Una duna è tipicamente (e nell'accezione comune) un accumulo di sedimento sabbioso di origine eolica, cioè determinato e modellato dall'azione dei venti, e quindi soggetto a continui spostamenti e ridimensionamenti dipendenti dalla direzione e forza del vento.
Le dune sono caratteristiche dei deserti sabbiosi ed anche delle coste sabbiose dove il fenomeno è meno accentuato dipendentemente dalla dimensione della spiaggia, dalle dimensioni dei granuli di sabbia e dalla forza dei venti. Nel caso delle coste, le dune sono di solito disposte parallelamente al litorale e contribuiscono a proteggere l'entroterra dall'azione degli agenti marini (onde di tempesta e venti di mare) e dall'azione della salsedine.Esistono anche delle forme di fondo subacquee con morfologia simile a quella delle dune eoliche, dalle dimensioni da metriche a decametriche, dovute all'azione di correnti d'acqua unidirezionali in ambiente fluviale o deltizio e sono chiamati in sedimentologia dune subacquee (o barre).
Altri accumuli sabbiosi con morfologia simile a quella delle dune, ma dalle dimensioni da centimetriche a decimetriche, sono i ripple marks, conosciuti in italiano anche come increspature o ondulazioni.
Descrizione
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 definisce cresta, 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
Quando un fluido agisce su una superficie coperta da sedimento sciolto, con una velocità tale da esercitare uno stress di taglio maggiore dello stress di taglio critico, si attiva il movimento 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 di percolazione; l'azione erosiva degli agenti atmosferici, quali acqua corrente e vento. Sulle coste la sabbia può essere trasportata anche dai fiumi, o dalle correnti costiere.
Secondo studi di laboratorioSundborg (1956), le correnti eoliche hanno minore capacità erosiva rispetto alle correnti subacquee, poiché la velocità critica di erosioneLa velocità minima necessaria ad un flusso per iniziare il trasporto di un sedimento, in relazione alla sua granulometria di un flusso aereo è di circa 300–400 cm/s (contro i circa 20 cm/s necessari per una corrente d'acqua). L'equivalente della Curva di Hjulström determinata 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 minore densità e viscosità del flusso.
Meccanismi di trasporto
I movimenti del sedimento tipici sono la saltazione, la sospensione, e il trascinamento, 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 la reptazione (creep superficiale): 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 riposo naturale (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 del silt più fine e dell'argilla, viene trasportato dal vento in sospensione, 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.Nelle zone aride di clima freddo (steppe periglaciali), questi sedimenti possono dare origine a coltri di löss (accumuli di sedimento della granulometria del silt, non rilevati ed estesi su vaste aree).
Caratteristiche dei depositi 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 tipicamente supermature dal punto di vista tessiturale: sono estremamente classateCon granulometria uniforme. (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 una stratificazione 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 secondo l'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 eolicheOvvero della direzione dei venti dominanti al tempo della deposizione dei sedimenti., 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 approccio statistico fondato su un congruo numero di dati per una ricostruzione paleoambientale accurata. 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).
A questi caratteri di uniformità si contrappongono i caratteri dei depositi di pre-duna e interduna, tipici delle aree situate tra i depositi attivi di duna. Si tratta tipicamente di zone di deflazione, 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.
A mezzaluna
La forma più comune sulla Terra (e su Marte) di una duna è la forma a mezzaluna, detta anche barcana se arcuata o trasversale se presenta una morfologia tendenzialmente rettilinea perpendicolarmente alla direzione del ventoSelley, 1985. Le dune a forma di mezzaluna, generalmente, sono più larghe che lunghe. La parte anteriore della duna è il lato concavo. 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 di Ningxia in Cina un gruppo di dune si sono mosse con una velocità di 100 metri all'anno tra il 1954 ed il 1959. Velocità simili sono registrate nel deserto ad ovest dell'Egitto.
Le dune a mezzaluna più imponenti sulla Terra sono nel deserto Taklamakan in Cina, dove la distanza tra le creste di due dune può superare i 3 chilometri.
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, ghiaia o da corridoi rocciosi. 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 a piramide con simmetria radiale e 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 del deserto del Sahara orientale. 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 nel deserto di Badain Jaran in Cina, dove possono raggiungere i 500 metri di altezza.
A cupola Hanno forma ovale o circolare a 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 a parabola sono 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 della vegetazione che 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