geologia (geology)

In geologia, una faglia rappresenta una frattura planare o una discontinuità all'interno di un ammasso roccioso, caratterizzata da uno spostamento sostanziale derivante dai movimenti dell'ammasso roccioso. Faglie significative all'interno della crosta terrestre derivano dalle forze tettoniche delle placche, con gli esempi più estesi che delineano i confini delle placche, comprese le faglie megathrust nelle zone di subduzione e le faglie di trasformazione. Il rapido movimento lungo le faglie attive rilascia energia, che è la causa principale della maggior parte dei terremoti. In alternativa, le faglie possono mostrare un lento spostamento attraverso lo scorrimento sismico.

In geologia, una faglia è una frattura planare o una discontinuità in un volume di roccia attraverso il quale si è verificato uno spostamento significativo a seguito dei movimenti dell'ammasso roccioso. Grandi faglie all'interno della crosta terrestre risultano dall'azione delle forze tettoniche delle placche, con le più grandi che formano i confini tra le placche, come le faglie megathrust delle zone di subduzione o le faglie di trasformazione. Il rilascio di energia associato al rapido movimento sulle faglie attive è la causa della maggior parte dei terremoti. Le faglie possono anche spostarsi lentamente, per scorrimento antisismico.

Il piano di faglia si riferisce alla superficie di frattura di una faglia. Una traccia di faglia, nota anche come linea di faglia, denota l'espressione superficiale di una faglia, dove può essere osservata o mappata. Le mappe geologiche in genere raffigurano una faglia utilizzando la sua traccia di faglia.

Una zona di faglia può essere definita come un'aggregazione di faglie parallele. Tuttavia, questo termine descrive anche la regione di roccia sminuzzata adiacente ad una singola faglia. Il movimento sostenuto lungo faglie vicine può oscurare questa distinzione, poiché la roccia interposta si trasforma in lenti delimitate dalla faglia e successivamente subisce uno schiacciamento progressivo.

Meccanismi di fagliamento

A causa dell'attrito e della rigidità intrinseci delle rocce costituenti, i lati opposti di una faglia sono spesso impediti di scivolare o di scorrere l'uno sull'altro, portando alla cessazione intermittente del movimento. Le aree di elevato attrito lungo un piano di faglia, dove il movimento viene arrestato, sono chiamate asperità. Lo stress si accumula quando un guasto viene bloccato; una volta che questo stress supera la soglia di resistenza della roccia, la faglia si rompe, rilasciando parzialmente l'energia di deformazione immagazzinata sotto forma di onde sismiche, generando così un terremoto.

La deformazione si manifesta cumulativamente o istantaneamente, in base alle proprietà reologiche della roccia. La crosta inferiore e il mantello duttili accumulano progressivamente deformazione attraverso il taglio. Al contrario, la fragile crosta superiore risponde attraverso la frattura, che comporta un rilascio istantaneo dello stress, portando al movimento della faglia. Anche nelle rocce duttili, una faglia può rilasciarsi istantaneamente se la velocità di deformazione diventa eccessivamente elevata.

Scivolare, sollevarsi e lanciarsi

Scorrimento si riferisce allo spostamento relativo delle caratteristiche geologiche osservate attraverso un piano di faglia. Il senso di scivolamento di una faglia descrive il movimento relativo dell'ammasso roccioso da un lato rispetto all'altro. Quando si quantifica la separazione orizzontale o verticale, il lancio di una faglia rappresenta la componente verticale di questa separazione, mentre il sollevamento costituisce la componente orizzontale. Il vettore di scorrimento può essere valutato qualitativamente esaminando il ripiegamento della resistenza negli strati, che può essere evidente su entrambi i lati della faglia. Il piegamento del trascinamento denota una zona di deformazione localizzata adiacente ad una faglia, probabilmente derivante dalla resistenza di attrito durante il movimento della faglia. La misurazione precisa della direzione e dell'entità del sollevamento e del lancio richiede l'identificazione di punti di intersezione comuni, noti come punti di perforazione, su entrambi i lati della faglia. In pratica, spesso è possibile solo accertare la direzione di scorrimento delle faglie e approssimare il vettore di sollevamento e lancio.

