MECANICA DE LA DEFORMACION DE LAS ROCAS
se encarga del estudio teorico y practico de las propiedades y comportamiento mecanico de los materiales rocosos y de sus respuestas ante la accion de fuerzas aplicadas en su entorno fisico.
Por su origen. Pueden ser tectónicas o no
tectónicas.
Las deformaciones tectónicas están asociadas al movimiento de las placas de la corteza terrestre, mientras las no tectónicas están asociadas a los efectos gravitacionales de las masas de tierra y a las cargas que soportan las rocas
por esfuerzos dinámicos externos diferentes a los movimientos tectónicos.
Las deformaciones tectónicas están asociadas al movimiento de las placas de la corteza terrestre, mientras las no tectónicas están asociadas a los efectos gravitacionales de las masas de tierra y a las cargas que soportan las rocas
por esfuerzos dinámicos externos diferentes a los movimientos tectónicos.
1)
DIASTROFISMO
La deformación a
gran escala de la corteza terrestre, que origina continentes, cuencas oceánicas,
cordilleras,
Las rocas de la
corteza terrestre sometidas a esfuerzos mecánicos son deformadas, plegadas o
fracturadas. A este tipo de deformaciones se le llama Diastrofismo
. La elevación y el
hundimiento de amplias regiones, la emersión y submersión de los continentes,
los terremotos y plegamientos orogénicos y las roturas de los estratos son
ejemplos de estas deformaciones Desde el punto de vista de la Geomorfología, el
diastrofismo comprende los procesos más superficiales de la dinámica de la
litosfera, es decir, las manifestaciones de la geodinámica interna que llegan a
afectar a los niveles externos de la corteza, desplazando, deformando y
dislocando los materiales que los constituyen e interfiriendo con los procesos
que desde el exterior actúan sobre ellos. Utilizando como criterio su
intensidad y su amplitud, se suelen distinguir dos grandes tipo de
diastrofismo, de cuya actividad resultan disposiciones estructurales muy
distintas incluso desde el punto de vista de su escala dimensional: la
Epirogénesis y la orogénesis. La primera
tiene un carácter vertical, afectó a sectores corticales muy extensos y produce
variaciones poco marcadas en la disposición de los materiales, generando lo que
se denominan estructuras calmas. La segunda, tiene un carácter primariamente
horizontal, afecto a franjas de corteza relativamente estrechas y produce
cambios numerosos en la disposición de los materiales, generando sobre ellos
estructuras atormentadas.
Epirogénesis:
Etimológicamente
epirogénesis deriva del griego epeiros que significa tierra firme, y génesis,
origen. Este concepto fue utilizado en primera instancia por G. K. Gilbert, en
1890, para referirse a los amplios movimientos de la corteza terrestre que dan
lugar a la formación de continentes y plataformas, o depresiones oceánicas y
continentales, y para diferenciar aquéllos de los movimientos orogénicos que
conducen a la formación de las cadenas montañosas. Hoy, el concepto se utiliza
en el sentido utilizó H. Stille, en el año 1919, refiriéndose a los
desplazamientos en sentido vertical que se producen a lo largo de periodos de
tiempo seculares y en los que la infraestructura de la corteza permanece
intacta.
La epirogénesis es
propia de las áreas de las placas continentales, de lo que en la
Geología actual se
denominan plataformas y consisten movimientos de ascenso o descenso lentos de
los que se derivan ondulaciones de enorme radio. La epirogénesis influye
en forma importante en la configuración del relieve de los continentes al
determinar a gran escala el tipo de rocas sobre el que se desarrolla el
modelado.
