Modelli di drenaggio

I modelli distintivi sono acquisiti dalle reti di torrenti in conseguenza dell’adattamento alla struttura geologica. All’inizio della storia di una rete, e anche quando l’erosione è riattivata da un movimento della terra o da una caduta del livello del mare, il taglio dei torrenti principali e l’estensione degli affluenti sono più rapidi sulle rocce deboli, specialmente se queste sono impermeabili, e lungo i giunti principali e le faglie. Gli affluenti di quei torrenti che tagliano e crescono più velocemente invadono i bacini adiacenti, catturando alla fine parti delle reti concorrenti in essi. In questo modo, le valli principali con le loro linee di drenaggio principali vengono a riflettere il modello strutturale.

Rocce sedimentarie piatte prive di faglie e forti giunti e i depositi glaciali piatti del Pleistocene Epoch (da circa 2.600.000 a 11.700 anni fa) non esercitano alcun controllo strutturale: questo si riflette in reti ramificate. Una variante, in cui i torrenti principali corrono subparalleli, può verificarsi su strati inclinati. I modelli rettangolari si formano dove le linee di drenaggio sono adattate a serie di faglie e giunti marcati che si intersecano ad angolo retto, come in alcune parti di antichi blocchi crostali. Il modello è vario dove l’angolo regionale di intersezione strutturale cambia. Il drenaggio radiale è tipico dei coni vulcanici, finché rimangono più o meno intatti. L’erosione allo stato scheletrico lascia spesso la spina in piedi in alto rilievo, circondata da valli concentriche sviluppate in spessi strati di cenere.

Similmente, su cupole strutturali dove le rocce del nucleo variano in forza, valli e flussi principali si localizzano su affioramenti deboli in modelli anulari. I modelli centripeti sono prodotti dove il drenaggio converge su un singolo sbocco o lavandino, come in alcuni crateri, cupole strutturali erose con nuclei deboli, parti di alcuni paesi calcarei, e depressioni desertiche chiuse. I modelli di drenaggio a traliccio (o a spalliera) risultano dall’adattamento a strette pieghe regionali in cui le pieghe si immergono. La denudazione produce un modello a zig-zag di affioramenti, e l’adattamento a questo modello produce una rete di flussi in cui i tronchi sono allineati su rocce deboli esposte lungo gli assi delle pieghe e piccoli flussi di alimentazione scendono lungo i lati delle creste tagliate sulle formazioni più forti. I modelli squilibrati, in cui i canali sono interrotti da laghi e paludi, caratterizzano aree di modesto rilievo da cui il ghiaccio continentale è recentemente scomparso. Questi modelli possono essere sviluppati sia sulla superficie irregolare di uno strato di till (deposito glaciale eterogeneo) o sulla distesa ghiacciata di un blocco cristallino piallato. Dove uno strato di till sheet è stato modellato in drumlins (forme a forma di cucchiaio rovesciato che sono state modellate dal ghiaccio in movimento), il drenaggio postglaciale può avvicinarsi a un modello rettangolare. Negli altipiani glaciali, i corsi d’acqua postglaciali possono passare in modo anomalo attraverso i vuoti se le divisioni sono state violate dal ghiaccio, e la glaciazione delle pianure comporta necessariamente un grande scompenso delle reti fluviali vicino al fronte del ghiaccio. All’altro estremo climatico, le reti organizzate nei climi aridi possono essere sconvolte dall’essiccazione, che rompe la continuità esistente di una rete. I sistemi largamente lineari di laghi effimeri nell’interno dell’Australia occidentale sono stati riferiti a questo processo.

