In molti casi precedenti abbiamo visto che la deformazione (strain) solitamente è
localizzata in zone di taglio, cioè in zone maggiormente deformate circondate da zone meno
deformate (es. Fig. 4.4d). L’osservazione delle microstrutture che si sviluppano nelle zone di
taglio e il riconoscimento dei meccanismi deformativi operanti ci permettono considerazioni
sulla loro evoluzione nel tempo e di capire se la l’evoluzione microstrutturale che in essa
noi riconosciamo è veramente quella subita dalla roccia.
4.5.1 Tipi di zone di taglio
Si possono distinguere due tipi di zone di taglio, indicate come “Tipo 1” e “Tipo 2” in
Fig. 4.5.
Il primo tipo (Tipo 1) è rappresento da zone di taglio che aumentano di spessore
durante la deformazione. Si sviluppano quando il materiale ha un comportamento tipo
work hardening, in questo caso è più facile deformare nuovo materiale ai bordi della zona
di taglio piuttosto che che continuare a deformare il solito materiale al centro della zona di
taglio. Negli stadi finali del processo deformativo l’unica zona attiva in cui si ha ancora
deformazione è quella ai bordi della zona di taglio, mentre al centro non si ha alcun tipo di
deformazione.
Il secondo tipo (Tipo 2) è rappresentato da zone di taglio che diminuiscono di spessore
durante la deformazione. Si sviluppano se nel materiale si ha work softening, cioè se la
deformazione si concentra in particolari livelli più facili da deformare al centro della zona
di taglio. In questo modo l’unica zona attiva è al centro della zona di taglio, mentre ai bordi
non c’è deformazione in atto.
4.5.2 Zone di taglio e storia deformativa
Le zone di taglio di Tipo 2 sono molto importanti, perché permettono di studiare la
storia deformativa e l’evoluzione microstrutturale di una roccia in una zona di taglio. In
questo tipo di zone di taglio all’inizio della storia deformativa si sviluppano, sia ai bordi che
al centro della zona di taglio, microstrutture indicative di basso strain (es.dislocation glide,
ecc.), microstrutture di alto strain si sviluppano successivamente e solo nella parte centrale
della zona di taglio. Alla fine dell’evento deformativo i bordi mostreranno microstrutture
che si erano sviluppate contemporaneamente anche nel centro della zona di taglio, ma che
in quest’area sono state successivamente obliterate da microstrutture di più alto strain.
Le microstrutture che si possono osservare lungo un profilo dal bordo verso il centro
di una zona di taglio di Tipo 2 (work softening) sono quindi indicative dell’evoluzione
microstrutturale, cioè delle microstrutture che si sono sviluppate nel tempo in un solito
volume di roccia al centro della zona di taglio.
Le zone di taglio di Tipo 1 non forniscono invece altrettanto chiare indicazioni sulla
work hardening a b b work softening a b b
(a)
(b)
TIPO 1
TIPO 2
(d)
work hardening a bt
T work softening a bt
T(c)
Figura 4.5 Evoluzione di zone di taglio (da Means, 1995). (a) Zona di taglio di Tipo 1; da sinistra verso destra è riportato: il grafico stress/strain durante lo sviluppo della zona di taglio, profilo dello strain attraverso la zona di taglio, sezione attraverso la zona di taglio con in grigio rappresentate le zone in cui sia ha correntemente deformazione (a:centro della zona di taglio, b:margini della zona di taglio). (b) Zona di taglio di tipo 2; da sinistra verso destra è riportato: il grafico stress/strain durante lo sviluppo della zona di taglio, profilo dello strain attraverso la zona di taglio, sezione attraverso la zona di taglio con in grigio rappresentate le zone in cui sia ha correntemente deformazione (a:centro della zona di taglio, b:margini della zona di taglio). (c), (d) Curve strain/tempo per zone di taglio di Tipo 2 e di Tipo 1, la curva "a" si riferisce al centro della zona di taglio, la curva "b" ai margini della zona di taglio. La retta "T" rappresenta parametri che variano durante la deformazione come temperatura, pressione, composizione dei fluidi, ecc.
al centro della zona di taglio oppure, in altre parole, microstrutture di basso strain si sono
sviluppate prima al centro della zona di taglio e successivamente ai bordi.