Influye además
introduciendo variaciones de posición en las rocas, leves a escala local pero
muy significativa a escala regional y apreciable sobre las formaciones
sedimentarias estratificadas. “Los movimientos de ascenso y hundimiento de la
corteza terrestre a través de grandes extensiones y sin deformación apreciable
de
las rocas superficiales
se llaman movimientos epirogénicos. Al proceso se le llama epirogenia para
diferenciarlo de la orogenia, del que resulta deformación de estratos. Los
movimientos epirogénicos han tenido gran importancia en las partes interiores
estables de la litosfera continental. Aquí, un movimiento epirogénico negativo
(Hundimiento) de
solo unos cuantos centenares de metros hizo posible que aguas marinassomeras
cubrieran una vasta proporción del continente, mientras que un
movimiento
epirogénico positivo de la misma magnitud determinó que el mar somero
retrocediera hasta los márgenes continentales. ”El basculamiento de una
estructura como por ejemplo en la península ibérica durante el terciario tuvo
como consecuencia el drenaje de los lagos interiores hacía en atlántico. El
basculamiento genera estructuras monoclinales (con menos de 15º buzamiento y en
un solo sentido).
También puede
generar grandes abombamientos, que producen estructuras aclinales
(No plegadas). Si
el abombamiento es ascendente, o positiva, se llama anteclise; y si el
abombamiento es descendente, o negativa, se llama sineclise. En las anteclise
predominan las
rocas de origen plutónico ya que funciona como superficie de erosión,
mientras que las
sineclise funcionan como cuencas de acumulación por lo que
predominan las
rocas sedimentarias. Estas estructuras nos dan el relieve aclinal Los
movimientos epirogénicos reflejan generalmente la estabilidad de la corteza, en
contraste con la
actividad de tipo tectónica que afecta a los arcos montañosos.
Escudos
El escudo es la
región del cratón en la cual afloran rocas metamórficas e ígneas antiguas,
producidas por subducción y choque de placas durante el precámbrico. Son
regiones estables que constituyen en muchos casos núcleos de los continentes.
Estos son planas regiones continentales, la mayor parte de los escudos son
regiones de bajas colinas y mesetas, pero también hay zonas donde grandes
extensiones han sido levantadas. Se formaron hace más 500 millones de años, es
decir durante la era primaria, y luego de su formación, en la era secundaria
han sido erosionados.
Grandes áreas de
estos escudos continentales, están cubiertos de una capa sedimentaria más
joven, dicha capa se formó entre el paleozoico y el cenozoico. Los estratos se
acumulaban cuando el escudo descendía y era cubierto por aguas de poca
profundidad. Desde épocas muy remotas los escudos han permanecido estables, sin
sufrir ningún plegamiento, aunque si se han afectado por dislocaciones,
abombamientos y fracturas. Los actuales escudos (figura 1) se agrupan en dos
conjuntos: septentrional, que incluye los escudos báltico, ruso-siberiano y
canadiense, etc.; y meridional, este comprende los escudos sudamericano
(guayano-brasileño), africano, arábigo, australiano, etc.
Zócalos
En muchas ocasiones,
los restos de antiguos cinturones montañosos se encuentran en los escudos.
Estos Zócalos están formados por rocas de tipo sedimentaria paleozoica y
mesozoica las cuales han sido fuertemente deformadas y localmente transformadas
a rocas metamórficas. Uno de los sistemas de zócalos se formó en la orogenia
Apalachiana, la cual cierra la era paleozoica. En América del norte, dicho
sistemaestá representado por los Apalaches. Muchos metros de las rocas de estos
viejos cinturones han sido eliminados, de esta forma solo perduran las
estructuras basales. Los zócalos aparecen representados como largas y estrechas
cadenas, raramente se elevan unos miles de metros por encima del nivel del mar.