Muro sospeso e pedata

Per le faglie non verticali, i due blocchi opposti sono designati come muro sospeso e muro. Il muro sospeso è situato al di sopra del piano di faglia, mentre il muro di fondazione si trova al di sotto di esso. Questa nomenclatura ha avuto origine nell'attività mineraria, dove un minatore che estraeva un giacimento minerale tabulare si trovava sul muro con il muro sospeso in alto. Questi termini sono cruciali per differenziare le varie classificazioni delle faglie dip-slip, in particolare le faglie inverse e le faglie normali. In una faglia inversa il muro sospeso si muove verso l’alto, mentre in una faglia normale si muove verso il basso. Distinguere questi tipi di faglia è essenziale per accertare il regime di stress associato al movimento della faglia.

L'instabilità della parete sospesa può indurre stress significativi e rotture di rocce, come esemplificato nella miniera di Frood.

Tipi di errore

Le faglie vengono classificate principalmente in base a due criteri: l'angolo del piano di faglia rispetto alla superficie terrestre, chiamato immersione, e la direzione dello scorrimento lungo il piano di faglia. In base alla direzione dello scivolamento i guasti si classificano nei seguenti tipi:

• Faglie trascorrenti, caratterizzate da uno spostamento prevalentemente orizzontale parallelo alla traccia della faglia;
Faglie
• Dip-slip, dove l'offset è principalmente verticale e/o perpendicolare alla traccia della faglia; o
Faglie
• a scorrimento obliquo, che mostrano una combinazione di componenti trascorrenti e dip-slip.

Difetti di scorrimento

Una faglia trascorrente, chiamata anche faglia a chiave, faglia a strappo o faglia transitoria, è caratterizzata da un piano di faglia tipicamente quasi verticale. Il basamento di tali faglie subisce uno spostamento laterale, spostandosi a sinistra o a destra con un movimento verticale trascurabile. Le faglie trascorrenti che mostrano un movimento laterale sinistro sono identificate come faglie sinistra, mentre quelle con movimento laterale destro sono conosciute come faglie destrali. La classificazione di queste faglie si basa sulla direzione osservata del movimento del terreno da un osservatore situato sul lato opposto della faglia.

Una categoria distinta di faglia trascorrente, la faglia trasformata, emerge quando definisce un confine di placca. Queste faglie sono tipicamente collegate a compensazioni all’interno di centri di espansione, come le dorsali medio-oceaniche, o, meno comunemente, all’interno della litosfera continentale, come osservato nella trasformazione del Mar Morto in Medio Oriente o nella faglia alpina in Nuova Zelanda. Le faglie di trasformazione sono anche designate come confini "conservativi" delle placche, dato che la litosfera non viene né generata né consumata lungo la loro estensione.

Errori di dip-slip

Le faglie dip-slip sono classificate come normali (estensionali) o inverse. La nomenclatura "normale" e "inversa" ha origine nell'estrazione del carbone inglese, dove le faglie normali erano il tipo predominante incontrato.

Nel corso dei tempi geologici, uno spostamento regionale tra stress tensionali e compressivi, o viceversa, può portare alla riattivazione delle faglie. Questo processo, noto come inversione del guasto, determina l'inversione del movimento relativo del blocco, il che significa che un guasto normale può trasformarsi in un guasto inverso e viceversa.

Errori normali

Una faglia normale è caratterizzata dal movimento verso il basso della parete sospesa rispetto al muro. Mentre la maggior parte delle faglie normali presenta un calo di almeno 60 gradi, alcuni possono presentare cali inferiori a 45 gradi.

Topografia del bacino e della catena

Un graben è definito come un blocco ribassato situato tra due faglie normali che digradano l'una verso l'altra. Al contrario, un horst è un blocco sollevato posizionato tra due graben, il che implica che è delimitato da due faglie normali che si allontanano l'una dall'altra. La disposizione sequenziale di graben e horst sulla superficie terrestre genera la caratteristica topografia del bacino e della catena montuosa.

Errori listici

Una faglia listrica rappresenta un tipo specifico di faglia normale caratterizzata dalla sua geometria concava verso l'alto, dove il segmento superiore vicino alla superficie terrestre è più ripido e diventa gradualmente più orizzontale con l'aumentare della profondità. Le faglie normali possono trasformarsi in faglie listriche poiché i loro piani di faglia curvano più in profondità nella Terra. Inoltre, possono svilupparsi in ambienti in cui il muro sospeso è assente, come lungo una parete rocciosa, portando al cedimento del muro e alla formazione di più faglie listriche.

