07.2.3 - Cenni sui meccanismi di formazione delle catene
I meccanismi di formazione delle zone a pieghe e falde sono stati oggetto di controversia per molte decine di anni. I più importanti modelli proposti si richiamano generalmente a: 1) scivolamenti gravitativi da alti topografici; 2) espansione indotta dalla topografia (scorrimenti gravitativi) verso l’esterno, come per es. da una regione sollevata per cause termiche verso zone più esterne della catena (Elliot, 1976; 3) all’azione di spinte a tergo. Il primo gruppo di modelli non ha mai prodotto prove sull’esistenza di strutture topografiche tanto elevate da dar luogo a spostamenti dell’ordine di grandezza osservata nelle zone orogeniche. I modelli dell’espansione gravitativa furono molto in auge alla fine degli anni ‘70 ma i periodi di tempo intercorrenti tra la supposta formazione di un «alto termico» e la messa in posto delle falde non sono compatibili con il modello. Il modello stesso richiede infatti lo sviluppo di un nucleo metamorfico che si sollevi all’inizio della formazione della zona a falde perché esso possa funzionare come meccanismo genetico. In realtà, le aree metamorfiche interne alle zolle orogeniche risultano risalire ad un’età posteriore ai processi di sovrascorrimento prodottosi nelle zone più esterne. I modelli matematici che usano valori realistici delle proprietà reologiche della litosfera non sono in grado di dimostrare la configurazione di scorrimenti gravitativi e richiedono l’esistenza di una spinta a tergo (Chappel, 1978). Questi modelli indicano comunque che una struttura topografica elevata, sviluppatasi durante il raccorciamento, potrebbe facilitare la messa in movimento di una zona a scaglie tettoniche. Pertanto, sulla base di studi teorici e di rilievi di campagna, sembra necessaria la trasmissione di sforzi nelle zone interne perché si abbia lo sviluppo della zona orogenica. Le regioni che appaiono come i luoghi di origine di sforzi tettonici sufficientemente grandi per lo scopo sono i margini attivi di zolla (margini convergenti). Bisogna comunque osservare che, sebbene gli sforzi tettonici siano derivati da movimenti relativi e assoluti delle zolle, strutture regionali come gli assi di raccorciamento di una zona a pieghe e falde possono anche non essere direttamente dipendenti dai movimenti delle zolle.
Zone Esterne di Catena
Fig. 145: Fasi orogeniche principali nelle zone esterne di una catena. L’esempio è tratto dalle Montagne Rocciose canadesi (da Bally et al., 1966).
Fig. 146: Rappresentazione schematica del processo di deformazione progressiva in una zona orogenicaa falde epidermiche. Si notino le manifestazioni legate alla variazione degli orizzonti di distacco. In questo schema che riprende l’evoluzione delle Montagne Rocciose canadesi, le fascia a mattoni neri (segnate da A, B, C, D, E) rappresentano i terreni paleozoici, mentre la linea ispessita nera (numeri 1-5) simboleggia uno strato guida dei terreni mesozoici (livello a Cardium). La lunghezza A-C è uguale alla metà circa della distanza tra 1-5 dallo strato guida mesozoico. Questo implica che il settore tra 3 e 5 è stato scollato dal corpo paleozoico DE prima della formazione del piano di sovrascorrimento II.
Il simbolo, linea a tratto con triangoli vuoti, contrassegna il sistema iniziale di piani di sovrascorrimento che si origina (intersecandolo) al top dei livelli paleozoici, a partire dell’estremità occidentale della sezione.
Il simbolo, linea continua con triangoli pieni, contrassegna un successivo sistema di sovrascorrimenti che si origina nei punti B e C in una posizione più esterna, ma che interseca il precedente sistema di piani di distacco e coinvolge anche i terreni paleozoici.
Questa sequenza di deformazioni, osservata in pianta, mostra che la faglia più interna (II) interseca le faglie più esterne dando l’impressione, errata, che il processo di deformazione si sviluppi dall’esterno verso l’interno. Infatti la reale progressione del processo deformativo si può cogliere soltanto in sezione dove è visibile la zona in cui si originano i piani di sovrascorrimento.
Finestra4
TETTONICA: descrive lePRINCIPALI STRUTTURE
interpreta il luogo delleFORMAZIONE
leSTRUTTURE SUPERFICIALI della CROSTA
studio tettonico e stratigrafico devono procedere di pari passo
MOTORE INTERNO:NEL MANTELLO TERRESTREsi determinano:
I MOTI CONVETTIVIall’origine del trasportodelle placche
I MOVIMENTI PLACCHEdeterminano l’AMBIENTE GEODINAMICO
A scala + piccola all’interno degli ambienti geodinamici
SiGENERANO FORZE che provocanoDEFORMAZIONI della crosta terrestre
FORZA applicata ad un CORPO induce nello stesso uncampo di pressioni che si traduce in uno stress
stress: E’ una forza applicata sull’ unita’ di superficie (s) non diretta ma conseguenza del passaggio a condizioni dinamiche differenti.
