Le acque superficiali: i fiumi

L'acqua allo stato liquido, proveniente dalle precipitazioni e che giunge sulla superficie terrestre, può scorrere in superficie dando origine a "rivoletti" disordinati: essi costituiscono le cosiddette acque dilavanti, che a poco a poco si incanalano e confluiscono, formando corsi d'acqua di dimensioni via via maggiori detti nell'ordine ruscelli, torrenti e fiumi.

I torrenti contengono acqua solo in alcuni periodi dell'anno e sono invece in secca (assenza di acqua) in altri momenti.

I fiumi sono corsi d'acqua che scorrono entro alvei naturali con una modesta pendenza media e con deflusso d'acqua permanente. I fiumi possono essere alimentati dalle acque sotterranee, dalle precipitazioni e dallo scioglimento dei ghiacciai e, soprattutto a causa di questi ultimi due, durante l'anno possono avere periodi di piena (abbondanza d'acqua) o periodi di magra (scarsità d'acqua).

Nello sviluppo di un fiume si individuano tre parti distinte: il corso superiore, il corso medio e il corso inferiore.

• Il corso superiore va dalla sorgente, situata a quote elevate sul livello del mare, fino a una zona pianeggiante, seguendo la forza di gravità. In questo tratto la velocità delle acque è elevata e perciò il fiume esercita un'azione erosiva sulla superficie terrestre: scava il suo letto, o alveo, cioè la sede in cui scorrono le acque, e contemporaneamente costruisce i suoi argini, cioè i margini del letto. Col passare del tempo, il letto si rinforza sempre più e il fiume origina una vera e propria valle fluviale.
• Il corso medio si svolge in una zona pianeggiante. Allo sbocco in pianura, il fiume perde velocità e sedimenta parte dei materiali erosi nel corso superiore, formando una pianura alluvionale; in pianura il fiume scorre più lento, ma continua la sua azione erosiva sulle sponde e forma così ampie anse dette meandri.
• Il corso inferiore è la parte terminale del fiume, in cui esso sbocca in un altro fiume, del quale è affluente, o in un bacino lacustre oppure in un mare o in un oceano. L'acqua dei fiumi, essendo meno densa e molto più leggera delle acque salate, scivola sopra le acque marine per un tratto, a volte anche rilevante, finché non si mescola completamente con esse. L'acqua marina, al contrario, si incunea sotto le acque dolci del fiume, risalendone in profondità una parte del corso.

Alcuni caratteri di un fiume

I caratteri utili per descrivere un fiume sono numerosi.

• La lunghezza è la distanza in km dalla sorgente alla foce; può essere misurata o in linea d'aria o tenendo conto delle sinuosità del corso.
• La larghezza è la distanza media tra le due rive; si misura in metri.
• La pendenza è data dal rapporto fra il dislivello misurato tra la sorgente e la foce e la lunghezza del fiume. Essa è elevata nel corso superiore del fiume e va diminuendo man mano che si passa dal corso medio a quello inferiore. Dalla pendenza di un fiume dipendono la velocità dell'acqua, il suo potere erosivo e la capacità di trasporto dei materiali erosi. In corrispondenza di bruschi dislivelli di pendenza si hanno le cascate, mentre in presenza di forti inclinazioni si originano le rapide.
• La velocità viene espressa in metri percorsi nell'unità di tempo dalle acque di un fiume. Analogamente alla pendenza, essa varia lungo uno stesso fiume da pochi decimetri a qualche metro al secondo. È maggiore nel corso superiore del fiume e, per uno stesso tratto, diminuisce, in prossimità del fondo, a causa dell'attrito con le rocce sul fondo dell'alveo in superficie per l'attrito con l'aria e, lateralmente, per l'attrito con le sponde. La velocità massima si rileva al centro del fiume. L'andamento della velocità è importante, perché influenza le dimensioni delle particelle che l'acqua può trascinare con sé nel suo movimento verso valle.
• La portata rappresenta il volume di acqua che passa attraverso una sezione verticale del letto del fiume nell'unità di tempo, misurata in m³/sec. Essa può variare lungo il corso del fiume in base alle dimensioni della sezione; varia inoltre nel corso dell'anno in funzione delle precipitazioni e dello scioglimento dei ghiacciai.
• Il regime indica le variazioni di portata nel corso dell'anno e dipende dal tipo di alimentazione del fiume, dalla distribuzione delle precipitazioni nell'arco dell'anno e dalla struttura geologica del terreno. Un fiume può avere regime regolare, cioè con una portata pressoché costante, se le piogge sono uniformemente distribuite durante l'anno, o regime torrentizio se, invece, si verificano notevoli variazioni nella portata a causa di una distribuzione non uniforme delle precipitazioni.
• Il bacino idrografico è costituito dall'area che convoglia le acque dilavanti in uno stesso corso d'acqua. Bacini idrografici contigui vengono separati da una linea spartiacque , passante lungo le massime culminazioni topografiche. Tale delimitazione può non essere sempre esauriente, in quanto può intervenire anche la struttura geologica del sottosuolo a complicare la situazione. L'insieme di un fiume e dei suoi affluenti costituisce il reticolo idrografico.
• La concentrazione di ossigeno e di anidride carbonica è legata ai processi fotosintetici e respiratori degli organismi disciolti nel fiume. In prossimità della sorgente, il contenuto di ossigeno è elevato, mentre tende a diminuire in prossimità della foce, dove intervengono processi di decomposizione della sostanza organica.

