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1.介紹

地理學家稱珠穆朗瑪峰的頂峰為“世界之巔”,因為這座位於亞洲中南部喜馬拉雅山脈的山比地球上任何一座山都要高。珠穆朗瑪峰海拔8.84km,幾乎是現代噴氣式飛機的巡航高度。

1953年,埃德蒙·希拉里爵士從紐約和尼泊爾導遊丹增·諾爾蓋(Tenzing Norgay)成為第一個登頂珠峰的人。山脈對非登山者也有吸引力,因為幾乎每個人都喜歡雪峰的景色。陡峭的懸崖,清新的空氣,草地,森林,溪流和冰川的山地景觀提供了一個逃避世俗的避難所。

除了在熱點上形成的大型火山外,山脈並不是孤立存在的,而是在被稱為“山帶”或“造山帶”的隆起的陸地上。為了建造這樣的地帶,必須將數千立方千米的岩石在重力的作用下推向天空。

顯然,山脈的存在是地球動態活動最明顯的跡象之一!現在的全球地圖顯示了大約十幾個主要的和許多較小的造山帶。此外,許多現在是低地的地方在遙遠的過去是山。

因此,造山運動,即山帶形成的過程,在地球的歷史上已經在許多地方發生了很多次。

世界主要山脈的位置

世界主要山脈的位置

造山運動不僅導致岩石隆起,而且導致岩石發生變形,這是一個岩石彎曲、斷裂或流動的過程。由變形產生的地質構造特徵,包括節理(自然裂縫)、斷層(岩石滑過另一巖體的裂縫)和褶皺(岩層的彎曲)和葉理(在變形過程中發生變質作用形成的岩層)。

一個特定的造山事件可能會持續數千萬年。然而,一旦土地開始上升到山脈地帶,侵蝕就開始把它磨掉,產生沉積物,雕刻出壯觀的鋸齒狀景觀。侵蝕是切割懸崖、山谷和山峰的力量,沒有它,一個山脈可能只是一個高地地區。

侵蝕和隆起的戰鬥,形成了造山帶。當隆升停止時,侵蝕最終會將山脈削至接近海平面的高度。但是,即使在高峰消失後,低窪地帶的斷裂、扭曲和變質的岩石仍然存在。這些傷疤是這片曾經的高山地區永久的紀念碑。

2.岩石變形2.1變形是什麼?

為了直觀地理解地質學家所說的變形,讓我們對比一下沒有受到造山影響的岩石和已經受到影響的岩石。未變形的例子來自北美內陸平原的一條路塹,變形的例子來自歐洲山脈地帶阿爾卑斯的一個懸崖。

路塹暴露了被一些節理切割的接近水平的砂岩、頁岩和石灰岩層。露頭砂岩中的砂粒幾乎是球形的(與它們被沉積時的形狀相同),頁岩中的粘土薄片大致與層理平面平行。

當我們說這個露頭未變形時,我們的意思是它不包含任何地質構造,除了一些節理。阿爾卑斯懸崖的岩石看起來很不一樣。在這裡,我們發現了石英岩、板岩和大理石(砂岩、頁岩和石灰岩的變質等分物)被扭曲成褶皺,因此岩層不是水平的,而是波浪形的。

平坦的岩層沿公路在內陸平原分佈,岩石被侵蝕後形成的一些節理清晰可見;變形使岩層發生褶皺和斷裂作用

在變形過程中,岩石會經歷一種或多種以下變化:1)位置變化或位移;2)改變方向或旋轉;3)形狀的變化。

巖體位置的變化稱為位移;巖體傾斜時,發生旋轉;當岩石改變形狀時,就會發生變形

地質學家把巖體或地殼區域在變形過程中的變形量稱為應變。根據整體形狀變化的性質,可以區分不同型別的應變。具體地說,如果岩層變長,它就經歷了拉伸或延伸,而如果岩層變短,它就經歷了縮短。如果形狀的變化涉及到岩石的一部分橫向移動超過另一部分,它就經歷了剪下應變。

變形示意圖

2.2脆性變形與塑性變形

把一個瓷盤掉在堅硬的地板上,它會摔成碎片。材料破裂或斷裂,形成不再粘在一起的碎片的過程,即脆性變形。節理和斷層的形成是岩石脆性變形的一個例子。在書和桌面之間擠一個軟麵糰,或者彎曲一根口香糖。

物體在沒有明顯破裂的情況下改變形狀的過程,即塑性變形。褶皺的形成是塑性變形的地質例項。每天都有變形的例子,比如打碎盤子或擠麵糰,它們發生的速度快得足以讓你看到。相比之下,山脈的地質變形通常發生得非常緩慢(以每年不到幾毫米到幾釐米的速度),你一輩子都看不見它。

在變形過程中,岩石內部究竟發生了什麼?組成礦物顆粒的原子是透過化學鍵相互連線的。在脆性變形過程中,許多化學鍵斷裂,導致裂縫的形成。在塑性變形過程中,一些化學鍵斷裂,但新的化學鍵很快形成。透過這種方式,岩石內部的原子重新排列,岩石在不破裂的情況下逐漸改變形狀。

是什麼決定了岩石是脆性變形還是塑性變形?岩石的變形行為取決於以下幾個因素:

2.2.1溫度

加熱使材料變軟,所以較熱的岩石傾向於塑性變形,而較冷的岩石傾向於脆性變形

2.2.2壓力

在地球深處的巨大壓力下,岩石比在地表附近的較低壓力下更具塑性。壓力能有效地防止岩石變形時分裂成碎片

2.2.3變形率

形狀的突然變化會導致脆性變形,而形狀的緩慢變化會導致塑性變形。壓力和溫度都隨著地底深度的增加而增加。在典型的大陸地殼中,岩石在深度0~10以下時通常表現為脆性變形,在15千米的深度以下為塑性變形。

例如,你的體重施加在易拉罐頂部的力會壓碎易拉罐,但同樣的力施加在100個易拉罐頂部卻不會。應力的概念如何應用於地質學?

在造山過程中,一個板塊與另一個板塊相互作用的力分佈在兩個板塊之間的接觸面上,因此在任何特定位置產生的變形實際上取決於該位置產生的應力型別,而不是整體的力。

應力和力的區別,應力是單位面積上的力

在不同的地質環境下,地殼中會產生不同型別的應力。擠壓岩石產生壓縮,拉岩石產生張力,將岩石的一部分相對於另一部分推向一邊產生剪下。

我們熟悉的“壓力”這個詞實際上指的是一種特殊的應力狀態,當作用於一個物體的所有方面的應力是相同的時候,就會發生這種情況。

在地質學中,應力指的是壓縮、張力或剪下,而應變是對變形引起的形狀變化的測量。壓力可以使物體變小,但不會使它改變形狀。有了關於應力和應變的知識,我們現在可以研究各種地質構造的性質和起源。

張力、剪下力、壓力

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