Unidad 4. Deformación de la corteza

4.1 Plieges

4.1.1 Origen de los plieges

Piegue: Un pliegue es la forma más elemental de las estructuras plegadas. Es resultado de una tectogénesis de compresión. Se trata de una ondulación de los estratos, y que consta de las siguientes partes: El pliegue se denomina anticlinal cuando los estratos más recientes rodean a los más antiguos, y sinclinal cuando los estratos más antiguos rodean a los más recientes. Otra terminología es la de pliegue antiforme, cuando la concavidad está dirigida hacia abajo, y sinforme, cuando la concavidad está dirigida hacia arriba.

Los elementos geométricos de los pliegues son: La charnela, línea a lo largo de la cual el buzamiento de los estratos cambia de dirección, normalmente coincide con la posición de máxima curvatura. El punto de inflexión, donde la curva del perfil del pliegue cambia de cóncava a convexa. El flanco, zona de la flexión que contiene los puntos de inflexión. La traza axial, línea formada por la intersección de la superficie axial con la superficie topográfica. El eje, que es la línea paralela a la charnela desde la cual el buzamiento de los estratos diverge en direcciones diferentes. El plano axial, que es el plano que bisecta el pliegue, conteniendo a todos los ejes. El buzamiento es el sentido u orientación de la inclinación de los estratos en un relieve de plegamiento formado en rocas sedimentarias, que son las que se disponen en forma de capas o estratos. Existen muchos tipos de pliegues, dependiendo de la intensidad de la compresión y de las características de la roca. Los pliegues se pueden clasificar según diferentes criterios, que son principalmente su origen y el comportamiento de los materiales que lo forman.

Según la inclinación del plano axial los pliegues se pueden clasificar en simétricos y asimétricos; los pliegues simétricos son pliegues en los que ambos flancos presentan buzamientos idénticos y opuestos, con los planos axiales verticales. Los pliegues asimétricos son los que presentan un flanco con un buzamiento mayor que el otro, por lo que el plano axial está inclinado respecto a la vertical. Según la inclinación del plano axial encontramos pliegues inclinados, cuando uno de los flancos presenta un buzamiento mayor al otro, los pliegues volcados, cuando el buzamiento de uno de los flancos se invierte, los pliegues son acostados cuando el plano axial llega a colocarse horizontal y pliegues recumbentes cuando el plano axial llega a invertirse. Según el comportamiento de los materiales que forman los estratos, los pliegues se pueden clasificar en armónicos y disarmónicos. Los pliegues armónicos son pliegues cuyos estratos deformados son paralelos entre sí, mientras que los pliegues disarmónicos están constituidos por capas más duras (o competentes) y más blandas (o incompetentes), presentando pliegues regulares en las capas duras, mientras que en las capas incompetentes se producen los despegues entre las diferentes capas duras.

Las fallas

Una falla es un accidente que implica ruptura, y se desarrolla en cualquier tipo de rocas. Son fracturas que van acompañadas de un desplazamiento de los bloques. Se distingue de la diaclasa y de la fractura ya que éstas son rupturas sin apenas desplazamiento de las masas rocosas.

Ejemplos de diaclasas.

Partes de una falla

Las partes de una falla son:

- Superficie o plano de falla: superficie de fracturación.

- Espejo de falla: el plano de falla resulta pulido y estriado por el movimiento de los bloques.

- Línea de falla: intersección del plano de falla con el plano horizontal.

- Labios de falla: bloques rocosos a ambos lados de la línea de falla. Pueden ser hundidos y levantados. A veces se les llama dovelas. El sentido del accidente viene dado por la parte de la superficie de falla situada encima de la línea de falla.

- Salto de falla: amplitud del desplazamiento de los bloques. Puede ser vertical y horizontal.

Tipos de fallas

En función de la inclinación del plano de falla

- Falla normal: plano de falla vertical o inclinada hacia el labio hundido. Implica tectogénesis distensiva.

- Falla inversa o cabalgante: plano de falla vertical o inclinada hacia el labio levantado. Implica tectogénesis compresiva.

En función de la orientación

Sentido de la falla

Llamamos sentido de la falla a la dirección en el que se han desplazado los bloques. Hay dos sentidos el de compresión que forma fallas inversas y el de distensión que forma fallas normales.

