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ambiente sedimentario Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
In sedimentologia, si definisce piana di marea o piana tidale un ambiente sedimentario in cui la sedimentazione è controllata dal flusso e riflusso della marea: si sviluppano lungo coste basse, a debole inclinazione, con elevata escursione di marea[1], nelle quali quindi l'innalzamento e l'abbassamento del livello marino comporta sommersione ed esposizione ciclica di ampie estensioni di territorio.
Oltre che un basso gradiente geografico ed un'alta escursione mareale, condizioni essenziali per lo sviluppo di una piana di marea sono la disponibilità di sedimento ed un'energia ridotta del moto ondoso (in caso contrario i sedimenti sarebbero rielaborati o trasportati altrove dall'azione delle onde e delle correnti costiere). Le piane di marea si sviluppano parallelamente alla linea di costa, spesso protette verso mare da un cordone litorale, mentre verso terra passano ad ambienti continentali di vario tipo a seconda del clima e della configurazione topografica (pianura alluvionale, deserto).
I sedimenti di piana di marea costituiscono dei prismi di sedimento a forma di cuneo, che tendono a chiudersi verso terra, in cui i sedimenti sono sempre più fini verso l'interno, a causa della diminuzione dell'energia delle correnti di marea. L'aspetto più caratteristico di questi ambienti è dato dallo sviluppo di canali di marea, percorsi dal flusso e riflusso della marea che dà luogo a correnti con velocità fino a 150 centimetri al secondo e capacità erosiva e di trasporto notevole.
Piane di marea possono svilupparsi anche nelle zone più interne di lagune o nelle aree interdistributarie di delta fluviali, o ancora nelle aree interne di piattaforme carbonatiche.
La sedimentazione in questi ambienti può essere di due tipi fondamentali:
In generale, le aree di piana di marea si suddividono in tre zone, definite dall'escursione tra il livello medio di alta marea e il livello medio di bassa marea:
Questa zona è al di sopra del livello medio di alta marea, ed è invasa completamente dal mare solo eccezionalmente (maree sigiziali ed equinoziali, mareggiate, precipitazioni eccezionali se in clima umido, piene eccezionali se in ambiente deltizio). È influenzata principalmente da processi atmosferici e biologici. Nella sua parte più verso mare, l'area è in genere ancora incisa da canali di marea con il fondo sotto il livello medio di alta marea.
Vi si possono formare paludi di acqua salata o salmastra e saline naturali. Le aree sommerse in maniera permanente o semi-permanente sono caratterizzate dai processi e dai caratteri della zona intertidale.
In clima umido vi si instaurano coltri di piante alofile, che possono dare luogo a torbiere. Nelle aree caldo-umide la foresta di mangrovie costituisce la nota dominante, con la ricca fauna correlata. In clima arido, è priva di vegetazione e caratterizzata da depositi salini di origine evaporitica[4], in forma di croste.
I sedimenti sono prevalentemente fangosi, intensamente bioturbati in clima umido, privi o poveri di tracce di vita organica se in clima arido. Spesso si formano suoli poligonali[5] per il disseccamento temporaneo o prolungato di queste aree, che danno luogo a brecce intraformazionali[6]. Verso mare ci può essere una fascia di accumulo di gusci e conchiglie spiaggiati, che segna il livello medio di alta marea. In clima caldo-arido, nel sottosuolo, si ha la formazione di cristalli e noduli di minerali evaporitici (sali e gesso) precipitati dalle acque sotto la superficie del suolo, la cui crescita causa l'obliterazione di ogni struttura sedimentaria: il risultato sono fanghi caotici, con morfologia mammellonare in superficie.
Compresa tra i livelli medi di bassa e alta marea, questa zona è generalmente la più estesa di questo ambiente, e costituisce la vera e propria piana di marea, in cui la distribuzione del sedimento è determinata principalmente dalle correnti di marea. Si tratta di un'area pianeggiante e debolmente inclinata verso mare: le maggiori irregolarità (dell'ordine di decimetri o di metri) sono date da canali di marea e dai relativi argini naturali, e da barre tidali (dune di sabbia da corrente tidale). Barre e argini possono costituire aree emerse semi-permanenti, con i processi e i caratteri della zona supratidale.
