Peelingový kloub - Exfoliation joint - Wikipedia

Exfoliační klouby obtočené kolem Half Dome v Yosemitský národní park, Kalifornie.
Peelingové spáry v žuly na Enchanted Rock Státní přírodní oblast, Texas, USA. Oddělené bloky sklouzly podél strmě ponořené roviny kloubu.

Peelingové klouby nebo plechové spoje jsou povrchově paralelní lomové systémy ve skále a často vedou k erozi soustředných desek. (Vidět Kloub (geologie) ).

Obecná charakteristika exfoliačních kloubů

Tvorba exfoliačních spojů

Navzdory jejich běžnému výskytu v mnoha různých krajinách musí geologové ještě dosáhnout dohody o obecné teorii formování exfoliačních kloubů. Bylo navrženo mnoho různých teorií, níže je uveden krátký přehled nejběžnějších.

Odstranění nadloží a odskoku

Exfoliační spáry exponované na silnici zařezané Yosemitský národní park, Kalifornie.

Tuto teorii původně navrhl průkopnický geomorfolog Grove Karl Gilbert v roce 1904. Základem této teorie je to eroze z přetížit a exhumace hluboce zakopané horniny na povrch země umožňuje dříve stlačené hornině radiálně se rozpínat, vytvářet tahové napětí a rozbíjet horninu ve vrstvách rovnoběžně s povrchem země. Popis tohoto mechanismu vedl k alternativním pojmům pro exfoliační klouby, včetně tlakových nebo odlehčovacích kloubů. I když je logika této teorie přitažlivá, existuje mnoho nesrovnalostí s terénními a laboratorními pozorováními, které naznačují, že může být neúplná, například:[6][10][12]

  • Exfoliační spáry lze nalézt ve skalách, které nebyly nikdy hluboce pohřbeny.
  • Laboratorní studie ukazují, že jednoduchá komprese a relaxace vzorků hornin za realistických podmínek nezpůsobí prasknutí.
  • Exfoliační klouby se nejčastěji vyskytují v oblastech povrchově paralelního stlačování stres zatímco tato teorie vyžaduje, aby se vyskytovaly v zónách rozšíření.

Jedno možné rozšíření této teorie, aby odpovídalo tlakové napětí Teorie (uvedená níže) je následující[3] (Goodman, 1989): Exhumace hluboce zakopaných hornin ulevuje vertikálně stres, ale horizontální napětí může zůstat v kompetentním horninovém masivu, protože médium je bočně omezeno. Jak vertikální napětí klesne na nulu na této hranici, vodorovná napětí se vyrovnají s aktuálním povrchem země. Exhumací lze tedy generovat velká povrchově paralelní tlaková napětí, která mohou vést k lomu horniny v tahu, jak je popsáno níže.

Termoelastické přetvoření

Hornina se rozpíná při zahřívání a smršťuje se při ochlazování a různé minerály vytvářející horniny mají různé rychlosti teplotní roztažnost / kontrakce. Denní kolísání teploty povrchu horniny může být poměrně velké a mnozí se domnívají, že napětí vytvářená během ohřevu způsobují, že se oblast blízkého povrchu horniny rozpíná a odděluje v tenkých deskách (např. Wolters, 1969).[12] Velký denní nebo byly pozorovány teplotní výkyvy vyvolané ohněm, které vytvářejí tenkou laminaci a odlupování na povrchu hornin, někdy označené exfoliaci.[13] Vzhledem k tomu, že denní výkyvy teploty dosahují ve skále hloubky jen několik centimetrů (kvůli nízké hornině tepelná vodivost ), tato teorie nemůže odpovídat za pozorovanou hloubku spárování exfoliace, která může dosáhnout 100 metrů.[1][3][6][10]

Chemické zvětrávání

Minerální zvětrávání pronikáním vody může způsobit odlupování tenkých skořápek horniny, protože objem některých minerálů se zvyšuje hydratace.[10] Ne všechna minerální hydratace však vede ke zvětšení objemu, zatímco terénní pozorování exfoliačních kloubů ukazují, že povrchy kloubů nezaznamenaly významnou chemickou změnu, takže tuto teorii lze odmítnout jako vysvětlení původu rozsáhlých hlubších exfoliačních kloubů.

Tlakové napětí a extenzní zlomenina

Exfoliační spáry upravily části povrchu velkých granitických hornin v blízkosti povrchu Yosemite Národní park, který pomáhá vytvářet mnoho velkolepých kopulí, včetně zde zobrazené Half Dome.

Velký kompresní tektonický zdůrazňuje rovnoběžně s pevninou (nebo volným) povrchem lze vytvořit tahový režim zlomeniny ve skále, kde je směr šíření lomu rovnoběžný s největším principem tlakového napětí a směr otevření lomu je kolmý k volné ploše.[3][6][7][8][9][10][14] Tento typ štěpení byl v laboratoři pozorován nejméně od roku 1900 (při jednoosém i dvouosém neomezeném tlakovém zatížení; viz Gramberg, 1989).[15] Trhliny v tahu se mohou tvořit v tlakovém napěťovém poli vlivem všudypřítomných mikrotrhlin v horninové mříži a prodloužením tzv. praskliny křídla z blízkosti špiček přednostně orientovaných mikrotrhlin, které se poté zakřivují a srovnávají se směrem základního tlakového napětí.[16][17] Zlomeniny vytvořené tímto způsobem se někdy nazývají axiální štěpení, podélné štěpení nebo extenzní zlomeniny a jsou běžně pozorovány v laboratoři během testů jednoosého stlačení. Vysoké horizontální nebo povrchově paralelní tlakové napětí může být výsledkem regionálního tektonický nebo topografická napětí nebo eroze nebo hloubení skrývky.

