Ποτάμια γεωμορφολογία

Παρουσίαση με θέμα: "Ποτάμια γεωμορφολογία"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ποτάμια γεωμορφολογία
Ποτάμια περιβάλλοντα Δράση βροχοσταγόνας Διηθητική ικανότητα εδάφους

2 Τι είναι Ποτάμια Γεωμορφολογία?
Ποτάμια Γεωμορφολογία είναι η επιστήμη που μελετά το σχηματισμό-διαμόρφωση της επιφάνειας της Γης (ανάγλυφου) από το ρέον νερό και τις διεργασίες/διαδικασίες που τη διαμόρφωσαν και εξακολουθούν να τη διαμορφώνουν. Ετυμολογικά προκύπτει από τις ελληνικές λέξεις: Γαία = Γη; -μορφή -λόγος = ανάλυση. Η Γεωμορφολογία αναγνωρίστηκε ευρέως ως ιδιαίτερο γνωστικό αντικείμενο μετά το Διεθνές Γεωλογικό Συνέδριο του 1891.

3 Γιατί να υπάρχει η γεωμορφολογία ως επιστήμη?
Ζούμε στην επιφάνεια της Γης η δυναμική φύση της οποίας διαμόρφωσε το ανάγλυφο στο οποίο δραστηριοποιείται ο άνθρωπος και από το οποίο αντλεί τα προς το ζην…. είτε είναι παράκτιο ποτάμιο ………

4 Η μεγαλύτερη έκταση της Γης καλύπτεται από νερό
Πέραν του χερσαίου ανάγλυφου υπάρχει και το υποθαλάσσιο στο οποίο για καιρό δεν είχε δοθεί ιδιαίτερη σημασία και δεν είχε μελετηθεί αρκετά Η μεγαλύτερη έκταση της Γης καλύπτεται από νερό Η μεγαλύτερη έκταση της γήινης χερσαίας επιφάνειας έχει υψόμετρο< 2km

5 Η Ποτάμια Γεωμορφολογία αποτελεί ένα νέο τρόπο να δει κανείς το ανάγλυφο
Με ποιο τρόπο οι ενεργές ποτάμιες γεωμορφολογικές διεργασίες διαμορφώνουν το ανάγλυφο και ποιοι είναι οι παράγοντες που ελέγχουν στην ένταση με την οποία δρουν και την αποτελεσματικότητά τους

6 Ο άνθρωπος έχει αναδειχθεί σε κυρίαρχο παράγοντα διαμόρφωσης του γήινου ανάγλυφου.
Πώς οι ενέργειές μας επηρεάζουν τα φυσικά συστήματα από την ισορροπία των οποίων εξαρτάται η ίδια μας η ζωή?

7 Ο κόσμος μεταβάλλεται… η κατανόηση του τρόπου απόκρισης του ανάγλυφου στην κλιματική αλλαγή προϋποθέτει την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του ανάγλυφου — και του τρόπου αλληλεπίδρασης των επιμέρους στοιχείων του.

8 Η Γεωγραφία (επιμέρους γνωστικό αντικείμενο της οποίας είναι η Φυσική Γεωγραφία που εμπεριέχει τη Γεωμορφολογία) ως επιστήμη μπορεί να αναζητηθεί πολύ παλιά: Ο πρώτος συγγραφέας που στο έργο του έχουμε γεωγραφικές περιγραφές είναι ο ποιητής Όμηρος, στα ποιήματα του Ιλιάδα και Οδύσσεια περιγράφει τόπους, φυσικά φαινόμενα και ανθρώπους . Η Γεωγραφία αναβαθμίστηκε σε επιστήμη την εποχή των Ιώνων φιλοσόφων. Αυτοί υπήρξαν οι πρώτοι που αντιλήφθηκαν το σχήμα της Γης και τη σχέση της με τον ήλιο και τα άλλα ουράνια σώματα. Οι φιλόσοφοι Θαλής, Αναξίμανδρος και Εκαταίος έδωσαν νόημα στη λέξη γεωγραφία, ο πρώτος μίλησε για την σφαιρικότητα της Γης, ο δεύτερος έφτιαξε το πρώτο πίνακα του τότε γνωστού κόσμου ενώ ο τρίτος συνέγραψε το πρώτο γεωγραφικό έργο για την Ευρώπη και την Ασία. Στη Σάμο, που την εποχή εκείνη πρέπει να θεωρείται σαν μέρος της Ιωνίας, ο Αρίσταρχος ανακάλυψε το ηλιοκεντρικό σύστημα δυο χιλιάδες χρόνια πριν τον Κοπέρνικο. Είχε θητεύσει στη σχολή του Αριστοτέλη στην Αθήνα και διατύπωσε με σαφήνεια ότι η Γη περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο με αποτέλεσμα να κατηγορηθεί για ασέβεια. Η έλλειψη μεγάλου μέρους του έργου, παρότι επαναστατικού για την εποχή του, δεν του έδωσε την αναγνώριση που πιθανόν να του ανήκε. 

