri predittivi per ricostruire la distribuzione dei depositi sabbiosi e per lamodellizzazione delladinamica dei fluidi in tutta l'area del giacimento.
Un classico esempio diroccia serbatoio caratterizzata da facies di ambiente eolico è costituito dallearenarie rossastre e varicolori delPermiano Inferiore delMare del Nord (Formazione Rotliegendes), facies diffuse anche neiPaesi Bassi e inGermania. Si tratta di sedimenti depositatisi in un ambiente arido simile a quello dell'attuale sponda occidentale delGolfo Persico, caratterizzato dalla presenza di lagune e laghi salati passanti lateralmente a pianeevaporitiche, confinanti con campi di dune e ad aree a sedimentazione fluviale effimera (wadi)[9]. In figura è riportato l'esempio del campo petrolifero di Hyde (Mare del Nord meridionale)[10]. Nel modello deposizionale del giacimento i sedimenti eolici sono stati interpretati come depositi di duna di tipo semilunato semplice[11](per la forte unimodalità dell'orientamento delle lamine verso ovest).
^La velocità minima necessaria ad un flusso per iniziare il trasporto di un sedimento, in relazione alla suagranulometria
^Nelle zone aride di clima freddo (steppeperiglaciali), questi sedimenti possono dare origine a coltri dilöss (accumuli di sedimento della granulometria del silt, non rilevati ed estesi su vaste aree).
^L'estrazione degli idrocarburi può essere facilitata mediante l'uso di tecniche di iniezione di fluidi (acqua o gas) mediante pozzi iniettori localizzati opportunamente (ad esempio, ai margini periferici del giacimento), sostanzialmente allo scopo di incrementare lapressione del giacimento e quindi indurre il flusso degli idrocarburi verso i pozzi produttori.
(EN) Ralph Alger Bagnold,The Physics of Blown Sand and Desert Dunes, Mineola, Dover Publications, 2005,ISBN978-0-486-43931-0.
(EN) Glennie K.W., Mudd G.C. e Nagtegaal P.J.C.,Depositional environment and diagenesis of Permian Rotliegendes sandstones in Leman Bank and Sole Pit areas of the UK southern North Sea, inJl geol. Soc. Lond., 1978; 135: 25-34.
Ricci Lucchi F.,Sedimentologia. Parte 2, cap. 2.11, pp. 98-104, Bologna,CLUEB, 1980.
Ricci Lucchi F.,Sedimentologia. Parte 3, cap. 4.11, pp. 107-115, Bologna,CLUEB, 1980.
Sundborg A.,The River Klarålven: Chapter 2. The morphological activity of flowing water—erosion of the stream bed, inGeografiska Annaler, 1956; 38: 165-221.
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