Cuando el sentido de la falla se corresponde con el del buzamiento de la roca decimos que la falla es conforme, si no se corresponde decimos que es una falla contraria. Tendremos, pues fallas normales, conformes y contrarias, y fallas inversas, conformes y contrarias. También son podemos encontrar con fallas verticales, cuando el plano de falla forma un ángulo recto con el bloque hundido.

La combinación de estos tipos puede dar lugar a seis clases de fallas: normal, inversa, normal contraria, inversa conforme e inversa contraria.

Fallas asociadas

Las fallas pueden aparecer asociadas:

- Horst o pilar tectónico: asociación de fallas que van elevándose hasta dejar un bloque más elevado entre ellas.

- Graben o fosa tectónica: unión de varias fallas que dejan entre sí un bloque hundido. Las fallas pueden cortarse entre sí y formar redes llamadas campos de fallas, que originan una estructura en damero con bloques levantados y hundidos.

4.3 Terremotos

Un terremoto — también llamado seísmo o sismo (del griego "σεισµός", temblor) o, simplemente, temblor de tierra (en algunas zonas se considera que un seísmo o sismo o temblor es un terremoto de menor magnitud) — es una sacudida del terreno que se produce debido al choque de las placas tectónicas y a la liberación de energía en el curso de una reorganización brusca de materiales de la corteza terrestre al superar el estado de equilibrio mecánico. Los más importantes y frecuentes se producen cuando se libera energía potencial elástica acumulada en la deformación gradual de las rocas contiguas al plano de una falla activa, pero también pueden ocurrir por otras causas, por ejemplo en torno a procesos volcánicos, por hundimiento de cavidades cársticas o por movimientos de ladera.

Daños producidos por el terremoto del 1906 en San Francisco, Estados Unidos.

4.3.1 Origen de los terremotos

El origen de los terremotos se encuentra en la acumulación de energía que se produce cuando los materiales del interior de la Tierra se desplazan, buscando el equilibrio, desde situaciones inestables que son consecuencia de las actividades volcánicas y tectónicas, que se producen principalmente en los bordes de la placa.

Aunque las actividades tectónica y volcánica son las principales causas por las que se generan los terremotos, existen otros muchos factores que pueden originarlos: desprendimientos de rocas en las laderas de las montañas y el hundimiento de cavernas, variaciones bruscas en la presión atmosférica por ciclones e incluso la actividad humana. Estos mecanismos generan eventos de baja magnitud que generalmente caen en el rango de microsismos, temblores que sólo pueden ser detectados por sismógrafos.

4.3.2 Elasticidad en rocas

Elasticidad. En general, cuando aplicamos una fuerza a un cuerpo en reposo, cada punto de éste cambia de lugar respecto al cual se encontraba originalmente; este cambio de posición se llama desplazamiento. Si todos los puntos del cuerpo se desplazan de la misma manera, éste no cambia de forma, pero si cada punto lo hace de manera diferente, el material se deforma; así, llamamos deformación al cambio de desplazamiento de cada punto del cuerpo respecto a los puntos que lo rodean.

Cuando las fuerzas que actúan sobre la roca se incrementan rápidamente, ésta puede comportarse plásticamente; y si son tan grandes que la roca no puede soportarlas deformándose elásticamente, hacen que falle, es decir, que se rompa súbitamente.

II.1 EL REBOTE ELÁSTICO

Para explicar cómo la falla del terreno había sido la causa del terremoto de San Francisco de 1906, H. Reid propuso, en 1910, el modelo del rebote elástico (1) el cual se ilustra en la figura 13. La figura 13 (a) muestra un pedazo de terreno antes de ser deformado por las fuerzas indicadas como flechas gruesas; la línea representa una carretera construida cuando el terreno aún no estaba deformado. La figura 13 (b) muestra cómo la línea de la carretera se deforma cuando lo hace el

terreno; la línea inferior representa una nueva carretera construida sobre el terreno deformado. Finalmente, cuando el terreno ya no soporta los esfuerzos, se rompe a lo largo de un plano, representado en la figura por la línea A-A', el llamado plano de falla; la carretera antigua recobra su forma recta [Figura 13 (e)], pero con una discontinuidad sobre el plano de falla, mientras que la carretera nueva ha quedado deformada en la cercanía de dicho plano. La distancia B-B' entre las puntas de la carretera deformada nos indica qué tanto se desplazó un lado de la falla respecto al otro; la mitad de este desplazamiento (el desplazamiento para un solo lado de la falla) es llamado corrimiento o corrimiento de falla, y puede ir de unos cuantos centímetros a varios metros.

