הגורמים לקימוט.
להיווצרותם של קמטים אחראים כמה גורמים:
תכונות המסלע והקשר לקמטים.
חלקו העליון של קרום כדור הארץ מתאפיין באזורים פעילים מבחינה סייסמית, הנשלטים על ידי מעוות פריך שתוצאתו היווצרות סדקים ואובדן המשכיות של שכבות. חלקו התחתון של האזור הסייסמי קשור למעוות גמיש, המתרחש ללא אובדן המשכיות של השכבות. הקימוט נוטה להתרחש באזור הגמיש, אם כי עשוי להתרחש גם בעומק רב יותר בקרום. בנוסף, סידוק עשוי להיווצר בהקשר לקימוט, וכיוון הסדקים מצביע בבירור על היווצרותם כתוצאה מאותו מעוות שפעל במהלך הקימוט.
הקשר בין מעוות לסידוק.
חלוקת המעוות בתוך מסלע מקומט תלויה בתכונות המסלע ומשפיעה על דפוס הסידוק.
המסלע המקומט מורכב משכבות, והקימוט מכופף אותן ויוצר בהן קשתות: קשת חיצונית ופנימית. במודל פשוט של קמר תהיה הקשת החיצונית קשת של הארכה, מאחר שהיא נמתחת במרכזה ומתארכת במהלך הקימוט. הקשת הפנימית תהיה קשת של דחיסה, מאחר שהיא נלחצת במרכזה ומתקצרת במהלך הקימוט.
בשכבה איזוטרופית אחידה – דוגמת אבן חול או אבן גיר – תיצור חלוקת המעוות מצב בו שכבה אחת – המקבילה לשדה ההארכה של הקשת החיצונית – תהיה מופרדת מהשכבה המצויה לאורך שדה הדחיסה של הקשת הפנימית באמצעות משטח טבעי לאורכן, שבו לא מתקיים מעוות או שהמעוות בו קטן מאוד. מודל זה של חלוקת מעוות נקרא "מעוות קימוט של משיק אורכי" (tangential longtitudinal strain folding).
לעומת זאת, שכבה הומוגנית אנאיזוטרופית – דוגמת פצלים משוכבים היטב – עשויה להתקמט באמצעות החלקה מקבילה של השכבות זו על גבי זו. מודל זה של קימוט גמיש (flexural folding) נחלק לשניים:
שני המודלים יוצרים קמטים מקבילים, כלומר קמטים בעלי עובי אורתוגונלי קבוע. יש בכך הדגמה לעובדה כי לא ניתן להסיק את סוג המעוות שיצר את הקמט מהגאומטריה של חתך הקמט. עם זאת, הבדל המעוות בשני המודלים משקף את העובדה כי יש בתוכם שדות מעוות שונים, העשויים להוביל להיווצרות תבניות סידוק אופייניות שביכולתן לסייע בזיהוי סוגי הקימוט בשדה. לדוגמה, סדקי ההתארכות בקשת החיצונית וסדקי גזירה בקשת הפנימית מצביעים על מתיחה של הקשת החיצונית ודחיסה של הקשת הפנימית – כלומר, תבנית התואמת למעוות הקשור בקימוט של משיק אורכי.
מנגנוני קימוט.
היווצרות קמטים מתרחשת באמצעות מנגנונים שונים – חלקם סבילים וחלקם פעילים.
קימוט סביל.
בקימוט סביל אין חשיבות מכנית למבנה שכבתי. לדוגמה, בגוש צבעוני ומפוספס של חרסית נוצרים קמטים באמצעות הגברה של הפרעות קטנות ברצועות הצבעוניות, אולם לא מתקיים מעוות במבנה הכללי של הגוש. בחרסית המפוספסת ניכר הקימוט אך ורק בשל הבדלים בצבע השכבות – ולא יהיה ניכר בחומר שצבעו אחיד – אף שהמבנה הפנימי שלו השתנה.
גם טמפרטורות גבוהות עשויות ליצור תנאים מתאימים לקימוט סביל, השכיח בסלעים מותמרים. דוגמה לסלע שעוּות בטמפרטורת התכה או בטמפרטורה קרובה (Th = T/Tm) הוא מיגמטיט – המכיל לעיתים קרובות מבנים מורכבים של קימוט סביל. באופן דומה מתרחש קימוט סביל בקרחונים בהם נוצר מעוות סמוך לטמפרטורת ההתכה שלהם.
