Loess è una diffusa, vento trasportato, limo-dominato geologica del deposito che copre circa il 10 per cento della superficie terrestre. Milioni di persone vivono in case, lavorano in aziende e utilizzano strade, ferrovie e aeroporti costruiti su loess., Loess è anche il materiale genitore dei terreni agricoli più produttivi del mondo. Poiché loess è depositato dall’atmosfera, fornisce un importante archivio geologico della circolazione atmosferica passata che può essere utilizzato per testare modelli di circolazione atmosferica (Mahowald et al. 2006). La polvere dispersa nell’aria, di cui le particelle di dimensioni del limo sono una componente importante, influisce anche sul clima attraverso il suo ruolo nei processi di trasferimento radiativo e trasportando nutrienti minerali negli oceani, che influenzano la produttività primaria e il ciclo del carbonio (Ridgwell 2002, Jickells et al. 2005)., I depositi di Loess si formano dove la polvere si accumula abbastanza velocemente da formare uno strato caratteristico ricco di limo che seppellisce terreni o altri materiali geologici. Una varietà di fattori geologici, climatici e biotici interagiscono per formare particelle di dimensioni del limo, mobilitare e trasportare il limo da una fonte e consentirgli di accumularsi sul paesaggio.
Le particelle di limo sono di dimensioni comprese tra 2–50µm (0,002-0,05 mm), intermedie tra particelle microscopiche di argilla (sabbia (0,05–2 mm) (Figura 1)., La macinazione glaciale è molto efficace nel produrre particelle di dimensioni del limo, che sono incorporate in till, rielaborate dall’acqua di fusione e scaricate in flussi alimentati da ghiacciai come “farina glaciale” e depositate su pianure di lavaggio prima di essere trascinate e depositate dal vento. La deposizione di Loess è in corso in alcune parti dell’Alaska, in Nuova Zelanda, in Islanda e in altre aree in cui i fiumi trasportano acqua di fusione ricca di limo dai ghiacciai odierni., La vicinanza geografica di molti dei grandi depositi di loess del mondo ai margini delle ex calotte glaciali continentali e dei fiumi che li prosciugavano, così come la coincidenza dell’età dei depositi di loess con l’avanzata e il ritiro delle calotte glaciali durante l’ultima era glaciale, rafforzano il legame della macinazione glaciale con la produzione di limo e la formazione di loess.
Un certo numero di altri meccanismi di produzione di limo, come la frantumazione del gelo, la sminuzzazione durante il trasporto nei torrenti e sui pendii, l’abrasione eolica e l’alterazione del sale, sono stati proposti per tenere conto dei depositi di loess che si 1998, Wright et al. 1998, Wright, 2001, Whalley et al., 1982). Tuttavia, studi recenti hanno suggerito che la maggior parte del limo che costituisce i depositi di loess associati a queste fonti “desertiche” probabilmente si è formata in ambienti glaciali più lontani o è stata erosa da affioramenti di roccia limosa nelle regioni aride (Muhs & Bettis 2003).,
Mobilizzazione, trasporto e deposizione di limo da parte del vento
La deflazione, il sollevamento e la rimozione di particelle da una superficie da parte del vento, può verificarsi se sono soddisfatte tre condizioni: 1) è disponibile una fonte di sedimento secco, 2) il vento è abbastanza forte da mobilitare le particelle e 3) la superficie del terreno non è protetta dal vento Queste condizioni sono controllate dalle interazioni tra materiali geologici, fenomeni atmosferici e biota, comprese le azioni umane come la bonifica della terra., Le particelle di dimensioni del limo sono particolarmente sensibili alla deflazione del vento-mancano della carica elettrostatica e dell’affinità per l’acqua che rendono le particelle di dimensioni dell’argilla attaccate alla superficie, hanno meno massa e sono quindi più facili da sospendere nel vento rispetto alle particelle di sabbia.
