Litosfera: reologia delle rocce, dinamica delle placche e vulcanesimo

Litosfera e Reologia delle Rocce

Litosfera Reologia delle rocce: pieghe e faglie Dinamica delle placche Vulcanesimo intraplacca: hot spots Vulcanesimo e morfologia vulcanicaDeformazioni delle rocce: pieghe e faglie Tutte le rocce sono soggette a deformazioni che avvengono prevalentemente dove è più alto l'indice di stress: i margini di placca; Ci sono delle condizioni che fanno cambiare il comportamento delle rocce; i materiali rocciosi si comportano in modo fragile o duttile a seconda di:

1. Proprietà dei materiali: cioè ci sono materiali che sono principalmente duttili, altri che sono principalmente fragili (alcune come i gessi hanno un comportamento prevalentemente di tipo duttile; altre rocce come i calcari hanno prevalentemente un comportamento di tipo fragile) - le proprietà dei materiali sono fondamentali per il tipo di deformazione che possono subire.
2. Profondità: in superficie le rocce tendono a fratturarsi, mentre in profondità si deformano. Questo dipende dalla temperatura e dalla pressione;
3. L'umidità: se il materiale contiene o meno acqua. (es. rami che, se sono secchi si spezzano più facilmente se invece sono bagnati possono subire una deformazione maggiore proprio perché contengono acqua - lo stesso principio è valevole per le rocce);
4. Temperatura: se è fredda si predilige un comportamento fragile, se più calda ha un comportamento di tipo duttile; possiamo dire che le rocce mostrano in prevalenza un comportamento di tipo fragile sulla superficie terrestre, e, a causa delle alte temperatura, tendono a diventare più duttili negli strati inferiori - quindi più è alta la temperatura più le rocce sono duttili;Deformazioni delle rocce: pieghe e faglie Tutte le rocce sono soggette a deformazioni che avvengono prevalentemente dove è più alto l'indice di stress: i margini di placca; Ci sono delle condizioni che fanno cambiare il comportamento delle rocce; i materiali rocciosi si comportano in modo fragile o duttile a seconda di:
5. Densità: valore che aumenta dall'esterno verso l'interno. Gli aumenti principali si trovano in corrispondenza dei passaggi composizionali tra un involucro e l'altro (andando in profondità le rocce diventano sempre più dense, cioè il loro volume decresce con la profondità);
6. Pressione: Due tipi di pressione che agiscono all'interno della Terra: una è la pressione litostatica e una è la pressione orientata (legata alla tettonica). La pressione litostatica (o pressione da carico), andando verso l'interno della Terra, aumenta ed arriva da tutte le direzioni (cioè è la stessa in tutte le direzioni) ed è proporzionale alla profondità: a mano a mano che andiamo verso la profondità, la pressione litostatica aumenta e i minerali diventano più densi. La pressione orientata agisce in un'unica direzione ed è legata ai movimenti della tettonica;
7. L'intensità e durata dello sforzo applicato: tempi lunghissimi possono portare ad un comportamento plastico anche in rocce che sono normalmente fragili, mentre sollecitazioni rapide e improvvise portano alla rottura (legate all'intensità della forza in gioco).

Struttura della Litosfera

CROSTA LITOSFERA MOHO MANTELLO LITOSFERICO 100 km MANTELLO SUPERIORE STRATO A BASSA VELOCITÀ 400 km ASTENOSFERA ZONA DI TRANSIZIONE 670 km MANTELLO INFERIORE MESOSFERADeformazioni delle rocce: pieghe e faglie

Tipi di Deformazioni delle Rocce

Esistono diversi tipi di deformazioni possibili:

• Deformazione elastica: non permanente - se una roccia viene sottoposta a uno stress, inizialmente si deforma, per tornare alle condizioni di partenza in caso di interruzione degli sforzi applicati;
• Deformazione plastica (duttile): permanente - una roccia sottoposta a uno stress continuo viene deformata irreversibilmente: in questo caso si dice che lo sforzo applicato supera il «limite elastico» della roccia;
• Deformazione fragile: rottura - una roccia sottoposta a stress particolarmente intensi e duraturi si rompe: in questo caso si dice che lo sforzo applicato supera il «limite di rottura» della roccia; Ovviamente non tutti i materiali manifestano lo stesso comportamento a parità di condizioni: questo dipenderà dai fattori che influenzano la reologia delle rocce e dalla natura dello sforzo applicato;

PLASTICITÀ ROTTURA SFORZO carico di rottura limite di elasticità ELASTICITÀ DEFORMAZIONE OBIETTIVORORDeformazioni delle rocce: pieghe e faglie

Faglie e Forze Tettoniche

Se la forza in gioco è di tipo compressivo (compressione del materiale) e la deformazione che si genera supera il limite di rottura (deformazione fragile), la roccia si rompe, generando una struttura tettonica che prende il nome di FAGLIA INVERSA; Se la forza in gioco è di tipo distensivo (stiramento del materiale) e la deformazione che si genera supera il limite di rottura (deformazione fragile), la roccia si rompe, generando una struttura tettonica che prende il nome di FAGLIA NORMALE; Se la forza in gioco è di tipo tagliente (taglio del materiale) e la deformazione che si genera supera il limite di rottura (deformazione fragile), la roccia si rompe, generando una struttura tettonica che prende il nome di FAGLIA TRASCORRENTE;

LETTO TETTO FAGLIA INVERSA LETTO FAGLIA DIRETTA TETTO FAGLIA TRASCORRENTE SINISTRA FAGLIA TRASCORRENTE DESTRAOrigine dei terremotiMargini e tettonica delle placche

