Utilizarea sistemelor informaţionale geografice (SIG ce vine de la denumirea din limba engleză Geographic Information System - GIS) şi a imaginilor satelitare de înaltă rezoluţie compuse din benzi spectrale ce stochează diverse informaţii depre spaţiul geografic, reprezintă o nouă modalitate de a vizualiza, gestiona informaţii, analiza relaţii şi procese corelate cu spaţiul geografic, colecta, stoca, analiza, vizualiza, edita şi afişa datele geografice. Printr-o corelaţie hardware, software şi proceduri se realizează analize geomorfologice complexe pe baza datelor raster, vectoriale , de tip grilă sau TIN.
2.1. Caracteristici geologice
Masivul Piatra Craiului este rezultatul mişcărilor orogenetice manifestate în erele mezozoică şi neozoică, impunându-se prin măreţia formelor de relief rezultate în urma acţiunii agenţilor externi. Din punct de vedere geologic, Masivul Piatra Craiului este un flanc al unui sinclinal suspendat. Masivul este alcătuit dintr-o stivă de calcare aflată la partea superioară, formată în Jurasic (Kimmeridgian) şi la bază se află un strat de conglomerate ce s-au format în Cretacic (Apţian). În partea vestică apar şisturile cristaline din Stratele de Leaota, de Gârbova şi de Făgăraş. Structura geologică este fragmentată de numeroase falii ce au orientare est-vest (Fig. 8). Se remarcă numeroase falii verticale – mai ales în partea nordică şi sudică a masivului, şi falii oriontate în centrul masivului. Harta geologică (Fig. 8) a fost realizată în urma vectorizării tuturor elementelor de pe foile hărţii geologice 1:50.000 ce în prealabil au fost scanate şi transformate în format digital. Următoarea etapă a fost de georeferenţiere a celor 5 foi de hartă cu care am lucrat, urmate de vectorizarea “on-screen” a tuturor elmentelor reprezentate pe hartă şi realizarea unei corespondenţe între culorile de pe garta geologică scată şi cea digital rezultată.
Constituția morfologică a permis şi permite dezvoltarea reliefului petrografic, structural şi a celui periglaciar. Formele de relief rezultate în urma acţiunii agenţior externi sunt complexe (Fig. 22).
Fig. 8. Harta geologică
2.2. Evoluţia generală a reliefului
Masivul se defineşte prin trei tipuri reprezentative de relief:
- Petrografic
- Structural
- Periglaciar
Relieful structural este tipul dominant, pe fondul căruia s-au dezvoltat şi celelalte două tipuri. Structural, creasta este un monoclin cu înclinarea generală V-E, suprafaţa structurală aflându-se în partea estică, iar partea vestică fiind caracterizată de prezenţa unor abrupturi spectaculoase, reprezentând un sinclinal suspendat pe structuri cutate.
Pe un fundament de roci metamorfice se întinde creasta formată roci calcaroase ce este caracterizată de prezenţa exocarstului alcătuit din lapiezuri, doline (microdepresiuni de dizolvare), pot apărea uvale, ace, brâne, colţi, chei, văi, stâncăraie, câmpuri de pietre, onduleuri, brâne, muchii, vârfuri. Dezagregarea mecanică favorizeaeză formarea şi dezvoltarea grohotişurilor, a „râurilor de grohotişuri” dar şi a endocarstului ce este reprezentat de un număr copleşitor de peşteri şi avene cu stalagmite, stalactite, galerii, coloane, etc.
2.3. Analize morfometrice şi morfografice
2.3.1. Harta hipsometrică
Harta a fost realizată în programele QGIA, ArcGis, Surfer prin vectorizarea curbelor de nivel şi crearea nivelului numeric altimetric digital al terenului (MNAT). Harta are rolul de a evidenţia trăsătura caracteristică a acestei creste: înălţimea, fiind cea mai înaltă creastă calcaroasă din România, altitudinea maximă fiind de 2238 m în Vf. Piscul Baciului. Se observă că cele mai mari altitudini se înregistrează în partea central-nordică a masivului (Fig. 9, 10). Pe o lungime de aproximativ 6 km altitudinile din partea centrală nu scad sub 2000 m iar pe o lungime de 10 km (dintr-un total de 23 km) altitudinile nu scad sub 1800 m (date conform măsurătorilot realizate cu ajutorul programului Global Mapper). Altitudinile cele mai mici se regăsesc la baza masivului. Altitudinea cea mai mică, 727 m se înregistrează în partea nordică a masivului. Se obsevă astfel o energie de relief impresionantă, de 1511 m, una dintre cele mai mari din România. Altitudinile scad constant din centru spre est şi spre vest dar şi dinspre nord spre sud.
