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fàglia (geologia)

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Descrizione generale

Sf. [sec. XIX; dal francese faille]. Frattura di una massa rocciosa con spostamento relativo delle due parti separate. L'entità di questo spostamento può anche risultare microscopica, ma nella pratica si interpretano come faglie solo gli spostamenti relativi visibili, che possono arrivare all'ordine di grandezza dei chilometri. La maggior parte delle faglie presenta i due lembi a contatto (faglia chiusa o combaciante) mentre in qualche caso i due lembi sono separati da una fessura (faglia aperta o beante); tale fessura può essere successivamente riempita da materiali detritici o da filoni di origine magmatica. Alcune faglie sono tuttora in movimento, sebbene saltuariamente (faglie attive o viventi), e lo sfregamento dei blocchi può provocare intensi terremoti; le faglie che non presentano spostamenti attuali vengono chiamate faglie inattive o morte, se interessano anche i terreni di superficie sono dette faglie affioranti;faglie sepolte invece quando sono localizzate dall'indagine geofisica nel sottosuolo e i terreni di copertura non ne risultano implicati. Circa l'età, una faglia risulta posteriore all'elemento stratigrafico più recente interessato dalla faglia stessa e più antica del più antico elemento stratigrafico eventualmente sovrapposto alla serie fagliata, ma non interessato al fenomeno.

Elementi di faglia

Si dice piano o superficie di faglia la superficie, generalmente piana, di separazione fra i due lembi, quella cioè lungo la quale è avvenuto lo spostamento. La superficie di ciascuno dei due lembi separati dal piano di faglia è detta labbro . Lo sfregamento delle due parti lungo il piano di faglia durante lo spostamento può determinare la formazione di una superficie liscia (specchio o liscione di faglia) solcata da sottilissime striature rettilinee e parallele, molto utili per determinare la direzione di movimento di un blocco rispetto all'altro. Se lo scorrimento determina la frantumazione più o meno minuta delle rocce nella zona di contatto fra i due lembi con formazione di brecce di frizione, cataclisti o miloniti, anziché piano di faglia si preferisce dire zona di faglia. È detta linea di faglia l'intersezione del piano di faglia con la superficie del terreno. La direzione, l'immersione e l'inclinazione di un piano di faglia si determinano allo stesso modo che per la superficie di uno strato (giacitura). Quando il piano di faglia è inclinato, il lembo sovrastante viene chiamato tetto e quello sottostante muro o letto. Lo spostamento relativo fra due punti di uno strato precedentemente adiacenti e che in seguito al movimento si vengono a trovare sfasati ai due lati della faglia, se misurato lungo il piano di faglia viene detto scivolamento,. Se il movimento ha comportato uno spostamento delle parti in senso sia orizzontale sia verticale, lo scivolamento risulta essere la componente dei due spostamenti e si definisce obliquo, altrimenti si ha uno scivolamento detto di immersione se avvenuto lungo la linea di massima pendenza o uno scivolamento orizzontale o di direzione se avvenuto parallelamente alla direzione del piano di faglia. Il dislivello tra strati analoghi sulle due parti di una faglia in generale non esprime l'entità del movimento, ma solo una componente di esso e cioè la componente del movimento sul piano perpendicolare al piano di stratificazione. La proiezione dello spostamento sul piano perpendicolare alla direzione della faglia si definisce rigetto o salto. Si distinguono un rigetto obliquo, dato dalla distanza tra i due punti misurata lungo l'intersezione del piano di faglia con un piano a esso perpendicolare e che praticamente coincide con lo scivolamento di immersione, un rigetto verticale e un rigetto orizzontale, che sono rispettivamente le componenti verticale e orizzontale del precedente, e un rigetto stratigrafico o perpendicolare, calcolato perpendicolarmente alla superficie degli strati; quest'ultimo, quando gli strati sono orizzontali, coincide col rigetto verticale.

