Peeling-Gelenk - Exfoliation joint

Peeling-Gelenke, die sich um den Half Dome im Yosemite-Nationalpark , Kalifornien, wickeln .
Peeling-Fugen aus Granit im Naturschutzgebiet Enchanted Rock State, Texas, USA. Abgelöste Blöcke sind entlang der steil abfallenden Fugenebene gerutscht.

Peeling- oder Plattenfugen sind oberflächenparallele Bruchsysteme im Gestein, die häufig zur Erosion konzentrischer Platten führen. (Siehe Joint (Geologie) ).

Allgemeine Eigenschaften von Peeling-Gelenken

  • Folgen Sie normalerweise der Topographie .
  • Teilen Sie den Stein in subplanare Platten.
  • Der Fugenabstand nimmt mit der Tiefe von einigen Zentimetern in der Nähe der Oberfläche auf einige Meter zu
  • Die maximale Tiefe des beobachteten Auftretens beträgt etwa 100 Meter.
  • Tiefere Fugen haben einen größeren Krümmungsradius, der dazu neigt, die Ecken der Landschaft abzurunden, wenn das Material erodiert
  • Der Bruchmodus ist zugfest
  • Kommt in vielen verschiedenen Lithologien und Klimazonen vor, nicht nur in vergletscherten Landschaften.
  • Wirtsgestein ist im Allgemeinen spärlich verbunden, ziemlich isotrop und weist eine hohe Druckfestigkeit auf .
  • Kann konkave und konvexe Aufwärtskrümmungen haben.
  • Oft verbunden mit sekundären Druckformen wie Wölbung, Knicken und A-Zelten (Knickplatten)

Bildung von Peeling-Gelenken

Trotz ihres gemeinsamen Vorkommens in vielen verschiedenen Landschaften müssen sich Geologen noch auf eine allgemeine Theorie der Bildung von Peeling-Gelenken einigen. Es wurden viele verschiedene Theorien vorgeschlagen. Nachfolgend finden Sie eine kurze Übersicht über die gängigsten.

Beseitigung von Abraum und Rückprall

Peeling-Gelenke ausgesetzt in einem Straßenschnitt im Yosemite-Nationalpark , Kalifornien.

Diese Theorie wurde ursprünglich 1904 vom wegweisenden Geomorphologen Grove Karl Gilbert vorgeschlagen . Die Grundlage dieser Theorie ist, dass die Erosion von Ablagerungen und die Exhumierung von tief vergrabenem Gestein an der Bodenoberfläche es zuvor komprimiertem Gestein ermöglichen, sich radial auszudehnen, Zugspannung zu erzeugen und das Gestein zu brechen in Schichten parallel zur Bodenoberfläche. Die Beschreibung dieses Mechanismus hat zu alternativen Begriffen für Peeling-Gelenke geführt, einschließlich Druckentlastungs- oder Entlastungsgelenken. Obwohl die Logik dieser Theorie ansprechend ist, gibt es viele Inkonsistenzen mit Feld- und Laborbeobachtungen, die darauf hindeuten, dass sie unvollständig sein könnte, wie zum Beispiel:

  • Peeling-Gelenke finden sich in Felsen, die noch nie tief eingegraben wurden.
  • Laboruntersuchungen zeigen, dass eine einfache Kompression und Relaxation von Gesteinsproben unter realistischen Bedingungen keinen Bruch verursacht.
  • Exfoliation Gelenke sind am häufigsten in den Regionen der oberflächenparallelen Druck gefunden Stress , während diese Theorie fordert sie in den Zonen der Verlängerung auftreten.

Eine mögliche Erweiterung dieser Theorie, um mit der Druckspannungstheorie (unten skizziert) übereinzustimmen, ist wie folgt (Goodman, 1989): Die Exhumierung tief vergrabener Gesteine ​​baut vertikale Spannungen ab , aber horizontale Spannungen können in einer kompetenten Gesteinsmasse verbleiben, da das Medium vorhanden ist seitlich begrenzt. Horizontale Spannungen werden mit der aktuellen Bodenoberfläche ausgerichtet, wenn die vertikale Spannung an dieser Grenze auf Null abfällt. Somit können durch Exhumierung große oberflächenparallele Druckspannungen erzeugt werden, die wie nachstehend beschrieben zu einem Zuggesteinsbruch führen können.