Harta hipsometrică este relevantă pentru identificarea zonelor susceptibile pentru anumite procese actuale sau pentru relaţionarea alitudinii cu tipul de relief creat. Astfel la altitudini de 1800 m apare relieful periglagiar, crio-nival deoarece temperaturile scăzute şi prezenţa stratului de zăpadă persistă chiar şi în lunile de vară. Acest lucru duce şi la apariţia formelor de relief reziduale rezultate în urma proceselor periglaciare.
Fig. 10. Reprezentări 3D ale masivului Piatra Craiului
Fig. 11. Graficul repartiţiei claselor altitudinale
Din analiza graficului (Fig. 11) se observă predominanţa altitudinilor de 1600-2100 m. Clasa cea mai reprezentativă este cea de 1800 m urmată de cea de 1700, 1600, 2000 m, dovedind încă o dată favorizarea apariţiei proceselor crio-nivale. Clasele care cuprind cele mai mici suprafeţe sunt cele de sub 1100 m altitudine.
2.3.2. Harta geodeclivităţii
A fost realizată în programe de GIS (ArcGis, ArcScene) prin aplicarea unor funcţii de calculare a pantelor de pe un model numeric altimetric, pentru a evidenţia zonele favorabile anumitor procese geomorfologice. Se remarcă predominanţa pantelor cuprinse între 25o - 30o, urmate de pante cuprinse între 20o - 25o (Fig. 12). Cele mai mari valori, de peste 60o predomină în treimea superioară a crestei, deteminând apariţia proceselor gravitaţionale (Fig. 13). Valori mari ale pantelor se mai întâlnesc la exteriorul crestei, datorită prezenţei cheilor (Dâmbivicioarei în partea sud-estică, Dâmboviţei în partea sud-vestică, Prăpăstiilor în partea nord-estică). De asemenea valori mari ale declivităţii se mai înregistrează de-a lungul văilor ce au tendinţă de adâncire (Fig. 13).
Fig. 12. Histograma valorilor geodeclivităţii
Fig. 8. Harta geologică
Pante cu valori de 15o – 25o se înregistrează spre exteriorul masivului şi corespund cu zona vegetaţiei de pădure. Cele mai mici pante (sub 5o) se înregistrează la marginea exterioară a masivului, către văile ce-l delimitează dar şi la baza văilor sau pe o fâşie mică în partea superioară a crestelor (Fig. 13).
Fig. 13. Masivul Piatra Craiului –geodeclivitate
2.3.3. Harta expunerii versanţilor
A fost realizată în programul ArcGis şi ArcScene în urma analizei modelului numeric altimetric, prin aplicarea funcţiei Aspect ce analizează orientarea versanţilor. Analizând harta se observă predominanţa versanţilor cu orientare vestică, urmaţi de versanţii cu orientare estică, nordică şi sudică (Fig. 14). Orientarea versanţilor este importantă pentru analiza influenţei radiaţiei solare, a insolaţiei şi a temperaturii asupra favorizării evoluţiei unor procese geomorfologice sau de morfogeneză a formelor de relief.
