Quand la roche se fracture
Les réseaux de fractures dans le calcaire
FRANÇAIS
Bienvenue
Un massif calcaire peut sembler extrêmement solide. Pourtant, regardez attentivement l'affleurement devant vous : la roche est découpée par de nombreuses fractures naturelles.
Ces fractures ne sont pas simplement des fissures superficielles. Elles constituent des plans de faiblesse dans la roche et peuvent nous renseigner sur les contraintes auxquelles le massif rocheux a été soumis.
La particularité géologique étudiée par cette EarthCache est donc le réseau de diaclases qui découpe le calcaire en blocs et contrôle ensuite son altération.
Vous allez observer la géométrie de ces fractures afin de comprendre comment une roche massive peut progressivement être divisée en blocs.
1. Quand une roche solide se casse
Les roches de la croûte terrestre sont soumises à des contraintes. Celles-ci peuvent être provoquées notamment par des mouvements tectoniques.
Une roche peut être comprimée, étirée ou soumise à des forces de cisaillement. Lorsque les contraintes dépassent la résistance mécanique de la roche, celle-ci peut se fracturer.
Le calcaire peut se comporter de manière cassante. Au lieu de se déformer lentement, il peut se rompre et former une fracture.
2. Une diaclase n'est pas une faille
Toutes les fractures ne sont pas des failles.
Diaclase :
fracture naturelle de la roche sans déplacement significatif visible des deux côtés.
Faille :
fracture accompagnée d'un déplacement relatif des deux compartiments rocheux.
Les fractures étudiées ici sont interprétées comme des diaclases lorsqu'aucun déplacement des deux côtés de la fracture n'est observable.
3. Une seule fracture ou un système ?
Une fracture isolée nous donne déjà une information sur la rupture de la roche. Mais un affleurement devient particulièrement intéressant lorsque plusieurs fractures présentent des orientations similaires.
On parle alors d'une famille de diaclases.
Lorsque plusieurs familles ayant des orientations différentes se rencontrent, elles forment un réseau de diaclases.
C'est précisément ce que vous devez rechercher sur cet affleurement : les fractures sont-elles toutes parallèles ou pouvez-vous reconnaître plusieurs directions ?
4. Lorsque les fractures se croisent
Deux familles de fractures peuvent se couper. La roche n'est alors plus seulement traversée par quelques lignes : elle commence à être divisée en blocs.
Roche massive
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Formation d'une première famille de fractures
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Formation ou présence d'une autre direction de fractures
ℯ
Intersection des fractures
ℯ
Découpage de la roche en blocs
La forme des blocs dépend donc directement de la géométrie du réseau de fractures.
Des fractures qui se croisent avec un angle important peuvent produire des blocs relativement anguleux. Lorsque les directions sont plus irrégulières, les blocs peuvent également présenter des formes irrégulières.
5. Les fractures deviennent des zones de faiblesse
Une fois formée, une fracture peut influencer l'évolution future de l'affleurement.
L'eau de pluie peut pénétrer beaucoup plus facilement dans une fracture que dans une roche compacte. La surface de contact entre l'eau et la roche augmente alors considérablement.
Dans le calcaire, l'eau contenant du dioxyde de carbone peut notamment participer à la dissolution du carbonate de calcium. L'altération agit donc préférentiellement sur les parois des fractures.
Les variations de température et, lorsque les conditions climatiques le permettent, les cycles de gel et de dégel peuvent également contribuer à l'élargissement de fractures déjà existantes.
6. De la fracture au bloc
Une fracture très fine peut donc évoluer progressivement.
Fracture dans la roche
ℯ
Circulation de l'eau
ℯ
Altération des parois
ℯ
Élargissement progressif de la fracture
ℯ
Isolement d'un bloc rocheux
ℯ
Détachement possible du bloc
Ainsi, les fractures créées dans le passé peuvent contrôler la forme selon laquelle l'affleurement se désagrège aujourd'hui.
7. Lire les fractures comme un géologue
Un géologue ne regarde donc pas uniquement la présence d'une fissure. Il observe surtout :
• son orientation,
• sa relation avec les autres fractures,
• les angles entre différentes familles,
• la forme des blocs délimités,
• l'état des surfaces et des bords des fractures.
Ces observations permettent de comprendre comment le massif s'est fracturé et comment cette fracturation influence encore aujourd'hui son altération.
C'est exactement ce que vous allez maintenant faire sur le terrain.
Questions pour valider cette EarthCache
Toutes les réponses doivent être basées sur vos observations personnelles de l'affleurement. Il n'est pas nécessaire de casser ou de prélever de la roche.
1. Le réseau de fractures
Observez plusieurs fractures dans l'affleurement. Comparez leur orientation les unes avec les autres. Forment-elles principalement une seule famille de fractures approximativement parallèles ou pouvez-vous reconnaître plusieurs familles ayant des directions différentes ? Décrivez la géométrie du réseau que vous observez.
