Ρήγμα (γεωλογία)

Ρήγμα: Σχηματική απεικόνιση, βασικές έννοιες. Διακρίνονται οι γραμμές ολίσθησης στο κάτοπτρο

Ενεργό ρήγμα Μαρώνειας-Μάρκης: η παραλία Μαρμαρίτσα στη Θράκη (έχει διεύθυνση 110-120° και κλίση 60-70° ΝΔ)

Με τον όρο ρήγμα ονομάζεται στη γεωλογία η διακοπή της συνέχειας μιας ομάδας στρωμάτων πετρωμάτων του στερεού φλοιού της Γης, η οποία συμβαίνει κατά επίπεδη επιφάνεια και σε μεγάλη έκταση και εκατέρωθεν της οποίας πραγματοποιείται ή πραγματοποιήθηκε στο παρελθόν σχετική κίνηση των στρωμάτων. Ετυμολογικά, ο όρος παράγεται από το αρχαίο ελληνικό ρήμα ρήγνυμι, που σημαίνει «ραγίζω», «σπάζω», «θραύω», «διασπώ».

Περιγραφή

Τα ρήγματα δημιουργούνται από τις ενεργές τάσεις σε μια περιοχή, από το σύνολο ουσιαστικά των δυνάμεων που επιδρούν στους γεωλογικούς σχηματισμούς της περιοχής αυτής με την ευρύτερη έννοια. Για παράδειγμα, στη Βόρεια Ελλάδα, στη λεκάνη της Μυγδονίας, επικρατεί μια εφελκυστική κατάσταση, ένα σύνολο τάσεων δηλαδή που τείνει να επιμηκύνει τον φλοιό κατά τη διεύθυνση περίπου Β-Ν. Μια αντίστοιχη κατάσταση επικρατεί στο Αιγαίο. Σε περαιτέρω ανάλυση, οι τάσεις αυτές οφείλονται σε γεωτεκτονικά αίτια, δηλαδή στις σημαντικές και εκτεταμένες κινήσεις και παραμορφώσεις του φλοιού της Γης, όπως αυτές θεωρούνται και περιγράφονται από τη Νέα Παγκόσμια Τεκτονική (Θεωρία των Λιθοσφαιρικών Πλακών) και τη Γεωδυναμική.

Υπάρχουν ωστόσο ειδικές περιπτώσεις δομών που εμφανίζονται σαν ρήγματα, οι οποίες δεν συνδέονται με εκτεταμένη τεκτονική δραστηριότητα. Τέτοιες είναι τα συνιζηματογενή, τα βαρυτικά και άλλα ατεκτονικά ρήγματα, τα οποία οφείλονται καθαρά σε τοπικά αίτια κατανομής της πυκνότητας, της πλαστιμότητας και του βάρους μέσα σε γεωλογικούς σχηματισμούς.

Τα δύο τμήματα εκατέρωθεν του επιπέδου του ρήγματος ονομάζονται τεμάχη ή μπλοκ ή σκέλη του ρήγματος. Η επιφάνεια που προκύπτει από τις σχετικές μετακινήσεις των δύο σκελών ονομάζεται κάτοπτρο του ρήγματος. Το κάτοπτρο του ρήγματος δεν είναι πάντα ορατό: είτε γιατί έχει διαβρωθεί από την τελευταία ολίσθηση των τεμαχών, είτε διότι είναι ενδεχομένως καλυμμένο με κάποιο υπερκείμνεο ίζημα, είτε γιατί το ρήγμα δεν έχει επιφανειακή εμφάνιση. Στην περίπτωση που είναι ορατό και δεν έχει υποστεί έντονη διάβρωση παρατηρούνται σχεδόν πάντα οι γραμμές ολίσθησης, οι οποίες αποτυπώνουν την κίνηση των τεμαχών. Σχηματίζονται από την τριβή σκληρών υλικών (κόκκων χαλαζία, κροκαλών κ.ά.), τα οποία λόγω της αντίθετης κίνησης των δυο σκελών εκατέρωθεν του ρήγματος σύρθηκαν πάνω στη ρηξιγενή επιφάνεια. Όπως είναι φυσικό, στο επίπεδο του ρήγματος τα πετρώματα θρυμματίζονται δημιουργώντας μια ζώνη από θραύσματα. Τα πιο αδρόκοκκα θραύσματα που σχηματίζονται σε ζώνες ρηγμάτων κοντά στην επιφάνεια σε συνθήκες χαμηλής πίεσης και θερμοκρασίας ονομάζονται κατακλαστίτες, ενώ πιο λεπτόκοκκα, καλά κατεργασμένα υλικά με χαρακτηριστική μικροσκοπική εμφάνιση (στο πολωτικό μικροσκόπιο) που δημιουργούνται σε μεγαλύτερα βάθη, καλούνται μυλωνίτες.

