Geologia

Jak się właśnie dowiedzieliśmy, skorupa ziemska jest stale poddawana działaniu sił, które ją popychają, ciągną lub skręcają. Siły te nazywane są naprężeniami. W odpowiedzi na stres, skały ziemskie ulegają odkształceniu, znanemu również jako deformacja.

Odkształcenie to każda zmiana w objętości lub kształcie.Istnieją cztery ogólne rodzaje stresu. Jeden typ naprężeń jest równomierny, co oznacza, że siła działa jednakowo na wszystkie strony skały. Pozostałe trzy rodzaje naprężeń, rozciąganie, ściskanie i ścinanie, to naprężenia niejednorodne lub ukierunkowane.Wszystkie skały w ziemi doświadczają jednorodnego naprężenia przez cały czas. To jednorodne naprężenie nazywane jest ciśnieniem litostatycznym i pochodzi od ciężaru skał znajdujących się nad danym punktem w ziemi. Ciśnienie litostatyczne nazywane jest również ciśnieniem hydrostatycznym. (Do ciśnienia litostatycznego zalicza się ciężar atmosfery oraz, jeśli znajduje się ono pod oceanem lub jeziorem, ciężar słupa wody znajdującego się nad danym punktem ziemi. Jednak w porównaniu z ciśnieniem spowodowanym ciężarem skał znajdujących się powyżej, wielkość ciśnienia spowodowanego ciężarem wody i powietrza nad skałą jest pomijalna, z wyjątkiem powierzchni Ziemi). Jedynym sposobem zmiany ciśnienia litostatycznego na skałę jest zmiana głębokości zalegania skały w ziemi.Ponieważ ciśnienie litostatyczne jest naprężeniem równomiernym, zmiana ciśnienia litostatycznego nie powoduje pękania i poślizgu wzdłuż uskoków. Niemniej jednak, może to być przyczyną pewnych rodzajów trzęsień ziemi. W subdukujących się płytach tektonicznych, zwiększone ciśnienie panujące na większej głębokości w ziemi może powodować spontaniczną metamorfozę minerałów w płycie w nowy zestaw gęstszych minerałów, które są stabilne przy wyższym ciśnieniu. Uważa się, że jest to prawdopodobna przyczyna niektórych rodzajów głębokich trzęsień ziemi w strefach subdukcji, w tym najgłębszych trzęsień ziemi, jakie kiedykolwiek zarejestrowano.

Skały są również poddawane trzem rodzajom ukierunkowanego (niejednolitego) naprężenia – napięciu, ściskaniu i ścinaniu.

• Naprężenie jest ukierunkowanym (niejednolitym) naprężeniem, które rozciąga skałę w przeciwnych kierunkach. Siły rozciągające (zwane również rozciąganiem) odciągają od siebie.
• Ściskanie jest ukierunkowanym (niejednolitym) naprężeniem, które ściska skały do siebie. Siły ściskające popychają ku sobie.
• Ścinanie jest ukierunkowanym (niejednolitym) naprężeniem, które popycha jedną stronę ciała skalnego w jednym kierunku, a przeciwną stronę ciała skalnego w przeciwnym kierunku. Siły ścinające popychają w przeciwnych kierunkach.

W odpowiedzi na naprężenia skała może ulec trzem różnym rodzajom odkształceń – odkształceniu sprężystemu, odkształceniu plastycznemu lub pęknięciu.

• Odkształcenie sprężyste jest odwracalne. Skała, która przeszła tylko odkształcenie sprężyste, wróci do swojego pierwotnego kształtu, jeśli naprężenie zostanie zwolnione.
• Odkształcenie plastyczne jest nieodwracalne. Skała, która została poddana odkształceniu plastycznemu, pozostanie zdeformowana nawet po ustaniu naprężenia. Innym terminem dla odkształcenia plastycznego jest odkształcenie plastyczne.
• Złamanie jest również nazywane pęknięciem. Skała, która pękła, gwałtownie rozpadła się na wyraźne kawałki. Jeśli kawałki są przesunięte względem siebie w przeciwnych kierunkach, to pęknięcie jest uskokiem.

