Geologia Estructural: Esforços, Deformacions, Plecs i Falles

Esforços Tectònics

Entenem per esforç la força aplicada per unitat de superfície sobre una roca. Tipus principals:

• Esforç de compressió: La direcció de la força principal és perpendicular a la superfície sobre la qual actua, empenyent o comprimint els materials.
• Esforç de distensió (o tensió): La direcció de la força és perpendicular a la superfície sobre la qual actua, estirant o allargant els materials.
• Esforç de cisalla: Les forces són paral·leles a la superfície sobre la qual actuen, però ho fan amb intensitats o sentits oposats en plans propers, provocant un lliscament paral·lel.

Deformacions de les Roques

Una deformació és el canvi de forma, mida o posició que pot experimentar una roca sotmesa a esforços. Tipus:

• Deformació elàstica: Deformació temporal i reversible. Mentre la roca està sotmesa a un determinat esforç, es deforma, però recupera la forma original en cessar l'esforç.
• Deformació plàstica (o dúctil): Deformació permanent. En acabar l'esforç causant de l'alteració, la roca roman deformada sense fracturar-se.
• Deformació fràgil: Tipus d'alteració que es produeix quan l'esforç aplicat supera la resistència de la roca, provocant-ne la fractura.

Comportament Fràgil vs. Dúctil

Un domini plàstic curt (la roca es trenca amb poca deformació permanent) implica un comportament fràgil. Un domini plàstic llarg (la roca admet molta deformació permanent abans de trencar-se) implica un comportament dúctil.

Factors que Condicionen la Deformació

El comportament d'una roca en ser deformada depèn de diversos factors:

• Pressió i temperatura: Les altes temperatures i pressions (pròpies de zones profundes) afavoreixen que els materials es comportin de manera més dúctil.
• Composició i estructura de la roca: La naturalesa dels minerals i l'estructura interna (ex: presència de laminació fina) influeixen en la seva ductilitat o fragilitat.
• Intensitat i velocitat de l'esforç: Una deformació lenta i suau propicia un comportament plàstic, mentre que una deformació ràpida o violenta afavoreix la fragilitat.
• Contingut de fluids: La presència de fluids (com l'aigua) als porus de les roques pot disminuir-ne la resistència i afavorir un comportament més plàstic.

Plecs Geòlogics

Els plecs són estructures formades com a conseqüència de forces tectòniques (principalment compressió, però també cisalla) que actuen sobre materials amb comportament dúctil, presentant-se en forma d'ondulacions dels estrats o capes rocoses.

Parts d'un Plec

• Xarnera: Zona de màxima curvatura del plec, on els estrats canvien el sentit del seu cabussament (inclinació).
• Flanc: Cadascuna de les parts laterals del plec, situades a banda i banda de la xarnera, que generalment cabussen en direccions oposades.
• Pla axial: Superfície imaginària que divideix el plec tan simètricament com sigui possible i que uneix les xarneres dels diferents estrats plegats.
• Eix del plec: Línia continguda en el pla axial que representa la direcció general del plec. És la intersecció del pla axial amb la xarnera en un estrat determinat.
• Vergència: Indica la direcció cap a on s'inclina o tomba un plec asimètric. Es defineix per l'angle que forma el pla axial respecte d'un pla vertical.
• Nucli: Zona més interna del plec.

Classificació segons l'Edat del Nucli

• Anticlinal: Plec convex cap amunt en què els materials més antics es troben al nucli.
• Sinclinal: Plec còncau cap amunt en què els materials més moderns es troben al nucli.

Classificació segons la Posició del Pla Axial (Vergència)

• Plec dret o recte: El pla axial és vertical o subvertical.
• Plec inclinat: El pla axial està inclinat.
• Plec tombat: El pla axial està fortament inclinat, i un dels flancs pot estar invertit.
• Plec ajagut: El pla axial és horitzontal o subhoritzontal.