Figura 13. Rebote elástico.

4.3.3 Ondas sísmicas

Vimos antes que un terremoto afecta áreas muy grandes comparadas con la extensión de la fuente sísmica. Esto nos indica que existe energía, liberada en la fuente, que es transmitida a través del terreno; esta energía se propaga en forma de ondas sísmicas. A continuación presentaremos los conceptos de onda y de rayo, y hablaremos acerca de los distintos tipos de ondas sísmicas y de su nomenclatura.

¿QUÉ ES UNA ONDA?

III.1.1 Ondas elásticas. Si tomamos una barra de algún material elástico (metal, madera, piedra, etc.) por un extremo y la golpeamos en el otro extremo, sentiremos que la energía del golpe se transmite a través de la barra y llega a nuestra mano. Esto sucede porque cada parte de la barra se deforma y luego vuelve a su forma original; al deformarse jala o empuja a las partes vecinas, las cuales, a su vez, mueven a sus propias partes vecinas, etc., lo que hace que la deformación viaje a lo largo de la barra. Nótese que es la deformación la que viaja y no las partículas o pedazos de la barra, los cuales sólo se desplazan un poco de su posición original y luego vuelven a ella.

Una deformación que viaja a través de un medio elástico se llama onda elástica; y cuando el medio a través del cual se desplaza es la Tierra, se llama onda sísmica.

Onda sísmica

Las ondas sísmicas son un tipo de onda elástica consistentes en la propagación de perturbaciones temporales del campo de esfuerzos que generan pequeños movimientos en un medio.

Las ondas sísmicas pueden ser generadas por movimientos telúricos naturales, los más grandes de los cuales pueden causar daños en zonas donde hay asentamientos urbanos. Existe toda una rama de la sismología que se encarga del estudio de este tipo de fenómenos físicos. Las ondas sísmicas pueden ser generadas también artificialmente mediante el empleo de explosivos o camiones vibradores (vibroseis). La sísmica es la rama de la sismología que estudia estas ondas artificiales por ejemplo la exploración del petróleo.

Tipos de ondas

Ondas internas. Las ondas de cuerpo viajan a través del interior de la Tierra. Siguen caminos curvos debido a la variada densidad y composición del interior de la Tierra. Este efecto es similar al de refracción de ondas de luz. Las ondas de cuerpo transmiten los temblores preliminares de un terremoto pero poseen poco poder destructivo. Las ondas de cuerpo son divididas en dos grupos: ondas primarias (P) y secundarias (S) y son las que menor daño causan.

Ondas P

Onda P plana

Las ondas P (PRIMARIAS o PRIMAE) son ondas longitudinales o compresionales, lo cual significa que el suelo es alternadamente comprimido y dilatado en la dirección de la propagación. Estas ondas generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces de las ondas S y pueden viajar a través de cualquier tipo de material líquido o sólido. Velocidades típicas son 1450m/s en el agua y cerca de 5000m/s en el granito.

En un medio isótropo y homogéneo la velocidad de propagación de las ondas P es:

donde K es el módulo de incompresibilidad, µ es el módulo de corte o rigidez y ρ la densidad del material a través del cual se propaga la onda mecánica. De estos tres parámetros, la densidad es la que presenta menor variación por lo que la velocidad está principalmente determinada por K y µ.

Ondas P de segunda especie

De acuerdo a la teoría de Biot, en el caso de medios porosos saturados por un fluido, las perturbaciones sísmicas se propagarán en forma de una onda rotacional (Onda S) y dos compresionales. Las dos ondas compresionales se suelen denominar como ondas P de primera y segunda especie. Las ondas de presión de primera especie corresponden a un movimiento del fluido y del sólido en fase, mientras que para las ondas de segunda especie el movimiento del sólido y del fluido se produce fuera de fase. Biot demuestra que las ondas de segunda especie se propagan a velocidades menores que las de primera especie, por lo que se las suele denominar ondas lenta y rápida de Biot, respectivamente. Las ondas lentas son de naturaleza disipativa y su amplitud decae

rápidamente con la distancia hacia la fuente.