קימוט סביל עשוי להיווצר כתוצאה מהגברה של אי-סדירות טבעית בתוך השכבות, או שהוא תוצאה של זרימה דיפרנציאלית בנפח סלעי. דוגמה לקימוט סביל הנובע מזרימה דיפרנציאלית באזור גזירה מוגבל הוא "קמט נדן" (sheath fold), הנוצר כאשר חלקים מציר הקימוט מתקדמים מהר יותר מאחרים ונוצר נדן – מעין כיס סלעי, שציר הקימוט עובר במרכזו. כאשר מתבלה או נסחף קצהו של קמט נדן, הוא נחשף בדגם מעוגל המכונה "עין". קוטרם של קמטי נדן נע לרוב בין סנטימטר למטר אחד, אם כי מוכרים קמטי נדן שקוטר ה"עין" שלהם כ-200 מטרים ואורכם לפחות 15 ק"מ וייתכן שאף 25 ק"מ. קמטי נדן אלה מצויים בהרי צפון עומאן, והם מגובבים זה על זה בתוך מדף קרבונטי מן הפרם והטריאס.
קימוט פעיל.
לעומת קימוט סביל, בקימוט פעיל יש לשכבות המרכיבות את המסלע חשיבות מכנית. נוכחותן של שכבות בעלות תכונות שונות משפיעה על תבנית המעוות במסלע באמצעות ההתנהגות המנוגדת של שכבה אחת לעומת התנהגותה של אחרת. כמו כן, בניגוד לקימוט סביל ניכר הקימוט הפעיל במבנה החיצוני של המסלע.
קיימים שני מנגנוני קימוט פעיל הנבדלים זה מזה בכיוון פעולתם:
עיקום.
עיקום הוא תהליך הקימוט הנפוץ ביותר בכדור הארץ והוא מתרחש בעיקר כתוצאה מהתנגשות בין לוחות טקטוניים. במנגנון קימוט נפוץ זה פועל מאמץ הלחיצה המרבי במקביל לשכבות. כתוצאה מפעולתו נוצרים קמטים בסלעים בעלי תכונות מכניות אנאיזוטרופיות, המאורגנים לרוב במבנה שכבתי. במרבית המקרים מדובר באנאיזוטרופיה מכנית מישורית – כלומר, מבנה שכבתי אופקי – הנוצר באמצעות מגוון של תהליכים גאולוגיים:
עיקום מתרחש בקנה מידה גדול היוצר רכסי הרים דוגמת האלפים וההימלאיה במהלך אורוגנזה, ובקנה מידה קטן היוצר מבנים הניתנים לצפייה ישירה בשטח או במעבדה.
דרגות עיקום.
מערכות עיקום מתחלקות לארבעה סוגים, על פי דרגת המורכבות שלהן:
גאומטריה תלת-ממדית של קמטי עיקום.
מחקרים בשדה ובמודלים שחקרו את הגאומטריה התלת-ממדית של קמטי עיקום ואת הארגון המרחבי שלהם מראים כי לקמטים אלה מבנה פריקליני (periclinal) – מבנה מוארך של כיפה או אגן המשתפל או מתרומם אל פני השטח, למשל מפסגת קמר. המבנה הפריקליני של הקמט מתואר בדרך כלל באמצעות היחס בין חצי אורך הגל (משפל לשיא) לבין אורך הציר שלו. במחקרים אלה נמצא כי במרבית קמטי העיקום המצויים בחלקו העליון של הקרום מתקיים יחס שבין 5:1 ל-10:1.
כיפוף.
בניגוד לעיקום הפועל במקביל לשכבות, פועלים כוחות הכיפוף בזווית אלכסונית גדולה או בניצב למבנה השכבתי. הכיפוף נוצר באמצעות הטיה של השכבות, הנוצרת בתגובה ללחץ המופעל עליהן בעקיפין – בניגוד לעיקום הפועל ישירות על השכבות. בטבע מתרחש כיפוף במהלך היווצרות אגן, היווצרות עומס כיפוף (flexural loading) על הליתוספירה או במהלך התפתחות מונוקלינות מעל גושים מועתקים (fault blocks). תהליך זה חל על שכבות של סלעי משקע המכסות תשתית קשיחה יותר, המושפעות מתנועה אנכית לאורך העתקים בתשתית.
העתקה וכיפוף.
התנועה האנכית מתרחשת בשני אופנים בעת היווצרות העתקי הסטה אנכית:
תנועה אנכית משני הסוגים יוצרת מדרונות העתק בממשק המגע בין סלעי התשתית לסלעי הכיסוי.
לעומת זאת, בתנועה אופקית במהלך התהוות העתקי חילוף לא נוצרים מדרונות בממשק המגע. תנועה זו עשויה ליצור קמטים בסלעי הכיסוי לאורך ההעתק משני צדדיו, דוגמת אלה המקיפים את העתק סן אנדראס – בהתאם לתכונות הראולוגיות של סלעי הכיסוי.
