1 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO.

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1 1 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO 2012-2013 GEOSCIENZE LEZIONE 24 * - LA DEFORMAZIONE DELLE ROCCE * Icone, grafici e foto provengono da varie fonti. Si ringraziano i relativi Autori ed Editori.

2 2 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO 2012-2013 GEOSCIENZE INTRODUZIONE PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA - PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE - LA DEFORMAZIONE DELLE ROCCE - PARTE QUARTA. ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - PARTE QUARTA. ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - PARTE QUINTA. ESCURSIONI SUL TERRENO - PARTE QUINTA. ESCURSIONI SUL TERRENO

3 3 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE LA DEFORMAZIONE DELLE ROCCE Uno dei grandi enigmi della Geologia è che le rocce possono essere deformate all’interno della crosta terrestre. Generalmente le rocce simboleggiano rigidità e solidità e gli interessanti risultati della deformazione delle rocce sembrano suggerire la presenza di grandi forze o tensioni che agiscono all’interno della Terra. Altri fattori sono però altrettanto determinanti nella deformazione delle rocce: temperatura, velocità di deformazione, presenza di fluidi. Le variazioni di questi fattori possono alterare lo stato reologico 1 delle rocce cioè la loro risposta fisica alle forze esterne applicate. Le rocce che sono solide e rigide in superficie possono divenire deboli e plastiche in profondità. I cambiamenti nella reologia delle rocce provengono dalla variazione dei meccanismi microscopici di deformazione e sia questi meccanismi che la reologia a grande scala delle rocce si riflettono nelle svariate forme e strutture che vengono prodotte dalle rocce stesse. Sembra che il numero di strutture e associazioni strutturali sia piuttosto limitato e ciò indica che la deformazione delle rocce può essere spiegata in termini di movimenti a larga scala delle placche litosferiche. 1. La Reologia è la scienza che studia l’origine, la natura e le caratteristiche di deformazione dei corpi sotto l’azione di forze esterne.

4 4 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE REOLOGIA DELLE ROCCE Nel XVIII^ e XIX^ secolo i geologi già si resero conto che quei tipi di deformazione delle rocce che non si potevano verificare sulla superficie terrestre avrebbero potuto verificarsi in profondità. Si sapeva con certezza che nella crosta la pressione doveva aumentare verso il basso per effetto dell’aumento del peso delle rocce sovrastanti e si poteva dimostrare che anche la temperatura doveva avere lo stesso andamento.

5 5 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE REOLOGIA DELLE ROCCE Agli inizi del ‘900 fu costruito un apparato che poteva simulare le condizioni fisiche presenti in profondità nella crosta. Questo strumento deformante è costituito da un cilindro di roccia che viene compresso nel senso della lunghezza da due pistoni ed è circondato completamente da un fluido a pressione diversa da quella presente all’estremità del campione. Pressioni differenti come queste vengono chiamate STRESS e vengono misurate sulla superficie della roccia come FORZA x UNITA’ DI SUPERFICIE. Durante un esperimento di deformazione il carico verticale che agisce sul pistone viene variato e si misura il risultante cambiamento di forma o la deformazione del cilindro di roccia. Deformazione di un campione di roccia

6 6 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE REOLOGIA DELLE ROCCE, segue Le condizioni naturali presenti nell’interno della Terra possono essere simulate variando sia la pressione P di confine, sia la temperatura T del campione di roccia. I moderni apparati possono generare temperature che superano i 1000°C e pressioni di confine di almeno 1000 MPa (1 MPa, megapascal ~ 10 atmosfere; 1 MPa = 1x10 6 Pascal; 1 Pa = 1 dine x 1 mq). Sono queste le condizioni ipotizzate a circa 35 km di profondità, sul limite inferiore della crosta continentale. Variazione reologica di una roccia al variare della pressione di confine

