קמט (גאולוגיה)

בגאולוגיה, קמט הוא מבנה מעוּות הנוצר בשכבות סלעים שקודם לכן היו מישוריות, אופקיות ומקבילות זו לזו. קמטים הם מבנים קבועים הנוצרים במעוות לאחר שמופעלים על הסלעים מאמצי לחיצה עזים, והם אינם שבים לצורתם המקורית לאחר שהלחצים פסקו מלפעול.
קמטים מוגדרים כ"ארגון מעוקם של משטחים שהיו במקורם מישוריים", המתבטא בכיפופים, בעיקולים, בגַּלִּיוּת ובחרקרקוּת (קמטי קרנוּלציה, crenulations).

היווצרות

קמטים הם מבנים אשר היו במקורם מישוריים – דוגמת שכבת סלע – שעוותו, התכופפו וקומטו באמצעות כוחות אופקיים או אנכיים הפועלים בקרום כדור הארץ.
הקמטים נוצרים במסלע במגוון רחב של תנאים. לדוגמה, קמטים יכולים להיווצר בכל עומק של הקרום – מקימוט של שכבות משקע ימיות על מדף יבשתי סמוך לפני השטח, ועד לקימוט סלעים בתנאים של לחץ וטמפרטורה גבוהים בתחתית הקרום.
אף שקמטים הם מבנים המתאפיינים בעיוות גמיש, הם נמצאים על פי רוב בהקשר לסדקים והעתקים – הנוצרים כתוצאה מאותו גורם האחראי לקימוט. תבניות הסידוק והשבירה – הנשלטות על ידי המנגנונים בהם נוצר הקמט – עשויות לשמש חלל קיבול לעורקי מינרלים ולאחסון נוזלים דוגמת מים ופחמימנים.
קמטים עשויים להיווצר במגוון של תהליכים: דחיסה של הקרום, התרוממות של גוש מתחת לכיסוי משקעי כך שהכיסוי עוטף את הגוש המתרומם, החלקה כבידתית (gravitational sliding) וקימוט במקום ששכבות המסלע מחליקות במורד הגוש המתרומם ומתקפלות תחתן. תהליך הקימוט עשוי לכלול גזירה בקנה מידה קטן לאורך שברים קטנים, או זרימה וזחילה באמצעות מעוות פלסטי של המסלע.

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.

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.

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.

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.

השפעה על הנוף

לקמטים גדולים עשויה להיות השפעה ניכרת על התפתחות הנוף. הקימוט עשוי להתרחש במהירות גבוהה יחסית ולהגדיל את ההתרוממות האנכית בקצב של 10 מטרים במהלך 1,000 שנים. עם זאת, כאשר מסתיים הקימוט הופכת השפעת הסחיפה לחשובה יותר מאשר צורתו המקורית של הקמט. לכן, במקרה של קמר – תחילה הוא יוצר תבליט זקוף, וכאשר חלה בו סחיפה – היא עשויה לחרוץ בשכבות העליונות ואף להסירן. אם למסלע העתיק בגלעין הקמט התנגדות נמוכה לסחיפה – התוצאה היא קמר פרוץ שבו נוצרים מדרונות פנימיים מסביב לשפלה מרכזית. דוגמה לתרחיש כזה הוא הווילד (Weald) בדרום-מזרח אנגליה, אותו חקר הגאולוג ויליאם הופקינס במאה ה-19. לעומת זאת, באגנים אחרים – לדוגמה אגן לונדון והאגן הפריזאי – פונים שולי הקער כלפי חוץ.

השפעה על מערכות נהריות

לקימוט השפעה מהותית על מערכות נהריות. כאשר מתפתח קמט בניצב לאפיקי הזרימה והנהר מצליח לחתור בקמט במהירות מספקת – הוא ממשיך בזרימתו ונקרא "נהר קודמן".
נהר קודמן הוא רק דוגמה אחת לניקוז החוצה מבנה קמר. מודל חלופי מציע כי רכסי קימוט מבצבצים מתוך הים ברצף, כאשר תוצרי הסחיפה מכל רכס נצברים על הרכס הבא – וכך מאריכים בהדרגה את המישור החופי אל תוך הים. המישור החופי החדש – הסמוך לכל קמר מבצבץ חדש – מספק משטח זרימה נרחב לנהר העתיד לחצות את הקמר במהלך התהוותו. מנגנון זה הוא שילוב של נהר קודמן ונהר מאוחר למבנה, וזוהה באפנינים ובאפלצ'ים בתחום ארצות הברית.
הניקוז בקמטים במהלך היווצרותם משתנה בהתאם להתפתחות שיפוע המדרון. היחס בין הניקוז לבין השיפוע מושפע מתהליכים המתקיימים בקמט: נמצא מתאם חיובי בין סחיפה הנובעת מזרימת מי נגר, בעוד מתאם שלילי נמצא עם פעילותה של תנועת בלית רדודה.
כאשר מוטים סלעי משקע במהלך קימוט, עשויות להיחשף בהם שכבות הנבדלות זו מזו במידת התנגדותן לסחיפה. התחתרותו של נהר יעילה יותר בשכבות שהתנגדותן קטנה, ומובילה להיווצרות עמקי סטרייק – עמקים שקרקעיתם מקבילה לכיוון השיכוב של השכבות שנחרצו.