Classificazione delle faglie

Le faglie possono essere classificate secondo le caratteristiche geometriche della dislocazione o da un punto di vista genetico. A) Considerando l'inclinazione del loro piano di faglia, le faglie possono risultare verticali, orizzontali o inclinate. Le faglie a piano orizzontale sono denominate sovrascorrimenti, quelle inclinate si dicono dirette o normali quando il lembo a tetto si presenta abbassato rispetto al lembo a letto e inverse quando il lembo a tetto si presenta alzato rispetto al lembo a letto. Se si considerano le relazioni tra piano di faglia e stratificazione, quando il piano di faglia immerge nello stesso senso dell'immersione degli strati la faglia è detta conforme, altrimenti contraria . Inoltre, se il piano di faglia ha direzione parallela a quella degli strati, la faglia è detta longitudinale o direzionale; se il piano di faglia è perpendicolare o quasi alla direzione degli strati la faglia è detta trasversale o di immersione; se il piano di faglia è obliquo rispetto alla direzione degli strati la faglia è detta diagonale. Le faglie caratterizzate da un solo piano di faglia si dicono semplici. In base alla direzione del movimento si possono distinguere faglie a scorrimento verticale quando lo spostamento prevalente avviene lungo la massima pendenza del piano di faglia, faglie trascorrenti o a scorrimento orizzontale o, nella letteratura anglosassone, faglie di strike-slip con movimento lungo la direzione del piano di faglia (ulteriormente distinguibili in destrorse o sinistrorse secondo che rispetto a un osservatore posto su uno dei lembi l'altro appaia spostato sulla destra o sulla sinistra) e faglie a scorrimento obliquo negli altri casi. Se il piano di faglia è subverticale, le faglie a scorrimento orizzontale vengono denominate faglie di wrench (wrench faults). In relazione alle strutture tettoniche esistenti, le faglie possono essere longitudinali, trasversali od oblique rispettivamente se risultano parallele al loro andamento oppure se lo tagliano perpendicolarmente od obliquamente. Nelle associazioni di faglie a piani paralleli, quella di maggiore entità è detta faglia principale mentre le altre sono dette sussidiarie o accessorie; il movimento dei due lembi estremi è dato dalla somma dei movimenti delle varie faglie. Quando due o più faglie sono disposte in successione in modo che al crescere del rigetto dell'una diminuisca quello della successiva (la somma dei vari rigetti parziali lungo il fascio di faglie per ogni sezione trasversale si presenta cioè all'incirca costante) esse si dicono vicarianti. Nelle zone di faglia, quando lo spostamento è distribuito in tanti piani paralleli assai prossimi, il complesso anziché un'associazione è considerato una faglia unica detta faglia composta. B) Da un punto di vista genetico le faglie possono essere: faglie distensive, prodotte da movimenti di estensione delle masse rocciose implicate che comportano un allontanamento orizzontale dei due lembi e l'inclinazione del piano di faglia verso il lembo abbassato e corrispondono alle già citate faglie normali o dirette; faglie compressive, determinate da fenomeni di compressione, in modo che i lembi tendono a scorrere l'uno (tetto) sopra l'altro (letto) e ad accavallarsi: risultano corrispondenti alle faglie inverse. Inoltre le faglie possono risultare di cedimento, di crollo, gravitative, ecc. Le faglie trascorrenti possono venir distinte, in base alla posizione nella crosta terrestre e ai loro aspetti genetici, in superficiali quando interessano solo la copertura sedimentaria delle aree continentali, in specie le falde di ricoprimento, e profonde; queste ultime vengono denominate parafore se attraversano tutta la crosta terrestre e arrivano al mantello e faglie trasformi quando interessano le zolle crostali oceaniche interrompendo e dislocando anche notevolmente le dorsali medio-oceaniche. Nell'ambito della tettonica delle placche, le faglie trasformi rappresentano un margine di placca di tipo conservativo. Le faglie trasformi, cioè, sono faglie a scorrimento orizzontale di tipo particolare, in quanto l'attrito lungo il piano di faglia (dovuto al movimento opposto dei due labbri della faglia) non si risente lungo l'intera estensione della faglia, ma soltanto nella porzione compresa tra le due dorsali medio-oceaniche, in quanto è solo in questa porzione di faglia che le due placche si muovono in senso opposto l'una all'altra. § Le faglie più grandiose per l'entità dello spostamento sono le faglie trascorrenti. Famosa è la faglia di S. Andreas in California, una parafora attiva da ca. 30 milioni di anni per la quale sono stati proposti spostamenti laterali rilevanti, dell'ordine di alcune centinaia di chilometri. Ancora più imponente è la faglia alpina, una parafora che interessa la Nuova Zelanda per oltre 1000 km e a cui si attribuisce uno spostamento di circa un migliaio di chilometri. Un'altra parafora classica, seppure di importanza minore, è la Great Glen Fault che attraversa la Scozia da SW a NE influenzandone la topografia: una fascia di laghi (fra cui il Loch Ness) si estende infatti lungo la linea di affioramento della faglia. L'entità dello spostamento, sui 100 km, è stata valutata con notevole precisione grazie alla corrispondenza di strutture tettoniche ai due lati della faglia, in particolare del massiccio granitico di Strontian (lato NW) con quello di Foyers (lato SE), distanti 107 km e un tempo facenti parte dello stesso batolite. Parafore possono essere considerate le faglie del sistema, noto come Linea Insubrica-Linea delle Giudicarie, che limita la catena delle Alpi meridionali.