2. Quand les fractures se rencontrent
Choisissez un secteur où des fractures de directions différentes se croisent. Observez la forme des morceaux de roche délimités par ces fractures. Sont-ils plutôt anguleux et réguliers ou très irréguliers ? Expliquez comment la disposition des fractures a produit les formes que vous observez.
3. Fracture récente ou fracture altérée ?
Comparez deux fractures dont les surfaces ou les bords présentent un aspect différent. Décrivez les différences que vous observez : bords nets ou arrondis, surface fraîche ou altérée, fracture serrée ou ouverte. Laquelle semble avoir été davantage modifiée par l'altération ? Justifiez votre réponse à partir de vos observations.
4. Le rôle de l'eau
Choisissez une fracture bien visible et comparez la roche directement sur ses bords avec la roche massive située à côté. Voyez-vous des différences d'altération, de relief ou d'état de surface ? À partir de cette observation, expliquez si cette fracture semble favoriser l'altération du calcaire et pourquoi.
5. L'avenir de l'affleurement
Après avoir observé le réseau de fractures, choisissez un bloc rocheux qui est déjà délimité par plusieurs fractures. Sans effectuer de mesure, expliquez d'après sa position, les fractures qui l'entourent et leur état comment cette partie de l'affleurement pourrait évoluer à l'avenir.
6. Photo
Prenez une photo de vous, de votre GPS ou d'un objet personnel devant l'affleurement. La photo ne doit pas révéler directement les réponses aux questions précédentes.
DEUTSCH
Willkommen
Ein Kalksteinmassiv kann auf den ersten Blick äusserst stabil wirken. Schaut euch den Aufschluss vor euch jedoch genauer an: Das Gestein wird von zahlreichen natürlichen Klüften durchzogen.
Diese Klüfte sind nicht einfach oberflächliche Risse. Sie bilden Schwächezonen im Gestein und können Hinweise darauf geben, welchen Spannungen der Fels während seiner geologischen Geschichte ausgesetzt war.
Die besondere geologische Eigenschaft dieses EarthCaches ist deshalb das Kluftsystem, das den Kalkstein in einzelne Blöcke zerlegt und anschliessend dessen weitere Verwitterung steuert.
Ihr werdet die Geometrie dieser Klüfte untersuchen und daraus ableiten, wie aus einem ursprünglich massiven Gestein einzelne Gesteinsblöcke entstehen können.
1. Wenn festes Gestein bricht
Gesteine in der Erdkruste stehen unter Spannungen. Diese können unter anderem durch tektonische Bewegungen entstehen.
Gestein kann zusammengedrückt, auseinandergezogen oder Scherkräften ausgesetzt werden. Überschreiten die Spannungen die Festigkeit des Gesteins, kann es brechen.
Kalkstein kann sich dabei spröde verhalten. Statt sich langsam zu verformen, bricht das Gestein und es entsteht eine Trennfläche.
2. Kluft oder Verwerfung?
Nicht jeder Bruch im Gestein ist eine Verwerfung.
Kluft:
Eine natürliche Trennfläche im Gestein, an der keine deutliche Verschiebung der beiden Seiten gegeneinander erkennbar ist.
Verwerfung:
Eine Bruchfläche, an der sich die Gesteinsbereiche auf beiden Seiten gegeneinander bewegt haben.
Die hier untersuchten Trennflächen können als Klüfte angesprochen werden, sofern keine erkennbare Verschiebung entlang der Bruchfläche vorhanden ist.
3. Eine einzelne Kluft oder ein System?
Bereits eine einzelne Kluft zeigt uns, dass das Gestein gebrochen ist. Besonders interessant wird ein Aufschluss jedoch, wenn mehrere Klüfte ähnliche Richtungen besitzen.
Solche Klüfte bilden eine Kluftschar beziehungsweise Kluftfamilie.
Treffen mehrere Kluftfamilien mit unterschiedlichen Richtungen aufeinander, entsteht ein Kluftsystem.
Genau dies sollt ihr an diesem Aufschluss untersuchen: Verlaufen die sichtbaren Klüfte überwiegend parallel oder könnt ihr mehrere unterschiedliche Richtungen erkennen?
4. Wenn sich Klüfte kreuzen
Kreuzen sich Klüfte verschiedener Richtungen, wird das Gestein zunehmend in einzelne Bereiche unterteilt.
Massives Gestein
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Entstehung einer ersten Kluftrichtung
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Weitere Kluftrichtung
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Kreuzung der Klüfte
ℯ
Zerlegung des Gesteins in Blöcke
Die Form dieser Blöcke wird wesentlich durch die Geometrie des Kluftsystems bestimmt.
Kreuzen sich Klüfte in deutlichen Winkeln, können kantige und teilweise annähernd rechteckige Blöcke entstehen. Bei unregelmässig verlaufenden Klüften können entsprechend unregelmässige Formen entstehen.