Η κίνηση του ρήγματος προκαλεί μετάπτωση, δηλαδή άνοδο ή κάθοδο του ενός τεμάχους ως προς το άλλο. Η σχετική υψομετρική διαφορά μεταξύ των δύο σκελών ονομάζεται άλμα του ρήγματος. Εύκολα το άλμα συνδέεται με την πραγματική μετάθεση στη διεύθυνση της επιφάνειας (δηλαδή με την ολίσθηση στην επιφάνεια): ολίσθηση = άλμα/ ημ(φ), όπου φ η γωνία κλίσης της επιφάνειας του ρήγματος. Από το άλμα μπορεί να υπολογισθεί και η επιμήκυνση/βράχυνση στην οριζόντια διεύθυνση ως: επιμήκυνση = άλμα/ εφ(φ)

Χαρακτηριστικό γνώρισμα του ρήγματος είναι, επίσης, η έκτασή του. Ορισμένες φορές το ρήγμα μπορεί να καταλαμβάνει τεράστια έκταση, όπως το ρήγμα του Αγίου Ανδρέα στην Καλιφόρνια των ΗΠΑ, το οποίο εκτείνεται σε μήκος περίπου 1.300 χιλιομέτρων φθάνοντας μέχρι την επιφάνεια. Δεν είναι, όμως, απαραίτητο ένα ρήγμα να φθάνει μέχρι την επιφάνεια της Γης.

Όπως είναι φυσικό, η ρήξη των πετρωμάτων καθώς και η κάθε παροξυσμική κίνηση των τεμαχών του ρήγματος και η συνακόλουθη μετάπτωση απελευθερώνουν συσσωρευμένη ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης, η οποία εκδηλώνεται ως σεισμός. Στην περίπτωση αυτή γίνεται λόγος για ένα σεισμογόνο ρήγμα ή ενεργό ρήγμα. Η μελέτη της ενεργού αυτής τεκτονικής δράσης είναι το αντικείμενο μελέτης της νεοτεκτονικής.

Τάσεις και διάρρηξη

Δημιουργία των ρηγμάτων

Οι τάσεις που ασκούνται σε ένα σώμα προκαλούν μια ελαστική παραμόρφωση αυτού: το σώμα (για το οποίο προφανώς υποθέτουμε κάποια ελαστικότητα) παραμορφώνεται, μεταβάλλει δηλαδή τις διαστάσεις του και παράλληλα αποθηκεύει μηχανική ενέργεια λόγω παραμόρφωσης. Κάθε φυσικό σώμα έχει ένα όριο θραύσης. Όταν το σώμα βρίσκεται σε μη πλαστική κατάσταση (στην τεκτονική αυτή η κατάσταση καλείται θραυσιγενής) και οι ασκούμενες σε αυτό τάσεις υπερβούν το όριο θραύσης, ή ισοδύναμα, η ανηγμένη παραμόρφωση του σώματος υπερβεί μια ορισμένη τιμή, τότε αυτό διαρρηγνύεται, δημιουργώντας έτσι μια επιφάνεια ή μια ζώνη επιφανειών ασυνέχειας η οποία ονομάζεται ρήγμα. (Για να διαρρηχθούν τα γήινα πετρώματα, οι συνιστώσες τάσης πρέπει να λάβουν τιμές της τάξης του $10^{-4}$). Από τη στιγμή που θα δημιουργηθεί ένα ρήγμα, η κίνηση εκατέρωθεν αυτού απαιτεί πλέον μόνο την υπερνίκηση της στατικής τριβής στην επιφάνεια του. Το ρήγμα θα συνεχίσει να λειτουργεί για όσο διάστημα συνεχίσουν να ασκούνται οι τάσεις που το δημιούργησαν.