1.4 Plataformas o
cuencas sedimentarias
Grandes áreas de
los escudos continentales, están cubiertos de una capa sedimentaria más joven,
dicha capa se formó entre el paleozoico y el cenozoico. Los estratos se
acumulaban cuando el escudo descendía y era cubierto por aguas de poca
profundidad. Los sedimentos marinos, se situaron bajo las antiguas rocas de los
escudos, en un espesor que oscilaba entre cientos ymiles de metros. Estas áreas
se arqueaban convirtiéndose nuevamente en superficie terrestre. Desde, ese
entonces la erosión de tipo fluvial ha arrancado una buena parte de esa
cubierta sedimentaria, pero aún así en algunas áreas permanece intacta. Nos
referimos a las áreas descritas anteriormente como cuencas sedimentarias, se
hace esta distinción para diferenciarlas de los escudos arrasados, en estos
últimos las rocas precámbricas se encuentran al descubierto. Otra forma más
simple de definirlas es:
Las cuencas sedimentarias.- son zonas
deprimidas o hundidas de la corteza terrestre, en estas se han acumulado
sedimentos procedentes de la erosión de los escudos, los que luego serán
plegados y darán origen a una cordillera.
Orogénesis
La orogénesis
afecta a las áreas marginales de las placas continentales o las áreas
situadas entre dos
placas próximas. Estas áreas, alargadas relativamente estrechas, denominadas
orógenos se ven sometidas a esfuerzos tangenciales comprensivos como
consecuencia de que sus materiales sufren grandes ynumerosos cambios en su
disposición. Estos cambios se traducen en deformaciones y desplazamientos y se
aprecian, en la aparición de pliegues, fracturas y unidades desplazadas. Un
vulcanismo intenso también puede dar como resultado la formación de cinturones
montañosos. La orogenia genera relieves de tipo plegados y fallados. Se pueden
reconocer tres momentos que corresponden a tres fases de violenciade la
orogenia:
el plegamiento, en
el que se pliegan los materiales blandos; el fallamiento, en el que se rompen
los materiales duros y los pliegues; y el cabalgamiento, en el que los
materiales se desplazan de su posición original. Entonces las orogenias ocurre
en su mayoría en respuesta hacia las acciones progresivas en sus límites
convergentes de las placas, los que generan por lo mismo actividades de
deformación de la roca .Esto se pude dar ven una variedad de tres tipos
debido a la
naturaleza de las placas:
•Orogenia en
limites de placas oceánica- oceánica: En este tipo de limite se presenta cuando
la litosfera oceánica se subduce por debajo de la otra placa litosferica
oceánica, formando una isla volcánica
Actividad ígnea y
metamorfismo. Esta placa subducida formara la placa externa de la cuña oceánica
y la parte interna de esta estará formada por una cuña de acreción, que esta
compuesta por laminas de rocas sedimentarias marinas que posee pliegues y
fallas. De esta forma esta cuña deacreción genera una elevación producto del
levantamiento que se genera a lo largode las fallas a medida que la subducción
continúa. Esta da como resultado un metamorfismo de temperatura baja pero de
una alta presión. Estas también son llamadas subducción de tipo aleutiano
Islas Volcánicas:
Suelen estar separadas 80 kilómetros y formadas sobre dorsales sumergidas de
unos centenares de anchura. Esta tierra recién formada, consiste en una cada en
forma de arco de pequeñas islas, llamadas, Arcos de Islas Volcánicas.
Arcos de Islas
Volcánicas: La mayoría, se
ubica en el Pacífico Occidental. En este sector es muy común la formación de un
ángulo de 90º, porque la corteza es antigua y densa. Sin embargo, en el
Atlántico hay dos arcos volcánicos: El arco de las Antillas Menores y las Islas
Sándwich. La primera es producto de la subducción de la placa atlántica con la
placa caribeña. En pocos lugares los arcos de islas se forman sobre corteza
oceánica – continental. Un ejemplo de este caso es la sección occidental de las
Aleutianas, existe un número de islas formadas en placa oceánica, mientras que
los volcanes del extremo oriental se localizan en la península de Alaska. Por
otra parte, algunos arcos se forman por fragmentos de corteza continental
separadas del continente. Ejemplo: Filipinas y Japón.