9 Η Γεωγραφία (επιμέρους γνωστικό αντικείμενο της οποίας είναι η Φυσική Γεωγραφία που εμπεριέχει τη Γεωμορφολογία) ως επιστήμη μπορεί να αναζητηθεί πολύ παλιά: Ο Μέγας Αλέξανδρος επίσης ενδιαφέρθηκε για την ανάπτυξη της γεωγραφίας σαν μέσο για την καλύτερη διοίκηση της αυτοκρατορίας του, στο επιτελείο των επιστημόνων που τον ακολούθησε στις εκστρατείες του περιλαμβάνονταν πολλοί γεωγράφοι και τοπογράφοι οι επονομαζόμενοι «Βηματιστές». Η Αλεξάνδρεια της Αιγύπτου, πόλη που ίδρυσε ο Μέγας Αλέξανδρος, ήταν η πόλη που διαδραμάτισε σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη της γεωγραφίας κατά την ύστερη αρχαιότητα. Στην πόλη αυτή, με την σπουδαία βιβλιοθήκη, έδρασαν πολλοί επιστήμονες που έδωσαν ώθηση στη γεωγραφία. Πρώτος απ΄ όλους ο Ερατοσθένης ποιητής, μαθηματικός, φιλόσοφος, υπήρξε επικεφαλής της Βιβλιοθήκης της Αλεξάνδρειας. Συνέγραψε ένα βιβλίο με τον τίτλο Γεωγραφικά και υπολόγισε με σχετική ακρίβεια την περίμετρο της Γης, ενώ κατασκεύασε τον πρώτο πραγματικό χάρτη. Την σκυτάλη πήραν οι Στράβων και Κλαύδιος Πτολεμαίος. Ο Στράβων στις αρχές της 1ης χιλιετίας μ.Χ. συνέγραψε το έργο του με τίτλο Γεωγραφικά, το έργο παρότι στηρίχθηκε κατά κύριο λόγο σε περιγραφές, εντούτοις προσπάθησε να εξηγήσει τις πολιτιστικές διαφορές των ανθρώπων τα ήθη και έθιμα τους καθώς και τα συστήματα διακυβέρνησής τους.

10 Η μελέτη των γεωμορφών μπορεί να αναζητηθεί πολύ παλιά στις μελέτες των:
Πλάτωνα ( BC) – ο οποίος έκανε αναφορά στην επίδραση του ανθρώπου στη διάβρωση των εδαφών και τις επιπτώσεις της διεργασίας αυτής στην οικονομική παραγωγή. Αριστοτέλη ( BC) – πρότεινε μια θεωρία για τον τρόπο σχηματισμού των ποτάμιων ρευμάτων. Στράβωνα (64-23 BC) – πολλές από τις περιγραφές του (π.χ. ότι ο Πειραιάς ήταν νησί) επαληθεύτηκαν στις μέρες μας με σύγχρονες γεωμορφολογικές μεθόδους. Avicenna (Πέρσης Φιλόσοφος και Επιστήμονας) ( ) – διατύπωσε την άποψη ότι η τοπογραφία (μορφή του ανάγλυφου) θα μπορούσε να είναι αποτέλεσμα της δράσης του ρέοντος νερού. Leonardo da Vinci ( ) – ασχολήθηκε με την εξέλιξη της μορφής του γήινου ανάγλυφου Ο όρος Γεωλογία, προτάθηκε από τον Warren το 1687, εννοώντας αρχικά την περιγραφή και τη μελέτη είτε (i) του ανάγλυφου, ή (ii) των ορυκτών και πετρωμάτων.