Ci sono molte fonti potenziali per il limo trasportato dal vento poiché le particelle di dimensioni del limo sono onnipresenti negli ambienti terrestri., Le particelle di limo sono facilmente disponibili lungo i corsi d’acqua che drenano i ghiacciai e nei bacini intermontani asciutti dove il limo formato in ambienti glaciali alpini lontani e trasportato dai corsi d’acqua in questi bacini è esposto quando laghi e stagni si prosciugano (Kapp et al. 2011). Affioramenti di roccia limosa possono anche servire come fonti per il limo soffiato dal vento, a condizione che i grani di limo costituenti possano essere mobilitati (Muhs et al. 2008). Con l’avvento della bonifica su larga scala e della coltivazione stagionale, i paesaggi agricoli sono diventati anche importanti fonti di limo (Tegan et al. 1996).,
Il vento è la forza trainante dei processi eolici (legati al vento). Il trascinamento di limo e argilla richiede un vento più forte di quello necessario per iniziare il movimento della sabbia (la soglia del fluido in Figura 2). Infatti, l’energia derivante dall’impatto dei granelli di sabbia saltati che si muovono a velocità del vento inferiori migliora notevolmente il trascinamento di limo e argilla. I granelli di sabbia saltati colpiscono la superficie ed espellono particelle di limo e argilla che altrimenti sarebbero difficili da intrappolare a causa della loro natura coesiva e del loro basso profilo al vento., Una volta espulsi, le particelle di limo e argilla vengono trasportate nell’atmosfera da vortici turbolenti dove si muovono sottovento in sospensione, a volte per periodi di tempo prolungati. Le particelle di limo e argilla rimangono sospese nell’atmosfera fino a quando 1) la velocità del vento scende al di sotto della velocità di sedimentazione delle particelle, 2) il legame elettrostatico delle particelle produce aggregati con velocità di sedimentazione sufficiente a cadere, o 3) particelle o aggregati di polvere vengono incorporati in pioggia o nevicate (Pye 1995).,
Diversi fattori influenzano la forza del vento sulla superficie del terreno e quindi la quantità di limo (se presente) verrà mobilitata. Particelle o detriti che sono troppo grandi perché il vento si muova formano una “armatura” immobile che protegge i grani sottostanti dal vento e impedisce loro di essere trascinati. Le piante, le recinzioni e gli edifici che si innalzano sopra la superficie del terreno, così come le rotture in forte pendenza nel paesaggio, influenzano la velocità e la turbolenza del vento., Questi cosiddetti “elementi di rugosità” controllano l’altezza sopra la superficie del terreno alla quale la velocità orizzontale del vento è troppo bassa per mobilitare le particelle (l ‘ “altezza di rugosità”). La copertura vegetale sopprime quindi il movimento della sabbia e il trascinamento del limo mantenendo l’altezza della rugosità sopra la superficie del terreno e blindando la superficie con lettiere vegetali (Figura 3). Con l’aumentare della copertura vegetale, è disponibile una superficie meno nuda per il trascinamento del limo., La vegetazione e altri elementi di rugosità favoriscono anche la deposizione di particelle trasportate dal vento quando la parte del profilo verticale del vento interessata da esse scende al di sotto della soglia di impatto. Il grado in cui la vegetazione o altri elementi di rugosità favoriscono la deposizione è indicato come “efficienza di cattura”. Generalmente, la vegetazione alta e/o densa ha una maggiore efficienza di cattura rispetto alla vegetazione corta o sparsa., Le caratteristiche topografiche, come le valli dei torrenti incise, le scarpate rocciose o altri impedimenti, possono anche intrappolare le particelle di sabbia salata e quindi promuovere l’accumulo di loess sul loro lato sottovento (Mason et al. 1999).
Il Sistema deposizionale di Loess
La produzione, il trascinamento e la deposizione di loess coinvolgono interazioni tra la litosfera, l’atmosfera e la biosfera che sono infine controllate dal clima. Condizioni di freddo con sufficiente umidità per supportare i ghiacciai a base umida forniscono le “fabbriche” per la produzione di limo e i flussi di outwash per trasportare sabbia, limo e argilla in luoghi in cui può verificarsi il trascinamento dal vento., Nella zona di deflazione devono esistere condizioni sufficientemente asciutte affinché la sabbia salti e impatta sulla superficie in modo che le particelle di limo e argilla possano essere espulse nel vento. Il vento non può trascinare le particelle minerali da una superficie umida perché la forza del vento non può superare la tensione superficiale dell’acqua tra le particelle. Una superficie nuda con un contenuto di umidità di solo una piccola percentuale è molto difficile da erodere per il vento., Le condizioni di siccità prolungate porteranno a una vegetazione meno densa, a un maggiore movimento della sabbia e ad un aumento della quantità di limo e argilla rilasciati nell’atmosfera finché sulla superficie sono disponibili sabbia, limo e argilla sufficienti. D’altra parte, barriere topografiche o fattori bioclimatici che riducono il movimento della sabbia diminuiranno la quantità di limo e argilla che entrano nell’atmosfera in quella posizione, ma aumenteranno l’accumulo di limo e argilla da fonti di bolina. Man mano che l’area deposizionale di loess si espande, i luoghi che sperimentano attività saltanti si spostano di bolina., Se le condizioni bioclimatiche cambiano al punto in cui la salatura non è più un importante processo attivo nell’area di origine, cessano la generazione significativa di polvere e la deposizione di loess.