7 7 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE REOLOGIA DELLE ROCCE, segue La deformazione delle rocce aumenta all’aumentare degli stress differenziali, cioè all’aumentare della differenza tra il carico verticale e la pressione di confine. Vi sono condizioni particolari in cui quando gli stress cessano, il campione riacquista velocemente la sua forma originaria. Queste sono le caratteristiche di una REOLOGIA ELASTICA e sono tipiche di molti materiali comuni (molla d’acciaio, gomma ecc.). Nelle rocce esiste uno stress differenziale critico in corrispondenza del quale il comportamento elastico cessa e il campione si rompe lungo dei piani distinti. Questo tipo di deformazione irreversibile si chiama ROTTURA RIGIDA ed è un processo importante di deformazione permanente delle rocce che avviene negli strati superiori della crosta. Diagramma di risposta reologica delle rocce REOLOGIA ELASTICA REOLOGIA PLASTICA

8 8 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE REOLOGIA DELLE ROCCE, segue Le condizioni presenti a profondità maggiori nella Terra vengono simulate negli esperimenti aumentando sia la pressione P di confine che la temperatura T. Quando lo stress differenziale aumenta, il campione di roccia può mostrare all’inizio un comportamento elastico. Tuttavia oltre il limite di elasticità si verificano delle grosse deformazioni che non possono essere recuperate; questo tipo di deformazione permanente si chiama SCORRIMENTO PLASTICO. E’ possibile ottenere delle grosse deformazioni con stress differenziali piccoli, senza aumentarli. Una roccia che si comporta in modo elastico per valori bassi degli stress e in modo plastico oltre il limite di elasticità è definita sostanza plastica (per es. l’argilla). DIAGRAMMI DI VARIAZIONE DELLO STATO REOLOGICO DI UNA ROCCIA Curve di variazione reologica di una roccia fragile (azzurro) e di una roccia duttile (rosso)

9 9 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE REOLOGIA DELLE ROCCE, segue Vi sono, come detto, altri due fattori naturali oltre P e T che influenzano le rocce che si deformano sia con la rottura rigida che con lo scorrimento plastico: velocità di deformazione e presenza di fluidi. Il più importante è la velocità di deformazione. Alcuni esperimenti dimostrano che i materiali fragili sotto sollecitazioni rapide si rompono, mentre si possono comportare in modo plastico quando sono soggetti a deformazioni per lunghi periodi di tempo. Il limite della sperimentazione sta nella diversa scala dei tempi di applicazione dei fenomeni naturali rispetto alle verifiche di laboratorio le quali sono mediamente dieci milioni di volte più veloci. Deformazione rigida Deformazione plastica

10 10 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE REOLOGIA DELLE ROCCE, segue L’altro importante fattore fisico che influenza la reologia delle rocce è la presenza e l’abbondanza di un fluido (più comunemente l’acqua) all’interno di una roccia che si sta deformando. I fluidi possono indebolire moltissimo alcuni minerali che costituiscono la roccia e quindi le rocce che contengono H 2 O si deformano più facilmente di quelle secche, soprattutto a temperatura e a pressione elevate. Le rocce metamorfiche, per es., sono soggette a questo tipo di trasformazione. Questo effetto può essere maggiore se il fluido si trova ad una pressione maggiore di quella della roccia stessa. Alla luce di queste considerazioni l’insegnamento più importante che si ricava dagli studi sulla reologia delle rocce è la distinzione fra comportamento elastico e comportamento plastico. Variazione reologica di una roccia sottoposta a pressioni di confine diverse. Per bassi valori (fino a 0,7 kbar) si raggiunge subito il limite di rottura. Per pressioni di confine maggiori, si entra nel campo della plasticità. La curva di deformazione tende progressivamente a rettificare. L’aumento di temperatura e la presenza di fluidi abbassano il limite di elasticità di una roccia aumentandone il comportamento plastico

11 11 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE REOLOGIA DELLE ROCCE, segue Generalmente la DEFORMAZIONE ELASTICA avviene a pressioni di confine basse che corrispondono alle condizioni presenti nei livelli superiori della crosta ed è favorita da alte velocità di deformazione. La DEFORMAZIONE PLASTICA, invece, è caratteristica di pressioni e temperature elevate, cioè di profondità maggiori della crosta ed è incoraggiata da basse velocità di deformazione. Le rocce che affiorano in superficie sono state generalmente deformate in profondità e successivamente sono state sollevate ed esposte all’erosione a causa della demolizione delle rocce soprastanti.

