מבנה (גאולוגיה)

מבנה גאולוגי הוא תוצר של היערכות סלעי קרום כדור הארץ במרחב תלת-ממדי כתוצאה מפעולתם של תהליכים גאולוגיים. מבנים גשמיים אלה מבטאים תכונות גאומטריות המאפשרות לתאר את צורתם, עיצובם ותפוצתם וכן את היחס בינם לבין מבנים אחרים בסביבתם. תחום המחקר העוסק בחקר מבנים גאולוגיים הוא גאולוגיה מבנית.

צירוף של מבנים באזור מסוים מרכיב את המבנה הגאולוגי שלו.

מאפיינים

מבנה גאולוגי הוא קונפיגורציה גאומטרית של חומר סלעי. גודלם של מבנים גאולוגיים נע ממיקרונים אחדים לקילומטרים רבים. חקר המבנים מבוסס על היחסים בין חלקים שונים בסלע או בין גופים סלעיים שונים. הגדרתו של מבנה גאולוגי אינה קשורה למסלע המצוי בתשתיתו, אם כי לרוב קיים קשר עז ביניהם.

המבנים הגאולוגיים נחלקים לשתי קבוצות עיקריות:
מבנים ראשוניים שנוצרו כתוצאה מהצטברות של מסה סלעית
מבנים שניוניים שנוצרו כתוצאה ממאמץ מאוחר שחל במבנים הראשוניים
חלוקה נוספת נובעת ממיקום המבנה:
מבנה אוטוכתוני (autochthon) – מבנה או מסלע המצוי במיקומו המקורי
מבנה אלוֹכתוני (allochthon) – מבנה או מסלע שהועתק ממיקומו המקורי למיקום חדש

מיון מבנים
ניתן למיין מבנים גאולוגיים באמצעות מאפיינים שונים שלהם בכמה אופנים:

גאומטריה

המיון הבסיסי של מבנים גאולוגיים מתבצע על-פי הגאומטריה שלהם ומחלק אותם לפי מספר הממדים לתוואים ליניאריים, למשטחים מישוריים ולפני שטח מעוקמים.

מיון זה מחלק את המבנים ליחידות בעלות מבנה גאומטרי משותף, דוגמת קמטים, העתקים ומישורי לווחיות.

משמעות גאולוגית
המיון על-פי משמעות גאולוגית מתייחס בהרחבה לנסיבות, למיקום היחסי ולאופן ההיווצרות של המבנה. מיון זה מחלק את המבנים הראשוניים לשלושה חלקים:
מבנים שנוצרו באמצעות כבידה מקומית כתוצאה מהחלקה על משטח משופע, התמוטטות או היווצרות עודף פוטנציאל כבידתי
מבנים שנוצרו כתוצאה מהיפוך צפיפות הגורם לציפה מקומית
מבנים דוגמת שנוצרו באמצעות הזרקה של חומר לא מגובש כתוצאה משחרור פתאומי של לחץ
בנוסף להם מוגדרים בשיטת מיון זו מבנים שניוניים שנוצרו כתוצאה מתנועה טקטונית או פיצוי איזוסטטי.

זמן היווצרות

מיון זה מחלק את המבנים לשלושה חלקים על-פי עיתוי היווצרותם:
מבנים סינגנטיים שנוצרו בו-זמנית עם החומר הסלעי המרכיב אותם
מבנים פנה-עכשוויים שנוצרו לאחר הצטברות החומר הסלעי אך לפני התמצקותו המלאה
מבנים אפיגנטיים שנוצרו באמצעות תהליכים שונים לאחר שהחומר הסלעי סיים את התגבשותו

תהליך היווצרות
מיון זה נוגע לתהליכים האחראים באופן ישיר להיווצרות המבנים:
שבירה והיווצרות סדקים
החלקה של סלעים זה על-גבי זה תוך חיכוך במישור המגע ביניהם
מעוות פלסטי הנובע מתנועת חלקיקים בתוך החומר
זרימה וזחילה פנימית של חלקיקים במסלע באמצעות פעפוע או הזחה

לכידות במהלך מעוות
מיון זה מתייחס לסוג המעוות – גמיש ופריך – וללכידות החלקיקים במהלכו, ומחלק את המבנים באופן הבא:
פריך – מבנה הנוצר באמצעות אובדן לכידות על פני השטח
גמיש – מבנה הנוצר ללא אובדן לכידות על פני השטח
גמיש/פריך – מבנה הנוצר במעוות שבמהלכו מתרחשים אובדן לכידות מיקרוסקופי והחלקת חיכוך של החלקיקים

משמעות המעוות

מיון זה מתייחס לתוצאות המעוות המשתקפות באורכו של המקטע הקרומי עליו הוא פועל:
מתיחה והידקקות של הקרום כתוצאה ממאמץ מתיחה היוצר לדוגמה העתקים נורמליים
התקצרות והתעבות של הקרום כתוצאה ממאמץ לחיצה היוצר לדוגמה קמטים והעתקים הפוכים
תנועה שאינה מותחת ואינה מקצרת את הקרום היוצרת לדוגמה העתקי חילוף

חלוקת המעוות
מיון זה מבוסס על חלוקת המעוות בנפח הסלע:
מעוות רציף הנוצר בגוף סלעי בגדלים שונים
מעוות החודר לתוך חלקים שונים של הגוף הסלעי ויוצר בו כמה מבנים וביניהם אזורים ללא שינוי
מעוות מקומי מתמשך או חודר היוצר מבנים באזור מוגדר
מעוות לא רציף היוצר מבנים יחידים מבודדים

היווצרות

מרבית סלעי המשקע, הסלעים הפירוקלסטיים והסלעים הגעשיים נוצרים כשהם ערוכים בשכבות אופקיות. לעומתם נוצרים מרבית הסלעים הפלוטוניים ללא מבנה שכבתי אלא יוצרים גושים מסיביים של מסלע. במבנים ראשוניים אלה עשויים לחול תהליכים מאוחרים של קימוט, העתקה והסרה של חומר סלעי באמצעות בליה וסחיפה.

