Apuntes Geología Estructural

Página: Procesos internos durante la deformación

1. Introducción - Deformación elástica y plástica

La deformación elástica permite un regreso al estado inicial de un material. La aplicación de fuerzas no produce una deformación permanente. Después de la aplicación de las fuerzas el material vuelve a su estado inicial. [Ejemplo una pelota de goma, un elástico en una honda]. La deformación elástica no produce rupturas en la red cristalina - el arreglo cristalino se mantiene, pero se distorsiona internamente.
La deformación plástica es una deformación "permanente" - el material no vuelve a su estado inicial. La deformación plástica se conoce en sustancias como metales que son relativamente fácil a doblar y no vuelven a su estado inicial. La deformación plástica produce pequeños movimientos a nivel atómico, pero se mantiene una red cristalina intacta.


Figura: Esquema de un material sin deformación, con deformación elástica y deformación plástica.


Si se mantiene y se aumenta la fuerza la mayoría de los materiales se quiebran, se fracturan. Es decir, en nivel atómico se produce un desenlace de la red cristalina y se forma una fractura - donde termina la red cristalina.
En la geología esos procesos no son tan predecible como en las ciencias de materiales:
Rocas son materiales heterogenias, se componen de diferentes minerales, de un cemento y/o matriz. Los diferentes minerales y la masa tienen diferente elasticidad, resistencia y dureza. Por ende, los procesos naturales no siempre coinciden con procesos observados en laboratorio.

Un proceso natural bien común en los minerales es el kinking o los kingbands. En un segmento de par de milímetros el mineral muestra una suerte de una deformación plástica, es justamente la situación donde ya puede comenzar la fractura, pero la elasticidad del material permite todavía una deformación plástica bien específico en un sector.

2. Deformaciones a escala mineral

Existen una serie de procesos como un mineral reacciona a un campo de fuerzas dirigidas. Es decir, el mineral en una u otra forma reacciona y se adapta - se acomoda - en el campo de fuerza presente.  Los procesos internos más importantes son:
a) La recuperación [Kristallerholung en alemán]
b) Creep por disolución [estilolitos]
c) Creep tipo Coble [difusión fuera del grano]
d) Creep tipo Nabarro-Herring [difusión dentro del grano]
e) Creep por dislocación [movimientos internos por dislocación]
f) Recristalización [Formación, crecimiento de minerales nuevos]
g) Recristalización con flujo [con presencia de fluidos, agua]
h) Nucleación [Inicio de la cristalización]
i) Nucleación con migración
j) fractura

Esos procesos ocurren en un cierto ambiente, dependiendo de la temperatura, la magnitud del stress entre otros factores.






La diferenciación entre el Creep de Nabarro-Herring y Creep de Coble:

El creep (la difusión) de Coble ocurre con temperaturas un poco más bajos, con presencia de un campo de esfuerzo. En ese caso los procesos ocurren en el exterior del borde del cristal. No son tan significativo o eficiente, además bastante lentos. Pero igualmente logran un cierto cambio de forma del cristal.

Con temperaturas más altas, igualmente en presencia de un esfuerzo comienzan los procesos del Creep de Nabarro-Herring. En este caso los procesos de difusión ocurren dentro del cristal, el cristal igualmente cambia su forma, se acomoda al campo de esfuerzo. Son procesos más significantes.


Figura: Diferencia entre Cree de Nabarro-Herring y Creep de Coble




El creep por dislocación es un fenómeno con temperaturas variables - pero relativamente altas. Defectos en la estructura cristalina permiten una dislocación de los iones. se pueden moverse horizontalmente o verticalmente en cadena uno detrás del otro y en esta manera el cristal cambia su apariencia.

Figura: Creep de dislocación

3. Recristalisación

La recristalización es un proceso de formación de cristales nuevos a base de los cristales antiguos, primarios.
Antes de la recristalización frecuentemente se detecta una recuperación del material. La recristalización comienza en los sectores de mayores defectos en su estructura. Normalmente comienza una nucleación, es decir un inicio "semilla" extremamente pequeño del cristal nuevo. De partir de esta nucleación, con apoyo de fases líquidos y una cierta migración se forman cristales nuevos a base de los cristales antiguos.
La recristalización comienza muy de abajo de la temperatura de fundición del mineral (como 50% aproximadamente, pero muy variable entre diferentes sustancias). La recristalación cambiará definitivamente la textura, es decir los minerales muestran al comienzo una disminución de su tamaño, pero en sistemas avanzadas se nota un crecimiento significativo (más grande que los cristales originales), en la ausencia de un campo de esfuerzo se forman los ángulos típicos de 120° además podría ocurrir una "purificación", es decir la presencia de un mineral específico en un sector determinado - ese proceso al final es una diferenciación. [como en milonitas por ejemplo, o un bandeamiento - una separación de diferentes minerales a distintos lugares; una banda de máficos otra de cuarzo, por ejemplo]



Figura: Recristalización con temperatura y esfuerzo


Como ya mencionado la recristalización con la presencia de pura temperatura [recristalización templada o térmica - versus una recristalización dinámica cual incluye la presencia de un campo de esfuerzos durante la actividad de los procesos de recristalización. Una recristalización dinámica se puede observar en las milonitas y en algunas vetas asociadas a una falla de tipo transtensional.


Figura: Recristalización térmica y recristalización dinámica




La recristalización produce en su comienzo cristales de menor tamaño, pero durante el tiempo hasta podrían crecer minerales de mayor tamaño y finalmente superando los tamaños de la roca inicial.


Figura: Desarrollo de una recristalización