Οι τάσεις που ασκούνται σε ένα σώμα χωρίζονται σε:

1. Συμπιεστικές: που τείνουν να προκαλέσουν συμπίεση του σώματος κατά τη διεύθυνση στην οποία ασκούνται
2. Εφελκυστικές: που τείνουν να προκαλέσουν έκταση του σώματος κατά τη διεύθυνση στην οποία ασκούνται

Η πλήρης περιγραφή των τάσεων που ασκούνται σε ένα σώμα στον τρισδιάστατο χώρο απαιτεί τη χρήση 9 συνιστωσών, οι οποίες αποτελούν τις συνιστώσες του τανυστή τάσης τ. Αποδεικνύεται ωστόσο ότι κάθε συνδυασμός τάσεων μπορεί να αναχθεί σε μια τριάδα κύριων συνιστωσών τάσης: $\sigma _{1},\sigma _{2},\sigma _{3}$. Στην τεκτονική γεωλογία οι τάσεις σε μια περιοχή περιγράφονται με τις τρείς αυτές συνιστώσες, οι οποίες αποτελούν τους άξονες ενός ελλειψοειδούς. Αξιωματικά, θα υπάρχει μια κατεύθυνση στον χώρο κατά την οποία θα ασκείται η μέγιστη τάση, και αυτή αντιστοιχεί στην $\sigma _{1}$. Κάθετα σε αυτήν θα βρίσκεται μια κατεύθυνση στην οποία θα ασκείται η ελάχιστη τάση, η οποία αντιστοιχεί στην $\sigma _{3}$. Κάθετα στο επίπεδο που ορίζεται από τις δύο αυτές συνιστώσες θα υπάρχει μια τρίτη κατεύθυνση, στην οποία η συνιστώσα τάσης θα παίρνει μια ενδιάμεση τιμή και θα αντιστοιχεί στην $\sigma _{2}$.

Τύποι ρηγμάτων

Τα τεμάχη ενός ρήγματος ονοματίζονται με με βάση τη θέση τους σε σχέση με την επιφάνεια αυτού. Το τέμαχος το υπερκείμενο της κεκλιμένης επιφάνειας του ρήγματος καλείται άνω τέμαχος ενώ το υποκείμενο αυτής κάτω τέμαχος.

Ανάλογα με τον τρόπο της σχετικής κίνησης των τεμαχών ενός ρήγματος αυτό χαρακτηρίζεται ως:

1. Ρήγμα Επώθησης/Εφίππευσης (ή ανάστροφο ρήγμα)
2. Ρήγμα Μετάπτωσης (ή κανονικό ρήγμα)
3. Ρήγμα Οριζόντιας Μετατόπισης, δεξιόστροφο ή αριστερόστροφο.

