Trotz ihres gemeinsamen Auftretens in vielen verschiedenen Landschaften haben sich Geologen noch nicht auf eine allgemeine Theorie der Exfoliationsgelenkbildung geeinigt. Es wurden viele verschiedene Theorien vorgeschlagen, unten finden Sie einen kurzen Überblick über die häufigsten.
Beseitigung von Abraum und Rückprallbearbeiten
Diese Theorie wurde ursprünglich 1904 vom wegweisenden Geomorphologen Grove Karl Gilbert vorgeschlagen. Die Grundlage dieser Theorie ist, dass die Erosion von Abraum und Exhumierung von tief vergrabenem Gestein an der Bodenoberfläche es zuvor komprimiertem Gestein ermöglicht, sich radial auszudehnen, Zugspannung erzeugen und das Gestein in Schichten parallel zur Bodenoberfläche brechen. Die Beschreibung dieses Mechanismus hat zu alternativen Begriffen für Exfoliationsgelenke geführt, einschließlich Druckentlastungs- oder Entlastungsgelenken. Obwohl die Logik dieser Theorie ansprechend ist, Es gibt viele Inkonsistenzen mit Feld- und Laborbeobachtungen, die darauf hindeuten, dass es unvollständig sein kann, sowie:
- Exfoliationsfugen können in Gesteinen gefunden werden, die noch nie tief vergraben wurden.
- Laborstudien zeigen, dass eine einfache Kompression und Relaxation von Gesteinsproben unter realistischen Bedingungen keine Frakturierung verursacht.
- Exfoliationsgelenke werden am häufigsten in Regionen mit oberflächenparalleler Druckspannung gefunden, während diese Theorie verlangt, dass sie in Zonen der Ausdehnung auftreten.
Eine mögliche Erweiterung dieser Theorie auf die Druckspannungstheorie (siehe unten) lautet wie folgt (Goodman, 1989): Die Exhumierung von tief vergrabenen Gesteinen entlastet vertikale Spannungen, Horizontale Spannungen können jedoch in einer kompetenten Gesteinsmasse verbleiben, da das Medium seitlich begrenzt ist. Horizontale Spannungen werden mit der aktuellen Bodenoberfläche ausgerichtet, wenn die vertikale Spannung an dieser Grenze auf Null abfällt. So können durch Exhumierung große flächenparallele Druckspannungen erzeugt werden, die wie nachfolgend beschrieben zu einem Gesteinszugbruch führen können.
Thermoelastische Spannungbearbeiten
Gestein dehnt sich beim Erhitzen aus und zieht sich beim Abkühlen zusammen, und verschiedene gesteinsbildende Mineralien weisen variable thermische Ausdehnungs- / Kontraktionsraten auf. Tägliche Gesteinsoberflächentemperaturschwankungen können ziemlich groß sein, und viele haben vorgeschlagen, dass Spannungen, die während des Erhitzens erzeugt werden, dazu führen, dass sich die oberflächennahe Zone des Gesteins in dünnen Platten ausdehnt und löst (z. B. Wolters, 1969). Große tägliche oder feuerinduzierte Temperaturschwankungen wurden beobachtet, um dünne Laminierungen und Abplatzungen an der Oberfläche von Gesteinen zu erzeugen, manchmal als Peeling bezeichnet. Da die täglichen Temperaturschwankungen jedoch nur wenige Zentimeter Tiefe im Gestein erreichen (aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Gesteins), kann diese Theorie die beobachtete Tiefe der Exfoliationsfuge, die 100 Meter erreichen kann, nicht erklären.
Chemische Verwitterungbearbeiten
Mineralische Verwitterung durch eindringendes Wasser kann zum Abplatzen dünner Gesteinshüllen führen, da das Volumen einiger Mineralien bei der Hydratation zunimmt. Allerdings führt nicht jede mineralische Hydratation zu einem erhöhten Volumen, während Feldbeobachtungen von Exfoliationsgelenken zeigen, dass die Gelenkoberflächen keine signifikante chemische Veränderung erfahren haben, so dass diese Theorie als Erklärung für den Ursprung von großflächigen, tieferen Exfoliationsgelenken abgelehnt werden kann.
Druckspannung und Dehnbruchbearbeiten
Große tektonische Druckspannungen parallel zur Landoberfläche (oder einer freien Oberfläche) können Zugmodusbrüche im Gestein erzeugen, bei denen die Richtung der Bruchausbreitung parallel zur Druckspannung des größten Prinzips und die Richtung der Bruchöffnung senkrecht zur freien Oberfläche ist. Diese Art der Frakturierung wird im Labor seit mindestens 1900 beobachtet (sowohl bei einachsiger als auch bei biaxialer Druckbelastung; siehe Gramberg, 1989). Zugrisse können sich in einem Druckspannungsfeld aufgrund des Einflusses durchdringender Mikrorisse im Gesteinsgitter und der Ausdehnung sogenannter Flügelrisse aus der Nähe der Spitzen bevorzugt orientierter Mikrorisse bilden, die sich dann krümmen und mit der Richtung des Prinzips ausrichten Druckspannung. Auf diese Weise gebildete Frakturen werden manchmal als axiale Spaltung, Längsspaltung oder Extensionsfrakturen bezeichnet und werden häufig im Labor bei einachsigen Kompressionstests beobachtet. Hohe horizontale oder oberflächenparallele Druckspannungen können durch regionale tektonische oder topografische Spannungen oder durch Erosion oder Aushub von Abraum entstehen.
Unter Berücksichtigung der Feldbeweise und Beobachtungen des Auftretens, der Bruchart und der Sekundärformen scheinen hohe oberflächenparallele Druckspannungen und Extensionsfrakturen (axiale Spaltung) die plausibelste Theorie zu sein, die die Bildung von Exfoliationsgelenken erklärt.