5. Klüfte werden zu Schwächezonen
Nachdem eine Kluft entstanden ist, beeinflusst sie die weitere Entwicklung des Felsens.
Regenwasser kann entlang einer Kluft wesentlich leichter in den Fels eindringen als durch kompaktes Gestein. Dadurch vergrössert sich die Oberfläche, an der Wasser mit dem Gestein reagieren kann.
Bei Kalkstein kann kohlendioxidhaltiges Wasser unter anderem Calciumcarbonat lösen. Die chemische Verwitterung kann deshalb bevorzugt entlang vorhandener Klüfte wirken.
Temperaturänderungen und unter geeigneten klimatischen Bedingungen auch Frost-Tau-Wechsel können vorhandene Trennflächen zusätzlich erweitern.
6. Von der Kluft zum Gesteinsblock
Eine zunächst schmale Kluft kann sich dadurch langfristig verändern.
Kluft im Gestein
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Wasser dringt ein
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Verwitterung der Kluftflächen
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Langsame Erweiterung der Kluft
ℯ
Gesteinsblock wird zunehmend freigestellt
ℯ
Block kann sich schliesslich lösen
Klüfte, die möglicherweise vor langer Zeit entstanden sind, können somit noch heute bestimmen, in welcher Form ein Felsaufschluss verwittert und zerfällt.
7. Den Felsen wie ein Geologe lesen
Ein Geologe untersucht deshalb nicht nur, ob eine Kluft vorhanden ist. Von besonderem Interesse sind:
• ihre Richtung,
• ihre Beziehung zu anderen Klüften,
• die Winkel zwischen verschiedenen Kluftscharen,
• die dadurch abgegrenzten Gesteinsblöcke,
• der Verwitterungszustand der Kluftflächen und Kanten.
Aus diesen Beobachtungen lässt sich ableiten, wie der Fels zerlegt wurde und welchen Einfluss dieses Kluftsystem auf seine heutige Verwitterung besitzt.
Aufgaben zum Loggen dieses EarthCaches
Alle Antworten müssen auf euren eigenen Beobachtungen am Aufschluss beruhen. Es muss kein Gestein abgeschlagen oder entnommen werden.
1. Das Kluftsystem
Betrachtet mehrere Klüfte im Aufschluss und vergleicht ihre Richtungen miteinander. Erkennt ihr hauptsächlich eine Gruppe ungefähr parallel verlaufender Klüfte oder mehrere Kluftfamilien mit unterschiedlichen Richtungen? Beschreibt die Geometrie des Kluftsystems, die ihr vor Ort erkennen könnt.
2. Wenn Klüfte aufeinandertreffen
Sucht einen Bereich, an dem sich unterschiedlich verlaufende Klüfte kreuzen. Betrachtet die dadurch abgegrenzten Gesteinsbereiche. Sind die entstehenden Formen eher kantig und regelmässig oder stark unregelmässig? Erklärt, wie die Anordnung der Klüfte zu den beobachteten Formen geführt hat.
3. Unterschiedlich stark verwitterte Klüfte
Vergleicht zwei Klüfte, deren Oberflächen oder Kanten unterschiedlich aussehen. Beschreibt die Unterschiede, beispielsweise scharfe oder abgerundete Kanten, frisch oder verwittert wirkende Flächen sowie enge oder stärker geöffnete Klüfte. Welche der beiden Klüfte wurde eurer Einschätzung nach stärker durch Verwitterung verändert? Begründet dies mit euren Beobachtungen.
4. Die Rolle des Wassers
Wählt eine gut sichtbare Kluft und vergleicht den Kalkstein unmittelbar an deren Rand mit dem kompakteren Gestein daneben. Erkennt ihr Unterschiede bei Verwitterung, Oberflächenstruktur oder Relief? Erklärt anhand eurer Beobachtung, ob die Kluft die Verwitterung des Kalksteins begünstigt und warum.
5. Die Zukunft des Aufschlusses
Wählt nach der Untersuchung des Kluftsystems einen Gesteinsbereich aus, der bereits von mehreren Klüften begrenzt wird. Erklärt ohne eine Messung vorzunehmen anhand seiner Lage, der umgebenden Klüfte und deren Verwitterungszustand, wie sich dieser Teil des Aufschlusses in Zukunft weiterentwickeln könnte.
6. Foto
Macht ein Foto von euch, eurem GPS oder einem persönlichen Gegenstand vor dem Aufschluss. Die Antworten auf die vorherigen Aufgaben sollen auf dem Foto nicht direkt erkennbar sein.
Merci pour votre visite – Danke für euren Besuch!
Une fracture est une faiblesse dans la roche –
et parfois le début de sa désagrégation.
Eine Kluft ist eine Schwäche im Gestein –
und manchmal der Anfang seines Zerfalls.