OROGENIA EN LÍMITES
DE PLACAS OCEÁNICA-CONTINENTAL: En este tipo de choque, la placa que posee el
material continental menos denso, seguirá flotando, y por otro lado la oceánica
(más densa), se hundirá en la astenósfera (figura 3). Conforme al descenso de
la placa oceánica, parte de los sedimentos transportados por ella y los de la
otra placa, se separaran y se adosaran al borde de la placa continental. Esta
acumulación es lo que se conoce como prisma de acreción En el límite entre las dos
placas se encontrará normalmente una fosa oceánica. Este tipo de subducción se
encuentra representado por la orogenia de los Andes del margen continental
sudamericano. En este caso cuando comienza a producirse la subducción las rocas
del margen continental y la fosa se plegaron, ocasionando el desarrollo de
fallas que hoy son parte de una cuña de acreción que se encuentra a lo largo de
la costa este sudamericana, que por el vulcanismo y sismicidad que presenta dan
señas que este movimiento aun continua.
OROGENIA EN LÍMITE
DE PLACAS CONTINENTAL- CONTINENTAL
Esta se produce
cuando de las placas que convergen ninguna subduce a la otra debido a su baja
densidad, por lo que sólo se crea un choque de continentes.
Representada por
los Himalayas en Asia.
1.1) Plegamiento
Plegamiento o pliegue,
es una deformación de las rocas, generalmente sedimentarias, en la que
elementos de carácter horizontal, como los estratos o los planos de
esquistosidad (en el caso de rocas metamórficas), quedan
curvados formando ondulaciones alargadas y más o menos paralelas entre sí.
Los pliegues se originan por esfuerzos de
compresión sobre las rocas que no llegan a romperlas; en cambio, cuando sí lo
hacen, se forman las llamadas fallas. Por lo general
se ubican en los bordes de las placas tectónicas y obedecen a dos tipos de
fuerzas: laterales, originados por la propia interacción de las placas (convergencia)
y verticales, como resultado del levantamiento debido al fenómeno de subducción a lo largo de
una zona de subducción más o menos
amplia y alargada, en la que se levantan las cordilleras o relieves de
plegamiento.
1.2)
Falla
Falla. Note el desplazamiento vertical (hacia
arriba) del bloque de la derecha
En geología, una falla es una
discontinuidad que se forma por fractura en las rocas de la corteza terrestre, a lo largo de la cual ha
habido movimiento de uno de los lados respecto del otro. Las fallas se forman
por esfuerzos tectónicos actuantes en la corteza. La zona de ruptura tiene una superficie
generalmente bien definida denominada plano de falla. El fallamiento (o
formación de fallas) es uno de los procesos geológicos fundamentales en la formación de montañas. Asimismo, los bordes de las placas tectónicas están formados por fallas de hasta miles de kilómetros de longitud
1.3)
Las diaclasas: son fracturas de las rocas sin desplazamiento
de los bloques estas están generadas por
diferentes mecanismos que producen tensiones en la roca y ocasionan
fracturación.
|
Desde fines del
siglo pasado, cuando se determinaron el volumen y la masa de la Tierra, se
observó que su densidad (masa/volumen) promedio (5.519 g/cm³) es mucho
mayor que la densidad promedio de las rocas que encontramos en la superficie;
por ejemplo, el agua (destilada) tiene densidad 1, los dos tipos de roca más
representativos de los continentes y del suelo oceánico, el granito y el
basalto, tienen densidades de 2.6-2.7 y 2.8-3.0 g/cm³, respectivamente. Esto
indica que las rocas del interior del planeta deben ser mucho más densas que
las de la superficie.
Además, la Tierra
tiene un momento de inercia (una medida de la tendencia que tiene un cuerpo
giratorio a seguir girando sin fuerzas que lo impulsen) demasiado pequeño para
su masa total, lo que indica que las rocas más densas deben estar concentradas
cerca del centro.
Estos resultados
basados en observaciones gravimétricas y astronómicas son ciertamente muy
valiosos, pero no suficientes para crear un modelo único de densidades. El
modelo actual del interior de la Tierra se ha obtenido, primordialmente, del
estudio de las ondas sísmicas.
