Главная > Камни и минералы > Как пласты горных пород сминаются в складки

Как пласты горных пород сминаются в складки

Каким же образом и под влиянием каких сил горные породы могут принимать столь причудливый облик? Можно ли наблюдать этот процесс смятия горных пород и как быстро он происходит? Геологическая наука может дать ответы на эти вопросы; и, чтобы прояснить их, нам необходимо небольшое отступление.

В большинстве случаев осадочные породы, образующиеся в океанах, морях, озёрах, изначально залегают горизонтально или почти горизонтально. Если мы видим, что слои залегают наклонно или почти вертикально (как говорят, «стоят на головах»), смяты в складки, т.е. их первичное горизонтальное залегание изменено, обычно подразумевается, что слои подверглись действию каких-то сил, причины возникновения которых могут быть разнообразны. Чаще всего имеют в виду силы, приложенные к пластам горных пород либо вертикально, либо горизонтально. Надавите на тетрадку снизу, она изогнётся вверх; а если вы её будете сдавливать с краёв, положив на стол, она сомнётся, и тем сильнее, чем больше будет сжатие. Такие силы называются поверхностными, т.к. они приложены к какой-то поверхности пласта горных пород — нижней, верхней, боковой.

Однако в природе кроме поверхностных важную роль играют и объёмные силы. С их действием мы все хорошо знакомы с детства, когда крепко держали в руках ниточку от воздушного шара, боясь, что он улетит. Наполненный более лёгким газом, чем воздух, шар стремится взлететь. Точно так же ведут себя пузырьки газа в бутылке минеральной воды и все другие тела, помещённые в более плотную среду, чем они сами. Правда, шарик улетает из наших рук очень быстро, а некоторые горные породы (например, каменная соль), будучи легче окружающих пород, всплывают очень медленно (1—2 см в год), в течение миллионов лет, а не в течение секунд, как воздушный шарик.

Из физики хорошо известно, что изменение объёма и формы тела вследствие приложенной к нему силы называется деформацией. Когда мы сжимаем в руке резиновый мяч, ломаем палку, ударяем молотком по кирпичу, мы имеем дело с деформацией тела вплоть до его разрушения (как в случае с кирпичом).

Причины деформаций могут быть самыми разными. Это и сила тяжести, самая универсальная из всех сил; и влияние температуры, при возрастании которой увеличивается объём; и разбухание, например увеличение объёма пород за счёт пропитывания водой; и просто механические усилия, приложенные по определённому направлению и под разным углом к толще пород, и многие другие.
Важно только помнить, что в геологических процессах любая деформация происходит очень медленно — в течение миллионов лет, тогда как палку мы ломаем за секунду.

Огромная длительность геологических процессов, продолжающихся миллионы лет, делает очень трудным их воспроизведение в лабораторных условиях, в которых, конечно, просто невозможно проводить опыты так долго.
Деформации бывают упругими, пластичными и хрупкими. В первом случае после снятия нагрузки тело возвращается в исходную форму (например, когда мы сжимаем рукой резиновый мяч), а во втором — не возвращается (например, растянутый кусок пластилина) и сохраняет некоторую остаточную деформацию. Если прилагаемая к любому телу (в частности, к горным породам) нагрузка возрастает, то тело, сначала деформируемое как упругое, затем переходит некоторую критическую величину, называемую пределом упругости, и начинает деформироваться пластически, т.е. его уже невозможно вернуть в исходное состояние. Если же нагрузку увеличивать и дальше, то может быть превзойдён предел прочности, и тогда тело или горная порода должны разрушиться — это называется хрупкой деформацией.

Возьмём тонкую палку и начнём её сгибать. Если приложить небольшое усилие и лишь слегка изогнуть её, то палка возвратится в исходное состояние, как при натягивании лука, т.е. деформация будет упругой. Если же согнуть палку сильнее, мы услышим треск и она сломается, т.к. был превышен предел её прочности.
Итак, слои горных пород, изначально залегая горизонтально, впоследствии оказываются деформированными, причём степень деформации может колебаться от очень слабой до исключительно сильной, когда мощные слоистые толщи оказываются перемятыми подобно клочку бумаги, сжатому в кулаке.

Когда понятия «твёрдый», «мягкий», «хрупкий», «пластичный» используют в обыденной жизни, то всем ясно, что камни твёрдые, пластилин — мягкий и пластичный, кирпич — твёрдый и хрупкий одновременно. Но как эти привычные нам понятия перенести на горные породы, такие, как известняк, мрамор, гранит, песчаник, базальт и другие? Известно, что воск — относительно твёрдое вещество. Уроните свечку, и она расколется. Но если воск нагревать, он становится пластичным. Вывороченные при ремонте тротуара плитки асфальта, сложенные грудой и оставленные в таком виде на длительное время, в конце концов расплывутся и деформируются.

Смотря на смятые слои мрамора или известняка, мы понимаем, что они испытали пластичную деформацию, и нам кажется, что силы сжатия, приложенные к ним, были очень велики, т.к. эти породы твёрдые. На самом деле прилагать большие усилия совсем не обязательно. Всё зависит от времени, и если очень долго (в течение сотен тысяч и миллионов лет) создавать небольшое усилие, то твёрдые на первый взгляд слои горных пород будут изгибаться подобно слоям из пластилина.

Постоянная ссылка на страницу: http://pochemy.net/?n=1372