Nelle aree in cui due placche convergono si sviluppano una serie di processi geologici, definiti orogenesi, che portano alla formazione e al sollevamento delle catene montuose. A questi processi sono associate deformazioni delle masse rocciose e spesso attività vulcanica e sismica.
Il termine orogenesi designa l'insieme dei fenomeni geologici che portano alla formazione e al sollevamento di catene montuose per piegamento e deformazione di masse rocciose, spesso accompagnati da attività vulcanica e sismica. La formazione di una catena montuosa è l'esempio più evidente dei movimenti della crosta terrestre. Infatti le montagne si sviluppano lungo i margini di placca convergenti. Le placche spinte dalle forze compressive entrano in collisione e causano una contrazione crostale e un ispessimento della crosta stessa.
In base ai tipi di margini implicati nella collisione le strutture che ne derivano possono essere diverse (fig. 1 a,b,c).
Fig. 1.a - Tipo di collisione continente - continente.
Fig. 1.b - Tipo di collisione oceano - oceano.
Fig. 1.c - Tipo di collisione oceano - continente.
Quando due placche oceaniche, dense e sottili, entrano in collisione una delle due sprofonda sotto l'altra attraverso il processo di subduzione. Il materiale che subduce si riscalda via via che scende in profondità, fino a fondere. Le masse rocciose fondendo si trasformano in magma che, più leggero, in parte risale verso la crosta fino a fuoriuscire dal fondo oceanico. Le continue eruzioni vulcaniche possono edificare archi di isole vulcaniche come le Aleutine, le Filippine, le isole delle Indie Occidentali (fig. 2).
Fig. 2 - Isole vulcaniche Aleutine. Le catena di vulcani attivi che costituisce l'arcipelago delle Isole Aleutine è un tipico esempio di arco vulcanico associato alla subduzione della Placca Pacifica lungo la Fossa delle Aleutine.
Quando una placca oceanica incontra una placca che trasporta un continente sul proprio margine scivola sotto di essa essendo più densa e pesante. Sul margine del continente si viene a creare una fascia montuosa formata sia dai materiali fusi provenienti dalla placca oceanica in subduzione sia dalle masse rocciose continentali contratte e accavallate. Le Ande sono il risultato della collisione della placca di Nazca, oceanica, contro la placca Sudamericana, continentale. Questo sistema montuoso è ricco di attività magmatica e sismica (fig. 3).
Fig. 3 - Ande. Le Ande costituiscono un esempio di catena montuosa formata lungo il margine di subduzione tra una placca oceanica ed una continentale.
Quando la collisone avviene tra due placche che trasportano continenti è necessario che venga consumata la crosta oceanica interposta tra loro. Quando i due continenti entrano in collisione, dopo la chiusura del bacino oceanico, formano una catena montuosa che è costituita da masse rocciose compresse e deformate, da resti della crosta oceanica sfuggiti alla subduzione e dai suoi sedimenti. Nelle catene montuose che si formano con queste modalità si hanno grandi quantità di rocce sedimentarie che a causa delle forze tettoniche assumono una caratteristica struttura a "cuneo" [approfondimento 6] con cuneo di accrezione) che permette l'accumulo e lo spostamento delle massa rocciose stesse. Le catene montuose come le Alpi, gli Appennini, l'Himalaya si sono formate grazie alla collisione di placche continentali (fig. 4).
Fig. 4 - Collisione tra placche continentali. La catena dell'Himalaya è il prodotto della collisione tra le placche continentali Euroasiatica ed Indiana, continuata dopo l'esaurimento per subduzione della crosta oceanica interposta.
Per gli uomini, che vivono brevemente sul nostro pianeta, il concetto di tempo geologico è difficile da accettare a causa della sproporzione tra i tempi umani e i tempi estremamente lunghi dei fenomeni geologici. Le forme del paesaggio, le montagne, la dimensione degli oceani ci sembrano strutture statiche, immobili invece hanno una nascita, una vita, una morte ed un'età. La storia di una catena montuosa ha molti milioni di anni e inizia con la formazione delle rocce che la costituiscono, con il loro sollevamento e la loro deformazione e con l'erosione che incide sui suoi rilievi fino a conferirgli l'aspetto attuale.
È sufficiente fare un giro in montagna per notare che le masse rocciose che costituiscono i rilievi sono deformate, fratturate e sovrapposte le une alle altre. Le strutture che osserviamo sono la testimonianza delle immense e prolungate forze tettoniche che hanno agito sulla crosta terrestre. Le pieghe e le faglie sono le forme più comuni di deformazione delle rocce. Il comportamento fragile o duttile è legato alla temperatura, alla pressione dell'ambiente in cui avviene la deformazione e anche al tipo di roccia e allo spessore dello strato. Le rocce più resistenti e disposte in strati di grosso spessore si fratturano prima di quelle sottilmente stratificate che, a parità di sforzo, possono continuare a piegarsi. Alcune rocce che in superficie hanno un comportamento fragile e si fagliano facilmente, possono assumere in profondità un comportamento duttile a causa dell'aumento della temperatura e della pressione.
Una piega [approfondimento 7] è il risultato della deformazione lentissima di una superficie originariamente piana sottoposta a compressione (fig. 5). Le pieghe sono l'espressione di una deformazione di tipo duttile che determina cambiamenti graduali sia nella giacitura, sia nella struttura interna di uno strato di roccia. Col progredire della deformazione, anche il piegamento può portare alla rottura, cioè a una faglia.
Fig. 5 - Piega. Esempio di roccia stratificata ed intensamente piegata.
Le faglie [approfondimento 7] sono generalmente conseguenza di una deformazione fragile che produce rottura (fig. 6).
Fig. 6 - Faglia. Esempio di un ammasso roccioso stratificato e deformato dalla presenza di alcune faglie.