Errori di distacco

I piani di faglia delle faglie listriche possono subire un ulteriore appiattimento, sviluppandosi in piani orizzontali o quasi orizzontali dove lo scorrimento avviene orizzontalmente lungo un scollamento. Questi scollamenti estensionali possono espandersi in modo significativo, formando faglie di distacco, che sono caratterizzate come faglie normali a basso angolo che possiedono importanza tettonica regionale.

La curvatura intrinseca di un piano di faglia listrica significa che lo spostamento estensionale orizzontale durante lo scivolamento crea un vuoto geometrico tra la parete sospesa e il piede. Per colmare questo divario, e in base alla sua reologia, il muro sospeso può piegarsi e scivolare verso il basso nel vuoto, con conseguente piegamento del ribaltamento, oppure può fratturarsi in ulteriori faglie e blocchi che successivamente riempiono lo spazio. Qualora si verificassero ulteriori faglie, possono svilupparsi fenomeni come venditori di embricazione o faglie domino.

Errori inversi

Una faglia inversa rappresenta l'inverso di una faglia normale, caratterizzata dal movimento verso l'alto della parete sospesa rispetto alla base.
Queste faglie indicano un accorciamento compressivo all'interno della crosta terrestre.

Errori di spinta

Una faglia di spinta mostra la stessa direzione di spostamento di una faglia inversa, ma è caratterizzata da un'inclinazione del piano di faglia inferiore a 45°. Queste faglie generano comunemente rampe, piani e pieghe di faglia che coinvolgono sia la parete pensile che quella ai piedi.

Un piatto si riferisce a un segmento di una parete pensile o del piede in cui una faglia di spinta si è sviluppata lungo un piano di stratificazione relativamente debole, mentre una rampa denota una sezione in cui la faglia di spinta ha tagliato verso l'alto attraverso gli strati stratigrafici. Tipicamente, le faglie di spinta si propagano all'interno delle formazioni geologiche creando piani e ascendendo attraverso sezioni tramite rampe. Questo processo porta al muro sospeso, o a una parte di esso, sovrastante la rampa del muro, come illustrato nei diagrammi di piegatura di faglia.

Le faglie di spinta sono responsabili della formazione di strati e klippen all'interno delle principali cinture di spinta. Le zone di subduzione costituiscono una categoria specializzata di spinte, che rappresentano le faglie più grandi a livello globale e provocano i terremoti più potenti.

Difetti di scorrimento obliquo

Una faglia caratterizzata da componenti sia dip-slip che trascorrenti è denominata faglia obliqua-slip. Sebbene la maggior parte delle faglie mostri un certo grado di movimento sia dip-slip che trascorrente, la classificazione come faglia obliqua richiede che entrambe le componenti siano misurabilmente significative. Queste faglie oblique si manifestano frequentemente all'interno di regimi tettonici transtensionali e transpressivi, o in contesti in cui il vettore direzionale della deformazione cambia mentre le faglie precedentemente formate mantengono l'attività.

L'angolo hade è formalmente definito come il complemento dell'angolo di inclinazione, che rappresenta la separazione angolare tra il piano di faglia e un piano verticale che è parallelo alla faglia.

Errore anello

faglie anulari, identificate anche come faglie della caldera, sono discontinuità geologiche osservate all'interno di caldere vulcaniche collassate e nelle strutture di impatto dei bolidi, come il cratere da impatto di Chesapeake Bay. Queste faglie si sviluppano da una serie di faglie normali sovrapposte, che collettivamente delineano uno schema circolare. Le fratture prodotte dalle faglie anulari vengono occasionalmente successivamente riempite da dicchi anulari.

Difetti sintetici e antitetici

Le denominazioni sintetica e antitetica si riferiscono a faglie minori che sono spazialmente associate a una faglia primaria. Le faglie sintetiche sono caratterizzate da una direzione di immersione congruente con quella della faglia maggiore, mentre le faglie antitetiche immergono nella direzione opposta. Queste strutture di faglia possono essere accompagnate da anticlinali di ribaltamento, esemplificate dallo stile strutturale prevalente nel delta del Niger.