Classificació segons el Gruix dels Estrats

• Plec paral·lel (o concèntric): Els estrats conserven el seu gruix constant al llarg del plec.
• Plec similar: Els estrats no mantenen el seu gruix; típicament hi ha un aprimament als flancs i un engruiximent a la xarnera.

Plecs Falla

Són estructures mixtes on el plegament és tan intens que supera el límit de plasticitat de les roques, provocant també una fractura (falla), sovint un encavalcament associat a un flanc del plec.

Diàclasis

Les diàclasis són fractures en una roca on no hi ha hagut desplaçament relatiu apreciable dels blocs a banda i banda de la fractura. Poden formar sistemes i estar associades a falles, manifestant-se com a fissures o esquerdes.

Falles Geòlogiques

Les falles són fractures en les roques al llarg de les quals s'ha produït un desplaçament relatiu dels blocs situats a banda i banda. Es produeixen a causa d'esforços (tensió, compressió o cisalla) sobre materials amb comportament predominantment fràgil.

Parts d'una Falla

En una falla distingim:

• Pla de falla: Superfície de fractura al llarg de la qual es produeix el moviment.
• Blocs de falla: Masses rocoses separades per la falla. En falles inclinades, es distingeix el bloc superior (o penjat) i el bloc inferior (o jacent).
• Línia de falla: Intersecció del pla de falla amb la superfície terrestre.
• Salt de falla: Mesura del desplaçament relatiu entre els blocs (pot ser vertical, horitzontal o oblic).

Classificació segons el Moviment Relatiu dels Blocs

• Falla normal o directa: El bloc superior (penjat) baixa respecte a l'inferior (jacent). El pla de falla s'inclina cap al bloc enfonsat. Associada a esforços de tensió.
• Falla inversa: El bloc superior (penjat) puja respecte a l'inferior (jacent). El pla de falla s'inclina cap al bloc aixecat. Associada a esforços de compressió. Un cas particular amb baix angle és l'encavalcament.
• Falla de direcció (o en desgarrament / transcurrent): Els blocs es desplacen principalment horitzontalment, paral·lelament a la direcció de la falla. Associada a esforços de cisalla.

Sistemes de Falles Associades

• Fossa tectònica o graben: Estructura formada per un bloc enfonsat limitat per falles normals a banda i banda.
• Pilar tectònic o horst: Estructura formada per un bloc aixecat limitat per falles normals (o inverses) a banda i banda.

Metamorfisme

El metamorfisme és el conjunt de canvis mineralògics, texturals i estructurals que experimenten les roques preexistents (en estat sòlid) quan se sotmeten a condicions de pressió i temperatura diferents de les de la seva formació original, sense arribar a fondre's completament.

Factors del Metamorfisme

• Temperatura: La temperatura augmenta amb la profunditat (gradient geotèrmic, aproximadament 30 °C/km de mitjana a l'escorça). L'augment de temperatura afavoreix les reaccions químiques i la recristal·lització dels minerals.
• Pressió: La pressió augmenta amb la profunditat degut al pes de les roques superiors (pressió litostàtica, que és igual en totes direccions). També pot existir una pressió dirigida (o esforç diferencial), associada a forces tectòniques, que provoca l'alineació de minerals (foliació).
• Fluids químicament actius: L'aigua i altres fluids presents a les roques faciliten les reaccions metamòrfiques.

Tipus de Metamorfisme

Metamorfisme Regional

Afecta grans extensions de l'escorça terrestre, generalment associat a zones d'orogènesi (formació de serralades), on actuen altes pressions (litostàtica i dirigida) i temperatures durant llargs períodes. Es distingeixen zones segons el grau metamòrfic:

• Epizona: Zona més superficial, amb baix grau de metamorfisme (temperatures i pressions relativament baixes). Roques típiques: pissarres, fil·lites.
• Mesozona: Zona intermèdia, amb grau mitjà de metamorfisme. Roques típiques: esquists, amfibolites.
• Catazona: Zona més profunda, amb alt grau de metamorfisme (altes temperatures i pressions). Roques típiques: gneis, migmatites (roques properes a la fusió).