12 12 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE STRUTTURE DA DEFORMAZIONE: ELEMENTI STRUTTURALI RIGIDI Soltanto con la ROTTURA RIGIDA le rocce caratterizzate da reologia elastica subiscono una deformazione irreversibile la quale dà luogo a strutture a deformazione permanente. In natura i prodotti della rottura rigida sono rappresentati da fratture. Queste si definiscono FAGLIE se ai lati della massa rocciosa sono avvenuti scorrimenti. FAGLIE Le faglie possono fornire preziose informazioni sulle tensioni che agiscono nei livelli superiori della crosta. Questa informazione è contenuta nel rapporto geometrico che intercorre tra la faglia e le rocce circostanti. La GIACITURA della faglia, cioè la sua orientazione nello spazio può essere descritta dalla sua direzione ed inclinazione. La direzione è l’angolo che una linea orizzontale che giace sul piano di faglia forma con la direzione del Nord. L’inclinazione è l’angolo che il piano di faglia forma con il piano dell’orizzonte. Giacitura di un piano di faglia

13 13 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE Elementi di misura dellla GIACITURA (posizione nello spazio) di un piano di faglia o di una superficie di strato: DIREZIONE, INCLINAZIONE, IMMERSIONE.

14 14 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE Faglia normale Faglia inversa ad alto angolo Faglia inversa a basso angolo Faglia trascorrente* FAGGLIE A DIVERSA GEOMETRIA Muro di piede Muro di scorrimento o tetto * le rotture orizzontali a dimensione globale si definiscono trasformi

15 15 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE ELEMENTI SATRUTTURALI RIGIDI, segue La direzione e l’inclinazione sono misure utili per conoscere la giacitura di qualsiasi superficie piana. Lo spostamento di un blocco rispetto ad un altro può essere misurato unendo due punti che in origine erano contigui. La lunghezza di questo segmento è il RIGETTO della faglia. L’entità del rigetto viene misurata generalmente lungo il piano di faglia e si definisce rigetto obliquo il quale a sua volta ha una componente orizzontale ed una verticale. Queste misure permettono di effettuare una semplice classificazione delle faglie: le FAGLIE DIRETTE e le FAGLIE INVERSE sono quelle in cui predomina uno spostamento verticale, mentre le FAGLIE TRASCORRENTI sono quelle in cui il movimento principale avviene lungo un piano orizzontale. Le FAGLIE OBLIQUE presentano componenti orizzontali e verticali significative. Nomenclatura di una faglia e vari tipi di rigetto in relazione alla geometria del suo piano di rottura.

16 16 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE ELEMENTI SATRUTTURALI RIGIDI, segue Altri elementi descrivono il senso dello spostamento di strutture originariamente contigue. Lo spostamento è NORMALE (o diretto) se il piano di faglia immerge verso la parte ribassata; in questo caso un blocco della roccia fagliata scivola verso il basso per effetto di uno stiramento o distensione della crosta. Tipi di faglie FAGLIA DIRETTA o NORMALE Faglia normale Faglia obliqua

17 17 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE ELEMENTI SATRUTTURALI RIGIDI, segue Altri elementi descrivono il senso dello spostamento di strutture originariamente contigue. Lo spostamento si definisce INVERSO se il piano di faglia immerge verso la parte rialzata; in questo caso i blocchi di roccia fagliata si sono mossi verso l’alto, l’uno sopra l’altro per effetto di una compressione o raccorciamento della crosta. Tipi di faglie FAGLIA INVERSA Faglia inversa Faglia obliqua

18 18 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE ELEMENTI SATRUTTURALI RIGIDI, segue Altri elementi descrivono il senso dello spostamento di strutture originariamente contigue. Visto sul piano dell’ orizzonte la faglia è DESTRA se un osservatore rivolto con lo sguardo verso il piano di faglia vede i livelli di riferimento sul lato opposto spostati verso destra, mentre è SINISTRA se tali livelli si sono spostati verso sinistra. Il piano di faglia è verticale rispetto all’orizzonte. Affinché abbia luogo la formazione di questa faglia si devono applicare forze dirette verso direzioni opposte ma leggermente indipendenti. FAGLIE TRASCORRENTI

