ETD

• Microstructures
• Rheology
• Rock deformation
• Structural geology
• Tectonics

Questa tesi investiga l’evoluzione reologica di zone di taglio a composizione mista calcite–quarzo sviluppate in differenti regimi termici, con l’obiettivo di comprendere come la localizzazione della deformazione, i processi microstrutturali e il ruolo dei fluidi influiscano sulla reologia durante la deformazione progressiva. Lo studio si concentra su due zone di taglio situate nel Complesso Metamorfico delle Alpi Apuane, che interessano lo stesso protolite, il meta-calcare selcifero, ma che registrano fabric di alto strain differenti, offrendo un contesto ideale per indagare transizioni reologiche all’interno di un sistema composizionalmente comparabile.
L’approccio adottato integra analisi strutturali di terreno, osservazioni microstrutturali, stime paleo-piezometriche, confronto con leggi di flusso sperimentali e modellizzazione numerica del boudinage. I dati di terreno mostrano che, in un sistema multi-layer carbonatico con livelli a selce, la deformazione dominate da taglio semplice è inizialmente accomodata da pieghe strette a isoclinali e si concentra progressivamente lungo i fianchi delle stesse, al cui interno la deformazione si localizza attraverso necking e boudinage dei livelli più competenti. Le analisi microstrutturali indicano che, agli stadi iniziali, la deformazione è fortemente ripartita tra una matrice molto debole, a grana fine, dominata da meccanismi grain-size sensitive, e domini relativamente più rigidi costituiti da calcite e quarzo che si deformano per dislocation creep.
Con l’aumento dello strain, il necking progressivo, la riduzione della dimensione dei grani e il phase mixing modificano il comportamento meccanico dell’aggregato. Nella zona di taglio a temperatura più elevata (∼420°C), questi processi portano alla soppressione dei contrasti di competenza e allo sviluppo di un fabric meccanicamente accoppiato, dominato da meccanismi diffusivi su scala di dominio. Al contrario, la zona di taglio a temperatura più bassa (∼350°C) preserva uno stadio post-localizzazione caratterizzato da ripartizione della deformazione tra matrice e livelli rigidi, con sviluppo di strutture di boudinage. Le evidenze microstrutturali di dissoluzione–precipitazione, micro-porosità ai bordi dei grani e pinning da parte di fasi secondarie indicano che i fluidi sono stati attivi durante la deformazione, contribuendo all’indebolimento della matrice e all’accomodamento dello strain.
La modellizzazione numerica del boudinage ha permesso di ottenere stime sui contrasti di viscosità tra matrice e layer rigidi, e mostra come la reologia efficace di aggregati calcite–quarzo non può essere descritta adeguatamente mediante leggi di flusso monofase o composite. I risultati indicano invece che la transizione reologica nelle zone di taglio è principalmente controllata da processi strain-dipendenti, derivanti dall’interazione tra localizzazione della deformazione, evoluzione microstrutturale, mixing di fasi e processi assistiti dai fluidi, mentre la temperatura svolge un ruolo secondario come catalizzatore. In questo contesto, il boudinage è una struttura chiave che registra l’evoluzione reologica attiva nella zona di taglio, e potrebbe rappresentare uno stadio di transizione reologica che collega la ripartizione della deformazione iniziale alla successiva omogeneizzazione meccanica in zone di alto strain a composizione mista.