Tipi di trasporto fluviale

Lungo il suo percorso, un fiume svolge un'azione erosiva delle rocce e il materiale eroso può essere trasportato dalla corrente in vari modi, di seguito descritti.

• Galleggiamento: trasporto in superficie delle sostanze con peso specifico inferiore a quello dell'acqua (legno, pomici), o di quelle che restano a galla per tensione superficiale (minerali lamellari come alcune miche).
• Sospensione: riguarda i materiali solidi di grana fine (argille, limi e sabbie fini), che nel loro insieme formano la torbida e che sedimentano solo a velocità molto basse.
• Soluzione: è il trasporto che interessa tutti i sali minerali solubili disciolti nelle acque di un fiume.
• Saltazione: coinvolge le sabbie grossolane e ciottoli di piccole dimensioni. È più frequente sul fondo di letti ad alta rugosità, dove è favorita dalle irregolarità dell'alveo e dai moti turbolenti della corrente che ne derivano.
• Rotolamento: riguarda ciottoli di medie dimensioni, che si spostano ruotando su se stessi a contatto con i materiali dell'alveo. Per attrito assumono la tipica forma del ciottolo fluviale, sferico e arrotondato.
• Trasporto di fondo: coinvolge i sedimenti, che nei periodi di piena sono trascinati verso valle per distanze anche ragguardevoli.

Sono frequenti forme di trasporto di tipo misto: per esempio, per saltazione alternata a sospensione, per rotolio e saltazione, per rotolio e trasporto di fondo (vedi figura).

La foce dei fiumi: estuari e delta

La foce di un fiume, cioè la zona in cui esso confluisce in mare, può assumere forme diverse a seconda della deposizione dei materiali che davanti a essa il fiume stesso ha eroso e trasportato e anche in funzione del moto ondoso, delle correnti marine e dell'entità delle maree, che invece contribuiscono ad allontanare i sedimenti, ridistribuendoli sulla piattaforma continentale (il primo tratto del fondale marino più vicino alla costa).

Dove le correnti e l'escursione di marea (differenza di livello tra l'alta marea e la bassa marea) sono forti, i materiali trasportati dal fiume vengono trascinati al largo e la foce assume una forma a imbuto, detta estuario: ciò si verifica soprattutto per i fiumi che sfociano in mari aperti o in oceani.

Dove l'escursione di marea o le correnti marine sono deboli, i materiali trasportati si depositano davanti alla foce, ostacolando il deflusso delle acque in mare: col tempo, i materiali sedimentati possono affiorare e formare sottili lembi di terra, che costringono il fiume a dividersi in più bracci prima di defluire in mare: questo tipo di foce prende il nome di delta ed è tipico dei fiumi che sfociano in mari chiusi.