الخواص الميكانيكية لصخور القشرة الأرضية

ما هي الخواص الميكانيكية لصخور القشرة الأرضية؟

من أجل معرفة ودراسة تشوه مواد القشرة الأرضية يعمل الجيولوجيين على معرفة الخواص الميكانيكية لصخور هذه القشرة بقصد الوقوف على ميكانيكية تشوها، أي بمعنى آخر معرفة سلوكية الصخور عندما نمارس عليها قوى تحت حرارة تشبه تلك السائدة في القشرة، ولكن بما أنه لا يمكن تتبع عمليات التشوه على مرحلة جيولوجية مرحلة، فإنه سيتم الوقوف على نتائجها فقط فعلى الجيولوجيين إجراء تجارب مخبرية وتطبيق نتائجها على أمثلة جيولوجية.
وباختصار يجب استخدام معطيات ميكانيك الصخور ومعرفة القواعد الريولوجية التي هي الجانب الفيزيائي، الذي يدرس تشوهات وسيلان الأجسام تحت تأثير الجهود المطلقة عليها، وبالرغم من أن تطبيق ميكانيك الصخور في مجال التكتونيك لا زالت محدودة وصعبة الاستخدام، إلا أن هذه الصعوبات لا يمكن فهمها، إذ أن الجيولوجيا وميكانيك الصخور هي مواد لا يمكن فهمها بشكل مشترك ومباشر، أي أن أغلب الجيولوجيين يدرسون تشوهات الصخور دون الاستناد على ميكانيكية الصخور.
لكن هذا الوضع في طريق التطور ونشهد تدريجياً تشكل فرق مشتركة بين الميكانيكيين والتكتونيين، ومما لا شك فيه أن الجيولوجيا البنيوية لا يمكن لها الانتقال من المرحلة الوصفية والنوعية، حيث هي الآن باتجاه المرحلة الكمية إلا بالاعتماد على الجيولوجيين والتكتونيين والميكانيكيين معاً، مكونة بذلك علماً حقيقياً.

بعض مفاهيم ميكانيك الصخور ذات التطبيق المباشر:

• مفهوم الجهد: تخضع صخور القشرة بشكل دائم لقوى أو محرضات حسبما يكون الصخر خاضعاً لانضغاط أو تباعد أو حركات عمودية، أو أن هذه الصخور في وضع الراحة ضمن صفيحة غير مشوهة، ومن الممكن مواجهة حالتين من الضغط وهما:
  
  • الجهد يبقى ثابتاً مهما كان التوجه، وفي هذه الحالة فإن الجهد هو هيدروستاتيكي؛ لأنه يمثل حالة السوائل، وبالواقع إذا وضعنا غشاء مانو مترياً في منطقة معينة من سائل وجهناه كيفما شاء، فإنه يمكننا أن نتأكد من أن الضغط يبقى ثابتاً، وهذا الجهد يقال عنه أيضاً إنه متجانس ويمثل بكرة ذات نصف قطر معين.
    
  • الجهد يتغير في القيمة والاتجاه في حال تغير وتوجه بقيمة معينة ويكون موافقاً في نقطة على السطح فيتشكل حزمة من الجهود.
    فعندما يكون الصخر متجانساً ومستمراً فإن مكان نهاية الشعاع النازل والذي يكون مميز بطول واتجاه معين هو إهليلج يدعى إهليلج الجهود، حيث يتم التعبير عن محاوره بأسماء اتجاهات (الجهد الرئيسي والجهد المتوسط والجهد الأصغر) (جهد ثلاثي).
    إذا كانت الصخور في وضعية الراحة ضمن صفائح ثابتة أو مستقرة فإنه يسود في هذه الأجزاء من القشرة الأرضية جهداً من النوع الهيدروستاتيكي نسميه ضغطاً ليتو ستاتيكياً والذي يزداد مع العمق، بحيث يمكن القول أن القشرة تتصرف كسائل لزج جداً لا تظهر خواصه إلا على مقاييس زمنية محددة، ولا تستمر إلا لفترات قصيرة من رتبة الثانية لذا لا نعتبر أن القشرة تتصرف كصلب.
    
• منحنيات الجهد والتشوه: إذا تغير التشوه في الصخور الأرضية فإننا نحصل على منحنى تشوه جهد، إلا أنه يمكن التأكد أن المنحنيات تتغير بشكل كبير تبعاً للصخور ولشروط التجربة الجيولوجية مما يسمح بدراسة سلوكية الصخور، إن بداية تشوه المنحنى تكون من جهود تتوافق عادة مع مستقيم ذو ميل حاد مما يشير إلى أن التشوه قليل الأهمية، وأنه توجد علاقة خطية بين الجهد والتشوه.
  وهذه المرحلة الأولى من التشوه توافق ما يسمى بالمجال المرن، بحيث أنه إذا رفع الجهد المطبق يعود الجسم إلى وضعيته الأولى، بعض الصخور تستطيع الوصول إلى نقطة التقطع وهي لا تزال ضمن المجال المرن أو في بداية التشوهات البلاستية (اللدنة) فيقال إن القطع هش.
  وعندما لا تكون الصخور هشة فإن منحنى الجهد ينحني شيئاً فشيئاً، وميله يقل آخذاً شكل سطحية، وإذا رفعنا الجهد فإن الصخر لا يعود إلى وضعه الأول، وإنما يبدو وكأنه عانى من تشوه دائم، ونقول إننا في مجال التشوه اللدن.
  إن الحدود بين المجال المرن والمجال اللدن تتوافق مع نقطة انحناء المنحنى وليس من السهل تحديد موقع هذه النقطة دوماً، ففي المجال اللدن يمكن أن يظهر المنحنى للجهد بعدة أشكال، فقد يحتفظ ببعض الميل مما يشير إلى أنه يجب إضافة جهد حتى يزداد التشوه، وقد يكون معدوم الميل وفي هذه الحالة هناك تشوه لدن دون زيادة الجهد، ونقول في هذه الحالة إن الصخر لدن بشكل مثالي.
  
• منحنيات الزمن للتشوه: عادة تتم التجارب بشكل سريع خلال عدة دقائق أو عدة ساعات، بحيث أن تأثير الوقت لا يمكن دراسته، كما أننا نعلم أن الزمن يلعب دوراً هاماً على المقياس الزمني الجيولوجي.