Cosa è e cosa studia la Geologia Strutturale, GS La GS è nata negli
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Cosa è e cosa studia la Geologia Strutturale, GS La GS è nata negli anni ‘60 e nel tempo si è evoluta da disciplina puramente descrittiva a materia quantitativa. Questo passo in avanti è stato fatto mediante l’apporto di studi di meccanica del continuo, prove di laboratorio, sviluppo di tecniche che hanno permesso l’osservazione della deformazione dei minerali anche alla scala del reticolo cristallino. (σ1-σ3)F=βρgz(1-λv) Stra0(001)spazia09A . 1 n ⎛ ⎞ ε ⎛ Q ⎞ σ 1 − σ 3 = ⎜⎜ ⎟⎟ exp⎜ ⎟ ⎜ A⎟ ⎝ nRT ⎠ ⎝ ⎠ Profili reologici ricostruiti con equazioni che considerano le rocce come un mezzo continuo. Macchina biassiale che misura l’attrito delle rocce a differenti valori di sforzo e velocità di scivolamento. Immagine TEM . con strati di talco spaziati 9 A e delaminazione interstrato prodotta dallo scivolamento StructuralGeologyofRocksandRegions,2nd Edi8on(Hardcover) byGeorgeH.Davis(Author), StephenJ.Reynolds(Author) StructuralGeology(Hardcover) byRobertJ.Twiss(Author), EldridgeM.Moores(Author) hKp://www.see.leeds.ac.uk/structure/learnstructure/ Dove vogliamo arrivare: #1 interpretazione stereonets Dove vogliamo arrivare: #2 descrizione geometria strutture, possibile cinematica e meccanica Dove vogliamo arrivare: #3 approfondire gli argomenti di seguito riportati. 1_a Intro 1_b Intro Faglie 1_c Intro Pieghe 2 Deformazione 3 Stress e Reologia 4 Faglie e Criteri Macroscopici di Fagliamento, CMF 5 Faglie e rocce di faglia 6 Faglie e Terremoti Esercizi Modalità di svolgimento esame: A) Rappresentazione ed interpretazione di dati strutturali mediante stereonets e ricostruzione strutture in 3D. W S N S0loli0 E FraKure Modalità di svolgimento esame: B) Caratterizzazione geometrica ed interpretazione di strutture secondarie. P.es. riconoscere le strutture, i possibili processi deformativi e la loro evoluzione nel tempo. Interpretazione delle possibili cause. Modalità di svolgimento esame: C) una domanda su uno degli argomenti trattati dove si andrà a riferire in maniera esaustiva. 1_a Intro 1_b Intro Faglie 1_c Intro Pieghe 2 Deformazione 3 Stress e Reologia 4 Faglie e Criteri Macroscopici di Fagliamento, CMF 5 Faglie e rocce di faglia 6 Faglie e Terremoti Modalità di svolgimento esame: D) varie domande puntuali sugli argomenti trattati. 1_a Intro 1_b Intro Faglie 1_c Intro Pieghe 2 Deformazione 3 Stress e Reologia 4 Faglie e Criteri Macroscopici di Fagliamento, CMF 5 Faglie e rocce di faglia 6 Faglie e Terremoti Esercizi Orario di ricevimento: 1) Lunedì 15-16, martedì 11-12 stanza 205 durante il corso; 2) Mandare un mail a [email protected] per appuntamento; 3) Mandare un mail a [email protected] con richiesta di chiarimenti/spiegazioni; 4) Utilizzare Claroline Scaricate il materiale didattico dalla cartella documenti e link ! Scaricate gli esercizi dalla cartella esercizi! Durante il corso speriamo di fare una didattica più interattiva possibile e pertanto voi studenti siete incoraggiati a fare domande, proporre i vostri commenti e discutere degli argomenti scientifici con gli altri. Alcune linee guida che ritengo importanti per gli studi universitari: • Pensate e quindi esistete; • L’Università esiste per gli studenti e non per i professori che qui insegnano, pertanto siate rispettosi ma allo stesso tempo esigenti; • Studiate per imparare, per diventare bravi e per acquisire una professionalità e non per superare l’esame. La GS si occupa dello studio delle strutture che sono il risultato di una deformazione permanente e che quindi portano con sé informazioni chiave sulla natura della deformazione. La formazione di oceani, di catene di montagne è il risultato del piegamento, della rottura (a livelli + superficiali) o del fluire delle rocce (a livelli + profondi). La rottura, il piegamento, il lento fluire delle rocce producono delle strutture che possono essere utilizzate per ricostruire la deformazione che le ha prodotte. Le rocce sono soggette a vari tipi di deformazione. Si può avere una deformazione di corpi rigidi (traslazione e rotazione) e una di corpi non rigidi (dilatazione e distorsione). Corpi rigidi: la forma e le dimensioni iniziali sono mantenute. Le traslazioni e le rotazioni si hanno lungo delle discontinuità dove viene interrotta l’integrità della roccia, p. es. faglie, superfici di strato, fratture, placche litosferiche. Rotazione e traslazione di clasti all’interno di una cataclasite Corpi non rigidi: la “strain analysis” si occupa della deformazione dei corpi non rigidi soggetti a dilatazione, ovvero alle variazioni di volume sia positive che negative, e distorsione ovvero variazione delle forma. Uno studio di GS è paragonabile ad uno studio investigativo. Come per le altre branche delle Scienze della Terra le nostre evidenze sono incomplete e bisogna percorrere tutte le possibili vie investigative per ridurre le incertezze. P. es: 1) Si usano studi geofisici per caratterizzare le strutture al di sotto della superficie