Złuszczanie stawów - Exfoliation joint

Złuszczające fugi otaczające Half Dome w Parku Narodowym Yosemite w Kalifornii.
Szczeliny do złuszczania z granitu w Enchanted Rock State Natural Area, Teksas, USA. Wolnostojące bloki przesuwały się wzdłuż stromo opadającej płaszczyzny złącza.

Szczeliny eksfoliacyjne lub szczeliny blachowe to równoległe do powierzchni układy szczelin w skale, które często prowadzą do erozji koncentrycznych płyt. (Zobacz Joint (geologia) ).

Ogólna charakterystyka stawów złuszczających

  • Często kieruj się topografią .
  • Podziel skałę na podpłaszczyznowe płyty.
  • Rozstaw spoin rośnie wraz z głębokością od kilku centymetrów przy powierzchni do kilku metrów
  • Maksymalna głębokość obserwowanego wystąpienia to około 100 metrów.
  • Głębsze spoiny mają większy promień krzywizny, który ma tendencję do zaokrąglania rogów krajobrazu, gdy materiał ulega erozji
  • Tryb pękania jest rozciągliwy
  • Występują w wielu różnych litologiach i strefach klimatycznych, nie tylko w krajobrazach zlodowaconych.
  • Skała macierzysta jest na ogół słabo połączona, dość izotropowa i ma wysoką wytrzymałość na ściskanie .
  • Może mieć krzywizny wklęsłe i wypukłe ku górze.
  • Często związane z drugorzędnymi formami ściskającymi, takimi jak łuki, wyboczenia i namioty typu A (wyboczone płyty)

Tworzenie stawów złuszczających

Pomimo ich częstego występowania w wielu różnych krajobrazach, geolodzy nie osiągnęli jeszcze porozumienia w sprawie ogólnej teorii tworzenia złączy złuszczających. Zaproponowano wiele różnych teorii, poniżej znajduje się krótki przegląd najczęściej występujących.

Usunięcie przeciążenia i odbicia

Złuszczające stawy odsłonięte w przecięciu drogi w Parku Narodowym Yosemite w Kalifornii.

Teoria ta została pierwotnie zaproponowany przez pionierskiej geomorfologa Grove Karl Gilbert w roku 1904. Podstawą tej teorii jest to, że erozja z nadkładu i ekshumacji głęboko zakopane skały na powierzchni gruntu pozwala uprzednio skompresowane skałę rozszerzyć promieniście, tworząc naprężenia rozciągające i szczelinowania skały warstwami równolegle do powierzchni gruntu. Opis tego mechanizmu doprowadził do powstania alternatywnych terminów dla złuszczania stawów, w tym stawów uwalniających nacisk lub odciążających. Chociaż logika tej teorii jest atrakcyjna, istnieje wiele niespójności z obserwacjami terenowymi i laboratoryjnymi, które sugerują, że może być niekompletna, na przykład:

  • Złuszczające stawy można znaleźć w skałach, które nigdy nie były głęboko zakopane.
  • Badania laboratoryjne pokazują, że zwykłe ściskanie i relaksacja próbek skał w realistycznych warunkach nie powoduje pękania.
  • Szczeliny złuszczające najczęściej występują w obszarach równoległych do powierzchni naprężeń ściskających , podczas gdy teoria ta wymaga, aby występowały w strefach rozciągania.

Jedno możliwe rozszerzenie tej teorii w celu dopasowania do teorii naprężeń ściskających (przedstawionych poniżej) jest następujące (Goodman, 1989): Ekshumacja głęboko zakopanych skał zmniejsza naprężenia pionowe , ale naprężenia poziome mogą pozostać we właściwym górotworze, ponieważ ośrodek jest poprzecznie ograniczone. Naprężenia poziome są wyrównane z bieżącą powierzchnią gruntu, gdy naprężenie pionowe spada do zera na tej granicy. W ten sposób podczas ekshumacji mogą być generowane duże równoległe do powierzchni naprężenia ściskające, które mogą prowadzić do pękania skały rozciąganej, jak opisano poniżej.