Dinamica delle Placche

Ogni singola placca si muove come un'unità coerente rispetto a tutte le altre placche. Ogni placca ha una sua modalità di movimento uniforme e si muove come un'unità unica rispetto alle altre placche; tutte le più importanti interazioni che avvengono tra le placche, avvengono in corrispondenza dei loro margini:

• Margini trasformi (conservativi) lungo i quali la litosfera non viene mai ne creata ne distrutta e le placche scorrono lateralmente l'una rispetto all'altra;
• Margini divergenti (costruttivi), lungo i quali le placche si allontanano l'una dall'altra creando faglie "normali" e lo spazio creatosi viene occupato da nuova litosfera oceanica generata dalla risalita di materiale fuso dall'astenosfera (si genera nuova litosfera);
• Margini convergenti o di subduzione ("distruttivi"), lungo i quali le placche si avvicinano l'una all'altra; in questa sede avvengono fenomeni diversi a seconda del tipo di zolle che entrano in collisione (oceanica- continentale/oceanica-oceanica/ continentale-continentale), in generale la «vecchia» litosfera viene distrutta.

1 margine convergente margine divergente margine trasformeMargini divergenti

Formazione dei Margini Divergenti

1. Inarcamento iniziale: a causa della presenza di una cella convettiva, nel mantello si presenta una zona più calda del normale con conseguente diminuzione della densità e risalita di magma dall'astenosfera - per il principio dell'isostasia si ha un inarcamento della litosfera sovrastante, che provoca numerose fratture nel substrato geologico;
2. Fossa tettonica: la divergenza che si instaura nella litosfera tende ad allontanare i frammenti di litosfera fratturata (spinti anche dal magma in risalita) - si crea così uno spazio dove i blocchi fratturati sprofondano per il riequilibrio isostatico, formando grandi valli a gradinata definite fosse tettoniche o rift valley;
3. Le correnti convettive divergenti del mantello sottopongono i margini ad un allontanamento sempre più pronunciato: si assiste all'espansione della rift valley - lungo la fossa tettonica si inseriscono corsi d'acqua che possono formare laghi di forma stretta e allungata;
4. La rift valley procede nella sua espansione: si assiste alla separazione completa dei due blocchi e alla formazione di un oceano/mare vero e proprio (es. Mar Rosso, originato dalla separazione della Penisola Arabica dall'Africa);

La Dorsale Oceanica

La dorsale oceanica: struttura vulcanica lungo la quale avviene l'allontanamento delle due placche con velocità che va dai 2 ai 10 cm all'anno, e ha luogo di risalita del magma che va a formare il fondale nel neo formato mare/oceano;Margini divergenti

Processi Geologici nei Margini Divergenti

Si formano una serie di celle convettive che portano materiale più caldo e meno denso verso l'alto: l'astenosfera viene considerata rigida e solida sui tempi brevi, mentre si considera plastico-viscosa dal punto di vista comportamentale sui tempi geologici, quindi ha capacità di fluire - tale capacità si manifesta nei margini divergenti, tramite la risalita di materiale caldo (upwelling) con fuoriuscita e dissipazione di calore attraverso la dorsale oceanica; Nuova litosfera oceanica viene generata lungo le dorsali oceaniche, in maniera continuativa o episodica: la crosta oceanica appena creata entra a far parte di una placca rigida (e può includere anche continenti) e si dispone in maniera equivalente alla sinistra e alla destra della dorsale; La rift valley delle dorsali è caratterizzata da elevato flusso di calore e da attività vulcanica effusiva, dovuta al fatto che, a causa dell'allontanamento delle placche, si ha una diminuzione della pressione litostatica, con conseguente fusione delle peridotiti del mantello e quindi risalita di magma basico; Lungo le dorsali si verificano terremoti superficiali, causati dalle tensioni che si verificano in seguito della divergenza dei margini e la conseguente risalita di magma peridotitico; Le dorsali oceaniche non sono catene continue, bensì tronconi frammentati.

Juan de Fuca Ridge 4 Mid-Atlantic Equator Hise Ridge Central Indian Ridge .+ -Pacific East Southeast Indian Ridge Pacific Antarctic Ridge Southwest Indian RidgeMargini trasformi e faglie trasformi

Margini Trasformi e Faglie

Nei margini trasformi (anche definiti conservativi) le placche scorrono lateralmente l'una rispetto all'altra - non c'è generazione di nuova litosfera (come avviene per i margini divergenti) ne tantomeno distruzione di litosfera (come per i margini convergenti); A seguito dell'instaurazione di forze taglienti (taglio del materiale) e deformazione che supera il limite di rottura (deformazione fragile), la crosta si rompe, generando una faglia trasforme - discontinuità lineari riconosciute come zone di frattura;

crosta oceanica frattura verticale 1 faglia trasforme margine continentale trasforme 1 1 1 dorsale margine continentale passivo La maggior parte delle faglie trasformi connette due porzioni di dorsale oceanica - la dorsale non è quindi un centro di espansione continuo e lineare, ma piuttosto caratterizzato da tanti tronconi di dorsale connessi tra loro da faglie trasformi; Oltre a legare due tronconi di dorsale, i margini trasformi possono anche congiungere margini divergenti (dove viene creata nuova litosfera) con margini convergenti (dove la litosfera viene subdotta), avvicinando una porzione di litosfera oceanica a una continentale - congiungendo un centro di espansione con un margine di subduzione; Sebbene la maggioranza delle faglie trasformi siano associate alle dorsali oceaniche, alcune di queste interessano la litosfera continentale: la faglia di S. Andreas, in California, si sviluppa per 1300 km e connette un centro di espansione (dorsale del pacifico orientale - golfo della California) al margine convergente di Cascadia.