11 Σύντομα η πρόσφατη Ιστορία της Γεωμορφολογίας
Leonardo da Vinci ( ) – Οι μελέτες του Leonardo σχετικά με την εξέλιξη του γήινου ανάγλυφου και η εφεύρεση του τοπογραφικού χάρτη (χάρτη ισοϋψών) από αυτόν ποτέ δεν έλαβε την πρέπουσα αναγνώριση διότι ποτέ δεν το δημοσίευσε. Water is the driver of Nature. - Leonardo da Vinci

12 Σύντομα η πρόσφατη Ιστορία της Γεωμορφολογίας
Ο Steno (1669) αναγνώρισε την ανάγκη να εξηγήσει την ιστορία (και άρα την εξέλιξη) των μορφών του ανάγλυφου (γεωμορφών).

13 Σχηματισμός κοιλάδων Οι παράγοντες που ελέγχουν τη διάνοιξη των κοιλάδων αποτελούσε σημαντικό θέμα στην ανάπτυξη της Γεωλογίας ως επιστήμης. Τον 17ο αιώνα στην Ευρώπη πίστευαν ότι οι πλημμύρες ευθύνονταν για την ανάπτυξη του ανάγλυφου της Γης. Ο Charles Lyell (1833) διαπίστωσε επαναλαμβανόμενες φάσεις διάνοιξης κοιλάδων, απόθεσης χαλίκων, και κάλυψης των χαλίκων από ροές λάβας. Η διαπίστωση αυτή τον οδήγησε στην παραδοχή πολλών διαφορετικών φάσεων διάνοιξης των κοιλάδων.

14 Τη δεκαετία του 1830 ο Louis Agassiz άρχισε να αναφέρει ενδείξεις του ανάγλυφου (κατά την εργασία πεδίου) που αποδεικνύουν το ρόλο των παγετωδών διεργασιών στη διαμόρφωση του ανάγλυφου. Αρχικά η θεωρία για τους παγετώνες προκάλεσε διαμάχες μέχρι την ευρεία αποδοχή της το 1860. Πετρώματα λειασμένα και με γραμμώσεις από τη δράση ενός παγετώνα (Louis Agassiz, Etudes sur les glaciers, 1840).

15 Οι έρευνες του West Οι τοπογραφικές έρευνες που του ανατέθηκαν για την καταγραφή των ορυκτών πόρων της Αμερικής αποδείχτηκε σημαντική για την κατανόηση του ελέγχου της γεωλογίας στις γεωμορφές. Οι έρευνες της κυβέρνησης των ΗΠΑ τις δεκαετίες 1870 και1880 είχαν σαν αποτέλεσμα τις γεωμορφολογικές μελέτες των Powell, Gilbert, και Russell, που ήταν οι πρώτες μελέτες γεωμορφολογικών διεργασιών.

16 William Morris Davis Στα τέλη του 19ου αιώνα ο Davis πρότεινε ένα μοντέλο εξέλιξης του ανάγλυφου στο οποίο χαρακτήρισε το ανάγλυφο ως νέο, ώριμο και γηρασμένο ανάλογα με τα γενικά του μορφολογικά χαρακτηριστικά. Η σκέψη του Davis εστίασε σε ποιοτικές ερμηνείες της ιστορίας του ανάγλυφου και επηρέασε πολύ τη γεωμορφολογική σκέψη μέχρι τις μέρες μας.

17 Luna Leopold και η U.S.G.S. Τη δεκαετία του1950 μια ομάδα ερευνητών της Γεωλογικής Υπηρεσίας των ΗΠΑ με αρχηγό τον Leopold εισάγει την σύγχρονη μελέτη των γεωμορφολογικών διεργασιών με την μέτρηση των ρυθμών δράσης των γεωμορφολογικών διεργασιών και ερμηνεύοντας τη φυσική των διεργασιών αυτών. Η προσέγγιση του Leopold περιελάμβανε το συνδυασμό των παρατηρήσεων υπαίθρου και των μετρήσεων με την ανάπτυξη θεωρητικών μοντέλων για την ερμηνεία των γεωμορφολογικών διεργασιών.