terrestre Faglia di Gubbio in affioramento FucoidiMarls(seismicprofile) FucoidiMarls(outcrop) Faglia di Gubbio in profondità su di un profilo sismico 3km 2) Si fanno delle osservazioni dalla macro alla microscala e si cerca di integrare il tutto in un unico modello a) Scala regionale b) Scala dell’affioramento W a c) Scala microscopica E b La tettonica estensionale all’Isola d’Elba è caratterizzata da un movimento tipo top-to-the-east 3) Si fanno degli esperimenti di laboratorio, in condizioni che in parte riproducono quelle della crosta o del mantello, e si studiano i comportamenti delle rocce. Macchina triassiale all’ Università di Liverpool, capace di sviluppare una pressione di confinamento e dei fluidi fino a 250 MPa, equivalenti a 10 km di profondità. Confining pressure gauge Pressure vessel Pore pressure gauge Pore fluid and axial load controllers Transducer amplifiers Control PC duttile Pore pressure generator duttile Fragile Axial loading system De Paola et al., JGR 2009 4) Si utilizzano modelli basati sulle equazioni della meccanica del continuo per ricavare informazioni sulle osservazioni fatte. v=0.6vS v=0.9vS Faglia con pseudotachilite, PST, e vene di iniezione di PST nella roccia incassante. Il modello è coerente con l’asimmetria delle vene a PST e dal modello si possono ricavare informazioni sulla direttività di propagazione della frattura, la sua velocità di propagazione e la sua energia di fratturazione. Di Toro et al., Nature 2005 v=21/2vS Stato di sforzo tensile in prossimità del tip di una frattura durante la propagazione di un terremoto (a, b, c, diverse velocità di propagazione) Geologia strutturale vs. tettonica Queste discipline possono essere una stessa materia che è divisa solo dalla scala delle osservazioni fatte sulle strutture geologiche. La geologia strutturale va dalla scala nanometrica a quello regionale la tettonica dalla scala regionale a quella globale. Come già accennato la GS si occupa dello studio delle strutture che sono il risultato di una deformazione permanente . Di queste strutture viene descritta la geometria, analizzata la cinematica e la meccanica. Geometria Dove sono posizionate le strutture? Quali sono le loro caratteristiche? Come sono orientate nello spazio e una rispetto all’altra? Quante volte le rocce si sono deformate? W E 4m Imagine LIDAR della faglia dello Zuccale, Isola d’Elba (Steve Smith). Cinematica Per capire i processi geologici si devono trovare delle spiegazioni alle geometrie osservate. Comprendere la cinematica delle strutture significa comprendere i movimenti che le hanno prodotte. Shear stress Meccanica La meccanica delle strutture prende in considerazione le forze applicate, la loro orientazione e come le rocce hanno reagito all’applicazione di queste forze. P2066L275100150 σn= 75 MPa 100 MPa 150 MPa Displacement µm 100 µ/s 300 µ/s 30 µ/s 10 µ/s 3 µ/s 1 µ/s Esperimenti su macchina biassiale Il miglioramento delle conoscenze sui processi strutturali avviene mediante la formulazione di modelli (geometrici, cinematici e meccanici) le cui previsioni vanno confrontate e testate con le osservazioni. OSS: è importante distinguere ciò che si conosce dall’osservazione delle strutture geologiche esposte in affioramento da quello che si può ricavare da un modello. In principio una osservazione ben fatta rimane valida anche se il modello utilizzato per interpretarla cambia. P.es. Il fatto che la superficie terrestre ha una topografia ben accentuata con catene di montagne nel 1500 era interpretato in un modello catastrofista. Le stesse osservazioni a partire dagli anni ’60 vennero ben spiegate dalla tettonica a zolle. Modelli geometrici Sono delle interpretazioni tridimensionali della distribuzione e dell’orientazione delle strutture. Questi modelli sono ricostruiti tramite il rilevamento geologico strutturale ed i dati geofisici, Ricostruzione della geometria di una faglia e della distribuzione delle rocce di faglia mediante Go-Cad. Elaborazione dati Andrea Bistacchi, Università Bicocca Milano. Ricostruzione della geometria della faglia di Gubbio e Altotiberina mediante profili di sismica a riflessione e dati di pozzo. Elaborazione dati Andrea Lupattelli, Università di Perugia. Modelli cinemetici Si interessano del movimento del sistema studiato per andare dallo stato iniziale indeformato a quello osservato o da uno stadio di deformazione a quello successivo. Non si interessano di spiegare perché e come sia avvenuto un movimento o delle proprietà fisiche del sistema. Un buon esempio di modello cinematico è la tettonica a zolle. Modelli meccanici Si basano sulle nostre conoscenze sulla meccanica del continuo e sul comportamento delle rocce quando sono sottoposte a delle forze. Con un modello meccanico si può predire il tipo di deformazione di una roccia sottoposta a determinate condizioni fisiche tipo forze e temperatura. Questi modelli sono vincolati non solo dalla geometria della deformazione ma anche dalle condizioni fisiche e dalle proprietà meccaniche delle rocce deformate.