Altres Tipus de Metamorfisme

• Metamorfisme de Contacte: Es produeix quan una massa de magma calent intrusiona en roques preexistents ('roca encaixant'), alterant-les tèrmicament en una zona anomenada aurèola metamòrfica al voltant de la intrusió. El factor dominant és la temperatura.
• Metamorfisme d'Enterrament: Ocorre en conques sedimentàries molt profundes on els sediments acumulats són sotmesos a increments de pressió (principalment litostàtica) i temperatura degut a l'enterrament progressiu per capes més modernes.
• Metamorfisme Dinàmic (o Cataclàstic): Es produeix principalment per l'efecte de la pressió dirigida i la fricció intensa al llarg de zones de falla. Provoca la trituració i deformació mecànica de les roques (ex: formació de bretxes de falla, milonites).

Orogènesi: Formació de Muntanyes

L'orogènesi és el conjunt de processos geològics que condueixen a la formació de serralades (orògens). Sovint comença quan un marge continental passiu (on predomina l'erosió i la sedimentació) esdevé actiu a causa de la tectònica de plaques (moviment i col·lisió de plaques litosfèriques), impulsada per les corrents de convecció del mantell terrestre.

Tipus d'Orògens

Els orògens es classifiquen principalment segons el context de plaques que els origina:

• Orògens de Subducció (Tipus Andí): Es formen quan una placa oceànica subdueix (s'enfonsa) sota una placa continental. Això provoca vulcanisme (formació d'un arc volcànic sobre el continent), intrusions magmàtiques en profunditat (batòlits que originaran roques plutòniques com el granit) i una intensa deformació (plecs, falles inverses, encavalcaments) a la vora del continent. Exemple: la serralada dels Andes.
• Orògens de Col·lisió (Tipus Alpí): Es formen per la col·lisió de dues masses continentals després del tancament progressiu d'una conca oceànica intermèdia. Com que l'escorça continental és relativament lleugera i gruixuda, cap de les dues plaques subdueix completament. En lloc d'això, les dues masses continentals xoquen, resultant en un intens plegament (plecs tombats, ajaguts), la formació d'extensos mantells de corriment (grans encavalcaments) i un significatiu engruiximent de l'escorça. Exemples: els Alps, l'Himàlaia.

Principi d'Isostàsia

La isostàsia és el principi que descriu l'estat d'equilibri gravitacional de la litosfera terrestre (rígida) flotant sobre l'astenosfera (més dúctil i densa) del mantell. Les serralades, en tenir una gran massa i gruix cortical, s'enfonsen més a l'astenosfera, mentre que les zones erosionades o amb menys massa (com les conques oceàniques) suren més alt. Els canvis de massa a la litosfera (com l'erosió d'una muntanya, la sedimentació en una conca, o la fusió de grans masses de glaç) provoquen reajustaments isostàtics verticals (aixecaments o enfonsaments) per restablir l'equilibri.

Nivells Estructurals en Orògens

Dins d'un orogen, es poden distingir diferents nivells estructurals segons la profunditat i el tipus de deformació predominant:

• Nivell Estructural Superior: Caracteritzat per temperatures i pressions baixes. La deformació és principalment fràgil (falles normals, inverses, diàclasis).
• Nivell Estructural Mitjà: Condicions de pressió i temperatura intermèdies. La deformació és predominantment dúctil (plecs, esquistositat, foliació).
• Nivell Estructural Inferior: Condicions de pressió i temperatura elevades. Es produeix un alt grau de metamorfisme i, eventualment, fusió parcial de les roques (anatèxia), donant lloc a migmatites i magmes granítics. La deformació és altament dúctil.