S ohledem na terénní důkazy a pozorování výskytu, lomového režimu a sekundárních forem se nejpravděpodobnější teorií vysvětlující vznik exfoliačních kloubů jeví vysoká povrchově paralelní tlaková napětí a extenzní štěpení (axiální štěpení).

Význam inženýrské geologie

Rozpoznání přítomnosti exfoliačních kloubů může mít důležité důsledky geologické inženýrství. Nejpozoruhodnější může být jejich vliv na stabilitu svahu. Exfoliační spáry, které sledují topografii šikmých stěn údolí, svahů skalního podloží a útesů, mohou vytvářet skalní bloky, které jsou obzvláště náchylné k posouvání. Zvláště když je špička svahu podříznutá (přirozeně nebo lidskou činností), je pravděpodobné, že klouzání po exfoliačních kloubních rovinách, pokud kloubní ponoření překročí třecí úhel kloubu. Práce na podkladu může být také ovlivněna přítomností exfoliačních kloubů, například v případě přehrady.[18] Peelingové klouby pod nimi přehrada nadace může způsobit významný únik nebezpečí, zatímco zvýšený tlak vody v kloubech může mít za následek zvednutí nebo posunutí hráze. Nakonec mohou exfoliační klouby vyvíjet silnou směrovou kontrolu podzemní voda tok a transport kontaminantů.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E Gilbert, G.K. (1904). "Kopule a kupolovité struktury vysoké Sierry". Bulletin of the Geological Society of America. 15: 29–36.
  2. ^ A b C Matthes, F.E. (1930). „Geologická historie Yosemitského údolí“. US Geological Survey Professional. 160.
  3. ^ A b C d E F G h i Goodman, R.E. (1993). Inženýrská geologie. New York: John Wiley and Sons.
  4. ^ A b C Dale, T.N. (1923). „Komerční granity v Nové Anglii“. Bulletin geologických průzkumů USA. 738.
  5. ^ A b C d Jahns, R.H. (1943). "Listové struktury v žulech". Geologický časopis. 51 (2): 71–98. Bibcode:1943JG ..... 51 ... 71J. doi:10.1086/625130.
  6. ^ A b C d Holzhausen, G.R. (1989). "Původ struktury listu, 1. Morfologie a okrajové podmínky". Inženýrská geologie. 27 (1–4): 225–278. doi:10.1016/0013-7952(89)90035-5.
  7. ^ A b Bahat, D .; Grossenbacher, K .; Karasaki, K. (leden 1999). „Mechanism of exfoliation joint creation in granitic rocks, Yosemite National Park“. Journal of Structural Geology. 21 (1): 85–96. Bibcode:1999JSG .... 21 ... 85B. doi:10.1016 / s0191-8141 (98) 00069-8. ISSN  0191-8141.
  8. ^ A b Mandl, G. (2005). Skalní klouby. Berlín: Springer-Verlag. ISBN  9783642063916.
  9. ^ A b Bradley, W.C. (1963). "Exfoliace ve velkém měřítku v masivních pískovcích Colorado Plateau". Bulletin americké geologické společnosti. 74 (5): 519–527. doi:10.1130 / 0016-7606 (1963) 74 [519: LEIMSO] 2.0.CO; 2.
  10. ^ A b C d E F Twidale, C.R. (1973). Msgstr "O původu spojování plechů". Skalní mechanika a skalní inženýrství. 5 (3): 163–187. Bibcode:1973RMFMR ... 5..163T. doi:10.1007 / BF01238046.
  11. ^ A b Romani, J.R .; Twidale, C.R. (1999). „Listové zlomeniny, jiné formy napětí a některé technické důsledky“. Geomorfologie. 31: 13–27. Bibcode:1999 Geomo..31 ... 13V. doi:10.1016 / S0169-555X (99) 00070-7.
  12. ^ A b Wolters, R. (1969). „Zur Ursache der Entstehung oberflächenparalleler Klüfte“. Skalní mechanika a skalní inženýrství. 1 (1): 53–70. Bibcode:1969RMFMR ... 1 ... 53W. doi:10.1007 / BF01247357.
  13. ^ Blackwelder, E. (1927). "Oheň jako agent při zvětrávání hornin". Geologický časopis. 35 (2): 134–140. Bibcode:1927JG ..... 35..134B. doi:10.1086/623392.
  14. ^ Brunner, F. K.; Scheidegger, A.E. (1973). "Exfoliace". Mechanika hornin. 5: 43–62. Bibcode:1973RMFMR ... 5 ... 43B. doi:10.1007 / bf01246756. ISSN  1434-453X.
  15. ^ Gramberg, J. (1989). Nekonvenční pohled na mechaniku hornin a lomovou mechaniku. A.A.Balkema. ISBN  9061918065.
  16. ^ Hoek, E .; Bieniawski, Z.T. (1965). "Křehké šíření zlomenin ve skále pod tlakem". International Journal of Fracture Mechanics. 1 (3): 137–155. doi:10.1007 / BF00186851.
  17. ^ Fairhurst, C .; Cook, N.G.W. (1966). "Fenomén dělení hornin rovnoběžně se směrem maximální komprese v sousedství povrchu". Sborník 1. kongres, International Society of Rock Mechanics: 687–692.
  18. ^ Terzaghi, K. (1962). „Přehrada přehrady na plátěné žule“. Geotechnika. 12 (3): 199–208. doi:10.1680 / geot.1962.12.3.199. ISSN  0016-8505.

externí odkazy