Fiumi e torrenti
I fiumi trasportano il surplus di acqua meteorica, surplus
dato dalla differenza fra precipitazioni ed evaporazione più traspirazione, dai
continenti agli oceani. Insieme rappresentano le riserve d'acqua del mondo,
trasportando praticamente tutta l'acqua disponibile per le necessità umane.
Le quattro grandi civiltà che segnarono l'inizio della
storia dell'umanità si svilupparono in stretta dipendenza dai fiumi e dal suolo
fertile e facilmente coltivabile costituito dalle pianure alluvionali: i Sumeri
sulle rive del Tigri e dell'Eufrate in Iraq, gli Harappa sull'Indo in Pakistan,
i Cinesi sullo Hwang Ho e sullo Yangtze nella Cina centrale e gli Egizi sul
Nilo. I fiumi e le valli fluviali hanno avuto un ruolo importante nella storia:
l'esplorazione di gran parte dei territori nordamericani è avvenuta per vie
fluviali e molti dei più importanti insediamenti umani vennero stabiliti lungo i
fiumi.
Oltre a essere fonti dirette di acqua per uso domestico,
agricolo e industriale, i fiumi producono energia tramite i generatori
idroelettrici (v. energia idroelettrica); inoltre forniscono acqua per gli
impianti di raffreddamento di molte centrali a combustibile fossile e nucleare.
Sono vie di comunicazione, agenti trasportatori e "depuratori" naturali dei
prodotti di rifiuto degli uomini, e habitat di pesci ed esseri viventi di
notevole importanza dal punto di vista ecologico, economico e ricreativo.
PORTATA, RETICOLO E BACINO IDROGRAFICO
Globalmente, l'importanza dei fiumi come risorsa d'acqua non
risiede nella quantità di acqua che contengono in un dato momento (solo lo 0,14%
del totale delle acque dolci liquide della Terra, circa lo 0,01% della totalità
delle acque), ma nella loro
portata media, che è data dal volume totale
di acqua trasportato in un dato periodo di tempo. Su scala mondiale, questa
quantità è di circa 39.000 c all'anno o, espressa in altro modo, circa 110
trilioni di litri al giorno. La portata del Rio delle Amazzoni è circa cinque
volte superiore a quella del secondo fiume del mondo, il Congo, e da sola copre
più del 17% della portata totale dei fiumi della Terra. In pratica, la
portata di un fiume in un dato punto
è determinata dal prodotto della larghezza superficiale per la profondità media
e per la velocità media.
Negli Stati Uniti vi sono circa 16.000 stazioni affidate al
Servizio geologico, dove la portata dei fiumi viene misurata e quindi riportata
in apposite pubblicazioni. I termini fiume, torrente e ruscello sono usati da
tempi storici; la distinzione, dal punto di vista idrologico, è trascurabile. Un
fiume, benché sia comunemente considerato tale un corso d'acqua diritto, è in
realtà un reticolo a più diramazioni simili ai rami di un albero. Le diramazioni
più piccole, che non hanno tributari, vengono classificate come corsi d'acqua
del primo ordine. Quando due torrenti del primo ordine si uniscono, formano un
torrente del secondo ordine; la congiunzione di due torrenti del secondo ordine
dà origine a uno del terzo ordine e così via. Se consideriamo del primo ordine
torrenti della lunghezza di circa 1,5 Km, allora il Mississippi, per esempio, è
un torrente del decimo ordine; se però si considerano ruscelli e rivoli come
appartenenti al primo ordine, allora l'ordine del Mississippi è molto più alto.
Dopo molte osservazioni si è giunti alla conclusione che, in una data porzione
di territorio, i torrenti di un certo ordine tendono ad essere in quantità da
tre a cinque volte più numerosi di quelli dell'ordine immediatamente superiore.
Si è visto anche che la lunghezza media dei torrenti e l'estensione media del
loro bacino idrografico tende ad aumentare con regolarità quando si sale da un
ordine all'altro. Sorprendentemente, si è notato che queste interrelazioni sono
il risultato di un processo casuale operante sull'evoluzione geologica dei
reticoli fluviali.