Si la Tierra fuera homogénea
por dentro (como una antigua bala de cañón) las ondas de cuerpo viajarían en
línea recta desde el hipocentro hasta cualquier punto de la superficie
terrestre. La velocidad de las ondas sísmicas depende de las propiedades
elásticas del medio (densidad, rigidez e incompresibilidad), por lo que cuando
éstas varían en forma continua con la profundidad las ondas describen
trayectorias curvas; si varían en forma discontinua, esto es, hay cambios
bruscos en sus valores, como en la frontera entre dos materiales distintos,
parte de la onda (o, a veces, toda ella) puede ser reflejada por la
discontinuidad.
Las observaciones
de ondas sísmicas indican que en el interior de la Tierra hay grandes
variaciones, tanto graduales como súbitas, de las propiedades elásticas del
medio con la profundidad.
La parte más
superficial de la Tierra se denomina corteza, y es de dos tipos (Figura
11). La corteza continental es, como su nombre lo indica, la que forma
los continentes, es primordialmente granítica, tiene en promedio entre 30 y 40
km de espesor y, a profundidad, presenta velocidades para ondas P de alrededor
de los 6.0 a 6.5 km/s. La corteza oceánica es primordialmente basáltica y tiene
velocidades de las ondas P de unos 6.7 a 6.9 km/s, su espesor medio es de unos
7 km.
La capa que se
encuentra inmediatamente bajo la corteza recibe el nombre de manto entre ellas se halla la discontinuidad llamada
de Mohorovicic (o, comúnmente, Moho) descubierta en 1909. Debajo
de ella la velocidad de las ondas P en el manto es de unos 7.9 a 8.2 km/s, y su
densidad es de unos 3.3 g/cm³.
El manto llega
hasta los 2 950 km de profundidad donde tiene una densidad de unos 5.5 g/cm³ y
una velocidad de las ondas P de unos 10.5 km/s (Figuras 11 y 12). Las
propiedades del manto varían bastante; desde cerca de los 100 km hasta los 150
km de profundidad se encuentra una capa de baja velocidad llamada astenósfera
(del griego [debilidad] + [esfera]) donde hay material que
posiblemente se encuentra en estado de semifusión. Alrededor de los 700 km de
profundidad se encuentra una zona donde cambia rápidamente la velocidad, la
cual separa al manto superior, situado encima de esta profundidad, del manto
inferior, situado debajo.
La corteza más la
parte más somera del manto, hasta una profundidad de unos 100 km, son conocidos
como litosfera. La razón de esta definición se verá en el capítulo VI.
A los 2 950 km de
profundidad existe otra fuerte discontinuidad, llamada de Gutenberg o
fundamental que separa el manto inferior del núcleo externo. Al pasar del
manto al núcleo externo aumenta la densidad (de 5.5 a 10 g/cm³) pero
disminuye drásticamente la velocidad de las ondas P (de 10.5 a 8.0 km/s) y ¡las
ondas S no son transmitidas!, lo que indica que el material del núcleo externo
es líquido.
Tanto la densidad
como la velocidad de las ondas P aumentan con la profundidad hasta llegar a los
5 150 km de profundidad, donde encontramos otra discontinuidad (llamada de
Lehmann) entre el núcleo externo y el núcleo interno, el cual es
sólido y llega hasta el centro de la Tierra situado a 6 371 km de profundidad.
Estos datos acerca del interior de la Tierra se obtuvieron del estudio
de ondas sísmicas con trayectorias como las mostradas en la figura 13. En esta
figura, un foco sísmico se sitúa en F; las letras mayúsculas que identifican
cada rayo indican si éste atravesó el manto como P (línea sólida) o como S (línea
punteada); la c minúscula indica reflexión en la frontera manto-núcleo y K
indica transmisión a través del núcleo externo, lo cual es sólo posible para
ondas de tipo P, pues los líquidos no transmiten las ondas 5. Finalmente, i
minúscula indica reflexión en la frontera núcleo externo-núcleo interno,
mientras que I mayúscula indica transmisión a través del núcleo interno.
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