Genesi delle faglie

Per ogni punto nel sottosuolo sottoposto a una forza di entità, direzione e verso noti, considerando anche le influenze dovute al peso dei terreni soprastanti, della coesione di quelli circostanti e dell'anisotropia dovuta alla costituzione eterogenea della crosta terrestre, si può definire un ellissoide delle tensioni i cui tre assi, tra loro perpendicolari, coincidano uno con la direzione di massima tensione, l'altro con la direzione di minima tensione e il terzo con quella di tensione intermedia e la cui superficie fornisca per qualsiasi direzione, col valore della distanza dal centro dell'ellissoide, l'entità della tensione. Un ipotetico blocco roccioso di forma cubica disposto in modo che le facce risultino perpendicolari a due a due agli assi dell'ellissoide, se interessato da tensioni superiori al proprio limite di rottura, presenta allora due piani perpendicolari tra loro e disposti in modo che la loro intersezione corrisponda alla direzione della tensione intermedia e che i piani bisettori del diedro formato dai due piani di taglio contengano uno la direzione della tensione massima e l'altro quella della minima. Nella realtà, tenendo conto del diverso valore dell'angolo di attrito interno, caratteristica specifica dei vari componenti rocciosi in gioco quando in un complesso roccioso si verifica una frattura, lo scorrimento avviene lungo due gruppi di piani che si intersecano formando rette parallele alla direzione della tensione intermedia e angoli diedri: quelli bisecati dal piano contenente la tensione massima hanno ampiezza di 60-70°. I piani di faglia risultano quindi piani di taglio paralleli alla tensione intermedia: nelle faglie di distensione la tensione massima è verticale, mentre le altre due giacciono su un piano parallelo alla superficie terrestre, in quelle di compressione è la tensione minima a essere verticale, in quelle trascorrenti è quella intermedia. In base a quanto detto, una regione fagliata si dovrebbe presentare reticolata, ossia suddivisa in tante zolle a forma quadrata o a losanga, alcune alzate, altre abbassate, dovute all'intersezione con la superficie topografica dei due gruppi di piani di taglio. Spesso però in conseguenza dell'eterogeneità delle rocce interessate, uno dei due gruppi prevale sull'altro influenzando così notevolmente la morfologia dell'ambiente. Si possono pertanto osservare sistemi di faglie parallele, radiali, concentriche, a raggiera, ecc. Nel caso di fasci di faglie parallele, queste possono risultare disposte a gradinata e associate in modo da delimitare zolle rialzate (pilastri tettonici od Horsts) oppure zolle abbassate (fosse tettoniche o Graben). Anche quando una famiglia di faglie prevale nettamente è possibile individuare faglie secondarie disposte in modo da formare un reticolato; ne consegue che in generale le due famiglie di faglie responsabili della formazione del reticolato di faglie possono essere distinte in base al rigetto verticale in sintetiche e antitetiche, secondo che i piani di faglia siano immergenti nello stesso senso di quello della faglia di maggior rigetto o invece immergano in senso opposto, e, in base al rigetto orizzontale, in destrorse o sinistrorse.