Versanţii sudici şi cei sud-estici primesc radiaţia solară cea mai puternică, fiind astfel cei mai calzi şi mai uscaţi versanţi, fiind şi cei mai favorabili apariţiei proceselor geomorfologice actuale deoarece în cazul acestor versanţi, încazirea lor pe timpul iernii determină topirea mai bruscă a zăpezii şi deci o perioadă mai mare de posibilitate de apariţie a proceselor. Versanţii cu orientare vestică şi sud-vestică sunt versanţi semicalzi şi semiuscaţi, favorizând, mai puţin decât cei anteriori, apariţia fenomenelor erozive. Versanţii semiumezi şi semireci, pe care procesele actuale se înregistrează mai puţin sunt reprezentaţi de versanţii estici şi cei nord-estici. Cei mai puţin favorabili versanţi pentru apariţia proceselor geomorfologice actuale sunt cei reci şi umezi, adică cei nordici şi nord-estici deoarece aceştia, pe o lungă perioadă a anului sunt acoperiţi de zăpadă şi practic protejaţi. Solul este de asemenea îngheţat o perioadă mai lungă de timp. Pe aceşti versanţi se poate observa apatiţia avalanşelor (ce se declanşează prin acumularea stratului de zăpadă, nu prin încălziri climatice). În urma analizei la teren am putut observa prezenţa mare a organismelor torenţiale pe versanţii vestici dar şi pe versanţii estici, în zona superioară a crestei, acest lucru fiind explicat atât de orientarea versanţilor cât şi de altitudinea masivului (altitudine ce determină intensificarea unor procese în condiţii alpine).
Fig. 14. Masivul Piatra Craiului – orientarea versanţilor
2.3.4. Harta densităţii fragmentării reliefului
Harta densităţii fragmentării reliefului (Fig. 16) reprezintă un indicator morfometric de bază deoarece raportează lungimea reţelei erozionale la unitatea de suprafaţă. Harta am realizat-o în programe de GIS specializate (ArcGis, QGIS). Ca etape am urmărit vectorizarea hărţii topografice, vectorizarea reţelei hidrografice şi apoi calcularea densităţii fragmentării reliefului cu funcţia Density a programului ArcGis, pe bază de cartograme. Pentru o viualizare 3D a realităţii terenului am extras câteva modele reprezentative (Fig. 15).
Fig. 15. Densitatea fragmetării reliefului – scene 3D
Cele mai mari densităţi ale fragmentării reliefului se înregistrează în partea nordică a masivului unde s-au calculat valori de 14-16 km/km2 (Fig. 15, 16). Se observă prezenţa unor valori mari ale densităţii fragmentării reliefului pe toată suprafaţa crestei, iar acest lucru este explicat datoriră prezenţei multor văi torenţiale ce pornesc din partea superioară a masivului. Valorile densităţilor scad spre exterior datorită individualizării reţelelor permanente.
Fig. 16. Masivul Piatra Craiului – densitatea fragmetării reliefului
2.3.5. Harta adâncimii fragmentării reliefului
A fost realizată prin lucrul în mai multe programe GIS prin aplicarea funcţiei Neighborhood – Block Statistics ce a calculat diferenţa între altitudinea maximă şi cea minimă de pe fiecare km2. Este o metodă potrivită de exprimare a caracteristicilor cantitative ale reliefului, prin realizarea unui caroiaj kilometric prin intermediul căruia se calculează adâncimea fragmetării pentru fiecare celulă a acestuia. Softurile GIS oferă o variantă mult mai precisă şi mai flexibilă pentru aceste calcule decât metodele tradiţionale, dimensiunile caroiajului putând fi alese de utilizator în funcţie de dimensiunile arealului analizat (pentru harta realizată pentru Masivul Piatra Craiului am optat pentru p celulă cu latura de 200 m). Cele mai mari valori ale adâncimii fragmentării reliefului ating valori de 800-870 m/km2, unele dintre cele mai mari valori întâlnite în ţară. Aceste valori se înregistrează în partea nord-vestică a masivului (Fig.18). Valori de 700-800 m/km2 se întâlnesc în partea superioară pe versantul vestic, estic şi nordic. Valorile scad spre exteriorul hărţii unde se înregistrează diferenţe de nivel de sub 100 m/km2.