L’adattamento alla struttura del bedrock può essere perso se il movimento della terra solleva le pieghe o sposta le faglie attraverso le linee di drenaggio senza effettivamente deviarle; i flussi che mantengono il loro corso attraverso le nuove strutture sono chiamati antecedenti. L’aggiustamento si perde su scala regionale quando il drenaggio scende attraverso un’incongruenza in un sotto-massa con strutture molto diverse da quelle della copertura: il drenaggio diventa allora sovrapposto. Dove la copertura è semplice nella struttura e fornisce una pendenza regionale per il drenaggio del tronco, i resti del modello originale possono persistere molto tempo dopo la sovrapposizione e la distruzione totale della copertura, fornendo i mezzi per ricostruire la rete precedente.

Le leggi di Horton sulla composizione del drenaggio

Grandi progressi nell’analisi delle reti di drenaggio sono stati fatti da Robert E. Horton, un ingegnere idraulico americano che ha sviluppato il concetto fondamentale di ordine del flusso: Una corrente di testa non ramificata è designata come una corrente di primo ordine. Due flussi di testa non ramificati si uniscono per formare un flusso di secondo ordine; due flussi di secondo ordine si uniscono per formare un flusso di terzo ordine, e così via. Indipendentemente dall’ingresso degli affluenti del primo e del secondo ordine, un torrente del terzo ordine non passerà al quarto ordine finché non sarà unito da un altro confluente del terzo ordine. Il numero di torrenti è il numero totale di torrenti di un dato ordine per un dato bacino di drenaggio. Il rapporto di biforcazione è il rapporto tra il numero di torrenti in un dato ordine e il numero nel successivo ordine superiore. Per definizione, il valore di questo rapporto non può scendere al di sotto di 2,0, ma può salire più in alto, poiché i corsi d’acqua di ordine superiore al primo possono ricevere affluenti di basso ordine senza essere promossi nella gerarchia. Alcune stime per grandi estensioni continentali danno rapporti di biforcazione di 4.0 o più (vedi sotto Rendimento sedimentario e carico sedimentario).

Anche se il sistema numerico qui riportato, e oggi di uso comune, differisce dall’originale di Horton nel trattamento dei torrenti tronchi, le leggi di Horton sulla composizione del drenaggio sono ancora valide, cioè:

1. Legge dei numeri dei torrenti: i numeri dei torrenti di diverso ordine in un dato bacino di drenaggio tendono strettamente ad approssimare una serie geometrica inversa in cui il primo termine è l’unità e il rapporto è il rapporto di biforcazione.

2. Legge delle lunghezze dei flussi: le lunghezze medie dei flussi di ciascuno dei diversi ordini in un bacino di drenaggio tendono ad approssimarsi strettamente ad una serie geometrica diretta in cui il primo termine è la lunghezza media dei flussi del primo ordine.

Queste leggi sono facilmente illustrate da grafici di numero e lunghezza media (su scale logaritmiche) contro l’ordine (su una scala aritmetica). I punti tracciati giacciono su, o vicino a, linee rette. Le relazioni ordinate così indicate sono indipendenti dal modello di rete. Dimostrano relazioni esponenziali. Horton ha anche concluso che le pendenze dei torrenti, espresse come tangenti, diminuiscono esponenzialmente con l’aumento dell’ordine dei torrenti. Le relazioni sistematiche identificate da Horton sono indipendenti dal modello della rete: esse facilitano notevolmente gli studi comparativi, come quelli sulle influenze della litologia e del clima. I successori di Horton hanno esteso l’analisi attraverso un’ampia gamma di geometrie di bacino, mostrando che la larghezza del flusso, la portata media e la lunghezza del tronco principale possono anche essere espresse come funzioni esponenziali dell’ordine, e l’area di drenaggio e la pendenza del canale come funzioni di potenza. La pendenza e la portata possono a loro volta essere espresse come funzioni di potenza della larghezza e dell’area di drenaggio, rispettivamente. Le relazioni esponenziali espresse dalla morfometria di rete sono esempi particolari del funzionamento delle leggi di crescita fondamentali. In questo senso, mettono in relazione l’analisi delle reti di drenaggio con l’analisi delle reti e la topologia in generale.