Altri tipi di faglie

Faglia armonica: faglia i cui lembi sono interessati da movimenti di traslazione senza rotazione; se invece si verifica anche la rotazione, la faglia si dice disarmonica o rotoria o rotazionale. Faglia cilindrica: faglia che presenta la superficie di faglia curva, con inclinazione prossima alla verticale verso la superficie e man mano meno accentuata in profondità, e concavità verso l'alto. Faglia coniugata: faglia che fa parte di un sistema di faglie. Faglia orografica: faglia che si manifesta in superficie con discontinuità altimetriche evidenti; se queste mancano la faglia si dice rasata. Faglia marginale o periferica: faglia presente lungo il perimetro della regione, area, ecc. considerata. Faglia a scaglioni o faglia ad echelon: associazione di faglie parallele e regolarmente sfasate.

Morfologia delle regioni a faglia

Nelle aree in cui l'elemento geologico-strutturale principale è rappresentato da sistemi di faglia diversamente orientati e a rigetto marcato , la morfologia è, nelle sue linee generali, legata all'esistenza di blocchi altimetricamente sfasati l'uno rispetto all'altro. Nei particolari, ogni singola faglia può, di per se stessa, conferire alla superficie topografica caratteristici aspetti morfologici, tanto più marcati ed evidenti quanto più elevato è il valore del suo rigetto verticale. L'elemento morfologico più tipico è rappresentato dalla rottura di pendenza (coincidente con il fronte del cosiddetto gradino di faglia) che si realizza in corrispondenza della zona di intersezione fra il piano di faglia e la superficie topografica. Il fronte del gradino di faglia se relativamente recente può, a sua volta, essere caratterizzato dalla presenza di specchi di faglia: esso inoltre è detto resequente se immerge conformemente al piano di faglia, obsequente se l'immersione è contraria. Ciascun gradino di faglia – e in particolare il suo fronte (talora indicato anche come scarpata di faglia) – viene, nel tempo, sottoposto al modellamento degli agenti geomorfologici esogeni. La sua evoluzione morfologica è comunque sostanzialmente diversa secondo che essa si realizzi in una regione arida o in una umida. Nel primo caso il gradino viene lentamente e per lo più uniformemente smantellato dai fenomeni di alterazione (soprattutto per disgregazione) che interessano le rocce nelle quali è modellato. Nel secondo caso, invece, l'evoluzione comporta una morfologia caratteristica. Se, per esempio, la regione nella quale si è realizzata la faglia è solcata da corsi di acqua ad andamento trasversale alla faglia stessa, tali corsi d'acqua vengono interessati da fenomeni di ringiovanimento lungo la zolla rialzata o di invecchiamento lungo quella ribassata. Il ringiovanimento degli eventuali corsi d'acqua intersecanti l'orlo del gradino produce la comparsa, lungo la scarpata, delle cosiddette faccette trapezoidali: la scarpata viene cioè suddivisa in più tronconi, compresi fra valli successive, ciascuno dei quali è caratterizzato, frontalmente, da un perimetro a forma di trapezio isoscele, dovuto al profilo trasversale delle valli, nella classica forma a “V” o, eventualmente, a imbuto (“valli a calice”). Per progressiva apertura dei fianchi di dette valli, le faccette trapezoidali si trasformano poi in faccette triangolari. Nello stesso tempo, i corsi d'acqua accumulano nella zona antistante al gradino (zolla ribassata) i materiali erosi a monte, dando origine a una serie di conoidi coalescenti. L'evoluzione del gradino di faglia si conclude con la sua rasatura. Se il ciclo morfogenetico innescato dalla faglia non si arresta si verifica allora un'inversione del rilievo (comparsa di una depressione in corrispondenza della zolla strutturalmente rialzata) e quindi la trasformazione di un originario gradino a fronte resequente in un nuovo gradino a fronte obsequente. Le faglie in ambito costiero possono influenzare in modo marcato l'andamento della costa. Faglie normali od oblique alla linea di costa favoriscono la formazione di promontori (zolla rialzata) e insenature (zolla ribassata) e quella di lunghe e strette rientranze in corrispondenza del piano di faglia per via della minore resistenza all'abrasione. Faglie parallele alla costa possono invece generare alte falesie, a pianta rettilinea, solcate da valli sospese. Un altro aspetto interessante del paesaggio connesso alla presenza di faglie può essere la deviazione o il particolare andamento di corsi d'acqua, dato che le linee d'affioramento delle faglie rappresentano vie di più facile erodibilità.