18 Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους
Η αλματώδης ανάπτυξη και εξέλιξη των ηλεκτρονικών υπολογιστών και των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών επιτρέπουν την κατασκευή DEM και την τρισδιάστατη απεικόνιση και μελέτη του ανάγλυφου μεγάλων εκτάσεων με λεπτομέρεια. Θεωρείται μεγάλη εξέλιξη σε σχέση με το παρελθόν που η μελέτη του ανάγλυφου βασιζόταν στην ανάγνωση τοπογραφικών χαρτών.

19 Εξέλιξη της Γεωμορφολογικής Σκέψης
Παρατήρηση Ηρόδοτος (450 BC) έως τον Leonardo και έως σήμερα Περιγραφή Steno, Playfair (Hutton) – 1600’s-1700s Ερμηνεία Agassiz ( ) – παγετώδη περιβάλλοντα Powell ( ) – ποτάμια περιβάλλοντα και τεκτονικά ενεργές περιοχές Gilbert ( ) – όλα τα περιβάλλοντα Συσχέτιση Davis ( ) – κυρίως ποτάμια περιβάλλοντα A. & W. Penck ( ) τεκτονικά ενεργές περιοχές Ποσοτικοποίηση Leopold (fluvial), Nye/Glen (παγετώδη), Bagnold (αιολικά), Πρόγνωση - Πρόβλεψη – κοινός στόχος των σημερινών Γεωμορφολόγων

20 Κρίσιμες Έννοιες της Γεωμορφολογίας
Μέσο “αυτό που δρα ή έχει τη δύναμη να δράσει” νερό, πάγος, άνεμος… Διεργασία “σταδιακά βήματα μέσω των οποίων «επιτυγχάνεται» ένα τελικό αποτέλεσμα” Αποσάθρωση, διάβρωση, μεταφορά, απόθεση Ενέργεια Ηλιακή, γεωθερμική, βαρύτητα, χημική

21 Λεκάνες απορροής Τα υλικά – ιζήματα μετακινούνται από τις τοπογραφικά υψηλότερες προς τις τοπογραφικά χαμηλότερες περιοχές της λεκάνης απορροής υπό την επόδραση της βαρύτητας

22 Κρίσιμες Έννοιες της Γεωμορφολογίας
Συστήματα “ένα σύνολο τμημάτων που απαρτίζουν μια ολότητα” Ποτάμιο, παγετώδες, παράκτιο Κλίμα Καθορίζει το μέσο που κυριαρχεί Χρόνος Εξέλιξη των γεωμορφών/ανάγλυφου

23 Από τα χαρακτηριστικότερα συστήματα είναι οι λεκάνες απορροής…

24 Ποτάμια Γεωμορφολογία
Η μελέτη των ποτάμιων διεργασιών και των αντίστοιχων γεωμορφών ποτάμιας απόθεσης και ποτάμιας διάβρωσης

25 Ποτάμια περιβάλλοντα Υπάρχουν παντού εκτός από ψυχρές περιοχές (που κυριαρχεί ο πάγος) και σε τελείως άνυδρες περιοχές (αν και μετά από πλημμύρες το ρέον νερό είναι σημαντικός παράγοντας διαμόρφωσης του αναγλύφου. Υπάρχουν περιοχές που έχουν διαμορφώσει τα χαρακτηριστικά τους στο παρελθόν από την ποτάμια ροή.

26

27

28

29 Κλεισούρα Αιτωλοακαρνανίας

30 Επιφανειακή απορροή Είναι ένα στοιχείο της ισορροπίας ύδατος στην επιφάνεια της γης. Ορίζεται ως διαφορά μεταξύ των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων και των ρυθμών εξατμισιδιαπνοής, με την παραδοχή βέβαια ότι το αποθηκευμένο νερό στο έδαφος παραμένει περίπου σταθερό. Μεγαλύτερες τιμές εμφανίζει σε περιοχές υγρών κλιμάτων και ορεινές περιοχές (με ύψη βροχής πάνω από 1000 mm). Ελάχιστες τιμές παίρνει σε ερήμους (ύψη βροχής λιγότερα από 200 mm).