Odkształcenie ciągliwe i kruche

Skały ziemskie składają się z różnych minerałów i występują w różnych warunkach. W różnych sytuacjach skały mogą zachowywać się jak materiały ciągliwe, które są w stanie poddać się dużej ilości odkształceń plastycznych w odpowiedzi na naprężenia, lub jak materiały kruche, które poddadzą się tylko niewielkiemu lub żadnemu odkształceniu plastycznemu zanim pękną. Czynniki, które określają, czy skała jest plastyczna czy krucha obejmują:

• Kompozycja – niektóre minerały, takie jak kwarc, mają tendencję do bycia kruchymi, a zatem są bardziej prawdopodobne, aby złamać pod wpływem stresu. Inne minerały, takie jak kalcyt, glina i mika, mają tendencję do bycia ciągliwymi i mogą ulegać znacznej deformacji plastycznej. Ponadto, obecność wody w skale ma tendencję do uczynienia jej bardziej plastyczną i mniej kruchą.
• Temperatura-Skały stają się bardziej miękkie (bardziej plastyczne) w wyższej temperaturze. Skały w temperaturach płaszcza i jądra są plastyczne i nie pękają pod wpływem naprężeń, które występują w głębi ziemi. Skorupa i w pewnym stopniu litosfera są wystarczająco zimne, by pękać, jeśli naprężenia są wystarczająco duże.
• Ciśnienie litostatyczne- Im głębiej w ziemi znajduje się skała, tym wyższemu ciśnieniu litostatycznemu jest poddawana. Wysokie ciśnienie litostatyczne zmniejsza możliwość powstawania pęknięć, ponieważ wysokie ciśnienie zamyka pęknięcia zanim zdążą się one utworzyć lub rozprzestrzenić. Wysokie ciśnienie litostatyczne panujące w płaszczu podlitosferycznym i litym jądrze wewnętrznym Ziemi, wraz z wysoką temperaturą, są przyczyną braku trzęsień ziemi w głębi Ziemi.
• Szybkość odkształcania- Im szybciej skała jest odkształcana, tym większa jest szansa na jej pęknięcie. Nawet kruche skały i minerały, takie jak kwarc lub warstwa zimnego bazaltu na powierzchni Ziemi, mogą ulegać odkształceniu plastycznemu, jeśli prędkość odkształcania jest wystarczająco mała.

Większość trzęsień ziemi występuje w skorupie ziemskiej. Mniejsza liczba trzęsień ziemi występuje w górnym płaszczu (do około 700 km głębokości), gdzie ma miejsce subdukcja. Skały w głębszych partiach Ziemi nie ulegają szczelinowaniu i nie powodują trzęsień ziemi, ponieważ panujące tam temperatury i ciśnienia są na tyle wysokie, że wszystkie odkształcenia są plastyczne. Żadne trzęsienia ziemi nie powstają w górnym płaszczu Ziemi.

Naprężenia a typy uskoków

Między typami naprężeń w Ziemi a typem uskoku, który prawdopodobnie z nich powstanie, można dokonać następujących korelacji:

• Naprężenia prowadzą do uskoków normalnych.
• Kompresja prowadzi do powstania uskoków odwrotnych lub naporowych.
• Ścinanie poziome prowadzi do powstania uskoków ześlizgowych.

Zależności między rodzajem naprężeń a rodzajem uskoku mogą mieć wyjątki. Na przykład, strefy naprężeń poziomych będą prawdopodobnie charakteryzować się uskokami z poślizgiem jako dominującym typem uskoku. Jednak w takich strefach mogą być również aktywne uskoki normalne i naporowe, szczególnie tam, gdzie są zakręty lub luki w głównych uskokach uderzeniowo-ślizgowych.

Dla innego przykładu, w regionie naprężeń ściskających w skorupie ziemskiej, gdzie płyty skalne są ułożone na aktywnych uskokach naporowych, uskoki uderzeniowo-ślizgowe często łączą niektóre z uskoków naporowych razem.

Przyczyń się!

Popraw tę stronęDowiedz się więcej