La piana intertidale può essere prevalentemente fangosa (mud flat) o sabbiosa (sand flat), a seconda della granulometria del sedimento disponibile, ma più frequentemente appare zonata, con le aree più fangose nella zona più interna e nelle aree più lontane dai canali, presso il livello medio di alta marea, mentre le aree sabbiose sono in posizione più esterna (vicino al livello medio di bassa marea), entro i canali e in prossimità di questi. Questa distribuzione dei sedimenti si verifica perché l'energia dei processi mareali è massima in generale verso mare e in corrispondenza degli assi dei canali di marea, e tende a diminuire verso l'interno della piana e allontanandosi dai canali stessi.
I canali di marea, scavati dalle correnti mareali, solcano tutta la piana e penetrano nella zona supratidale formando reticoli molto complessi, intrecciati e a meandri. Generalmente, più è fine il sedimento, più è elevata la sinuosità dei canali, mentre in piane sabbiose i canali tendono ad essere poco sinuosi e più ramificati che intrecciati. La presenza di piante alofile (come, in clima caldo-umido, le mangrovie), contribuisce a stabilizzare i sedimenti e le configurazioni dei canali di marea. Gli argini naturali sono prodotti dalla tracimazione e dall'accumulo di sedimento fine oltre l'alveo del canale, durante le maree più pronunciate e le mareggiate, e si situano prevalentemente nella parte concava (esterna) dei meandri, dove la velocità della corrente è maggiore.
Le strutture sedimentarie più comuni nella fascia più esterna ed entro i canali di marea, in condizioni di alta energia, sono laminazioni da corrente che in sezione assumono una tipica configurazione a “spina di pesce”, determinata dall'inclinazione delle lamine sabbiose verso terra (corrente di marea montante, o di flusso) e verso mare (corrente di marea calante o di riflusso) prodotta dall'inversione ciclica della direzione di trasporto del sedimento sabbioso. Le lamine sono disposte in pacchi con inclinazione opposta, che si troncano reciprocamente. Si tratta di barre sabbiose sommerse, le cui creste sono erose alternativamente delle correnti di marea montante e calante. Spesso, una direzione tende a prevalere sull'altra, perché alcuni canali sono percorsi prevalentemente dal flusso e altri dal riflusso della marea.
Verso l'interno questa laminazione di duna cede gradualmente il posto a strutture più piccole (ripple marks da corrente), mentre il fango tende a insinuarsi sempre più tra i letti sabbiosi, fino a costituire il sedimento prevalente nell'area più interna. L'energia delle acque in questo ambiente varia anche nel tempo, con l'andamento della marea, oltre che nello spazio: l'energia del mezzo è elevata durante i periodi di flusso e riflusso mareale, quando si ha trasporto di sedimento in condizioni trattive da parte delle correnti e formazione di "letti" di ripples; durante i periodi di stazionamento alto (o basso) della marea, si hanno invece condizioni di bassa energia del mezzo e sedimentazione di fango per decantazione. Il risultato di queste variazioni di energia nel tempo[7] sono letti sabbioso-siltosi a laminazione obliqua alternati a straterelli argillosi, discontinui nelle aree più vicine ai canali e sempre più continui nelle aree interne (mentre all'opposto i ripples tendono a farsi discontinui e a venire gradualmente meno).
Per quanto riguarda l'attività biologica, in questa zona si possono sviluppare banchi (accumuli localizzati) di molluschi o vermi fissatori di carbonato di calcio. Generalmente, la bioturbazione (per opera principalmente di vermi o crostacei) tende ad aumentare verso l'interno della piana. Nelle piane di marea carbonatiche, verso l'interno si sviluppano stromatoliti: depositi calcarei composti da laminazioni parallele, piane o di forma variamente convessa, prodotte dalla precipitazione di carbonato di calcio determinata dall'attività biologica di tappeti algali. Sono ancora presenti nei sedimenti fangosi brecciole intraformazionali, derivate dallo smantellamento di suoli poligonali (mud cracks), e strutture di essiccazione, prodotte dalla micro-fessurazione del fango, sia allungate (fenestrae) che sub-sferiche (bird's eyes).
Si trova sotto il livello medio di bassa marea, e costituisce la fascia più esterna della piana, che sfuma gradualmente nell'ambiente di piattaforma continentale. La sedimentazione è ancora influenzata dalle maree nell'area più prossimale alla piana, dove abbiamo i canali più ampi, intervallati da barre e secche sommerse. I sedimenti più grossolani (sabbie medio-grossolane) corrispondono agli assi dei canali, dove si sviluppano laminazioni da duna incrociate ma volte prevalentemente verso mare (in questa zona la corrente di riflusso tende a prevalere), mentre sulle secche si accumulano i sedimenti più fini, con laminazioni da ripple. Nella parte più distale tendono gradualmente a prevalere sedimenti fini con influenza sempre maggiore delle onde.