Il
bacino di drenaggio, o idrografico, è
rappresentato dall'area geografica che trasmette al fiume le proprie acque. Tale
area si delinea generalmente su basi topografiche, tracciando su una carta
linee di
spartiacque, cioè linee attraverso le quali si separa l'area di
alimentazione di un bacino fluviale da quella di un altro. Il volume medio della
portata di un fiume è direttamente proporzionale alla superficie del bacino di
drenaggio a monte del punto da cui si effettua la misurazione. Se la portata
viene divisa secondo i bacini di drenaggio, e si convertono i dati in
appropriate unità di misura, la portata può essere espressa come altezza per
unità di tempo (per esempio, cm/anno). Una volta espressa in questo modo, si
possono confrontare i deflussi medi di fiumi di dimensioni diverse, e gli stessi
deflussi con le precipitazioni (piovose o nevose), che sono in ultima analisi la
sorgente di tutte le acque fluviali. Per gli Stati Uniti, globalmente, la media
dei deflussi è circa 23 cm/anno e rappresenta circa il 30% della precipitazione
media che è di 76 cm/anno. A est del Mississippi il valore dei deflussi è
solitamente superiore a 25 cm/anno e arriva a 100 cm/anno nelle regioni
montuose. Per la maggior parte delle regioni poste fra il Mississippi e le
montagne del Far West il valore è di circa 2,5 cm/anno, ma raggiunge i 50
cm/anno nelle parti più elevate delle Montagne Rocciose. Nella zona pacifica
nord occidentale si possono avere valori fino a 200 cm/anno. L'acqua può entrare
a far parte della rete fluviale cadendo direttamente su una superficie d'acqua,
scorrendo come flusso di superficie dal bacino di drenaggio, o come flusso
sotterraneo al di sotto della parte superficiale del bacino.
Circa un terzo del deflusso dei fiumi
del mondo è di provenienza sotterranea, e ciò è di importanza vitale perché si
mantenga il flusso fluviale negli intervalli fra i periodi piovosi e il disgelo.
Gli altri due terzi provengono da deflussi superficiali. Nelle regioni
aride e urbanizzate il contributo proviene quasi totalmente dal bacino fluviale,
mentre nelle regioni umide sono generalmente soltanto le aree basse adiacenti
agli alvei fluviali a rifornire il corso d'acqua. In queste aree, il livello
dell'acquifero è vicino alla superficie del terreno e si alza a causa
dell'infiltrazione delle acque meteoriche o di scioglimento nivale. Quando tale
livello raggiunge la superficie non ha più luogo l'infiltrazione, e le acque sia
meteoriche che di scioglimento scorrono rapidamente fino all'alveo fluviale come
flusso superficiale. Nel rimanente bacino di drenaggio, specialmente se coperto
da vegetazione, il suolo è talmente permeabile e la falda acquifera così lontana
dalla superficie che tutta l'acqua meteorica praticamente infiltra nel terreno.
ALVEI FLUVIALI
Generalmente il fiume modella il suo alveo. Per gran parte
del tempo il flusso fluviale è però considerevolmente minore alla portata
necessaria a riempire l'alveo, e solo occasionalmente può superarne la capacità.
Questa discrepanza fra flusso fluviale e capacità dell'alveo viene determinata
da flussi moderatamente grandi, con capacità erosive significative, che hanno
luogo con una certa frequenza (ogni 2 o 3 anni); alluvioni molto maggiori
compiono un grande lavoro di erosione, ma sono troppo rare per avere effetti a
lungo termine sulle dimensioni dell'alveo; i piccoli flussi, cioè i flussi
maggiormente presenti nel tempo, compiono poco lavoro. Poiché la capacità
dell'alveo è determinata da deflussi che si verificano ad alcuni anni di
distanza, è naturale che la gran parte dei fiumi fuoriescano dalle loro rive
ogni 2 o 3 anni. Quando il ritmo con cui l'acqua giunge all'alveo cambia, il
fiume riequilibra il deflusso variando la sua velocità, profondità e larghezza.
Il maggior cambiamento avviene di solito nei confronti della profondità, sia per
l'opera di abrasione del fondo dell'alveo, sia per l'aggiustamento del livello
superficiale dell'acqua. L'altro grande cambiamento riguarda la velocità, mentre
l'ampiezza subisce meno varianti. Tuttavia, in un bacino fluviale, via via che
si procede verso il basso corso del fiume, l'incremento dei deflussi è quasi
sempre accompagnato dall'aumento di ampiezza e da uno scarso incremento della
profondità. Così, andando verso valle, i fiumi diventano sempre più larghi.