È molto probabile che durante lo sviluppo di una zona di taglio cambiano parametri
quali temperatura, pressione, velocità di deformazione, composizione o pressione dei fluidi,
ecc. Nel caso di una zona di taglio di Tipo 2 (Fig. 4.5c) le microstrutture di basso strain si
sono sviluppate al centro e ai bordi della zona di taglio circa allo stesso istante e circa alle
stesse condizioni di temperatura, pressione ecc., in uno stato avanzato della deformazione
perciò i bordi della zona di taglio ci danno informazioni sulle microstrutture e le condizioni
di deformazione che in precedenza erano presenti al centro della zona di taglio. In una
zona di taglio di Tipo 2 di conseguenza un profilo dai bordi al centro della zona di taglio ci
fornisce indicazioni sull’evoluzione microstrutturale e sulla storia deformativa di un volume
di roccia al centro della zona di taglio. Nel caso di una zona di taglio di Tipo 1 (Fig. 4.5d)
le microstrutture di basso strain invece si sono sviluppate al centro e ai bordi della zona
di taglio in momenti molto diversi della storia deformativa e quindi in condizioni molto
diverse di temperatura, pressione ecc.; in uno stato avanzato della deformazione perciò i
bordi della zona di taglio non ci danno informazioni sulle microstrutture e le condizioni di
deformazione che in precedenza erano presenti al centro della zona di taglio. In una zona
di taglio di Tipo 1 di conseguenza un profilo dai bordi al centro della zona di taglio non ci
fornisce indicazioni sull’evoluzione microstrutturale della zona di taglio.
Bibliografia
Blenkinsop T. (2000) -Deformation Microstructures and Mechanisms in Minerals and Rocks. Kluwer Academic Plubisher, Dordrecht.
Fossen H. & Cavalcante G.C.G. (2017) -Shear zones – A review. Earth-Science Reviews, 171, 434–455. Handy M. (1990) -The solid-state flow of polymineralic rocks. Journal of Geophysical Research, 95, 8647–8661.
Means W.D. (1995) -Shear zones and rock history. Tectonophysics, 247, 157–160.
Passchier C.W. & Trouw R.A.J. (1996) -Microtectonics. Springer-Verlag, Berlin, 366 pp.
Rutter E.H. (1986) -On the nomenclature of mode of failure transitions in rocks. Tectonophysics, 122, 381–387.
Schmid S.M. & Handy M.R. (1991) -Towards a genetic classification of fault rocks: geological usage and tectonophysical implications. In: D.W. Müller, J.A. McKenzie & H. Weissert (Eds.), Controversies in Modern Geology, pp. 339–361. Academic Press, London.
Sibson R.H. (1977) -Fault rocks and fault mechanisms. Journal of the Geological Society of London, 133, 191–213.
Pertessitura si intende l’orientazione cristallografica preferenziale dei minerali costituenti
una roccia; con il termine microstruttura si intendono invece tutti i caratteri di una roccia
osservabili a scala microscopica, come la presenza di una foliazione, forma ed orientazione dei
granuli, evidenze di deformazione (bande di deformazione, subgrani, grani ricristallizzati),
morfologia dei contorni dei grani, ecc.
In una roccia deformata si possono avere i due casi estremi con: a) una tessitura molto
debole o assente e una microstruttura con una forte orientazione della forma dei grani
(Fig. 5.1a); b) una forte tessitura e una microstruttura scarsamente orientata (Fig. 5.1b).
Spesso i meccanismi di ricristallizzazione dinamica portano ad una microstruttura orientata
e contemporaneamente ad una tessitura molto forte (Fig. 5.1c).
Lo sviluppo di una tessitura, cioè di una isorientazione del reticolo cristallino dei vari
grani, avviene mediante i seguenti meccanismi:
a) rotazione passiva di cristalli;
b) geminazione;
c) dislocation glide;
d) ricristallizzazione dinamica per rotazione egrain boundary migration (dislocation creep).
(a)
(b)
(c)
Figura 5.1 (a) Aggregato con orientazione preferenziale di forma (microstruttura orientata) e nessuna orien-tazione cristallografica preferenziale (tessitura). (b) Aggregato privo di orienorien-tazione preferenziale di forma ma con orientazione cristallografica preferenziale. (c) Aggregato con microstruttura orientata e tessitura orientata.
(a) (b) (c)
Figura 5.2 Rotazione passiva di cristalli. (a), (b) Cristalli variamente orientati vengono continuamente ruotati, fino a raggiungere un’orientazione stabile all’interno della zona di taglio (c).