Fig. 17. Histograma vorilor adâncimii fragmentării reliefului
Fig. 18. Masivul Piatra Craiului –adâncimea fragmetării reliefului
2.3.6. Harta curburii în plan şi în profil
Harta curburii în plan: „geometric, curbura în plan pentru un punct X de pe o suprafaţă topografică este reprezentat de curbura secţiunii tangente la curba de nivel prin care trece punctul X”. Culoarea închisă de pe hartă (Fig. 20) indică o scurgere mai accentuată. Valorile negative indică zonele unde scurgerea apei pe suprafaţa topografică are caracter convergent, iar cele negative reprezintă areale cu scurgere divergentă. Intensitatea caracterului convergent/divergent este cu atât mai mare cu cât se apropie de valorile extreme. Harta curburii în profil: „din punct de vedere geometric, curbura în profil pentru un punct X de pe suprafaţa topografică este reprezentată de curbura secţiunii tangente la direcţia de scurgere a apei în punctul X”. Acestă hartă indică gradul de convexitate (valorile pozitive reprezentate cu culori închise ) sau de concavitate (valorile negative reprezentate cu culori deschise). Curbura în profil infulenţează viteza de scurgere a apei pe suprafaţa topografică, fiind accelerată în zonele convexe şi încetinită în zonele concave. (Fig 20) Cele două hărţi (Fig. 20) ale curburii pot fi folosite pentru diverse analize de vulnerabilitate a versanţilor sau se susceptibilitate a apariţiei proceselor geomorfologice de versant (torenţialitate, şiroire, alunecări de teren), luncă (eroziune liniară, regresivă, laterală, etc).
Fig. 19. Indicatori morfometrici: panta şi curbura (după Terente M, 2008 şi Smith et all, 2008)
Fig. 20. Masivul Piatra Craiului – curbura în profil şi în plan
2.4. Analiza treptelor de relief
Piatra Craiului este un masiv aproape în întregime alcătuit din roci sedimentare (calcare de vârstă jurasică - dolomite, conglomerate). În zonele în care calcarele au fost stratificate pe orizontală au luat naştere pereţi verticali înalţi de 300-500 m dintre Padina Lăncii şi Valea lui Ivan. Complexitatea formelor de relief dezvoltate pe calcar în Munţii Piatra Craiului prezintă aceeaşi intensitate pe parcursul a 25 de km - pe creasta principală, dar şi pe parcursul Prăpăstiilor Zărneştior, a cheilor Dâmbovicioarei sau a cheilor Dâmboviţei. Se poate remarca un număr impresionant de peşteri şi avene, multe fiind încă nedescoperite. Principalii agenţi ce au favorizat crearea acestor surprinzătoare forme de relief sunt agenţii exogeni, ce acţionează din exterior asupra reliefului.
Masivul are unul dintre cele mai interesante succesiuni geologice din Carpaţi: pe un fundament metamorfic se află o stivă de calcare. Fundamentul metamorfic este alcătuit din şisturi cristaline din perioadele Jurasic şi Cratacic (care aparţin complexului Calusu-Tămăşel, şi Voineasa-Păpuşa). În partea centrală, pe aliniamentul Muntele Tămăşel - Vf. Grind – La Table, pe care se întâlnesc toate tipurile de roci sedimentare (calcare, gresii, conglomerate, fosfodiorite şi radiolarite).
Stiva de calcare are grosime variabilă, de la cca. 300 m în sud, la cca. 800 m în nord. Acestea sunt stratificate, cu o înclinare variabilă de la 30 - 40 grade (vest-est) în sud până la verticală şi chiar răsturnate (în nord). (Vezi harta pantelor).
La baza versantului estic din Piatra Mare şi Pietricica (creasta nordică) se găsesc conglomerate cu elemente calcaroase şi ciment grezo-calcaros. Cele mai noi conglomerate de vârstă vracono-cenomaniană se găsesc pe versantul estic al Pietrei Craiului şi în Culoarul Rucar-Bran pe teritoriul satelor Măgura şi Peştera. Calcarele se extind pe întregul versant vestic în treimea superioară a versantului estic şi în cadrul văilor limitrofe: Dâmboviţa, Dâmbovicioara şi Râul Zărneştilor. Calcarele sunt intens stratificate şi tectonizate.
Din punct de vedere structural Piatra Craiului reprezintă flancul vestic al sinclinalului suspendat, cu acelaşi nume, caracterizat printr-o puternică tectonizare. Specifice sunt faliile care traversează tot flancul de sinclinal, unele prelungindu-se şi în Culoarul Rucăr – Bran. Se remarcă faliile Gălgoaie, Fundurile, Grindului şi Ţimbalelor, care divizează masivul în câteva compartimente morfo-tectonice.