Anche la velocità
media in un sistema fluviale subisce un aumento via via che si procede
verso il basso, ma ad un ritmo sempre minore. L'unica eccezione a questo schema
caratteristico di aumento dei deflussi e delle ampiezze si ha nelle regioni
aride, dove gli alvei fluviali sono asciutti per la maggior parte dell'anno.
Durante i temporali il ruscellamento è rapido e può causare
esondazioni lampo. Mentre procede nell'alveo, fino allora asciutto, l'acqua si
infiltra nel terreno facendo via via abbassare il livello di deflusso.
La pendenza di un
alveo fluviale diminuisce procedendo dalla sorgente alla foce, e il
profilo longitudinale di un fiume giunto allo stadio di maturità è quindi una
curva poco pendente con concavità verso l'alto. La pendenza varia anche con il
tempo, in risposta ai cambiamenti avvenuti nel deflusso fluviale, nel carico di
sedimenti, nel livello di base (che è la quota alla quale il fiume si immette in
un corpo d'acqua stazionario, ad esempio in un oceano).
Nei periodi di piena un fiume raggiunge una velocità molto
alta ed è capace di trasportare un carico di sedimenti superiori al normale:
avviene un maggior lavoro di incisione del fondo, con conseguente presa in
carico di ulteriori sedimenti e diminuzione della pendenza, finché la velocità
compensa il carico solido. Quando la piena si esaurisce e il deflusso torna su
valori normali, il fiume si libera dei sedimenti ridepositandoli nell'alveo e
causando un aumento della pendenza; finché non si ristabilisce, ancora una
volta, l'equilibrio fra velocità e sedimenti. In tal modo i fiumi tendono a
raggiungere un andamento digradante ideale, dove pendenza e velocità sono
perfettamente equilibrati con il carico di sedimenti trasportato. A causa della
grande variabilità del livello di base, del deflusso e del carico di sedimenti,
questo processo non giunge mai a completamento.
Gli alvei fluviali
mostrano, quando si guardano dall'alto o su una carta, una grande varietà di
forme. I fiumi a drenaggio intrecciato
consistono in un reticolo di letti in connessione fra loro, con interposte
numerose barre e isolette. Hanno generalmente una pendenza relativamente ripida
e trasportano un carico considerevole di sabbia o ghiaia, o di entrambi i
materiali. I meandri
(v. meandri) consistono in una serie di anse
simmetriche, spaziate piuttosto regolarmente, e tendono a comparire in fiumi a
bassa pendenza e con alvei disegnati su argille e silt. Il rapporto fra il
raggio di curvatura dell'ansa, la "lunghezza d'onda" e l'ampiezza del fiume è
piuttosto costante da fiume a fiume. Non si conosce l'esatto meccanismo che dà
luogo ai meandri, ma essi sono una caratteristica di molti tipi di deflusso,
comprese le acque di scioglimento dei ghiacciai e la Corrente del Golfo, e sono
probabilmente dovuti all'azione di correnti "a cavatappi" presenti perfino nei
flussi lineari. Esistono anche letti fluviali a curve irregolari.
CONCENTRAZIONE DI SOLIDI
I fiumi trasportano, come tutta l'acqua, particelle solide
in soluzione o in sospensione. Negli Stati Uniti la concentrazione media di
sostanze disciolte nei corsi d'acqua naturali (non inquinati) varia da 50 mg/l
nelle regioni montuose e umide occidentali e negli Appalachi, a 100 mg/l nelle
aree aride e pianeggianti delle zone desertiche. Nelle foreste umide la
concentrazione media dei solidi in sospensione è di 100 mg/l e arriva a 100.000
mg/l nelle zone desertiche. Generalmente
la concentrazione del materiale in soluzione diminuisce con l'aumentare della
portata, mentre succede il contrario con il materiale in sospensione. I
fiumi esercitano dunque un ruolo molto importante dal punto di vista geologico,
in quanto trasportano i prodotti dell'alterazione delle rocce e dell'erosione
meccanica.
Vedi anche: cascate;
depositi di delta; fiumi e laghi, ghiaccio dei; habitat.
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