Duna

L'Erg,ossia mare di dune, diIssaouane,inAlgeria,fotografato dallo spazio

Dune diMaspalomassull'isola diGran Canaria,Spagna

Unadunaè tipicamente (e nell'accezione comune) un accumulo disedimentosabbiosodi 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 deidesertisabbiosi ed anche dellecostesabbiose 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 allitoralee 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 fondocon morfologia simile a quella delle dune eoliche, dalle dimensioni da metriche a decametriche, dovute all'azione di correnti d'acquaunidirezionaliin ambientefluvialeodeltizioe 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 comeincrespatureoondulazioni.

Descrizione

Schema generale della morfologia di una duna.

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.

Meccanismi di formazione e materiali

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 unfluidoagisce su una superficie coperta dasedimentosciolto, con unavelocitàtale 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;
• l'azioneerosivadegliagenti atmosferici,qualiacquacorrente e vento. Sulle coste la sabbia può essere trasportata anche daifiumi,o dallecorrenti costiere.

Secondo studi di laboratorio,le correnti eoliche hanno minore capacità erosiva rispetto alle correnti subacquee, poiché la velocità critica dierosionedi 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 Hjulströmdeterminata 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 minoredensitàeviscositàdel 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

Meccanismi di trasporto

Imovimenti del sedimentotipici 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(creepsuperficiale): 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 riposonaturale (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 delsiltpiù 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.

Caratteristiche dei depositi

Depositi di duna di etàpleistocenicavisibili 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 tipicamentesupermaturedal punto di vista tessiturale: sono estremamente classate(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,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 approcciostatisticofondato su un congruo numero di dati per una ricostruzionepaleoambientaleaccurata. 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 situatetrai 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.

Tipi di dune

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 persone

La tipica disposizione subparallela ad elevato sviluppo longitudinale (“seif”) delle dune delRubʿ al-Khālī,foto scattata dal sensoreASTERdel satellite per telerilevamentoTerra(EOSAM-1).“Il quarto vuoto”(الربع الخالي) è uno dei più vastideserti sabbiosi(erg) del mondo e ricopre il terzo più meridionale dellapenisola araba

A mezzaluna

La forma più comune sullaTerra(e suMarte) di una duna è la forma a mezzaluna, detta anchebarcanase arcuata otrasversalese presenta una morfologia tendenzialmente rettilinea perpendicolarmente alla direzione del vento.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 diNingxiainCinaun gruppo di dune si sono mosse con una velocità di 100metriall'anno tra il1954ed il1959.Velocità simili sono registrate nel deserto ad ovest dell'Egitto.

Le dune a mezzaluna più imponenti sulla Terra sono nel desertoTaklamakanin Cina, dove la distanza tra le creste di due dune può superare i 3chilometri.

Lineari

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,ghiaiao 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.

A stella

Le dune a stella sono formazioni collinose apiramideconsimmetria radialee 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 Saharaorientale. 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 Jaranin Cina, dove possono raggiungere i 500 metri di altezza.

A cupola

Hanno formaovaleocircolarea 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.

A parabola

Le dune aparabolasono 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 dellavegetazioneche 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.

Tipi complessi

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.

Dune costiere

Le dune si possono formare sullecostedove l'apporto di sedimenti sabbiosi da parte delle onde e dellecorrenti costierepermette la formazione di unaspiaggia.Nella parte superiore della spiaggia (spiaggia emersa obackshore), può verificarsi l'asportazione di parte del materiale sabbioso (specialmente le frazionigranulometrichepiù 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 pionieresvolgono 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.

Colonizzazione delle dune costiere

Colonizzazione di una duna

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 acquasalataprovenienti dal mare, portati dai venti più forti. In questo contesto però, lealghein 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 delleradicimolto 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 aggiungonoazotoal 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'humusal terreno, avendo però unpHminore di 7 rendono il terreno leggermenteacido.Successivamente possono installarsi leconifere,che sono in grado di tollerare terreni con pH basso.

Dune grigie e gialle aStudland,Inghilterra

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 importanteecosistemameritevole 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.

Dune subacquee

Le dune subacquee si formano sui letti sabbiosi o ghiaiosi, sotto l'azione dei flussi dell'acqua.Sono solitamente ubicate incanalinaturali comefiumiedestuaried 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.

Esogeologia

Immagine inferiore: dune composte da sedimenti sabbiosi su Belet (una formazione dialbedoscura 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.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.

Potenziale di ricerca degli idrocarburi

Depositi di duna eolica dalPermianodelMare del Nord(campo petrolifero di Hyde). a) interpretazionesedimentologicadi un tratto dicarotaggioentro 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 organicae quindi allo sviluppo dirocce madri,a causa degli intensi processi diossidazioneche 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 elevataporositàepermeabilità;questo ovviamente nel caso in cui i fattoridiageneticipost-deposizionali non abbiano influito negativamente su questi caratteri favorendo la cementazione dei sedimenti. Quindi, ove le condizionistrutturalie paleoambientali del sottosuolo abbiano portato in comunicazione sabbie eoliche con rocce madri (sia di origine marina o lacustre), e in presenza di unatrappola strutturaleostratigrafica,si possono produrre accumuli significativi diidrocarburi.

In questo tipo di giacimenti, la frequenza delle laminazioni (che costituisce il motivo deposizionale dominante) causa una nettaanisotropiadeisedimentisedimenti sabbiosi, nei quali la permeabilità presenta valori molto diversi in direzioneparallelaalle lamine (in cui risulta più elevata) e in direzioneperpendicolarealle 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), per l'ottimizzazione della produzione stessa. Per questo motivo, si utilizza la ricostruzione della giacitura degli strati e delle lamine tramite ilog di immagineregistrati in pozzo per lo studiosedimentologicodei 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 lamodellizzazionedelladinamica dei fluidiin tutta l'area del giacimento.

Un classico esempio diroccia serbatoiocaratterizzata da facies di ambiente eolico è costituito dallearenarierossastre e varicolori delPermianoInferiore delMare del Nord(Formazione Rotliegendes), facies diffuse anche neiPaesi Bassie 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).In figura è riportato l'esempio del campo petrolifero di Hyde (Mare del Nord meridionale).Nel modello deposizionale del giacimento i sedimenti eolici sono stati interpretati come depositi di duna di tipo semilunato semplice(per la forte unimodalità dell'orientamento delle lamine verso ovest).

Bibliografia

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Voci correlate

• Spiaggia
• Deserto
• Sabbia
• Ripple marks

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Collegamenti esterni

• Duna,inTreccani.it – Enciclopedie on line,Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.