19 19 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE ELEMENTI SATRUTTURALI RIGIDI, segue faglie trascorrenti Ne risulta una coppia o forza di taglio che tende a torcere le rocce su cui agisce: Le fratture trasversali di scorrimento si formano a un angolo di circa 45° rispetto a ciascuna delle forze opposte generatrici; il movimento lungo di esse reagisce così alla sollecitazione. La faglie di questo tipo sono diritte e perpendicolari. Generatrice di faglia trascorrente Tipi di faglia Faglia obliqua

20 20 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE ELEMENTI SATRUTTURALI RIGIDI, segue E’ possibile riprodurre in laboratorio i meccanismi che originano faglie di diversa tipologia a secondo della diversa orientazione della pressione principale. Nel REGIME DISTENSIVO o gravitativo, in cui lungo la verticale la pressione applicata è massima, si produrranno faglie dirette o normali; nel REGIME COMPRESSIVO, in cui lungo la verticale la pressione è minima, si produrranno faglie inverse. nel REGIME DI TORSIONE, in cui lungo la verticale la pressione è intermedia, si produrranno faglie trascorrenti. I geologi usano le caratteristiche geometriche osservabili dalle faglie per dedurre i regimi di stress presenti nella crosta al tempo della loro formazione.

21 21 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE ELEMENTI E NOMENCLATURA DI UNA FAGLIA In questa illustrazione sono stati presi in considerazione solo i rigetti deducibili sul piano di faglia

22 22 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE FRATTURE Le fratture rappresentano il tipo di deformazione più comune delle rocce. Come le faglie, si formano insiemi di fratture quasi parallele e molti di questi insiemi possono presentare una relazione angolare tanto da dar luogo a un sistema di fratture. A differenza delle faglie, le fratture sono molto ravvicinate tra loro: lo spazio generalmente esistente tra i due lati di una frattura varia da 10 mm a 1 mt, mentre i blocchi di faglia si possono trovare a decine, a centinaia di metri e anche a chilometri di distanza tra loro. Le fratture differiscono dalle faglie in quanto non presentano spostamenti visibili ad occhio nudo anche se a scala microscopica ciò in realtà avviene. La spiegazione dal punto di vista meccanico di alcune fratture (quelle di taglio) è piuttosto simile a quella delle faglie. Ciò che risulta più difficile da spiegare è la differenza di spazio esistente tra i due lati di una frattura o di una faglia. SISTEMA DI FRATTURE

23 23 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE FRATTURE e FAGLIE Sappiamo che gli stress che producono la fagliatura vengono applicati dall’esterno della massa rocciosa che si deforma, mentre quelli che generano le fratture derivano dall’interno della roccia stessa. A volte le fratture si presentano come delle piccole fessure nelle rocce ma più comunemente esse vengono riempite da materiali di vario tipo. Mentre le fratture non producono materiale di frizione fra i lati della spaziatura, questo fenomeno può avvenire per i movimenti che hanno originato le faglie. Una breccia di frizione (cataclasite) è principalmente composta da frammenti angolari di roccia che si sono staccati dai blocchi della faglia durante lo spostamento. Questi frammenti sono circondati da materiale a grana fine o da cristalli di quarzo o di calcite. L’elevata frammentazione delle rocce in profondità produce la milonite. Talora le pareti della faglia mostrano striature caratteristiche parallele alla direzione di immersione della faglia. Fratture con pieghe Breccia di frizione

