Las banda de cizalla de tipo C' (C' shear bands) son estructuras habituales en la naturaleza y se utilizan como indicadores cinemáticos para estudiar determinados procesos de deformación de las rocas en partes profundas de la corteza terrestre. Aun así, no existe un consenso sobre su origen. Ahora, y gracias a la utilización de las simulaciones numéricas, un nuevo estudio ha determinado cómo este tipo de bandas de deformación se generan y evolucionan en rocas compuestas por más de un mineral. La investigadora de la Universidad de Monash (Australia), Melanie Finch, es la primera autora de un estudio que ha sido publicado en la revista Journal of Structural Geology y en el que ha participado la investigadora de GEO3BCN-CSIC, María Gema Llorens.
El trabajo ha simulado numéricamente la evolución de un “granito virtual” de un tamaño de unos 10x10 cm sometido a diferentes grados de esfuerzos. A lo largo de las diferentes simulaciones efectuadas, los investigadores han variado la proporción y la dureza relativa de los minerales que formaban esa "roca virtual" (cuarzo, feldespato y mica) para, tal y como indica María Gema Llorens, "entender como estos dos parámetros controlan la localización de la deformación y la formación de las bandas de cizalla".
Según el estudio, las bandas de cizalla de tipo C' se forman cuando hay aproximadamente entre un 5 y un 15% de mica, que es el mineral blando que conforma la roca deformada. En estos casos, y contrariamente a lo que se pensaba hasta ahora, estas bandas se forman en zonas a las que se aplica una baja tasa de deformación y esfuerzo.
Por otro lado, los investigadores han constatado también que se trata de unas estructuras de carácter efímero. "Se forman y se destruyen a medida que la roca se va deformando. Por eso, para poder estudiar cómo se forman y obtener más información de ellas es imprescindible desarrollar métodos que permitan trazar y visualizar el proceso de deformación completo", explica Llorens.
Los autores del trabajo utilizaron un software propio de viscoplasticidad para llevar a cabo numerosas simulaciones numéricas de decenas de sistemas. "Es un código inicialmente creado para simular la deformación de metales, pero que aplicamos habitualmente también al estudio de rocas”, señala Llorens.
Los investigadores estimaron las propiedades cristalinas de los diferentes minerales para generar una "roca virtual”. Este archivo numérico “contiene una microestructura definida por granos con unas propiedades y bordes de grano que definen sus límites. El código se encarga entonces de simular paso a paso la evolución de la roca a partir de la deformación aplicada", indica la investigadora del GEO3BCN.
A medida que la simulación avanzaba, el software se encargó de ir captando imágenes a partir de las cuales se pudo generar un video para cada uno de los experimentos efectuados y observar de forma continua la evolución de estas estructuras en la “roca virtual”.
"Este tipo de simulaciones nos permiten observar y entender todo el proceso de formación. Hasta ahora no se había podido visualizar cómo se deforman este tipo de rocas a tan alta deformación, ni cómo se van generando y desactivando las bandas de cizalla progresivamente", explica Llorens.
El estudio de las bandas de cizalla es clave para determinar el sentido de la deformación de una roca y permite, además, el análisis de una estructura de mayor escala. Al tratarse de indicadores cinemáticos, se pueden, por ejemplo, "estudiar zonas de cizalla de una cadena de montañas para saber en qué dirección se ha producido un choque de placas tectónicas o la subducción de una placa bajo otra".
Investigadores de la Universidad Autónoma de Barcelona, de la Universidad de Barcelona, de la Universidad de Tübingen y la Universidad China de Geociencias han colaborado en la elaboración de este estudio, que se ha convertido en el más descargado de la revista de los últimos meses.
Artículo original
Finch, M.A., P.D. Bons, F. Steinbach, A. Griera, M.-G. Llorens, E. Gomez-Rivas, H. Ran, and T. de Riese. “The Ephemeral Development of C′ Shear Bands: A Numerical Modelling Approach.” Journal of Structural Geology 139 (October 2020): 104091. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2020.104091.