Le piane di marea, come altri ambienti di transizione tra il dominio marino e il dominio continentale, costituiscono ecosistemi molto complessi, in cui trovano rifugio elementi faunistici e floristici appartenenti ad entrambi i domini, e in cui si sviluppano adattamenti peculiari alle caratteristiche estreme dell'ambiente:
D'altro canto, si tratta di aree protette sia nei confronti delle condizioni marine franche (onde, correnti costiere, tempeste e mareggiate), che delle condizioni climatiche continentali, spesso più estreme. In queste aree, anche gli organismi predatori di terraferma e di mare aperto si addentrano con difficoltà o tendono a evitarle. Per tutti questi motivi, le piane di marea costituiscono aree rifugio per numerose specie, in particolare le specie aviarie migratrici.
Quindi, nonostante queste condizioni estreme, le aree di piana di marea sono generalmente caratterizzate da un forte sviluppo della vita vegetale e animale. Questo è dovuto a vari fattori:
Tutti questi fattori favoriscono la produttività primaria da parte della biomassa vegetale, composta sia da alghe e piante alofile (situate prevalentemente nella porzione intertidale delle piane di marea) che dal fitoplancton (confinato prevalentemente nella zona subtidale e nei canali). La biomassa animale è dominata dal macrobentos, composto prevalentemente da molluschi, soprattutto bivalvi, in genere in popolazioni oligotipiche[8] molto numerose come numero di individui. Una tale abbondanza di vita è spiegabile con la grande disponibilità di cibo per il ristretto numero di specie che è in grado di tollerare lo stress determinato dalla grande variabilità delle condizioni ambientali. Questa massa di invertebrati attrae a sua volta un gran numero di carnivori.
Di conseguenza, dal punto di vista trofico, prevalgono nettamente erbivori, detritivori[9] e loro predatori, mentre i sospensivori[10] sono assenti o nettamente subordinati a causa della torbidità dell'ambiente dovuta al sedimento in sospensione nelle acque.
Anche per quanto riguarda la comunità biologica, è opportuno fare riferimento alla tripartizione caratteristica di questo ambiente:
Facies di piana di marea sono presenti fin dai tempi più antichi della Terra e sono state probabilmente tra le "nursery" delle prime forme di vita. Sedimenti stromatolitici collegabili ad ambienti di piana di marea[11] a sedimentazione carbonatica o mista sono noti dall'Archeano, a partire da circa 3500-3200 Ma (anche se l'origine biologica di questi depositi è ancora discussa). A partire da circa 2500 Ma (Proterozoico Inferiore o Paleoproterozoico), sono note le prime stromatoliti da facies di piana di marea appartenenti a vere e proprie piattaforme carbonatiche, prodotte da cianobatteri e considerate come i primi veri fossili conosciuti. I primi metazoi dotati di parti mineralizzate (la cosiddetta “piccola fauna conchigliare”) del Precambriano terminale e Cambriano basale (Tommotiano), (composta da molluschi primitivi, brachiopodi e altri taxa incertae sedis) sono noti da facies carbonatiche di piana di marea nell'ambito della “Piattaforma Siberiana”, come anche i primi metazoi coloniali (Namapoikeia) e gregari (archeociati) che formano le prime bioerme. Per tutto il Paleozoico Inferiore, le facies di piana di marea a sedimentazione carbonatica sono diffuse (studiate soprattutto in America settentrionale, Europa occidentale e Scudo Baltico), popolate da monoplacofori e forme affini, gasteropodi primitivi e trilobiti, in comunità che probabilmente dal punto di vista trofico ruotavano intorno ai tappeti algali stromatolitici.
In generale, le facies di piana di marea (sia terrigena che carbonatica), si caratterizzano per contenere faune fossili spesso scarse e comunque oligotipiche, a causa delle caratteristiche "estreme" di questo ambiente.
