الإجهاد من التشوهات الصخرية في سطح الأرض

ما هو أثر الإجهاد على الصخور الأرضية؟

يمكن تعريف الإجهاد على أنه عملية تُحدث تغيرات فيزيائية في المادة عند تعريضها لتأثير قوى معينة، والقوى المؤثرة على صخور القشرة الأرضية تنشأ بطرق مختلفة، وأهم هذه الطرق هو تأثير الجاذبية الأرضية والحركة النسبية للكتل الصخرية الضخمة من الغلاف الصخري للأرض، والذي يتألف من القشرة الأرضية والجزء العلوي من الوشاح.
ونظراً لأن قوى الجاذبية تتناسب مع الكتلة فإن وزن الغطاء الصخري يمثل قوة مؤثرة على الصخور الموجودة في أعماق القشرة الأرضية، كما أن القوى المؤثرة على الكتل الصخرية ينجم عنها مجموعة من الإجهادات، ومقدار التشوه الناتج عن تأثير هذه الإجهادات يمكن الوقوف عليه من خلال التغير في أبعاد الكتلة الصخرية، حيث إن التغير إما أن يكون في الشكل فقط أو في الحجم فقط وإما أن يكون في كليهما معاً.

القوة والإجهاد:

حتى نتمكن من معرفة وفهم فكرة الإجهاد أو الجهد على الصخور الأرضية لا بد أولاً من أن نوضح ما هو المقصود بالقوة، حيث إن القوة هي عبارة عن حاصل ضرب الكتلة بالمساحة وهي عبارة عن متجه كمي يعرف بمقداره واتجاهه، ويمكن تمثيل القوة في شكل خط طوله يعبر عن المقدار واتجاهه هو اتجاه القوة المؤثرة، ويعبر عن هذا الاتجاه بسهم، ومن المعروف أن أي قوة مؤثرة في نقطة ما يمكن أن تمثل بمحصلة قوة واحدة لها مركبتين.
وفي التشوهات الصخرية عادة ما يتم التعامل مع القوى في ضوء قانون نيوتن الثالث للحركة، والذي ينص على أنه (لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومضاد له في الاتجاه)، من ثم يمكن تعريف الإجهاد (الجهد) على أنه زوج من القوى المتساوية والمتضادة المؤثرة على وحدة المساحة في الجسم.
ومعنى هذا أن الاجهاد ينجم عن قوة مؤثرة على سطحٍ ما، سواء أكان هذا السطح حقيقياً أو تخيلياً يحيط جسم ما أو يكون موجوداً في داخله، وفي هذه الحالة يتشكل الإجهاد من القوة ورد فعل المادة الموجودة على الجانب الآخر من هذا السطح، ويعتمد مقدار الاجهاد على مقدار القوة المؤثرة وعلى مساحة السطح الواقع عليه التأثير.
فالقوة الناجمة عن تأثير وزن الجسم بفعل الجاذبية الأرضية تؤدي إلى إجهاد يقاس من خلاله تأثيره على سطح ما، والجدير بالذكر أن الجاذية تلعب دوراً مهماً في الإجهادات التي يتكون من خلالها الطيات الصخرية والصدوع في صخور القشرة الأرضية.

الإجهاد المتعامد والإجهاد الصخري القصي:

يمكن تحليل القوة المؤثرة على وحدة المساحة في سطح ما إلى إجهاد متعامد يؤثر بشكل عمودي على السطح، وإجهاد قصي يكون متوازياً مع السطح، ويُرمز للإجهاد المتعامد عادة بالرمز اللاتيني الذي يسمى (sigma)، كما يُرمز للإجهاد القصي بالرمز (Tau)، وفي المجسمات أو في الفراغ يمكن تحليل الإجهاد القصي إلى مركبتين متعامدتين على بعضهما البعض.
ويمكن الوقوف على التطبيقات الجيولوجية للإجهاد المتعامد والإجهاد القصي من خلال مثالين، أحد هذين المثالين 7-4 والإجهاد المؤثر على سطح صدع، والمثال الآخر هو الإجهاد المؤثر على مستوى تطبق تحدث له عملية طي عن طريق ميكانيكية الإنثناء والانزلاق، والإجهاد في هذين المثالين ينجم عن قوى تضاغطية متضادة.
ومن الواجب الإشارة إلى أنه من الممكن التعرف على وجهة الإزاحة على مسوى الصدع، وكذلك الانزلاق الحادث على مستويات التطبق في حال كان اتجاه القوة المؤثرة معروف لدى الجيولوجي.
من الممكن أن يؤثر الإجهاد في نقطة واحدة من الصخر، حيث يمكننا في ذلك الوقت ملاحظة التغير على سطح الصخر من خلال التغير في الشكل أو من خلال التعرض للكسر، كما يوجد مستويات ثلاثة مشتركة، حيث يكون عندها الإجهاد مساوياً للصفر وهذه تسمى مستويات الإجهاد الرئيسية، كما أن الإجهادات العمودية عليها تسمى باسم محاور الإجهاد الرئيسية.
حيث أن المحاور الرئيسية هي المحور الصغير والمحور المتوسط والمحور الكبير، ويمكن أن يتم وصف حالة الإجهاد في الصخور الأرضية بشكل كامل من خلال الاتجاهات ومقدار كل من محاور الإجهاد الثلاثة الرئيسية، وقد تم تسمية محاور الإجهاد الرئيسية بصليبية الإجهاد المحورية وفيها من الممكن التعبير عن طول المحاور نسبة إلى مقدار كل محور.
عندما تكون الاجهادات الرئيسية معروفة فإنه يمكن حساب الاجهادت المؤثرة على سطح معروف الاتجاه، وهذه العملية يسهل تخيلها في بُعدين مختلفين.
ويعرف الإجهاد القصي في هذه الحالة بالإجهاد القصي الأعظم، وعليه فالمستويات التي تتأثر بالإجهاد القصي الأعظم من الممكن أن تُحدث زاوية قدرها يساوي 45 درجة مع كل من محور الإجهاد الأكبر ومحور الإجهاد المتوسط بصرف النظر عن قيمة المحورين.