Ondas S

Onda de corte Plana

Las ondas S (SECUNDARIAS o SECUNDAE) son ondas en las cuales el desplazamiento es transversal a la dirección de propagación. Su velocidad es menor que la de las ondas primarias. Debido a ello, éstas aparecen en el terreno algo después que las primeras. Estas ondas son las que generan las oscilaciones durante el movimiento sísmico y las que producen la mayor parte de los daños. Sólo se trasladan a través de elementos sólidos.

La velocidad de propagación de las ondas S en medios isótropos y homogéneos depende del módulo de corte µ y de la densidad ρ del material.

Ondas Superficiales Cuando las ondas de cuerpo llegan a la superficie, se generan las ondas L (longae), que se propagan por la superficie de discontinuidad de la interfase de la superficie terrestre (tierra-aire y tierra-agua). Son las causante de los daños producidos por los sismos en las construcciones.

Ondas de Love

Las ondas de Love son ondas superficiales que producen un movimiento horizontal de corte en superficie. Se denominan así en honor al matemático neocelandés A.E.H. Love quien desarrolló un modelo matemático de estas ondas en 1911. La velocidad de las ondas Love es un 90% de la velocidad de las ondas S y es ligeramente superior a la

velocidad de las ondas Rayleigh.

Ondas de Rayleigh

Las ondas Rayleigh, también denominadas ground roll, son ondas superficiales que producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo. La existencia de estas ondas fue predicha por John William Strutt, Lord Rayleigh, en 1885. Son ondas más lentas que las ondas de cuerpo y su velocidad de propagación es casi un 70% de la velocidad de las ondas S.

Utilidades de las Ondas Sísmica Las ondas sísmicas se utilizan en la exploración petrolera y son generadas de diferentes formas:

1. Minisismos generados por dinamita colocada en un pozo creado que pueden variar solo unas decenas de metros de profundidad.

2. Minisismos generados con un cable explosivo llamado geoflex. 3. Minisismos generados por vehículos llamados vibradores, éstos son vehículos de

varias toneladas de peso que tienen una plataforma de unos 3 por 4 metros de área, y con un sistema electrónico, eléctrico y mecánico-hidráulico.

4.3.4 Vulcanología

La vulcanología es el estudio de los volcanes, la lava, el magma y otros fenómenos geológicos relacionados. Un vulcanólogo es un estudioso de este campo. El término vulcanología viene de la palabra latina Vulcānus, Vulcano, el Dios romano del fuego.

Los vulcanólogos visitan frecuentemente los volcanes, en especial los que están activos, para observar las erupciones volcánicas, recoger restos volcánicos como el tephra (ceniza o piedra pómez), rocas y muestras de lava. Una vía de investigación mayoritaria es la predicción de las erupciones; actualmente no hay manera de realizar dichas predicciones, pero prever los volcanes, al igual que prever los terremotos, puede llegar a salvar muchas vidas.

Formación de los volcanes

Diagrama de una placa destructiva que causa temblores de tierra y una erupción volcánica

Como la mayoría de los fenómenos que ocurren en el interior de la tierra, los movimientos y la dinámica del magma se conocen muy poco. De cualquier forma, es conocido que a una erupción le puede seguir el movimiento de magma hacia la capa sólida (la corteza de la tierra) bajo un volcán y creando una cámara magmática. Finalmente, el magma del depósito es expulsado hacia arriba y acaba fluyendo sobre la superficie de la tierra en forma de lava, o bien el magma expulsado puede calentar el agua de los alrededores, transformando el agua en vapor, lo que aumentaría considerablemente la presión. En consecuencia, pueden producirse erupciones explosivas. Estas erupciones explosivas pueden expulsar gran cantidad de restos volcánicos, como ceniza volcánica (también llamada tephra) o bombas volcánicas, las cuales pueden llegar a ser lo suficientemente grandes como para matar a personas y animales. Las erupciones pueden oscilar entre efusivas y extremadamente explosivas.