Nel Paleozoico queste facies si mantengono a lungo piuttosto stabili dal punto di vista ecologico, con una tipologia di faune sostanzialmente invariata fino al Permiano. Alle stromatoliti sono associati molluschi: gasteropodi e bivalvi, con forme probabilmente endobionti[12]; monoplacofori e poliplacofori (forme epibionti[13] libere) e serpulidi, di taglia generalmente piccola, sia isolati nel sedimento che in livelli lenticolari e "tasche"[14], prevalentemente in facies di piana intertidale. La nota dominante sono le tracce fossili, attribuibili principalmente a trilobiti e altri artropodi (tra cui sono documentati miriapodi e ostracodi). Eventuali gusci di organismi di ambiente sublitorale o addirittura pelagico (come gli ammonoidi e i nautiloidi) sono disarticolati, corrosi o danneggiati, e concentrati in livelli caotici che ne indicano il rimaneggiamento: si tratta di organismi trasportati e rideposti da episodi di tempesta. I brachiopodi (che in ambiente marino franco costituiscono il bentos dominante per tutto il Paleozoico), sono rari in questo contesto perché per la maggior parte sono molto sensibili alla mobilità del substrato e alle fluttuazioni della salinità. Fanno eccezione alcuni brachiopodi inarticolati, come i Lingulida, che sono dotati di un peduncolo carnoso, molto robusto e allungato e possono resistere per brevi periodi a condizioni salmastre rallentando le funzioni metaboliche. Nel Paleozoico Superiore (soprattutto Carbonifero e Permiano), i bivalvi endobionti iniziano a differenziarsi e a divenire elementi importanti[15] nelle comunità di piana di marea.
Nel post-Paleozoico si instaura invece una comunità di tipo molto diverso, i cui elementi tipologici si evolvono gradualmente nel Mesozoico, per fissarsi nel corso del Terziario Inferiore nei termini descritti per le piane di marea attuali, in cui i gruppi dominanti sono costituiti da crostacei (decapodi e, dal Giurassico, i primi granchi, che si espandono nel Cretaceo e soprattutto nel Terziario), bivalvi endobionti o incrostanti, e vermi di vario tipo, principalmente policheti.
Date le sue spiccate caratteristiche di instabilità, questo ambiente non è di per sé favorevole alle attività umane e in particolare ad ospitare insediamenti umani permanenti, soprattutto nella sua porzione intertidale. Le piane di marea, come tutte le zone costiere umide, rivestono tuttavia una grande importanza naturalistica e ambientale, con un potenziale di sviluppo turistico, e la loro preservazione è di primaria importanza per la conservazione delle aree costiere.
Sovente, la parte subtidale delle piane di marea, soprattutto se è di tipo lagunare, è sfruttata per la pesca e per l'allevamento ittico dalle popolazioni locali. Le aree supratidali si prestano talora alla caccia e alla raccolta di prodotti vegetali, e a forme di agricoltura di scarsa produttività, dati i caratteri di difficoltà dell'ambiente.
La caratteristica petrofisica principale dei sedimenti di piana di marea, considerando che la granulometria dei sedimenti è prevalentemente fine (argilla o micrite carbonatica), è di avere porosità e permeabilità in genere molto basse. I corpi sedimentari (canali e barre) con granulometria maggiore (sabbie), e potenzialmente più porosi e permeabili, sono caratterizzati da scarsa continuità laterale e la loro collocazione spaziale è poco predicibile. Per questi motivi, nell'ambito della ricerca e produzione degli idrocarburi (petrolio e gas naturale), i sedimenti di piana di marea sono spesso considerati rocce serbatoio poco efficienti e di difficile producibilità. I sedimenti di piana di marea fangosa, tuttavia, caratterizzati spesso da un elevato contenuto di materia organica, sono talora buone rocce madri degli idrocarburi[16].
Nelle facies di piana di marea a più alta energia, a causa dell'intensa attività biologica e dell'ambiente ben ossigenato, la materia organica è in realtà esposta ad una rapida biodegradazione e ossidazione. La preservazione della materia organica è correlata con la presenza e l'abbondanza della frazione argillosa del sedimento, impermeabile, che tende ad isolarla dalle acque libere e ossigenate: tende a conservarsi quindi nei sedimenti più fini di piana intertidale interna. Nelle piane di marea la materia organica è di origine mista (marina/continentale) o continentale[17], ed è più favorevole allo sviluppo di gas naturale e di carbone che non di petrolio.
Le facies di piana di marea fangose e soprattutto le facies supratidali con associati sedimenti evaporitici, con permeabilità trascurabile, costituiscono spesso buone rocce di copertura per i giacimenti di idrocarburi.
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