הקמטים הנוצרים מעל העתקי הסטה אנכית אינם נובעים מתנועתם של גושי התשתית הקשיחים אלא כתוצאה מהתמשכות תנועת ההעתקה אל תוך סלעי הכיסוי. בהתאם לאופן היווצרותם מהווים קמטי כיפוף סמנים להימצאות העתקים בסלעי התשתית.
קמטי זרימה.
בנוסף להיווצרות קמטים בתהליכי עיקום וכיפוף, נוצרים קמטים בחומר זורם דוגמת לבה, מלח או קרח. להיווצרות קמטים בדרך זו אין צורך בקיום מערך מכני איזוטרופי במסלע. בתום התהליך ניכרות בו רצועות סימון פסיביות המצביעות על קיום פסי זרימה.
בניגוד לסוגי קמטים אחרים בהם נוצר הקימוט לאחר שהמסלע כבר נוצר בשלמותו, נוצרים קמטי זרימה במהלך היווצרותו.
מאפיינים.
קמטים נוצרים בגדלים שונים – מקמטים שהמרחקים בין ציריהם נמדדים בעשרות קילומטרים דוגמת רכסי הרים, ועד קמטים שאורך הגל שלהם קטן והם נראים רק בשקפים באמצעות מיקרוסקופ. גודלם של הקמטים אינו תלוי במנגנונים האחראים לקימוט, אם כי – כשמדובר בקמטים גדולים – יש להביא בחשבון את השפעת הכבידה עליהם.
קמטים עשויים להיות סימטריים או אסימטריים בצורתם, חריפים וניכרים או עדינים – תלוי בטבעם ובחוזקם של הכוחות שפעלו על המסלע ובנטייתו של המסלע להתעוות. הם נוטים להיווצר בקבוצות יותר מאשר כיחידים – באופן זה נוצרות חגורות קמטים או רכסי הרים. בקמט סימטרי נטיית הצלעות משני עברי מישור הקימוט דומה, ואילו בקמט אסימטרי נטיית הצלעות משני עברי מישור הקימוט אינה דומה. קמטים סימטריים נוצרים ממאמץ לחיצה לא סיבובי, ואילו קמטים אסימטריים נוצרים ממאמץ לחיצה סיבובי.
מבנה של קמטים.
המבנה הכללי של קמטים מורכב מכמה יחידות:
נטיית הצלעות בקמט מצוינת בשני אופנים:
גאומטריה של קמטים.
אף שקמטים הם מבנים תלת-ממדיים, נבחנת הגאומטריה שלהם בחתך דו-ממדי, המשמש לצורך בחינה ומיון. מאחר שהניתוח הגאומטרי מבוסס על נטייה בכיוון הקמט, נבחר חתך מסוים המראה פרופיל של הקמט היוצר זווית ישרה ביחס לציר הקימוט.
קמטים נחלקים לשני סוגים בהתאם ליחס הגאומטרי בין השכבות:
שני סוגים אלה מאפשרים ליצור חמישה חתכים שווי-זווית, המרכיבים את מלוא טווח האפשרויות למבנה גאומטרי של קמטים, הנבדלים זה מזה במידת ההתכנסות של הדיפים לעומת ציר הקימוט:
סוגי קמטים.
קמר, קער ומונוקלינה.
בקמטים נערכת חלוקה הנשענת על היחידות השונות במבנה. החלוקה הראשונית מחלקת את הקמטים לשני סוגים, על פי היחס בין אזור הציר והצלעות:
קמרים וקערים מופיעים לרוב ברצף של נקודות פיתול: הקערים מתחילים ומסתיימים בפסגת קמרים והקמרים מתחילים ומסתיימים בתחתית הקערים. אורכי הגל של הקמטים נמדדים בין פסגות קמרים סמוכים או בין קרקעיתם של קערים סמוכים. המשרעת של הקמט נמדדת כהבדל הגובה בין תחתית קער לפסגת קמר, וגודלה מהווה עדות לעוצמתם של הכוחות שפעלו בעת המעוות ולמשך הזמן שפעלו על המסלע.
קמר בודד המסתיים בקער יוצר מונוקלינה אסימטרית, הנוצרת לרוב במהלך כיפוף יחיד מעל העתק. מונוקלינה נראית כמדרגה מתונה המסתיימת בשיפוע חד – מבנה המאפיין את קמטי הקשת הסורית ואת הקמרים בהם נוצרו המכתשים בנגב.