Poiché le particelle di limo e argilla sono sospese nell’atmosfera da vortici turbolenti, possono essere trasportate lontano dalla loro area di origine prima di accumularsi come loess. Il tasso di deposizione di polvere e lo spessore del deposito di loess risultante è maggiore vicino alla sorgente e diminuisce con la distanza (Figura 4)., Altre proprietà del loess, come la granulometria media, il contenuto di argilla e la composizione mineralogica possono anche variare sistematicamente con la distanza dalla fonte (Figura 5, Muhs et al. 2008). Queste variazioni conferiscono modelli fisici e chimici sui paesaggi loess che influenzano l’erosione del suolo, la stabilità dei pendii, la capacità di trattenere l’acqua e altre proprietà importanti.,
Esempi
Esempi dell’Alaska moderna e dell’ultimo periodo glaciale nel Midwest americano illustrano il funzionamento di due sistemi deposizionali loess-uno direttamente legato ai ghiacciai e un secondo legato alle condizioni asciutte in un’area di origine. Frequenti venti forti nella parte inferiore della Delta River Valley dell’Alaska centrale provocano tempeste di polvere e la deposizione del moderno loess. Diversi ghiacciai della valle che forniscono outwash carico di limo esposti a forti venti che asciugano la pianura treccia durante i periodi di basso flusso alimentano il fiume., La sabbia che sale attraverso la treccia esposta e priva di vegetazione espelle particelle di limo e argilla, che vengono spazzate nell’aria da vortici turbolenti (Figura 6). La vegetazione sottovento intrappola parte del limo e dell’argilla trascinati come rivestimenti di polvere su foglie, steli, tronchi e superficie del suolo. La cattura è particolarmente efficace quando la vegetazione è umida con rugiada o gelo. Loess che si è accumulato nel corso degli ultimi migliaia di anni su entrambi i lati della valle fornisce una prospettiva a più lungo termine sul processo di accumulo loess., Il loess si assottiglia da diversi metri di spessore su scogliere nella foresta di conifere vicino al fiume a meno di un metro in una foresta simile diversi chilometri sottovento. Nelle vicine località della linea degli alberi il loess è significativamente più sottile perché la vegetazione è più bassa e più aperta con un’efficienza di cattura molto inferiore rispetto alla foresta di conifere.
Una vasta area di spessa loess ultimo glaciale confina bruscamente il margine sud-orientale delle colline di sabbia del Nebraska, che era il più grande campo di dune attivo in Nord America durante l’ultimo periodo glaciale, e di recente, come 1500 anni fa (Figura 4)., Studi compositivi del loess indicano che affioramenti di siltstone a nord-ovest delle colline di sabbia erano la fonte per il loess (Muhs et al. 2008). Un modello proposto per spiegare queste relazioni di spessore e composizione loess è che freddo, secco condizioni climatiche ultimo glaciale nel Midwest superiore favorito copertura vegetazione sparse e cicli di gelo-disgelo che ha portato in condizioni ideali per il movimento della sabbia e l ” erosione del vento del siltstone esposto., Le particelle di limo e argilla trascinate nell’area di origine sono state soffiate a sud-est nel campo di dune di Sand Hills attivo dove la sabbia salata ha trattenuto qualsiasi sedimentazione di limo e argilla. Il limo e l’argilla continuarono a spostarsi sopra e attraverso le colline di sabbia fino a quando la sabbia saltante non uscì dal sistema nelle valli fluviali e in altre barriere topografiche lungo il margine sud-orientale del campo di dune (Mason 2001)., Con l’impatto della sabbia salata che non agisce più per risospendere il limo e l’argilla e con il continuo trascinamento e trasporto di limo da bolina, loess denso si è accumulato sul paesaggio a sud-est delle colline di sabbia (Figura 7).
Sommario
I sistemi sedimentari di Loess sono guidati da processi e condizioni climatiche e paesaggistiche che producono particelle di limo, intrappolano e trasportano le particelle dalle aree di origine e favoriscono un accumulo di limo sufficiente sottovento dell’area di trascinamento per formare un deposito di loess. Le aree di origine secche con una copertura vegetale sparsa consentono la salatura della sabbia e il trascinamento balistico delle particelle di limo, processi che migliorano la deflazione e il trasporto del limo., Al contrario, le superfici in cui loess si accumula generalmente mancano di sabbia salata e devono avere riparo dal vento, che può essere fornito da vegetazione, barriere topografiche o altre condizioni che riducono la velocità del vento.