24 24 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE STRUTTURE DA DEFORMAZIONE: ELEMENTI STRUTTURALI PLASTICI Mentre la deformazione rigida produce fratture che possono circondare interi volumi di rocce quasi indeformati, la DEFORMAZIONE PLASTICA può produrre cambiamenti permanenti di forma che interessano tutta la massa deformata. Le strutture che si generano sono le più diverse dal punto di vista geometrico in quanto dipendono dalle condizioni di pressione e di temperatura, dalla composizione della roccia nonché da presenza e orientamento di strutture preesistenti nell’ambito della roccia. Le strutture di stile plastico possono essere raggruppate in quattro categorie diverse: - FOLIAZIONI o scistosità - LINEAZIONI - PIEGHE - BOUDINAGE. Le foliazioni (o scistosità)sono strutture piane prodotte direttamente dalla deformazione. Le lineazioni sono strutture lineari collegate alla deformazione subita. Le pieghe sono deformazioni a forma di onda e si presentano o come inarcamenti isolati oppure come piegamenti di strati preesistenti. Il boudinage è lo stiramento e la frammentazione di strati preesistenti. LINEAZIONI PIEGHE BOUDINAGE SCISTOSITA’

25 25 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE ELEMENTI STRUTTURALI PLASTICI - PIEGHE Le pieghe sono certamente le strutture più rappresentative del regime plastico. Sono strutture spaziate a scala più grande di una stratificazione o di una foliazione preesistente, costituite da ondulazioni più o meno periodiche. La maggior parte delle pieghe probabilmente si forma a causa di una compressione degli strati preesistenti. La lunghezza d’onda delle pieghe aumenta con lo spessore dello strato e con la sua durezza relativa.

26 26 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE ELEMENTI STRUTTURALI PLASTICI - PIEGHE Quando le sollecitazioni compressive agiscono su rocce stratificate, producono generalmente deformazioni per piega. L’assetto a strati di una formazione rocciosa è sotto certi aspetti determinante tanto per il formarsi delle pieghe, quanto per le modalità con cui avviene il piegamento. Una roccia coerente massiccia e di grande spessore può disporsi a piega con grande raggio di curvatura; lo stesso materiale, se è stratificato, può deformarsi con pieghe a piccolo raggio di curvatura, quindi molto strette. Pieghe a grande raggio di curvatura; la parete è alta un centinaio di metri. Pieghe a piccolo raggio di curvatura; l’affioramento in mostra copre un’area di circa 1 mq.

27 27 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE NOMENCLATURA DELLE PIEGHE Il tipo più semplice di piegamento è un semplice raccordo inclinato fra due parti orizzontali di una struttura stratificata. Questa piega viene definita flessura. Le parti della formazione rocciosa fisicamente interessate al piegamento sono definite fianchi (o ali) della piega. Esse racchiudono un nocciolo centrale, interno, che viene definito nucleo della piega. La zona di massima curvatura della piega, che ne raccorda i fianchi, viene definita cerniera. Geometricamente, se nel nucleo di una piega vengono riconosciuti i terreni più antichi della successione stratificata coinvolta nel piegamento, la struttura piegata prende il nome di anticlinale. Viceversa, se nel nucleo della piega vengono riconosciuti strati più recenti, la struttura prende il nome di sinclinale. Tipo di flessura Nomenclatura di una piega NUCLEO CERNIERA

28 28 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE NOMENCLATURA DELLE PIEGHE Normalmente l’anticlinale ha la convessità rivolta verso l’alto e la sinclinale ha la convessità rivolta verso il basso (o anche la concavità verso l’alto). Si definisce asse di una piega, una qualsiasi retta appartenente al piano ideale che passa per la zona di massima curvatura della piega (la cerniera). L’asse della piega è parallelo alla linea di cerniera che unisce tutti i punti di massima curvatura della piega. Linea di cresta, invece, è la linea ideale che unisce tutti i punti di massima elevazione topografica della struttura piegata. Nomenclatura di una piega ASSE

29 29 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE ELEMENTI STRUTTURALI PLASTICI - PIEGHE ZONE DI DILATAZIONE E COMPRESSIONE NELLA FORMAZIONE DI UNA PIEGA

30 30 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE TETTONICA Le faglie e le pieghe non sono distribuite a caso sulla superficie terrestre; al contrario esse si trovano suddivise in sistemi e ogni sistema rappresenta un particolare episodio dei movimenti crostali. La maggior parte di questi movimenti a larga scala sono connessi con l’orogenesi*. Per il geologo le rocce deformate si rivelano molto utili per l’analisi degli eventi del passato. Lo studio delle pieghe e delle faglie mostra da quale direzione provenivano le forze interessate; sono così possibili ricostruzioni paleogeografiche che mostrano come dovevano essere disposte le rocce prima che avvenissero le distorsioni. * si definisce OROGENESI il fenomeno che conduce alla formazione di catene montuose.