funzione ed ambiente geodinamico riguarda le grandi masse rocciose
Lo stress produceDEFORMAZIONE nei materiali della Crosta (STRAIN)
quest’ultimo, quindi, corrisponde ad un’entità di modificazioni nella
FORMAe nel VOLUME di un corpo sottoposto allo sforzo (STRESS)
DINAMICAstudio delleforze responsabili di Eventi Tettonici
CINEMATICASuccessione di eventi tettonici
Esempi di movimenti relativi tra 2 masse
DEFORMAZIONI sono funzione della1) temperatura; 2) pressione; 3) velocita’;
4) durata dello stress; 5) pressione H2O e variazione tempo
Profondità, pressione e temperaturadeterminato lavelocità delle placche (V) considerati i caratteri meccanici (calcare fragilissimo)
Basamento e copertura sedimentarie: UNITA’ MECCANICHE
Deformazione coinvolge LIVELLI DI SCOLLAMENTO nel basamento
Faglia: Movimento relativo fra due masse di roccia
Tetto:Blocco roccioso sopra la faglia
Letto:Blocco roccioso sotto la faglia
Rigetto:Entità di movimento relativo. Faglie normali formano un GRABEN
Sovrascorrimento:in sezione parallela al movimento FLAT-RAMP
EVOLUZIONE DEI PROCESSI TETTONICI A SCALA REGIONALE
1 – Nella regione inizia a modificarsi il campo ELASTICO-STATICO grazie alla FORZA di GRAVITA’
Si ha rilassamento dei corpi sotto l’azione della pressione citostatica. I corpi geologici sono caratterizzati da geometrie ereditate da processi ESO ed ENDOGENI
2 - Una nuova fase di stress si sviluppa nella regione progressivamente.
Si sviluppa instabilità nell’area in funzione della REOLOGIA delle ROCCE: si producono rotture F. P. o scorrimento plastico e viscoso –
La Regione risulta divisa da fratture: queste ultime hanno una geometria che si sviluppa in funzione della TRAIETTORIA DELLE PRINCINCIPALI DIREZIONI DI STRESS
3 – I Corpi litologici si muovono tendendo a produrre zone di instabilità(zone fragili in superficie e duttili in profondità). Si viene a creare una Regione CINEMATICAMENTE INSTABILE
4 – Nel tempo lo Stress imposto tende a diminuire e la Regione ritorna verso le condizioni di stabilità originaria. La tendenza alla deformazione diminuisce progressivamente.
Si instaurano stati più rigidi che determinano un DIMINUIZIONE dell’azione della TETTONICA
Lo stato di STRESS (sforzo) precedente la formazione di faglie superficiali
superficie terra ovunque un piano di stress
se la superficie è considerata piana ed orizzontale per grandi aree si possono considerare 3 generali stati di stress sforzo
Meccanica delle rocce- leggi governanti la deformazione, il piegamento, il fagliamento
Pressione idrostatica - rocce sottoposte al carico di una colonna di rocce dipende dal peso specifico e dallo spessore.
Newton unità di misura della FORZA
Stress idrostatico - pressione di confinamento causa variazioni elastiche di volumeda compressibilità.
MECCANICA DELLE ROCCE
Leggi governano deformazioni
Piegamento e Fagliamento. Applicazione forze ad un corpo induce nell’interno CORPO un campo di pressioni che si traduce in uno sforzo - STRESS
Deformazioni dovute ad azione di forze - variazioni fisiche
Forze sono soprattutto la GRAVITA’ e movimenti grandi masse.
Gravità proporzionale alla massa peso colonna ROCCIA costituisce forza che agisce su sottostanti rocce.
Forze che agiscono producono STRESS. Quantità di deformazioni causata da stress è misurata da cambiamento di FORMA e/o VOLUME.
Gravità importante modifica traiettoria stress orizzontale mov. crostali.
Unità di pressione (stress) è il BAR (kilobar) = 105 nw/m2
Kilobar equivale ad una colonna di 3700 m di roccia a densità 2,7
Pressione idrostatica (litostatica)35 km = 10 kilobar
effetto pressione idrostatica P uguale per tutte le direzioni- mantiene forma modifica volume
Può però avvenire che si creino condizioni per cui le rocce non vengano deformate in maniera idrostatica - variabilità della forza applicata.
Una forza F che agisce su unità di area di SUPERFICIE può essere scomposta in uno stress principale che agisce normalmente alla superficie ed un taglio che agisce parallelamente
La formazione di Faglie su superficie piana ed orizzontale determina originariamente 3 stati di stress principali
Inoltre si è dimostrato che lo sforzo di taglio raggiunge il suo massimo su superfici inclinate di 45° rispetto alla pressioneprinc. massima nei provinile fratture lungosuperfici che formano angoli acuti bisecati dalla direzione della pressione massima i piani di taglio si intersecano secondo rette parallele alla direzione di 62.
MECCANISMI DI PIEGAMENTO
1 - Piegamento parallelo semplice per COMPRESSIONE LATERALE (ellisse di deformazione nel livello piegato - Piegamento parallelo o concentrico
2 - Piegamento parallelo flessurale, scivolamento flessurale lungo lo strato (vari strati dislocati verso la cerniera)
3 - Piegamento simile per taglio (scorrimenti fitti all’interno degli strati lungo piani di taglio paralleli al piano di Piega.
STRUTTURE ED AMBIENTI TETTONICI COMPRESSIVI
Catene - Megasuture - Margini Deformati Di Placche In Collisione
Placche in collisione
Zone esterne-Avanpaesepiegato
non piegato
Deformazione raggiunge iterreni sempre più superficiali
Vergenza principale e Back Thrust.
CUNEO DI ACCREZIONE- impilamento tettonico
ACCREZIONE attraverso SOVRASCORRIMENTI
A) VENTAGLIO EMBRICATO frontale
a ritroso
B) DUPLEX: un insieme di scaglie limitate al letto ed al tetto da piani di sovrascorrimento.
Piano di faglia che si SCINDE determinando: sovrascorrimento BASALE e SOMMITALE
THRUST FAULT: faglia di contrazione cartografabile
THRUST: superficie geometrica tra TETTO e LETTO schematizzata con geometria a gradini