31 Επιφανειακή απορροή Δεν παράγεται ισοκατανεμημένα στο έτος.
Κάθε κλιματικός τύπος ευνοεί ένα συγκεκριμένο ποτάμιο καθεστώς: Ποτάμια ρεύματα μόνιμης ροής (έχουν παροχή καθ όλη τη διάρκεια του έτους) – υγρά κλίματα. Ποτάμια ρεύματα διαλείπουσας ροής (έχουν παροχή τουλάχιστον ένα μήνα το χρόνο). Ποτάμια ρεύματα εφήμερης ροής (έχουν παροχή μόνο μετά από περιστασιακές καταιγίδες – κάποια μέρα ή μέρες του χρόνου) – ξηρά (ερημικά) κλίματα.

32

33 Η δράση της βροχοσταγόνας

34 Σημαντικότατη διεργασία για τη διάβρωση των εδαφών
Σημαντικότατη διεργασία για τη διάβρωση των εδαφών. Αποσπά κόκκουν διαμέτρου μικρότερης των 20 micrometers.

35

36 Βροχοσταγόνα Τα κύρια χαρακτηριστικά της βροχοσταγόνας που παίζουν ρόλο στη διαβρωτική της ικανότητα είναι: Η μάζα Το μέγεθος Η κατεύθυνσή της Η ένταση της βροχόπτωσης Η τελική ταχύτητά της

37 Βροχοσταγόνα Σημαντικό ρόλο στη δράση της βροχοσταγόνας παίζει η δυνατότητα αποκόλλησης και μεταφοράς των κόκκων του εδάφους: Εδάφη με βλάστηση είναι προστατευμένα Εδάφη με μεγάλη συνεκτικότητα είναι προστατευμένα Οριζόντια εδάφη δε διαβρώνονται εύκολα Κεκλιμένες επιφάνειες έστω με γωνία κλίσης 5ο σημειώνουν σημαντικές απώλειες Η μέγιστη τιμή αυτού του είδους της διάβρωσης λαμβάνει χώρα λίγη ώρα μετά την ύγρανση του εδάφους . Στη συνέχεια μειώνεται γιατί: τα πιο εύκολα διαβρούμενα σωματίδια έχουν ήδη απομακρυνθεί το επιφανειακό στρώμα – μανδύας νερού αυξάνει σε πάχος.

38 Διηθητική ικανότητα Η διηθητική ικανότητα (fp) ορίζεται ως ο μέγιστος ρυθμός με τον οποίο μπορεί ένα συγκεκριμένο έδαφος να διηθήσει το επιφανειακό νερό. Κατά τη διάρκεια μιας βροχόπτωσης αρχικά έχει μεγάλες τιμές (fo) και σταδιακά μειώνεται σε μια ελάχιστη σταθερή τιμή (fc). Η ελάττωση αυτή οφείλεται: Στην πάκτωση του εδάφους λόγω της βροχής, Την έκπλυση του λεπτόκοκκου υλικού, Τη διόγκωση των κολλοειδών συσσωματωμάτων και Την καταστροφή της επιφανειακής δομής του εδάφους

39 Διηθητική ικανότητα Εάν ο ρυθμός της βροχόπτωσης υπερβεί την ελάχιστη σταθερή τιμή διηθητικής ικανότητας (fc), τότε αρχίζει η συσσώρευση νερού μέσα και στη συνέχεια πάνω από το έδαφος με επακόλουθο την απορροή Εάν η βροχή συνεχιστεί για χρόνο tR τοτε ισχύει: fp=fc+(fo+fc)e-ktR k = μία σταθερά e=2,71 (η βάση των νεπέριων λογάριθμων). Όσο περνάει ο χρόνος σε μια βροχόπτωση μειώνεται η διηθητική ικανότητα και αυξάνει η επιφανειακή απορροή.