Στα ρήγματα επώθησης, το άνω τέμαχος κινείται προς τα άνω σε σχέση με το κάτω. Όπως δηλώνει και η ονομασία του δηλαδή, ωθείται επάνω στο υποκείμενο κάτω τέμαχος. Στην περίπτωση αυτή, αν η γωνία κλίσης της επιφάνειας του ρήγματος σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο είναι μικρότερη των 45 μοιρών, το ρήγμα χαρακτηρίζεται ως ρήγμα επώθησης. Αν η γωνία αυτή είναι μεγαλύτερη των 45 μοιρών το ρήγμα χαρακτηρίζεται ως ρήγμα εφίππευσης.Τα ρήγματα αυτά δημιουργούνται απο συμπιεστικές τάσεις οι οποίες δρουν κάθετα στην επιφάνειά τους. Στην περίπτωση αυτή η συνιστώσα $\sigma _{1}$ θα είναι κάθετη στην παράταξη του ρήγματος, δηλαδή στην τομή της επιφάνειας του με το οριζόντιο επίπεδο (δηλαδή στη διεύθυνση του, π.χ. 30μοίρες ΒΑ-ΝΔ) και περίπου οριζόντια. Τα ανάστροφα ρήγματα εμφανίζονται ιδιαίτερα στις περιοχές όπου υπάρχει σύγκλιση λιθοσφαιρικών πλακών και ορογένεση (π.χ. Ιμαλάια) αλλά και κάθετα σε διευθύνσεις μεγάλων εφελκυστικών παραμορφώσεων.

Στα ρήγματα μετάπτωσης το άνω τέμαχος κινείται προς τα κάτω (πέφτει) σε σχέση με το κάτω. Καθώς η κίνηση αυτή του ''γλιστρήματος'' του άνω τεμάχους στην κεκλιμένη επιφάνεια θα ήταν η αναμενόμενη αν αυτό κινούνταν υπό την επίδραση μόνο του βάρους του, τα ρήγματα αυτά χαρακτηρίζονται και ως κανονικά. Αυτά συνδέονται με εφελκυστικές δυνάμεις. Εδώ κάθετα στην παράταξη του ρήγματος και περίπου οριζόντια θα βρίσκεται η συνιστώσα $\sigma _{3}$. Τα κανονικά ρήγματα συναντώνται σε περιοχές όπου επικρατούν εφελκυστικές δυνάμεις: περιοχές ηπειρωτικής διάρρηξης, rifting, οπισθοτόξειων λεκανών, κατάρρευσης πρόσφατων ορογενών (π.χ. Ελλάδα, νεογενείς λεκάνες Μυγδονίας, Πτολεμαΐδας-Κοζάνης, Αξιού, Πελοππονήσου).

Στα ρήγματα οριζόντιας μετατόπισης τα δύο τεμάχη κινούνται παράλληλα μεταξύ τους, δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα. Στην περίπτωση αυτή τόσο η $\sigma _{1}$ όσο και η $\sigma _{2}$ είναι οριζόντιες. Ειδική περίπτωση των ρηγμάτων αυτών αποτελούν τα ρήγματα μετασχηματισμού, τα οποία είναι πολύ μεγάλα ρήγματα οριζόντιας μετατόπισης τα οποία οριοθετούν λιθοσφαιρικές πλάκες (π.χ. San Andreas Fault, CA, USA) και συνήθως βρίσκονται κοντά στις μεσοωκεάνιες ράχες.

Στη φύση τα περισσότερα ρήγματα είναι συνδυασμός κανονικού/ανάστροφου και δεξιόστροφου/αριστερόστροφου. Τα τεμάχη τους δηλαδή, πρακτικά κινούνται το ένα ως προς το άλλο τόσο στην κατακόρυφη διεύθυνση όσο και στην οριζόντια.

Ενεργό ρήγμα Μαρώνειας-Μάρκης

Στη Θράκη το ενεργό ρήγμα-οριζόντιο Μαρώνειας-Μάρκης οριοθετεί στην ακτογραμμή μεταξύ Αγίου Χαραλάμπους (λιμάνι Μαρώνειας) και Αλεξανδρούπολης. Στην περιοχή της Μαρμαρίτσας το ρήγμα έχει διεύθυνση 110-120° και κλίση 60-70° ΝΔ, ορατό ύψος 5 μ. ενώ το υπόλοιπο είναι βυθισμένο μέσα στη θάλασσα.