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Deformatie

Falten in metamorphem Gestein in Galicien, Beispiel für duktile Verformung

Verformung von a Fest Material, zum Beispiel a Felsen, ist ein Prozess, bei dem die mechanische Spannung (Englisch: Stress), die im Material vorherrscht, führt zu Verformungen (Englisch: strapa) des Materials. Es kann unterschieden werden zwischen duktile Verformung, wo das Material "ganz bleibt" und spröde Verformung wo das Material bricht.

in Felsen sein Falte, Gleitzonen und Linsen Produkte der duktilen Verformung, während Brüche das Ergebnis spröder Verformung. Alle Felsen verformen sich, einer noch nicht konsolidiert Sediment verformt sich auch. Von Deformation ist eigentlich nur dann wirklich die Rede, wenn die Art der Deformation im Gestein sichtbar wird Strukturen abgeleitet werden kann. EIN Folierung kann beispielsweise eine bevorzugte Faltenrichtung angeben.

Physische Beschreibung

Weitere Hintergrundinformationen finden Sie im Artikel Kontinuumsmechanik.

Mechanische Ursache der Verformung

Das Ausmaß und die Art der Verformung hängen von einer Reihe von physikalischen Größen ab. Die wichtigste davon ist die mechanische Spannung (gekennzeichnet durch σ). Spannung ist die Kraft (F), die auf eine bestimmte Oberfläche (A) einwirkt:

${displaystyle sigma ={frac {F}{A}}}$

Dies ist ein Ausdruck für die mechanische Beanspruchung in zwei Dimensionen. Um die Verformung eines Materials zu untersuchen, müssen jedoch drei Dimensionen berücksichtigt werden. Wenn die Spannung auf das Material in alle Richtungen gleich ist, heißt sie a Begrenzungsdruck (angezeigt durch das Symbol σ₃ oder P_c), was gleich dem ist innerer Zusammenhalt des Materials.

In Gesteinen in der Erdkruste ist dies Begrenzungsdruck gleich dem effektiven Druck, der lithostatischer Druck abzüglich der Porendruck:

${displaystyle P_{e}=sigma_{3}-P_{p}}$

Das bedeutet, je höher die Spannung des Porenwasser im Gestein, desto kleiner ist der Zusammenhalt und desto schneller verformt sich das Gestein.

Eine große Belastung eines Materials in alle Richtungen führt nicht sofort zu einer Verformung. Dies geschieht nur, wenn der Spannungszustand nicht in alle Richtungen gleich ist. In diesem Fall spricht man von a Differenzspannung (σ_d, Englisch: Differenzspannung), die gleich der Differenz zwischen der maximalen und minimalen Spannung ist (d. h. jeweils vel respievelijk₁ und₃):

${displaystyle sigma _{D}=sigma _{1}-sigma _{3}}$

Diese Differenzspannung ist der zugrunde liegende Grund für die Verformung eines Materials. Spannungen können aber auch parallel zu einer Fläche sein, dann spricht man von a Schubspannung. Auch Schubspannungen verursachen Verformungen.

Es gibt mehrere Faktoren, die einen Einfluss haben, z Materialkonstanten des jeweiligen Materials und der Temperatur. Bei höheren Temperaturen sind Materialien „weicher“ und verformen sich eher.

Beschreibung der Verformung

rutschen (Schubdehnung) wird verursacht durch a Schubspannung (F) auf einer Oberfläche (A) eines Materials. Das Gleiten ändert nicht das Volumen, sondern die Geometrie des Materials.

Das Ausmaß der Verformung eines Materials wird durch die Größe indicated Verformung (Englisch: Belastung; gekennzeichnet durch das Zeichen ε). Die Verformung ist das Verhältnis zwischen der Länge nach der Verformung und der Längendifferenz aufgrund der Verformung:

${displaystyle epsilon ={frac {l}{l-l_{0}}}}$

Schubspannungen führen zu der Art der Verformung, die rutschen (Englisch: scheren) wird genannt. Beim Gleiten ändert sich das Volumen des Materials nicht, aber die Geometrie. Das Tangente des Winkels zwischen einer ursprünglich senkrecht zur Scherfläche verlaufenden Linie und ihrer neuen Orientierung ist die Schubverformung (Englisch: Schubdehnung, gekennzeichnet durch ein γ):

${displaystyle gamma = ein heta }$

Wichtig ist auch die Geschwindigkeit der (Gleit-) Verformung (Englisch: (Scher-)Dehnungsrate; gekennzeichnet durch das Zeichen ${Displaystil {Punkt {Epsilon}}}$ ):

${displaystyle {dot {epsilon}}={frac {depsilon }{dt}}}$ und ${displaystyle {dot {gamma}}={frac {dgamma }{dt}}}$

Für den Fall, dass das Material in eine Richtung ohne Scherung (koaxiale Verformung) abgeflacht wird, spricht man von reine Schere. Wenn nur Scherung und keine Abflachung auftritt, heißt es einfache Schere.

Modelle für Verformung

Materialien können auf unterschiedliche Weise auf mechanische Beanspruchung reagieren. Erstens kann ein Material brechen, das nennt man spröde Verformung. Das Material verliert seinen inneren Zusammenhalt.