תוצריהם של תהליכים אלה ניכרים במבנים שניוניים, לדוגמה:
קמט – מבנה הנוצר לאחר שבשכבות חל מעוות גמיש
העתק – שבר הנוצר במעוות פריך שלאורכו מתקיימת תזוזה של המסלע לכיוונים מנוגדים
סדק – שבר הנוצר במעוות פריך שלאורכו לא מתקיימת תזוזה של המסלע
אי התאמה – אזור המייצג פער בין יחידות שונות במסלע שנוצרו באופנים או בזמנים שונים

תהליכים
מבנים גאולוגיים הם תוצר של תהליכים המשנים את צורתו של המסלע ואת הארגון הגאומטרי שלו ביחס לסביבתו.

קימוט

קמטים נוצרים במגוון של תנאים ותהליכים הפועלים על מסלע ראידי:
מעוות הנגרם מהפעלת מאמצים מסוגים שונים – בעיקר מאמצי מתיחה ולחיצה – או בשל שינויים במשטר מאמץ קיים
מחדרים פלוטוניים ודיאפירים הגורמים להתחממות המסלע, לעיוותו ולדחיקתו
תנועה טקטונית הכוללת לחיצה והתרוממות
התרוממות פוסט-קרחונית הגורמת לשכבות צעירות להתקמט לאחר הפשרה קרחונית, בעקבותיה שב הקרום ומתרומם בהיעדר משקל הקרחון

שני תהליכי הקימוט הפעיל האחראים להיווצרות קמרים נבדלים זה מזה בכיוון פעולתם: עיקום – הפועל במקביל למבנה השכבות, וכיפוף – הפועל בניצב או באלכסון למבנה השכבות. תהליכים אלה עשויים להתרחש בקנה מידה גדול היוצר רכסי הרים או בקנה מידה קטן היוצר חרקרקוּת – קמטים זעירים וצפופים

שבירה, העתקה וסידוק

שבירה והעתקה מתרחשות כאשר המאמץ עובר את גבול החוזק של הסלע והחלקיקים המרכיבים אותו כושלים בהיערכות מחודשת. מעוות פריך מתרחש בעיקר במהלך תנועה טקטונית בגבולות חילוף.

היווצרותם של העתקים וסדקים מתרחשת בשלושה שלבים:
השמת כוח על הסלע באמצעות מאמץ
הסלע סופג את האנרגיה עד גבול המעוות הפלסטי
הסלע נסדק או נשבר על מנת לשחרר את האנרגיה העודפת
העתקים נוצרים כאשר בשלב השלישי משתחררת כמות גדולה של אנרגיה עודפת, ואילו סדקים נוצרים בשלב זה כאשר מדובר בכמות קטנה של אנרגיה עודפת. הבדל נוסף בין היווצרות העתקים וסדקים נעוץ בתנועת המסלע במהלך המעוות: העתקים נוצרים לרוב במעוות פריך שנוצר בעת תנועה של המסלע, לעומת סדקים הנוצרים לרוב במעוות פריך שנוצר כשהמסלע היה במנוחה.

בליה וסחיפה
בליה וסחיפה הם שני תהליכים גאולוגיים הגורמים להתפרקות והתפוררות המסלע ולהסעת תוצרי הבליה למקומות אחרים. שני תהליכים אלה – בשילוב עם תהליכים מגמטיים, סייסמיים, טקטוניים והתמרה – אחראים להיווצרות אי התאמה ולחשיפת המסלע על פני השטח.

סוגים של מבנים גאולוגיים

בסופם של התהליכים נוצרים מבנים מסוגים שונים בנוסף לקמטים, העתקים, סדקים ואי התאמות. לדוגמה:
אגן מבני – שקע נרחב שראשיתו בקער בו מצטברים משקעים חדשים
גראבן והורסט – מבנים הנוצרים בין העתקים, האחד שקוע והשני מורם, בהתאמה
גלישון – יריעת סלע או גוף סלעי גדול שהוסטו אופקית למרחק רב ממיקומם המקורי בעקבות העתקה או קימוט חריף
קטקלסט – מבנה הנוצר בתוך סלע באמצעות מאמצי מתיחה כבדים הנגרמים במהלך התמרה
קמר וקער – שני מבני קימוט, האחד קמור והשני קעור, בהתאמה

לעיתים נכללים בהגדרת המבנה הגאולוגי גם תוצרים געשיים ואף סדימנטריים, אולם באלה עוסקים תחומי מחקר אחרים: וולקנולוגיה וסדימנטולוגיה.

ראו גם

גאולוגיה - מונחים
אורוגנזה
אי התאמה
בליה
גאולוגיה מבנית
טקטוניקת הלוחות
סחיפה

לקריאה נוספת

קישורים חיצוניים

 ספרים מקוונים:
Earth Structure – An introduction to Structural Geology and Tectonics
Structural Geology
Fundamentals of Structural Geology
Foundation of Structural Geology
Evolution of Geological Structures in Micro- to Macro- Scales
 Geologic Structure
 מבנים גאולוגיים – הסברים ותמונות
 זיהוי מבנה גאולוגי עתיק בגליל המערבי, כתבה בביזפורטל מ-16.11.2010

הערות שוליים

גאולוגיה מבנית
גאומורפולוגיה