Fault Rock

Tutte le faglie presentano uno spessore misurabile, composto da roccia deformata le cui caratteristiche sono indicative della profondità crostale alla quale è emersa la faglia, dei tipi specifici di roccia interessati e della presenza e della natura di eventuali fluidi mineralizzati. Le rocce di faglia sono sistematicamente classificate in base alla loro struttura e ai meccanismi di deformazione dedotti. Una faglia che attraversa vari livelli litosferici mostrerà di conseguenza più tipi distinti di roccia di faglia sviluppati lungo la sua traccia. Lo spostamento prolungato di dip-slip spesso giustappone rocce di faglia caratteristiche di diversi livelli crostali, portando a vari gradi di sovrastampa. Questo effetto è particolarmente pronunciato nel contesto delle faglie di distacco e delle principali faglie di spinta.

Le principali categorie di faglie rocciose includono:

• Cataclasite – roccia di faglia caratterizzata da coesione e tessuto planare poco sviluppato o assente, o in alternativa da incoesione, tipicamente segnata da clasti angolari e frammenti di roccia all'interno di una matrice a grana più fine di simile origine compositiva.
  • Breccia tettonica o di faglia: una cataclasite a grana da media a grossa che comprende più del 30% di frammenti visibili.
  • Sgorbia di faglia: una cataclasite incoesiva, ricca di argilla, a grana da fine a ultrafine, che può presentare un tessuto planare e contiene meno del 30% di frammenti visibili. Possono essere presenti anche clasti rocciosi.
    • Scricca di argilla: una sgorbia di faglia ricca di argilla che ha origine in sequenze sedimentarie in cui gli strati ricchi di argilla subiscono una significativa deformazione e taglio nella sgorbia di faglia.
• Milonite: una roccia di faglia caratterizzata da coesione e un tessuto planare ben sviluppato, che risulta dalla riduzione della dimensione dei grani tettonici e spesso contiene porfiroclasti arrotondati e frammenti di roccia che sono composizionalmente simili ai minerali all'interno della matrice.
• Pseudotachilite: materiale vetroso a grana ultrafine, tipicamente nero e di aspetto siliceo, che si manifesta come sottili vene planari, vene di iniezione o come matrice all'interno di pseudoconglomerati o brecce, riempiendo le fratture di dilatazione nella roccia ospite. Si ipotizza che la pseudotachilite si formi esclusivamente in condizioni di velocità di scorrimento sismico e possa quindi servire come indicatore della velocità di scorrimento della faglia su faglie inattive.

Impatti su strutture e popolazioni umane

Nel campo dell'ingegneria geotecnica, una faglia costituisce spesso una discontinuità che può influenzare in modo significativo le proprietà geomeccaniche (ad esempio, resistenza, caratteristiche di deformazione) del terreno e degli ammassi rocciosi, in particolare in applicazioni come gallerie, fondazioni o costruzione di pendii.

Il livello di attività di una faglia è cruciale per due ragioni principali: in primo luogo, per il posizionamento strategico di strutture come edifici, serbatoi e condutture; e in secondo luogo, per valutare i potenziali rischi di scuotimenti sismici e tsunami per le infrastrutture vicine e le popolazioni umane. Ad esempio, in California, sono vietate nuove costruzioni direttamente sopra o adiacenti a faglie che hanno mostrato movimento durante l’epoca dell’Olocene, che abbraccia gli ultimi 11.700 anni della documentazione geologica della Terra. Inoltre, le faglie che dimostrano attività durante l’Olocene e il Pleistocene, coprendo gli ultimi 2,6 milioni di anni, potrebbero meritare una considerazione speciale, in particolare per strutture essenziali come centrali elettriche, dighe, ospedali e istituzioni educative. I geologi determinano l'età di una faglia analizzando le caratteristiche del suolo osservate negli scavi poco profondi e le caratteristiche geomorfologiche visibili nelle immagini aeree. Gli indicatori del sottosuolo per il suolo più vecchio includono i tagli e la loro associazione con noduli di carbonato, argilla erosa e mineralizzazione di ossido di ferro, mentre il suolo più giovane in genere non presenta questi segni. La datazione al radiocarbonio della materia organica situata accanto o al di sopra di una faglia di taglio è spesso determinante nella differenziazione tra faglie attive e inattive. Attraverso queste relazioni analitiche, i paleosismologi possono stimare la magnitudo dei terremoti storici nel corso di diversi secoli e formulare previsioni approssimative del comportamento futuro delle faglie.

