Geologia

Come abbiamo appena imparato, la crosta terrestre è costantemente sottoposta a forze che la spingono, la tirano o la torcono. Queste forze sono chiamate stress. In risposta allo stress, le rocce della terra subiscono una deformazione, conosciuta anche come deformazione.

La deformazione è qualsiasi cambiamento di volume o forma.Ci sono quattro tipi generali di stress. Un tipo di stress è uniforme, il che significa che la forza si applica ugualmente su tutti i lati di un corpo di roccia. Gli altri tre tipi di sollecitazione, tensione, compressione e taglio, sono sollecitazioni non uniformi, o dirette. Questo stress uniforme è chiamato pressione litostatica e deriva dal peso della roccia sopra un dato punto della terra. La pressione litostatica è anche chiamata pressione idrostatica. (Sono inclusi nella pressione litostatica il peso dell’atmosfera e, se sotto un oceano o un lago, il peso della colonna d’acqua sopra quel punto della terra. Tuttavia, rispetto alla pressione causata dal peso delle rocce sovrastanti, la quantità di pressione dovuta al peso dell’acqua e dell’aria sopra una roccia è trascurabile, tranne che alla superficie terrestre). L’unico modo in cui la pressione litostatica su una roccia può cambiare è che la profondità della roccia all’interno della terra cambi; poiché la pressione litostatica è uno stress uniforme, un cambiamento nella pressione litostatica non causa fratture e scivolamenti lungo le faglie. Tuttavia, può essere la causa di alcuni tipi di terremoti. Nelle placche tettoniche in subduzione, l’aumento della pressione di una maggiore profondità all’interno della terra può causare la metamorfosi spontanea dei minerali della placca in un nuovo insieme di minerali più densi che sono stabili alla maggiore pressione. Si pensa che questa sia la probabile causa di certi tipi di terremoti profondi nelle zone di subduzione, compresi i terremoti più profondi mai registrati.

Le rocce sono anche soggette a tre tipi di sollecitazioni dirette (non uniformi) – tensione, compressione e taglio.

• La tensione è una sollecitazione diretta (non uniforme) che spinge la roccia in direzioni opposte. Le forze tensionali (chiamate anche estensionali) si allontanano le une dalle altre.
• La compressione è una sollecitazione diretta (non uniforme) che spinge le rocce insieme. Le forze compressive spingono l’una verso l’altra.
• Il taglio è una sollecitazione diretta (non uniforme) che spinge un lato di un corpo di roccia in una direzione, e il lato opposto del corpo di roccia nella direzione opposta. Le forze di taglio spingono in modi opposti.

In risposta allo stress, la roccia può subire tre diversi tipi di deformazione – deformazione elastica, deformazione duttile o frattura.

• La deformazione elastica è reversibile. Una roccia che ha subito solo una deformazione elastica tornerà alla sua forma originale se lo stress viene rilasciato.
• La deformazione duttile è irreversibile. Una roccia che ha subito una deformazione duttile rimarrà deformata anche se la sollecitazione cessa. Un altro termine per la deformazione duttile è deformazione plastica.
• La frattura è anche chiamata rottura. Una roccia che si è rotta ha rotto bruscamente in pezzi distinti. Se i pezzi sono sfalsati – spostati in direzioni opposte l’uno all’altro – la frattura è una faglia.

Sollecitazione detraibile e fragile

Le rocce della terra sono composte da una varietà di minerali ed esistono in una varietà di condizioni. In situazioni diverse, le rocce possono comportarsi sia come materiali duttili che sono in grado di subire una quantità estesa di deformazione duttile in risposta allo stress, sia come materiali fragili, che subiranno solo una piccola o nessuna deformazione duttile prima di fratturarsi. I fattori che determinano se una roccia è duttile o fragile includono:

• Composizione – Alcuni minerali, come il quarzo, tendono ad essere fragili e sono quindi più propensi a rompersi sotto sforzo. Altri minerali, come la calcite, l’argilla e la mica, tendono ad essere duttili e possono subire molte deformazioni plastiche. Inoltre, la presenza di acqua nella roccia tende a renderla più duttile e meno fragile.
• Temperatura – Le rocce diventano più morbide (più duttili) a temperature più elevate. Le rocce alla temperatura del mantello e del nucleo sono duttili e non si fratturano sotto le sollecitazioni che si verificano in profondità nella terra. La crosta, e in qualche misura la litosfera, sono abbastanza fredde da fratturarsi se lo stress è abbastanza alto.
• Pressione litostatica – Più in profondità nella terra si trova una roccia, più alta è la pressione litostatica a cui è sottoposta. L’alta pressione litostatica riduce la possibilità di frattura perché l’alta pressione chiude le fratture prima che possano formarsi o diffondersi. Le alte pressioni litostatiche del mantello sub-litosferico e del nucleo interno solido della terra, insieme alle alte temperature, sono il motivo per cui non ci sono terremoti nelle profondità della terra.
• Tasso di deformazione: più velocemente una roccia viene sottoposta a deformazione, maggiore è la possibilità di frattura. Anche le rocce e i minerali fragili, come il quarzo o uno strato di basalto freddo sulla superficie terrestre, possono subire una deformazione duttile se il tasso di deformazione è abbastanza lento.

La maggior parte dei terremoti si verifica nella crosta terrestre. Un numero minore di terremoti si verifica nel mantello superiore (fino a circa 700 km di profondità) dove avviene la subduzione. Le rocce nelle parti più profonde della terra non subiscono fratture e non producono terremoti perché le temperature e le pressioni sono abbastanza alte da rendere duttili tutti gli sforzi. Nessun terremoto ha origine sotto il mantello superiore della terra.

Sollecitazioni e tipi di faglie

Si possono fare le seguenti correlazioni tra i tipi di sollecitazioni nella terra e il tipo di faglia che probabilmente ne risulterà:

• La tensione porta alle faglie normali.
• La compressione porta a faglie inverse o di spinta.
• Il taglio orizzontale porta a faglie strike-slip.

Le correlazioni tra tipo di stress e tipo di faglia possono avere delle eccezioni. Per esempio, le zone di stress orizzontale avranno probabilmente faglie strike-slip come tipo di faglia predominante. Tuttavia ci possono essere anche faglie attive normali e thrust in tali zone, in particolare dove ci sono curve o lacune nelle principali faglie strike-slip.

Per fare un altro esempio, in una regione di stress da compressione nella crosta, dove fogli di roccia sono impilati su faglie thrust attive, le faglie strike-slip comunemente collegano alcune delle faglie thrust insieme.

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