40 Διηθητική ικανότητα Η διηθητική ικανότητα ενός εδάφους εξαρτάται και από άλλες συνθήκες: Κορεσμός εδάφους σε νερό από προηγούμενη βροχόπτωση Εποχές του έτους που καθορίζουν φυτοκάλυψη και καλλιεργημένες εκτάσεις Θερμοκρασία που καθορίζει την εξάτμιση Γενικά περιοχές με βλάστηση έχουν μεγαλύτερη διηθητική ικανότητα Η βλάστηση επιβραδύνει την επιφανειακή απορροή Το ριζικό σύστημα καθιστά το έδαφος διαπερατό από το νερό Ο κορεσμός του εδάφους σε νερό μειώνεται σημαντικά

41 Διηθητική ικανότητα Δυσκολος ο προσδιορισμός της διηθητικής ικανότητας σε μια λεκάνη. Γενικά δεχόμαστε: βροχόπτωση = διήθηση + επιφανειακή απορροή με την προϋπόθεση ότι η ποσότητα νερού που κατακρατείτε από τη βλάστηση και αποθηκεύεται στο έδαφος είναι μικρή.

42 Ρυθμός τροφοδοσίας Ρυθμός τροφοδοσίας είναι η διαφορά μεταξύ της έντασης της βροχόπτωσης και της διηθητικής ικανότητας Για θετικές τιμές ρυθμού τροφοδοσίας αρχικά πληρώνονται τα τοπογραφικά βυθίσματα του εδάφους με νερό Στο επόμενο στάδιο το νερό καλύπτει τις μεταξύ των ταπεινώσεων περιοχές σχηματίζοντας ένα λεπτό μανδύα νερού Όταν το πάχος του μανδύα γίνει ανεπαρκές αρχίζει η ροή του νερού προς τα κατάντη.

43 Κρίσιμη απόσταση Αρχικά δεν έχει το νερό την ενέργεια που απαιτείται για την απόσπαση και μεταφορά των κόκκων του εδάφους. Όσο κινείται η ταχύτητά του αυξάνεται και το ίδιο και η μεταφορική του ικανότητα . Σε κάποιο σημείο η μεταφορική ικανότητα ξεπερνά την αντίσταση του επιφανειακού υλικού οπότε αρχίζει η διάβρωση Το σημείο (υψόμετρο) στο οποίο επιτυγχάνεται αυτό ονομάζεται κρίσιμη απόσταση.

44 Κρίσιμη απόσταση Σημαντικός ο καθορισμός της κρίσιμης απόστασης γιατί από εκείνο το σημείο αρχίζει η αυλακώδης διάβρωση. Ανάντη είναι ενεργή μόνο η δράση της βροχοσταγώνας.

45 Δράση βροχοσταγόνας Υδροστροματορροή Αυλακώδης διάβρωση

46

47 Διαβρωτική δύναμη Η διαβρωτική δύναμη που οφείλεται σε ροή παράλληλη προς την επιφάνεια του εδάφους εξαρτάται: Από το βάθος της επιφανειακής ροής το οποίο εξαρτάται από: Το ρυθμό τροφοδοσίας Τη τραχύτητα του εδάφους Την απόσταση από την κορυφή της κλιτύος Και την εφαπτομένη της γωνίας της κλιτύος Το ημίτονο της κλίσης της κλιτύος

48 Διαβρωτική δύναμη Το πλάτος της ζώνης που δεν παρατηρείται διάβρωση λόγω απορροής είναι αντιστρόφως ανάλογο της αντίστασης του εδάφους στη διάβρωση (διαβρωσιμότητα) Για κλιτύες με γωνία μικρότερη των 20ο το πλάτος της ζώνης αυτής ελαττώνεται με την αύξηση της κλίσης Η διάβρωση της βροχοσταγόνας επιδρά και κάτω από την κρίσιμη επιφάνεια

49 διάβρωση ταχύτητα μεταφορά απόθεση Μέγεθος κόκκου ιλύς άμμος άργιλος
χάλικες Μέγεθος κόκκου

50 Ποτάμια μεταφορά (fluvial transport)
Στερεοπαροχή – φερτές ύλες – φορτίο (load) Τρόποι μεταφοράς ιζημάτων Φορτίο εν διαλύσει (dissolved load / solute load) Φορτίο εν αιωρήσει (suspended load) Φορτίο κοίτης (bed load / traction load)

51