Odkształcenie termoelastyczne

Skała rozszerza się po nagrzaniu i kurczy się po ochłodzeniu, a różne minerały tworzące skały mają zmienne współczynniki rozszerzalności / kurczenia termicznego . Dzienne wahania temperatury powierzchni skały mogą być dość duże, a wielu sugeruje, że naprężenia powstające podczas ogrzewania powodują rozszerzanie się i odrywanie przypowierzchniowej strefy skały w postaci cienkich płyt (np. Wolters, 1969). Zaobserwowano, że duże dzienne lub wywołane pożarem wahania temperatury prowadzą do tworzenia cienkich warstw i łuszczenia się na powierzchni skał, czasami nazywanych eksfoliacją. Jednak ze względu na to, że dzienne wahania temperatury osiągają w skale tylko kilka centymetrów głębokości (ze względu na niską przewodność cieplną skały ), teoria ta nie może wyjaśnić obserwowanej głębokości spoin eksfoliacyjnych, która może sięgać 100 metrów.

Wietrzenie chemiczne

Mineralne wietrzenie przez wnikającą wodę może powodować łuszczenie się cienkich skorup skał, ponieważ objętość niektórych minerałów zwiększa się po uwodnieniu . Jednak nie wszystkie nawodnienia mineralne powodują zwiększenie objętości, podczas gdy obserwacje terenowe złączy złuszczających pokazują, że powierzchnie złączy nie uległy znaczącym zmianom chemicznym, więc teorię tę można odrzucić jako wyjaśnienie pochodzenia wielkoskalowych, głębszych złuszczeń stawów.

Naprężenie ściskające i pęknięcie rozciągające

Złuszczające fugi zmodyfikowały przypowierzchniowe fragmenty masywnych granitowych skał w Parku Narodowym Yosemite , pomagając stworzyć wiele spektakularnych kopuł, w tym pokazaną tutaj Half Dome.

Duże naprężenia tektoniczne ściskające równoległe do powierzchni gruntu (lub swobodnej) mogą powodować pęknięcia w trybie rozciągania w skale, gdzie kierunek propagacji pęknięcia jest równoległy do ​​największego podstawowego naprężenia ściskającego, a kierunek otwarcia szczeliny jest prostopadły do ​​swobodnej powierzchni. Ten typ pękania obserwowano w laboratorium od co najmniej 1900 r. (Zarówno w jednoosiowym, jak i dwuosiowym nieograniczonym obciążeniu ściskającym; patrz Gramberg, 1989). Pęknięcia rozciągające mogą powstawać w polu naprężeń ściskających ze względu na wpływ wszechobecnych mikropęknięć w sieci skalnej i rozszerzanie się tak zwanych pęknięć skrzydłowych w pobliżu końców preferencyjnie zorientowanych mikropęknięć, które następnie zakrzywiają się i wyrównują z kierunkiem podstawowego naprężenia ściskającego . Powstałe w ten sposób złamania nazywane są czasami rozszczepieniem osiowym, rozszczepieniem wzdłużnym lub pęknięciami rozciągającymi i są powszechnie obserwowane w laboratorium podczas testów jednoosiowego ściskania. Wysokie poziome lub równoległe do powierzchni naprężenia ściskające mogą wynikać z regionalnych naprężeń tektonicznych lub topograficznych lub z erozji lub wydobywania nadkładu.

Biorąc pod uwagę dowody terenowe i obserwacje występowania, tryb pękania i formy wtórne, wysokie równoległe do powierzchni naprężenia ściskające i rozciąganie (rozszczepienie osiowe) wydaje się być najbardziej wiarygodną teorią wyjaśniającą powstawanie złuszczających się złączy.

Znaczenie geologii inżynierskiej

Rozpoznanie obecności złączy złuszczających może mieć ważne konsekwencje w inżynierii geologicznej . Najbardziej znaczący może być ich wpływ na stateczność zbocza. Fugi złuszczające wynikające z topografii nachylonych ścian dolin, zboczy skalnych wzgórz i klifów mogą tworzyć bloki skalne, które są szczególnie podatne na przesuwanie. Zwłaszcza gdy czubek skarpy jest podcięty (naturalnie lub w wyniku działalności człowieka), ślizganie się wzdłuż płaszczyzn złuszczających jest prawdopodobne, jeśli zanurzenie złącza przekracza kąt tarcia stawu. Na prace fundamentowe może mieć również wpływ obecność złuszczających się spoin, na przykład w przypadku zapór . Szczeliny złuszczające znajdujące się pod fundamentem zapory mogą stwarzać znaczne zagrożenie przeciekami , natomiast zwiększone ciśnienie wody w szczelinach może skutkować podnoszeniem lub przesuwaniem się zapory. Wreszcie, spoiny eksfoliacyjne mogą wywierać silny wpływ na kierunek przepływu wód gruntowych i transport zanieczyszczeń.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne