応力と緊張は基本的な概念です。 構造地質学 その方法を説明するもの 岩 地殻変動やその他の形態の変形に反応します。 応力は岩石に作用する単位面積あたりの力を指し、ひずみは結果として生じる岩石の変形または形状の変化を指します。
応力は圧縮応力、引張応力、せん断応力のXNUMX種類に分類できます。 圧縮応力は岩石が圧迫されたり押し合わされたりすると発生し、引張応力は岩石が引き離されたり引き伸ばされたりすると発生します。 せん断応力は、岩石が互いに反対方向に滑り抜ける力を受けると発生します。
ひずみは弾性ひずみと塑性ひずみのXNUMX種類に分類できます。 弾性ひずみは、岩石が応力に応じて変形するときに発生しますが、応力が取り除かれると元の形状に戻ります。 塑性ひずみは、岩石が応力に応じて変形するときに発生し、応力が取り除かれても元の形状に戻らなくなります。 その代わり、岩石は永久に変形したままになります。
応力とひずみは、さまざまなタイプの地殻変動や地質学的プロセスの下で岩石がどのように動作するかを理解するための枠組みを提供するため、構造地質学における重要な概念です。 応力とひずみを研究することで、地球科学者は、地域の地質学的歴史や、次のような地質学的危険の可能性についての洞察を得ることができます。 地震 や 地滑り。 さらに、応力とひずみを理解することは、資源の探査と抽出、さらには新しい技術や材料の開発にとって不可欠です。 全体として、応力とひずみは構造地質学の基本概念であり、地球の地殻を形成するプロセスを理解するために不可欠です。
内容
ストレスの種類
圧縮応力
圧縮応力は、岩石が押しつぶされたり、押し合わされたりするときに発生する応力の一種です。 このタイプの応力は通常、XNUMX つのプレートが衝突して互いに押し付けられるプレート収束などの地殻構造プロセスに関連しています。
圧縮応力下では、岩石の強度と加えられる応力の量に応じて、岩石はさまざまな変形プロセスを受ける可能性があります。 弱い岩石では、 堆積岩、圧縮応力により、岩石層が圧縮されて変形する褶曲や断層が発生する可能性があります。 変成岩や岩石などのより強い岩石では、 火成岩、圧縮応力により、破損または粉砕が発生する可能性があります。
圧縮応力は、次のような地質構造の形成にも重要な影響を与える可能性があります。 山 範囲。 XNUMX つのプレートが収束すると、それらの間の岩石は圧縮応力を受け、変形や隆起を引き起こす可能性があります。 時間の経過とともに、このプロセスは、 つながる 山の形成まで。
全体として、圧縮応力は構造地質学における重要な種類の応力であり、岩石や地質構造の変形と形成に重大な影響を及ぼします。 圧縮応力とその影響を研究することで、地球科学者は地球の地殻を形成する地殻変動についての洞察を得ることができます。
引張応力
引張応力は、岩石が引き離されたり伸びたりするときに発生する応力の一種です。 このタイプの応力は通常、XNUMX つのプレートが互いに遠ざかる分岐プレート境界などの地殻構造プロセスに関連しています。
引張応力下では、岩石の強度と加えられる応力の量に応じて、岩石はさまざまな変形プロセスを受ける可能性があります。 堆積岩などの弱い岩石では、引張応力により、岩層が引き離されて節理や亀裂が形成されることがあります。 火成岩や岩石などのより強い岩石では、 変成岩、引張応力により、岩石が伸びたり薄くなったりする可能性があります。
引張応力は、地溝帯などの地質構造の形成にも重要な影響を与える可能性があります。 XNUMX つのプレートが分岐すると、それらの間の岩石に張力がかかり、岩石が伸びて薄くなることがあります。 時間の経過とともに、このプロセスは地溝帯の形成につながる可能性があります。
全体として、引張応力は構造地質学における重要な種類の応力であり、岩石や地質構造の変形と形成に重大な影響を及ぼします。 張力応力とその影響を研究することで、地球科学者は地球の地殻を形成する地殻変動についての洞察を得ることができます。
せん断応力
せん断応力は、岩石が互いに反対方向に滑り抜ける力を受けたときに発生する応力の一種です。 このタイプの応力は通常、XNUMX つのプレートが互いに滑りながら通過するトランスフォーム プレート境界などの地殻構造プロセスに関連しています。
せん断応力下では、岩石の強度と加えられる応力の量に応じて、岩石はさまざまな変形プロセスを受ける可能性があります。 堆積岩などの弱い岩石では、せん断応力により、 欠点、そこでは岩が弱い面に沿って互いに滑り過ぎます。 火成岩や変成岩などのより強い岩石では、せん断応力によって延性変形が発生し、岩層が曲がったり折り畳まれたりすることがあります。
せん断応力は、次のような地質構造の形成にも重要な影響を与える可能性があります。 障害 ゾーン。 岩石がせん断応力を受けると、将来的に変形しやすくなる脆弱な領域が発生する可能性があります。 時間が経つと、これらのゾーンは断層帯になる可能性があり、資源探査や地震などの地質学的危険に重要な影響を与える可能性があります。
全体として、せん断応力は構造地質学における重要な種類の応力であり、岩石や地質構造の変形と形成に重大な影響を及ぼします。 せん断応力とその影響を研究することで、地球科学者は地球の地殻を形成する地殻変動についての洞察を得ることができます。
それぞれのストレスの例
それぞれの種類のストレスの例をいくつか示します。
- 圧縮応力:
- XNUMXつの大陸プレートが衝突し、ヒマラヤなどの山脈が形成される。
- 堆積岩の圧縮により、 折り目 そして衝上断層。
- 隕石衝突などの衝突事象は、圧縮応力を引き起こし、変形構造の形成につながる可能性があります。
- 引張応力:
- XNUMX つのプレートの分岐により、東アフリカ地溝帯などの地溝帯が形成されます。
- 地球の地殻が伸びて薄くなり、正断層や地溝が形成されます。
- マグマが冷えて固まり、柱状節理が形成されます。
- せん断応力：
- プレート境界を変換します。たとえば、 サンアンドレアス断層 カリフォルニアでは、XNUMXつのプレートが互いに滑りながら通過します。
- せん断応力による岩石の延性変形。ひだやへき開の形成につながります。
- 氷河の移動。せん断応力を引き起こし、氷河の縞模様などの形成につながります。 地形.
これらはほんの数例であり、さまざまな種類の応力から生じる可能性のある地質学的プロセスや構造は他にも数多くあります。
ひずみの種類
弾性ひずみ
弾性ひずみは、材料に応力がかかったときに材料に発生する変形の一種ですが、応力が取り除かれると元の形状とサイズに戻ることができます。 これは、材料が応力が加わるとバネのように弾性的に動作するためです。
材料が応力を受けると、材料内の原子間の結合が伸張または圧縮されます。 弾性材料では、これらの結合は一時的に伸びたり縮んだりすることがありますが、応力が取り除かれると元の長さに戻ります。 これは、材料が永久変形や損傷を受けないことを意味します。
材料が受けることができる弾性ひずみの量は、その弾性または剛性によって異なります。 一部の種類の金属など、より弾性が高いまたはより硬い材料は、弾性の限界または降伏点に達する前に、より大きな弾性歪みを受ける可能性があります。 降伏点を超えると、材料は塑性変形を起こす可能性があり、応力が取り除かれても永久に変形して元の形状に戻らなくなります。
弾性ひずみは、応力下での岩石の挙動や時間の経過とともに岩石がどのように変形するかを説明するのに役立つため、構造地質学における重要な概念です。 岩石の弾性特性を研究することで、地球科学者は、岩石がさまざまな種類の応力にどのように反応するか、また岩石が断層、褶曲、その他の変形特徴などの地質構造の形成にどのように寄与するかをより深く理解できるようになります。
塑性ひずみ
塑性ひずみは、材料が弾性限界を超える応力を受けたときに材料に発生する変形の一種です。 弾性ひずみとは異なり、塑性ひずみは永久的かつ不可逆的です。つまり、応力が取り除かれると材料は元の形状やサイズに戻りません。
材料がその弾性限界を超える応力にさらされると、材料内の原子間の結合が破壊され、再配置され始めます。 これにより、応力が除去されると結合は元の状態に戻らなくなるため、材料に永久変形が生じます。
材料が受ける可能性のある塑性ひずみの量は、その組成、構造、加えられる応力の種類と量によって異なります。 金属や一部の種類の岩石などの一部の材料は、大きな塑性ひずみを受けても割れたり壊れたりすることがありませんが、他の材料はより容易に破壊する可能性があります。
構造地質学では、塑性ひずみは褶曲、断層、せん断帯などの多くの地質構造の永久変形と形成に関与するため、重要な概念です。 岩石の塑性特性を研究することで、地球科学者は、さまざまな種類や量の応力の下で岩石がどのように変形するのか、また地質構造が時間の経過とともにどのように進化するのかをより深く理解できるようになります。
ストレスと緊張の関係
応力は材料に加えられる力であるのに対し、ひずみはその力の下で生じる材料の変形であるため、応力とひずみは構造地質学において密接に関連する概念です。 応力とひずみの関係は、弾性の概念を使用して説明できます。
弾性とは、応力を受けると変形し、応力が取り除かれると元の形状とサイズに戻る材料の能力です。 弾性材料では、応力とひずみの関係は線形です。これは、変形量が加えられた応力に正比例することを意味します。
この関係は、フックの法則として知られる数学方程式 σ = Eε で説明できます。ここで、σ は応力、E は弾性率 (材料の剛性の尺度)、ε はひずみです。 フックの法則は、材料内の応力はひずみに比例し、その比例定数が弾性率であると述べています。
ただし、応力とひずみの間のこの線形関係は、降伏点として知られる特定の点までしか維持されません。 降伏点を超えると、材料は塑性変形を受け始め、応力とひずみの関係は非線形になります。 発生する塑性変形の量は、加えられる応力の種類と量、および材料の組成と構造によって異なります。
要約すると、弾性材料では応力とひずみの関係は線形であり、変形量は加えられた応力に直接比例します。 降伏点を超えると、材料は塑性変形し、関係は非線形になります。 この関係を理解することは、岩石がどのように変形するか、断層や褶曲などの地質構造がどのように形成されるかを理解するために重要です。
変形機構
変形メカニズムは、応力下で材料の変形を引き起こすプロセスです。 構造地質学では、岩石がどのように変形するのか、また褶曲、断層、せん断帯などの地質構造がどのように形成されるのかを理解するために、これらのメカニズムを理解することが重要です。
さまざまな材料、さまざまな種類と量の応力下で発生する可能性のある変形メカニズムがいくつかあります。 最も一般的なメカニズムには次のようなものがあります。
- 転位: これは、応力に応じた結晶格子内の原子の動きです。 転位は格子内の平面に沿って発生し、材料の変形を引き起こす可能性があります。
- ツインニング: これは、特定の種類の結晶で発生する変形メカニズムであり、結晶格子の一部が別の部分を反映し、形状が変化します。
- 粒界滑り: これは多結晶材料で発生し、応力に応じて粒子が境界に沿って互いに滑ります。
- 骨折: 応力による材料の破壊であり、岩石などの脆性材料で発生する可能性があります。
- 延性流れ: これは、金属や一部の岩石など、塑性変形が可能な材料で発生する変形メカニズムです。 延性流動には、応力下での破壊を伴わない材料の永久変形が含まれます。
材料に発生する特定の変形メカニズムは、適用される応力の種類と量、材料の組成と構造、温度と圧力条件などのさまざまな要因によって異なります。 これらのメカニズムを理解することで、地球科学者はさまざまな種類の応力の下で岩石がどのように変形するのか、そして時間の経過とともに地質構造がどのように形成されるのかをより深く理解できるようになります。
脆性変形
脆性変形は、岩石やその他の材料が比較的短期間に高い応力にさらされたときに発生する変形の一種です。 このタイプの変形は、加えられた応力に応じて材料が破損するときに発生する亀裂または断層の形成によって特徴付けられます。
脆性変形は通常、比較的低い温度と圧力にさらされる地表近くの岩石で発生します。 また、地震やその他の地震現象に伴う応力の突然の急速な変化にさらされた岩石でも発生することがあります。
岩石が十分に高い応力にさらされると、脆弱面に沿って破壊され、亀裂や断層が形成されることがあります。 亀裂は、亀裂の両側で岩石の大きな変位を伴わない岩石の亀裂ですが、断層は亀裂の両側で岩石の大きな変位を伴います。
地震に加えて、脆性変形は、採掘や採石活動、トンネルやその他の地下構造物の掘削に関連する応力など、他の種類の応力に応じて発生することもあります。 脆性変形を理解することは、これらの活動が周囲の地質や環境に及ぼす潜在的な影響を予測し、軽減するために重要です。
延性変形
延性変形は、岩石やその他の材料が長期間にわたって高い応力にさらされたときに生じる変形の一種です。 このタイプの変形は、材料が破壊されることなく永久に曲げ、流動、または伸長することを特徴とします。
延性変形は通常、地殻の深部で見られるような、高圧と高温にさらされた岩石で発生します。 また、長期間にわたってゆっくりとした着実な応力変化にさらされた岩石でも発生することがあります。
岩石が延性変形を受けると、ひだ、劈開面、線状などの特徴が現れることがあります。 これらの特徴は、応力下での岩石の永久変形の結果です。
脆性変形とは対照的に、延性変形には、材料内の原子または分子間の結合が破壊されるのではなく、それらの永久的な再配列が含まれます。 この再配置は、前述したように、転位、双晶化、粒界滑りなどのプロセスを通じて発生する可能性があります。
延性変形を理解することは、地域の地質学的歴史を解釈し、さまざまな種類の応力下で岩石がどのように動作するかを予測するために重要です。 また、高応力下および長期間にわたる材料の挙動についての洞察が得られるため、工学および材料科学の多くのアプリケーションにとっても重要です。
変形機構に影響を与える要因
変形メカニズムは、次のようなさまざまな要因の影響を受けます。
- 温度: 温度は変形メカニズムに大きな影響を与えます。 低温では、変形は通常脆くなりますが、高温では、変形は通常延性になります。