Thermoelastische Belastung

Gestein dehnt sich beim Erhitzen aus und zieht sich beim Abkühlen zusammen, und verschiedene gesteinsbildende Mineralien weisen unterschiedliche Raten der thermischen Ausdehnung / Kontraktion auf. Tägliche Temperaturschwankungen der Gesteinsoberfläche können sehr groß sein, und viele haben darauf hingewiesen, dass beim Erhitzen entstehende Spannungen dazu führen, dass sich die oberflächennahe Zone des Gesteins in dünnen Platten ausdehnt und ablöst (z. B. Wolters, 1969). Es wurde beobachtet, dass große tägliche oder feuerbedingte Temperaturschwankungen zu einer dünnen Laminierung und Abplatzung an der Oberfläche von Gesteinen führen, die manchmal als Peeling bezeichnet werden. Da tageszeitliche Temperaturschwankungen im Gestein jedoch nur wenige Zentimeter Tiefe erreichen (aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Gesteins ), kann diese Theorie die beobachtete Tiefe der Peelingverbindung nicht berücksichtigen, die 100 Meter erreichen kann.

Chemische Verwitterung

Mineralische Verwitterung durch eindringendes Wasser kann zum Abblättern dünner Gesteinsschalen führen, da das Volumen einiger Mineralien bei der Hydratation zunimmt . Allerdings führt nicht jede Mineralhydratation zu einem erhöhten Volumen, während Feldbeobachtungen von Peeling-Gelenken zeigen, dass die Gelenkoberflächen keine signifikanten chemischen Veränderungen erfahren haben. Daher kann diese Theorie als Erklärung für die Entstehung großflächiger, tieferer Peeling-Gelenke verworfen werden.

Druckspannung und Dehnungsbruch

Peeling-Fugen haben die oberflächennahen Teile massiver Granitfelsen im Yosemite- Nationalpark verändert und dazu beigetragen, die vielen spektakulären Kuppeln zu schaffen, einschließlich der hier gezeigten Half Dome.

Große Druck tektonische Spannungen auf das Land parallel (oder eine freie) Oberfläche kann Zugmodus schaffen Frakturen in Gestein, wo die Richtung der Bruchausbreitung parallel zu der größte Prinzip Druckspannung , und die Richtung der Bruchöffnung zu der freien Oberfläche senkrecht ist . Diese Art des Bruchs wurde im Labor seit mindestens 1900 beobachtet (sowohl bei uniaxialer als auch bei biaxialer uneingeschränkter Druckbelastung; siehe Gramberg, 1989). Zugrisse können sich in einem Druckspannungsfeld aufgrund des Einflusses durchdringender Mikrorisse im Gesteinsgitter und der Ausdehnung sogenannter Flügelrisse aus der Nähe der Spitzen bevorzugt ausgerichteter Mikrorisse bilden, die sich dann krümmen und mit der Richtung der Hauptdruckspannung ausrichten . Auf diese Weise gebildete Frakturen werden manchmal als axiale Spaltung, Längsaufspaltung oder Extensionsfrakturen bezeichnet und werden üblicherweise im Labor bei einachsigen Kompressionstests beobachtet. Hohe horizontale oder oberflächenparallele Druckspannungen können durch regionale tektonische oder topografische Spannungen oder durch Erosion oder Aushub von Abraum entstehen.

Unter Berücksichtigung der Feldbeweise und Beobachtungen des Auftretens, des Bruchmodus und der Sekundärformen scheinen hohe oberflächenparallele Druckspannungen und Dehnungsbrüche (axiale Spaltung) die plausibelste Theorie zu sein, die die Bildung von Peelinggelenken erklärt.

Ingenieurgeologische Bedeutung

Das Erkennen des Vorhandenseins von Peeling-Gelenken kann wichtige Auswirkungen auf die Geologie haben . Am bemerkenswertesten kann ihr Einfluss auf die Hangstabilität sein. Peeling-Fugen, die der Topographie von geneigten Talwänden, Felshügeln und Klippen folgen, können Felsblöcke bilden, die besonders rutschgefährdet sind. Insbesondere wenn die Spitze des Abhangs (natürlich oder durch menschliche Aktivität) unterschnitten ist, ist ein Gleiten entlang der Peeling-Gelenkebenen wahrscheinlich, wenn die Gelenkneigung den Reibungswinkel des Gelenks überschreitet. Die Fundamentarbeit kann auch durch das Vorhandensein von Peeling-Gelenken beeinträchtigt werden, beispielsweise bei Dämmen . Exfoliation Gelenke eine zugrundeliegende dam Grund kann eine signifikante Leckage schaffen Gefahr , während eine erhöhte Wasserdruck in den Gelenken in Hebe führen oder des Dammes gleitet. Schließlich können Peeling-Gelenke eine starke Richtungskontrolle auf den Grundwasserfluss und den Schadstofftransport ausüben .

Siehe auch

Verweise

Externe Links