La deformació de les roques: plecs, falles i orogènesi

Concepte d'esforç i tipus

L'esforç és la força que actua sobre les roques. Es divideix principalment en:

• Esforç litostàtic: provocat pel pes de les roques superiors, afecta les inferiors. És uniforme, actua en totes direccions i provoca canvis de volum.
• Esforç diferencial: dirigit en una determinada direcció, provoca deformacions.

Tipus d'esforços diferencials

• Tensió o extensió: produeix l'estirament de les roques.
• Compressió: produeix l'escurçament de les roques.
• Cisalla: produeix la translació lateral de les roques.

Tipus de deformacions

• Elàstica: temporal i reversible. La roca recupera la seva forma inicial en deixar d'actuar la força responsable. Exemples: ones sísmiques, goma elàstica.
• Plàstica: permanent i no presenta fractures. Exemples: plecs, plastilina.
• Fràgil: permanent i presenta fractures. Inicialment no es deforma; a partir d'una certa intensitat d'esforç, es fractura. Exemples: falles, vidre.

Factors responsables de les deformacions

• Tipus de roques: n'hi ha de més fràgils, més elàstiques, etc.
• Temperatura: a més temperatura, més plasticitat i menys elasticitat i fragilitat (per exemple, el vidre).
• Pressió litostàtica: a més pressió, més plasticitat.
• Presència de fluids: a més fluids, més plasticitat (per exemple, l'argila).
• Velocitat de deformació: si és lenta i contínua, la deformació és plàstica; si és ràpida i puntual, és fràgil (per exemple, el gel).

Deformacions plàstiques: els plecs

Són produïdes per esforços de compressió o cisalla i es presenten en forma d'ondulacions de mida variable (des de mil·límetres fins a quilòmetres). S'observen clarament en roques sedimentàries o metamòrfiques esquistoses.

Parts d'un plec

• Xarnera: zona de màxima curvatura.
• Flancs: les dues parts del plec als costats de la xarnera, que presenten direccions oposades.
• Nucli: la part interna del plec.
• Pla axial: pla imaginari que uneix totes les línies de xarnera.
• Eix del plec: línia d'intersecció entre el pla axial i la superfície del plec a la xarnera.
• Vergència: angle que forma el pla axial respecte de la vertical.
• Cabussament: angle d'inclinació entre l'horitzontal i el flanc.

Tipus de plecs

• Segons l'edat dels materials:
  • Anticlinal: els materials més antics se situen al nucli (forma convexa o de «n»).
  • Sinclinal: els materials més moderns se situen al nucli (forma còncava o de «u»).
• Segons la posició del pla axial:
  • Recte: el pla axial és vertical (perpendicular a la superfície).
  • Inclinat: el pla axial està inclinat.
  • Tombat: el pla axial està molt inclinat (gairebé horitzontal).
  • Ajagut: el pla axial és horitzontal.
• Segons el gruix dels estrats al llarg del plec:
  • Paral·lel: manté un gruix constant.
  • Similar: no manté un gruix constant.

Deformació fràgil: falles i diàclasis

Es produeix quan l'esforç supera el límit del comportament plàstic i la roca pateix un trencament. Aquests trencaments es poden generar per esforços de compressió, distensió o de cisalla, originant plans de fractura. Se'n distingeixen dos tipus:

• Falles: fractures de les masses rocoses en què es formen dos blocs que es desplacen al llarg del pla de trencament.
• Diàclasis: fractures de les masses rocoses en què els blocs no es desplacen l'un respecte de l'altre.

Elements geomètrics de les falles

• Pla de falla: superfície de fractura per on es desplacen els blocs.
• Bloc superior: bloc situat per damunt del pla de falla.
• Bloc inferior: bloc situat per sota del pla de falla.
• Salt de falla: magnitud del desplaçament relatiu entre els blocs.
• Mirall de falla: superfície polida i llisa produïda pel fregament entre blocs.
• Estries de falla: marques lineals que indiquen la direcció del moviment.

Tipus de falles

• Falles normals o directes: formades per esforços de tensió o extensió que estiren les roques. El bloc superior descendeix respecte del bloc inferior. Són típiques dels límits divergents de plaques.
• Falles inverses: formades per esforços de compressió que escurcen les roques. El bloc superior ascendeix respecte del bloc inferior. Són típiques dels límits convergents de plaques. Quan el pla de falla té una inclinació inferior a 45°, s'anomena encavalcament.
• Falles de direcció: formades per esforços de cisalla. El pla de falla és aproximadament vertical i els blocs es desplacen lateralment en sentit horitzontal. Són típiques dels límits transformants de plaques.
• Falles obliqües: formades per esforços combinats de tensió i cisalla, presentant un desplaçament dels blocs tant vertical com horitzontal.

Estructures de relleu associades a falles normals

L'associació de diverses falles normals origina relleus característics:

• Fosses tectòniques o gràbens: zones enfonsades entre falles.
• Massissos tectònics o horsts: zones relativament elevades entre falles.
• Rifts: estructures formades als límits divergents, que poden ser oceànics o continentals.

Altres estructures tectòniques

Diàclasis

Són fractures sense desplaçament dels blocs formades per esforços de compressió, tensió o cisalla, o per la descompressió de les roques causada per l'erosió. Solen presentar una orientació semblant en roques properes i generalment són verticals. Tenen gran rellevància geològica perquè faciliten els processos d'erosió i la infiltració d'aigua subterrània.

Mantells de corriment

Són una variant de falla inversa o el resultat d'un plec-falla, formats per esforços de compressió molt intensos. Són típics dels límits convergents i habituals a les grans serralades. La seva geometria inclou:

• L'encavalcament, el bloc superior i el bloc inferior.
• La rampa (tram inclinat) i el replà (tram poc inclinat o subhoritzontal).
• L'anticlinal de bloc superior i la traça de l'encavalcament.
• La finestra tectònica: zona on afloren els materials inferiors a través del mantell per efecte de l'erosió.
• La klippe: fragment aïllat del mantell superior que queda separat de la resta per l'erosió.

Formació de serralades i isostàsia

Formació de serralades (orogènesi)

Es produeix als límits de plaques convergents on actuen esforços tectònics compressius. Aquests esforços provoquen plecs, falles inverses i mantells de corriment, que escurcen les roques i augmenten el gruix de la litosfera, alçant les serralades. Poden presentar un aspecte simètric o asimètric:

• Zona interna: conté les estructures i roques més antigues i deformades.
• Zones externes o avantpaís: situades als marges, contenen les estructures més modernes.

Isostàsia

És la condició d'equilibri de flotació de la litosfera (més rígida i menys densa) sobre l'astenosfera (més fluida i densa). Quan la litosfera augmenta el seu gruix (com durant l'orogènesi), s'enfonsa més dins de l'astenosfera; en canvi, quan es fa més prima a causa de l'erosió, experimenta un rebot isostàtic i s'eleva.