Faglie e depositi di minerali

Numerosi giacimenti minerari sono situati all'interno o sono intimamente collegati a sistemi di faglia. Questa associazione nasce perché la roccia fratturata prevalente nelle zone di faglia facilita la risalita del magma o la circolazione di fluidi ricchi di minerali. In particolare, le intersezioni di faglie quasi verticali delineano spesso siti di sostanziale accumulo di minerale.

La faglia di Domeyko nel nord del Cile esemplifica un sistema di faglie che ospita significativi depositi di porfido e rame, compresi quelli a Chuquicamata, Collahuasi, El Abra, El Salvador, La Escondida e Potrerillos. Più a sud, in Cile, i depositi di rame porfirico di Los Bronces ed El Teniente si trovano ciascuno alla confluenza di due distinti sistemi di faglie.

Le faglie non funzionano esclusivamente come condotti verso la superficie terrestre. Un'ipotesi suggerisce che faglie profonde e "disorientate" potrebbero invece fungere da zone in cui ristagnano i magmi, destinati a formare porfido rame. Questa stagnazione consente il verificarsi del momento ottimale e del tipo specifico di differenziazione ignea. Successivamente, in un frangente critico, questi magmi differenziati erutterebbero violentemente da queste trappole di faglia, ascendendo a livelli crostali meno profondi dove alla fine si formerebbero depositi di porfido e rame.

Acque sotterranee

Dato che le faglie rappresentano zone di debolezza strutturale, promuovono l'interazione tra l'acqua e la roccia adiacente, intensificando così i processi di alterazione chimica. Questa maggiore alterazione chimica espande la zona esposta agli agenti atmosferici, generando di conseguenza ulteriore spazio poroso per l’accumulo di acque sotterranee. Di conseguenza, le zone di faglia funzionano come falde acquifere e contribuiscono a facilitare il movimento delle acque sotterranee.

Galleria

Elenco delle zone di guasto

• Elenco delle zone di guasto
• Teoria delle faglie di Anderson
• Scorrimento antisismico
• Blocco di faglia - Ammassi rocciosi estesi formati da stress tettonici e localizzati all'interno della crosta terrestre
• Scarpata di faglia – Uno spostamento verticale minore osservato sulla superficie del terreno
• Giunto – Un tipo specifico di frattura riscontrata nelle formazioni rocciose
• Mitigazione del movimento sismico
• Formazione delle montagne – I processi geologici alla base della genesi delle montagne
• Orogenesi – Il processo geologico che coinvolge la formazione di catene montuose
• Inversione paleostress
• Rischio sismico: la probabilità che un terremoto si verifichi in un'area geografica e in un periodo di tempo definiti
• Striazione – Un solco, formato da un processo geologico, presente sulla superficie di una roccia o di un minerale
• Spostamento verticale – Il movimento verticale della crosta terrestre

Riferimenti

Davis, George H.; Reynolds, Stephen J. (1996). "Pieghe". Geologia strutturale delle rocce e delle regioni (2a ed.). John Wiley & Figli. pagine 372–424. ISBN 0-471-52621-5.

• Davis, George H.; Reynolds, Stephen J. (1996). "Pieghe". Geologia strutturale delle rocce e delle regioni (2a ed.). John Wiley & Figli. pp. 372–424. ISBN 0-471-52621-5.Fichter, Lynn S.; Baedke, Steve J. (13 settembre 2000). "A Primer on Appalachian Structural Geology". James Madison University.Hart, E.W.; Bryant, WA (1997). Pericolo di rottura di faglia in California: atto di zonizzazione della faglia sismica di Alquist-Priolo con indice delle mappe delle zone di faglia sismica (rapporto). Pubblicazione speciale 42. Divisione delle miniere e della geologia della California.Marquis, John; Hafner, Katrin; Hauksson, Egill, "The Properties of Fault Slip", Investigating Earthquakes through Regional Seismity, Southern California Earthquake Center.McKnight, Tom L.; Hess, Darrel (2000). "I processi interni: tipi di difetti." In Geografia fisica: un apprezzamento del paesaggio. Prentice Hall, pagine 416–417. ISBN 0-13-020263-0.Animazioni di movimento di errore
  • Fault Motion Animations presso IRIS Consortium (archiviato 17 febbraio 2005)
  • Vista aerea della faglia di San Andreas nella pianura di Carrizo, California centrale.
  • Immagine LANSAT della faglia di Sant'Andrea nel sud della California.