- 圧力: 圧力も変形メカニズムに影響します。 圧力が高いと延性変形が促進される傾向があり、圧力が低いと脆性変形が促進されます。
- ひずみ速度: 材料の変形速度も変形メカニズムに影響を与える可能性があります。 変形速度が速いと脆性変形が有利になる傾向があり、変形速度が遅いと延性変形が有利になる傾向があります。
- 構成: 変形される材料の組成も、変形メカニズムに影響を与える可能性があります。 脆性が多い材料 ミネラル、 といった 石英、延性鉱物を多量に含む材料は脆性変形を示す傾向があります。 マイカ or 長石、延性変形を示す傾向があります。
- 粒径: 材料の粒径も変形メカニズムに影響を与える可能性があります。 粒子サイズが小さいと延性変形が有利になる傾向があり、粒子サイズが大きいと脆性変形が有利になる傾向があります。
- 流体: 水などの流体の存在も、変形メカニズムに影響を与える可能性があります。 流体は粒界を潤滑して移動や変形を容易にするだけでなく、変形する材料の特性を変える化学反応を促進することもできます。
- 時間: 応力の持続時間も変形メカニズムに影響します。 ゆっくりとした持続的な応力は延性変形を促進する傾向があり、急速で短期間の応力は脆性変形を促進する傾向があります。
これらの要因はすべて複雑に相互作用する可能性があるため、特定の状況でどのような変形メカニズムが発生するかを予測することが困難になります。 ただし、変形メカニズムに影響を与える要因を理解することで、地質学者や技術者は、さまざまな種類の応力下で岩石やその他の材料がどのように動作するかについて、より多くの情報に基づいた予測を行うことができます。
岩石の応力とひずみ
応力とひずみは、変形下の岩石の挙動を理解する上で重要な概念です。 岩石は、地殻変動、重力、温度や圧力の変化など、さまざまな原因からの応力を受けます。 岩石が応力を受けると変形が起こり、形状や体積が変化することがあります。 応力とその結果として生じるひずみとの関係は、岩石の挙動を理解する上で重要な要素です。
岩石の応力は、圧縮応力、引張応力、せん断応力の XNUMX 種類に分類できます。 圧縮応力は、XNUMX つのプレートが衝突するときなど、岩石が押しつぶされるときに発生します。 引張応力は、XNUMX つのプレートが互いに離れるときなど、岩石が引き伸ばされるときに発生します。 せん断応力は、岩石が反対方向に押され、岩石が互いに滑り合うときに発生します。
岩石に応力がかかると、弾性変形、塑性変形、破壊が起こることがあります。 弾性変形は、岩石が応力を受けて変形するときに発生しますが、応力が取り除かれると元の形状に戻ります。 塑性変形は、岩石が応力下で破壊せずに永久に変形するときに発生します。 亀裂は、岩石にかかる応力がその強度を超えたときに発生し、その結果、岩石が砕けます。
岩石の応力とひずみの関係は、通常、応力-ひずみ曲線で表されます。 この曲線は、岩石が応力の増加にどのように反応するかを示しており、岩石が塑性変形または破壊を起こす点を予測するのに役立ちます。 岩石の応力-ひずみ曲線には通常、弾性変形、塑性変形、破壊の XNUMX つの領域があります。
岩石の応力とひずみを理解することは、地質学、工学、材料科学などのさまざまな分野で重要です。 さまざまな種類やレベルの応力下で岩石がどのように動作するかを理解することで、科学者や技術者は、構造や材料がさまざまな条件下でどのように機能するかをより適切に予測し、損傷を軽減し故障を防ぐための戦略を立てることができます。
キーポイントのまとめ
以下に、構造地質学における応力とひずみに関連する重要なポイントをまとめます。
- 応力は単位面積あたりに材料にかかる力であり、ひずみは結果として生じる変形または形状の変化です。
- 応力には、圧縮応力、引張応力、せん断応力の XNUMX 種類があります。
- プレートの動きなどのさまざまな地殻変動を通じて岩石に応力が加わり、変形や地質構造が生じる可能性があります。
- ひずみには弾性ひずみと塑性ひずみの XNUMX 種類があります。 弾性ひずみは可逆的であり、応力が除去されると岩石は元の形状に戻ります。 塑性ひずみは不可逆的であり、岩石に永久変形を引き起こします。
- 応力の種類、変形速度、その他の要因に応じて、脆性変形や延性変形などの変形メカニズムが発生する可能性があります。
- 応力およびひずみ解析は、地質構造、資源探査、地盤工学、自然災害などを理解するために使用されます。 プレートテクトニクス.
全体として、応力とひずみは構造地質学の基本的な概念であり、これにより応力下の岩石の挙動や、地質構造がどのように形成され、時間の経過とともに進化するかを理解することができます。
