Deformation

Översättning: Helena Hansson april 2024. Efter Carita Ääreläs artikel Deformaatio

1. Vad betyder deformation?

Deformation innebär inom geologi förändringar i stenarnas form, plats och position. Vid deformation förändras stenarnas ursprungliga struktur och nya geologiska strukturer bildas, såsom sprickor, förkastningar, veck, lineationer och skiffrighet. Förändringarna orsakade av deformation kan också synas på mikroskopisk skala (bild 1).

Deformation uppstår när stenar utsätts för tryck- och temperaturer som avviker från deras ursprungliga förhållanden, samt det heterogena spänningsfältet som påverkar berggrunden. Vid deformation kan ett bergsblock förflyttas från en plats till en annan (transla­tion), dess position kan ändras (rotation), och blockets storlek eller form kan ändras (deformation, strain). Ofta sker deformation som en kombination av ovanstående förändringar (bild 2).

2. Spänningsfält och deformation

Spänningsfälten i berggrundens kan vara till sin karaktär kompressionella (sammanpressande), tensionella (töjande) eller skjuvande. I tensionella spänningsförhållanden kan stenen förlängas medan den i kompressionella spännninngsförhållanden förkortas. I skjuvande spänningsförhållanden appliceras spänningen på stenen i en sned vinkel, vilket får stenens form att förändras genom skjuvning (bild 3). När stenar deformeras kan spänningarnas kraft variera i olika riktningar. Spänningstillståndet i jordskorpan (riktning och intensitet) beskrivs med tre axlar i ett vinkelrätt koordinatsystem, där σ1 (σ = sigma) representerar riktningen för den största kompressionella huvudspänningen, σ3 representerar den minsta, och σ2 representerar den medelstora spänningen mellan dessa två (σ1≥ σ2 ≥ σ3). Skillnaderna mellan dessa olika riktningar och intensiteter på spänningen orsakar spänningsfältet i berggrunden, som kallas differentialspänning. Ibland påverkas dock inte berggrunden av annat än trycket från de överliggande bergmassorna, alltså det litostatiska trycket.

3. Berggrundens spröda och duktila deformation

Berggrunden kan genomgå spröd eller duktil (plastisk) deformation. Deformationssättet beror på den ovanliggande bergmassans tyngd, alltså det litostatiska trycket, temperaturen, hur länge processen håller på, samt sammansättningen av bergarten. Berggrunden tenderar att deformeras på ett spröt sätt i övre jordskorpan, nära jordytan, eftersom temperaturen och det litostatiska trycket är lågt. Vid spröd deformation söndras stenen då bindningarna som håller stenen samman bryts och stenen spricker. Detta resulterar i sprickor och förkastningar. Djupare i jordskorpan ökar det litostatiska trycket och temperaturen, därför beter sig berget mer duktilt. I en duktil deformation sker ingen brytning av bindningarna. Veck, skiffrighet och lineation är resultatet av en duktil deformation. Mellan övre och nedre delen av jordskorpan, på cirka 10–15 kilometers djup, finns en zon där deformationen övergår från spröd till duktil. Jordbävningar i den kontinentala skorpan inträffar ovanför övergångszonen mellan spröd och duktil deformation eftersom deformationen vid jordbävningar är spröd.

3.1 Spröd och duktil deformation på samma häll

Ibland kan både skör och duktil deformation observeras på samma berghäll (bild 4). Då kan det ha inträffat förändringar i deformationens hastighet, de duktila strukturerna (till exempel veck) har bildats långsamt medan de spröda strukturerna (till exempel förkastningarna) uppstått genom snabba rörelser. Å andra sidan kan förekomsten av spröda och duktila strukturer på samma häll bero på att strukturerna är av olika ålder. De duktila strukturerna kan ha bildats djupt i jordskorpan medan de spröda strukturerna har bildats närmare markytan då berggrunden har höjts med tiden.

3.2 Bergarternas reologiska egenskaper

Reologi studerar materialets flöde. I geologin är det relevant att studera hur bergarter med olika sammansättning beter sig under deformation. Olika material och även olika bergarter har olika viskositet. Visuellt kan man illustrera materialets viskositet genom att jämföra flödet av vatten med honung. När man häller honung från en burk flyter den långsammare än vatten. Honung har alltså högre viskositet. Materialets viskositet är beroende av temperaturen. Varm honung är mer flytande. Skillnader i viskositeten mellan bergarter resulterar i olika deformationsstrukturer, vilket tydligt syns i boudinage strukturer, som är bergartsformationer som påminner om knackkorvar (bild 5). En hårdare bergart deformeras skört och bryts upp i boudiner, medan de omgivande stenarna deformeras duktilt, till exempel genom att deras lager förtunnas då de töjs ut. Förhållandena har alltså varit desamma, men bergarternas sammansättning och deras viskositet har lett till bildningen av olika strukturer.

Källor:

Billings, M. P. 1972: Structural Geology. Prentice-Hall, Inc, Englewood Cliffs, New Jersey, 606 s.

Kähkönen, Y. ja Lehtinen, M. 1998: Geologian peruskäsitteitä. Teoksessa: Lehtinen, M., Nurmi, P. ja Rämö, T. (toim.) 1998: Suomen kallioperä – 3000 vuosimiljoonaa. Suomen Geologinen Seura, Jyväskylä. 375 s.

Marshak, S. 2005: Earth: portait of a planet. W. W. Norton & Company, Inc. New York ja Lontoo.

Van der Pluijm, B. A. 2004: Earth structure: an introduction to structural geology and tectonics. W.W. Norton & Company, Inc. New York. 656 s.