Como acabamos de aprender, la corteza terrestre está constantemente sometida a fuerzas que la empujan, tiran o tuercen. Estas fuerzas se denominan tensiones. En respuesta a las tensiones, las rocas de la tierra sufren tensiones, también conocidas como deformaciones.
La deformación es cualquier cambio de volumen o de forma.Hay cuatro tipos generales de tensiones. Un tipo de esfuerzo es el uniforme, lo que significa que la fuerza se aplica por igual en todos los lados de un cuerpo de roca. Los otros tres tipos de tensiones, tensión, compresión y cizallamiento, son tensiones no uniformes o dirigidas.Todas las rocas de la tierra experimentan una tensión uniforme en todo momento. Esta tensión uniforme se denomina presión litoestática y procede del peso de la roca sobre un punto determinado de la tierra. La presión litoestática también se denomina presión hidrostática. (En la presión litoestática se incluye el peso de la atmósfera y, si se encuentra bajo un océano o un lago, el peso de la columna de agua sobre ese punto de la tierra. Sin embargo, en comparación con la presión causada por el peso de las rocas que están por encima, la cantidad de presión debida al peso del agua y del aire por encima de una roca es insignificante, excepto en la superficie terrestre). La única manera de que cambie la presión litoestática sobre una roca es que cambie la profundidad de la roca dentro de la tierra.Debido a que la presión litoestática es un esfuerzo uniforme, un cambio en la presión litoestática no causa fracturas y deslizamientos a lo largo de las fallas. Sin embargo, puede ser la causa de ciertos tipos de terremotos. En las placas tectónicas en subducción, el aumento de la presión a mayor profundidad dentro de la tierra puede hacer que los minerales de la placa se metamorfoseen espontáneamente en un nuevo conjunto de minerales más densos que son estables a la mayor presión. Se cree que esta es la causa probable de ciertos tipos de terremotos profundos en las zonas de subducción, incluidos los terremotos más profundos jamás registrados.
Las rocas también están sometidas a los tres tipos de esfuerzos dirigidos (no uniformes): tensión, compresión y cizallamiento.
- La tensión es un esfuerzo dirigido (no uniforme) que separa la roca en direcciones opuestas. Las fuerzas tensionales (también llamadas extensionales) se alejan unas de otras.
- La compresión es un esfuerzo dirigido (no uniforme) que empuja las rocas entre sí. Las fuerzas de compresión empujan unas hacia otras.
- El cizallamiento es un esfuerzo dirigido (no uniforme) que empuja un lado de un cuerpo de roca en una dirección, y el lado opuesto del cuerpo de roca en la dirección opuesta. Las fuerzas de cizallamiento empujan en direcciones opuestas.
En respuesta al esfuerzo, la roca puede sufrir tres tipos diferentes de deformación – deformación elástica, deformación dúctil o fractura.
- La deformación elástica es reversible. La roca que ha sufrido sólo una deformación elástica volverá a su forma original si se libera la tensión.
- La deformación dúctil es irreversible. Una roca que ha sufrido una deformación dúctil permanecerá deformada incluso si el esfuerzo cesa. Otro término para la deformación dúctil es la deformación plástica.
- La fractura también se llama ruptura. Una roca que se ha roto se ha partido bruscamente en trozos distintos. Si los trozos están desplazados -en direcciones opuestas entre sí- la fractura es una falla.
Deformación dúctil y frágil
Las rocas de la Tierra están compuestas por una gran variedad de minerales y existen en diversas condiciones. En diferentes situaciones, las rocas pueden actuar como materiales dúctiles que son capaces de someterse a una gran cantidad de deformación dúctil en respuesta a la tensión, o como materiales frágiles, que sólo sufrirán una pequeña o ninguna deformación dúctil antes de fracturarse. Los factores que determinan si una roca es dúctil o frágil son:
- Composición-Algunos minerales, como el cuarzo, tienden a ser frágiles y, por tanto, son más propensos a romperse bajo tensión. Otros minerales, como la calcita, la arcilla y la mica, tienden a ser dúctiles y pueden sufrir mucha deformación plástica. Además, la presencia de agua en la roca tiende a hacerla más dúctil y menos frágil.
- Temperatura-Las rocas se vuelven más blandas (más dúctiles) a mayor temperatura. Las rocas a temperaturas del manto y del núcleo son dúctiles y no se fracturan bajo las tensiones que se producen en las profundidades de la tierra. La corteza, y hasta cierto punto la litosfera, son lo suficientemente frías como para fracturarse si la tensión es lo suficientemente alta.
- Presión litoestática-Cuanto más profunda es una roca, mayor es la presión litoestática a la que está sometida. La alta presión litoestática reduce la posibilidad de fractura porque la alta presión cierra las fracturas antes de que puedan formarse o extenderse. Las altas presiones litoestáticas del manto sublitosférico y del núcleo interno sólido de la Tierra, junto con las altas temperaturas, son la razón por la que no se producen terremotos en las profundidades de la Tierra.
- Tasa de deformación: cuanto más rápido se somete a tensión una roca, mayor es la posibilidad de que se fracture. Incluso las rocas y minerales frágiles, como el cuarzo, o una capa de basalto frío en la superficie terrestre, pueden sufrir una deformación dúctil si la velocidad de deformación es lo suficientemente lenta.
La mayoría de los terremotos se producen en la corteza terrestre. Un número menor de terremotos se produce en el manto superior (hasta unos 700 km de profundidad), donde tiene lugar la subducción. Las rocas de las partes más profundas de la tierra no sufren fracturas y no producen terremotos porque las temperaturas y presiones allí son lo suficientemente altas como para que toda la deformación sea dúctil. No se producen terremotos por debajo del manto superior de la tierra.
Tensiones y tipos de fallas
Se pueden establecer las siguientes correlaciones entre los tipos de tensiones en la tierra, y el tipo de falla que es probable que se produzca:
- Las tensiones dan lugar a las fallas normales.
- La compresión da lugar a fallas inversas o de empuje.
- La cizalla horizontal da lugar a fallas de deslizamiento.
Las correlaciones entre el tipo de tensión y el tipo de falla pueden tener excepciones. Por ejemplo, las zonas de esfuerzos horizontales tendrán probablemente fallas de deslizamiento como tipo de falla predominante. Sin embargo, también puede haber fallas normales y de empuje activas en dichas zonas, particularmente donde hay curvas o huecos en las principales fallas de deslizamiento.
Para dar otro ejemplo, en una región de tensión de compresión en la corteza, donde las láminas de roca se apilan en fallas de empuje activas, las fallas de deslizamiento comúnmente conectan algunas de las fallas de empuje juntas.
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