Eine andere Möglichkeit, wie Material auf eine Spannung reagieren kann, ist durch elastisches Verhalten. Die Verformung ist dann linear abhängig der Spannung, aber alle Verformungen sind reversibel, d. h. wenn die Spannung beseitigt wird, wird die Verformung rückgängig gemacht. Ein Beispiel ist ein Gummiband, das wie a . gedehnt wird Zugspannung angelegt wird, kehrt es nach dem Loslassen der Spannung in seine ursprüngliche Form zurück.

Biene linear-viskoses Verhalten Es besteht auch eine lineare Beziehung zwischen der aufgebrachten Spannung und der Verformung, aber die Verformung wird nicht umgekehrt, wenn die Spannung verloren geht, die Verformung ist irreversibel. Das Ausmaß der Verformung hängt von der Viskosität des Materials.

Biene plastisches oder duktiles Verhalten es gibt auch einen irreversiblen Prozess. Im Gegensatz zur linear-viskosen Verformung ist jedoch ein gewisses Maß an Spannung erforderlich, bevor eine Verformung auftritt. Somit ist der Zusammenhang zwischen Spannung und Verformung nicht linear.

In der Natur tritt eine dieser Situationen fast nie alleine auf, meist gibt es eine Kombination.

Mikroskalige Mechanismen

Schleich

Die Verformung erfolgt im Mikromaßstab durch Massenverdrängung (in Form von Partikeln als Atome oder Ionen). EIN kristalline Substanz besteht aus Kristalle ("Granulat"), die aus einem regelmäßigen Kristallgitter. In einem Kristallgitter haben alle Atome regelmäßige Abstände voneinander, aber es gibt auch Unvollkommenheiten (Defekte). Es gibt eine Reihe von Mechanismen, durch die Kristallmasse im Inneren bewegt werden kann. Der einfachste Weg ist, wenn Kristalle brechen und aneinander vorbeilaufen, zum Beispiel entlang der Stellen, an denen sich zwei Kristalle treffen (ein sogenanntes Korngrenze). Das ist thermodynamisch nicht die günstigste Art, Masse in einem Kristall zu bewegen, da es viel Energie kostet, alles zu bewegen Fesseln des Kristalls in einer Ebene. In einem körniges Material (so wie ein nicht konsolidiert rocken wie Sand) können sich die Körner aneinander vorbeibewegen, wodurch sich das Material als Ganzes verformt, alle diese Mechanismen fallen unter spröde Verformung im Mikromaßstab.

Die einfachste Art von Defekten in einem Kristallgitter besteht an einer Stelle, an der sich normalerweise ein bestimmtes Teilchen befinden würde, jetzt in einem Hohlraum (Stellenangebot) oder ein anderes Teilchen (a Verunreinigung oder ein interstitial) befindet sich. Dies wird als Punktdefekt bezeichnet. Durch Diffusion können punktförmige Defekte durch Kristallgitter bewegen, dies wird zu Diffusionskriechen (Englisch: Diffusionskriechen) erwähnt. Wie alle Diffusion wird die Diffusion von Punktdefekten in einem Kristallgitter durch einen Konzentrationsunterschied angetrieben. Die Differenzspannung sorgt dafür, dass Punktfehler in Richtung der kleinsten Spannung entstehen, während sie in Richtung der größten Spannung verschwinden. Fluss von Stellenangebote zu einem bestimmten Teil eines Kristalls ist gleichbedeutend mit der Verschiebung von Partikeln in die entgegengesetzte Richtung.

In Kristallen können neben Punktdefekten auch Liniendefekte auftreten, die Verrenkungen werden genannt. Die Verschiebung von Versetzungen erfolgt durch einen Mechanismus, der Versetzungskriechen (Englisch: Versetzungskriechen) wird genannt. Das Versetzungskriechen führt wie das Diffusionskriechen zu einer Massenverschiebung.

Zwillinge

Neben der Verdrängung von Defekten kann sich ein Kristall auch durch die Bildung von Zwillingen verformen. Ein Teil der Kristallstruktur kippt sozusagen um, so dass ein Gleiten auftritt. Beispiele von Mineralien in denen Zwillinge vorkommen sind Calcit und sicher Feldspäte.

Drucklösung

Ein weiteres Verfahren ist die Drucklösung (Englisch: Drucklösung), die nur erfolgen kann, wenn ausreichend Wasser im Material vorhanden ist. Auf Kristalloberflächen, die einer höheren Spannung ausgesetzt sind, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass Partikel Lösung auftreten, während sie in weniger beanspruchten Bereichen relativ mehr sein werden niederschlagen. Das Ergebnis ist, dass die Partikel in der Lösung in die kleinste Spannungsrichtung verschoben werden.

Landung in der Eifel, Beispiel für spröde Verformung

Studie

Die Untersuchung der Verformung ist innerhalb der strukturelle Geologie ein wichtiges Forschungsgebiet. Wir betrachten (Mikro-)Strukturen, um die Strukturgeschichte eines Gebietes zu verstehen oder Formation kennen lernen. Oft gibt es auch mineralogisch Veränderungen haben stattgefunden, die etwas über die metamorphe Fazies denen ein Fels ausgesetzt wurde. Metamorphose und Verformung gehen oft Hand in Hand, aber dies muss nicht der Fall sein und die beiden Prozesse sollten nicht verwechselt werden.

Siehe auch

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