31 31 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE TETTONICA In alcune aree le rocce presentano i segni di molti episodi separati di movimenti crostali. Le deformazioni di prima generazione possono essere riprese e ulteriormente distorte da forze di provenienza diversa. Di solito quanto più è antica una roccia tanto più è distorta. Vi sono però eccezioni che valgono soprattutto per quelle aree del pianeta che sono considerate particolarmente stabili come le aree di scudo o di cratone, le più antiche delle terre emerse. Per esempio, le argille azzurre che ricoprono aree della Russia occidentale risalgono a 550 milioni di anni fa e sono indisturbate. DEFORMAZIONI AREE CRATONICHE

32 32 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE Lo studio delle deformazioni della crosta terrestre costituisce una branca della Geologia che prende il nome di TETTONICA. La TETTONICA (dal greco  = arte del costruire) : studia e descrive le deformazioni e le dislocazioni subite dalla crosta terrestre fino all’assetto attuale e i meccanismi attraverso i quali quei fenomeni hanno avuto origine. Lo studio delle deformazioni della crosta terrestre affronta problemi di geometria, di cinematica, di dinamica. Inquadrandole nella storia evolutiva della terra, ci si accorge che non si tratta di avvenimenti fortuiti.

33 33 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE Nell’interpretazione di strutture con pieghe e faglie associate spesso ritroviamo una forma elementare che definiamo piega-faglia, la quale riunisce i caratteri di entrambe le forme. In questo caso le faglie presenti si definiscono direzionali perchè hanno un decorso parallelo alle pieghe, sottolineano l’intensità della spinta compressiva che ha determinato quell’evento di deformazione. Le faglie direzionali che si accompagnano ad una piega sono sempre faglie inverse. PIEGHE-FAGLIE Abbiamo già visto quali sono gli elementi semplici che sono gli indicatori di una deformazione di lembi della crosta terrestre. Vi sono aree in cui prevalgono forme a stile rigido e altre in cui prevalgono forme a stile plastico ma nelle grandi fasce di squilibrio della crosta terrestre, le aree orogenetiche, sono sempre presenti forme associate dei due stili di deformazione. Faglia. Stile rigidoPiega. Stile plastico

34 34 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE Se il movimento generatore di una faglia inversa o di una piega-faglia assume un’ampiezza tale da produrre un accavallamento di masse rocciose di estensione regionale, si originano le falde o coltri di ricoprimento, meccanismi tettonici che di fatto costruiscono le catene montuose. Le masse rocciose che scivolano l’una sulle altre accavallandosi si definiscono terreni alloctoni (da  = altro e  = terreno). Ciò vuol dire che sono stati staccati dal proprio basamento e trasportati per una notevole distanza rispetto al substrato che invece è considerato autoctono. Tutte le fasce di sovrascorrimento hanno subito un forte raccorciamento, perpendicolare alla spinta. I sovrascorrimenti e le falde di ricoprimento sono indicatori di forti spinte tangenziali anche se persistono alcune incertezze che riguardano i meccanismi crostali che producono fenomeni compressivi di quel tipo. Meccanismo di formazione di una falda di ricoprimento

35 35 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE In una catena corrugata prodotta dall’orogenesi, sono numerose le falde di ricoprimento sovrapposte le une alle altre, spesso compenetrate per effetto delle spinte tangenziali. Una falda di ricoprimento, al pari di una piega-faglia o più semplicemente di una piega asimmetrica, presenta una vergenza, che indica la direzione verso cui la struttura ripegata tende al ribaltamento in avanti. La vergenza è sempre ortogonale all’asse della piega. VERGENZA MECCANISMI DIVERSI DI FALDE DI RICOPRIMENTO

36 36 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE 2012-2013 - UNINA PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE – 24. DEFORMAZIONE DELLE ROCCE AREE OROGENETICHE