Орогенез - Orogeny

Геологические провинции мира ( USGS )

Орогенез - это основной механизм образования гор на континентах. Орогения - это событие, которое происходит на сходящейся кромке пластины, когда движение пластины сжимает кромку. Это приводит как к структурной деформации, так и к дифференциации состава литосферы Земли ( коры и самой верхней мантии ). Орогенный пояс или ороген развивается в сжатых мнут пластины и поднят , чтобы сформировать одну или несколько горных цепи ; это включает в себя ряд геологических процессов, которые в совокупности называются орогенезом . Synorogenic процесс или событие , которое происходит один во время складчатости.

Слово "складчатость" ( / ɒr ɔː ə н я / ) происходит от древнегреческого ( ὄρος , Орос , лит '' гора '' + γένεσις , Génesis , лит 'создание, происхождение' ''). Хотя он использовался и до него, этот термин был использован американским геологом Г.К. Гилбертом в 1890 году для описания процесса горообразования в отличие от эпейрогении .

Тектоника

Два процесса, которые могут способствовать образованию орогенов. Вверху: отслоение орогенных корней в астеносферу ; Внизу: Субдукция литосферной плиты в мантийные глубины. Эти два процесса приводят к по-разному расположенным метаморфическим породам (пузыри на диаграмме), что свидетельствует о том, какой процесс на самом деле происходил на краях сходящихся плит.
Субдукция из океанической плиты под континентальной плитой , чтобы сформировать аккреционный ороген. (пример: Анды )
Континентальное столкновение двух континентальных плит с образованием коллизионного орогена. Обычно континентальная кора погружается в глубину литосферы при метаморфизме фации голубого сланца и эклогитовой фации, а затем эксгумируется по тому же каналу субдукции. (пример: Гималаи )

Орогенез происходит на сходящихся окраинах континентов. Конвергенция может принимать форму субдукции (когда континент с силой движется по океанической плите, образуя неколлизионную орогенезу) или континентального столкновения (конвергенция двух или более континентов для образования коллизионной орогении).

Орогенез обычно производит орогенные пояса или орогены , которые представляют собой удлиненные области деформации, граничащие с континентальными кратонами . Молодые орогенные пояса, в которых продолжается субдукция, характеризуются частой вулканической активностью и землетрясениями . Более старые орогенные пояса обычно глубоко эродированы, чтобы обнажить смещенные и деформированные пласты . Они часто сильно метаморфизируются и включают обширные тела интрузивных вулканических пород, называемых батолитами .

Зоны субдукции поглощают кору , утолщают литосферу и вызывают землетрясения и извержения вулканов. Не все зоны субдукции образуют орогенные пояса; горообразование происходит только тогда, когда субдукция вызывает сжатие в доминирующей плите. Создает ли субдукция сжатие, зависит от таких факторов, как скорость конвергенции плит и степень сцепления между двумя плитами, в то время как степень сцепления может, в свою очередь, зависеть от таких факторов, как угол субдукции и скорость седиментации в связанной океанической впадине. с зоной субдукции. Горы Анды являются примером орогенного пояса без столкновений, и такие пояса иногда называют орогенами андского типа .

По мере продолжения субдукции островные дуги , континентальные фрагменты и океанический материал могут постепенно срастаться с окраиной континента. Это один из основных механизмов роста континентов. Ороген, построенный из фрагментов земной коры ( террейнов ), сросшихся в течение длительного периода времени, без каких-либо признаков крупного столкновения континента с континентом, называется аккреционным орогеном. Северной Кордильеры и Lachlan ороген юго - восточной Австралии , являются примерами аккреционных орогенов.

Кульминацией орогенеза может стать появление континентальной коры с противоположной стороны погружающейся океанической плиты в зону субдукции. Это завершает субдукцию и превращает аккреционный ороген в коллизионный ороген гималайского типа. Коллизионный орогенез может привести к образованию чрезвычайно высоких гор, как это имело место в Гималаях последние 65 миллионов лет.

Процессы горообразования могут занять десятки миллионов лет и построить горы из того, что когда-то было осадочными бассейнами . Деятельность вдоль орогенного пояса может быть чрезвычайно долгой. Например, большая часть фундамента, лежащего в основе Соединенных Штатов, принадлежит Трансконтинентальным протерозойским провинциям, которые срастались с Лаврентией (древним сердцем Северной Америки) в течение 200 миллионов лет в палеопротерозое . В Yavapai и orogenies Mazatzal были пиками орогенной активности в течение этого времени. Они были частью продолжительного периода орогенной активности, который включал орогенез Пикури и завершился орогенезом Гренвилля , продолжавшимся не менее 600 миллионов лет. Подобная последовательность орогений имела место на западном побережье Северной Америки, начиная с позднего девона (около 380 миллионов лет назад) с орогенеза оленьих рогов и продолжаясь орогенезом Сонома и складчатостью Севье и завершаясь орогенезом ларамидов . Только орогенез Ларамидов длился 40 миллионов лет, от 75 до 35 миллионов лет назад.

Орогены

Система форлендского бассейна

Орогены обладают широким спектром характеристик, но в широком смысле их можно разделить на орогены столкновения и орогены неколлизионного типа (орогены андского типа). Коллизионные орогены можно далее разделить по тому, происходит ли столкновение со вторым континентом, фрагментом континента или островной дугой. Повторяющиеся столкновения более позднего типа без свидетельств столкновения с крупным континентом или закрытия океанического бассейна приводят к аккреционному орогену. Примеры орогенов, возникающих в результате столкновения островной дуги с континентом, включают Тайвань и столкновение Австралии с дугой Банда . Орогены, возникающие в результате столкновений континентов с континентами, можно разделить на орогены, связанные с закрытием океана (орогены гималайского типа), и орогены, связанные со скользящими столкновениями без закрытия океанского бассейна (как это происходит сегодня в Южных Альпах Новой Зеландии).

Орогены имеют характерную структуру, хотя она значительно варьируется. Перед орогеном образуется форланд-бассейн, в основном из-за нагрузки и возникающего в результате изгиба литосферы развивающимся горным поясом. Типичный бассейн форланда подразделяется на бассейн с клиновидной вершиной над активным орогенным клином, передний прогиб сразу за активным фронтом, выступ переднего выступа изгибного происхождения и область заднего выступа за ним, хотя не все из них присутствуют на всех выступах. -бассейновые системы. Бассейн мигрирует вместе с орогенным фронтом, и ранние отложения форландского бассейна постепенно вовлекаются в складчатость и надвиг. Осадки, отложившиеся в бассейне форланда, в основном образовались в результате эрозии активно поднимающихся горных пород горного хребта, хотя некоторые отложения происходят с берега. Заполнение многих таких бассейнов показывает изменение во времени от глубоководных морских ( стиль флиша ) через мелководье к континентальным ( стиль молассы ) отложениям.

В то время как активные орогены встречаются на полях современных континентов, более старых неактивных orogenies, таких как Algoman , Penokean и Antler , представлены деформированными и метаморфических пород с осадочными бассейнами далее внутри страны.

Орогенный цикл

Задолго до принятия тектоники плит геологи обнаружили во многих орогенах свидетельства повторяющихся циклов отложений, деформаций, утолщения земной коры и горообразования, а также утонения земной коры с образованием новых бассейнов осадконакопления. Они были названы орогенными циклами , и для их объяснения были предложены различные теории. Канадский геолог Тузо Уилсон первым предложил тектоническую интерпретацию орогенных циклов, известную теперь как циклы Вильсона. Уилсон предположил, что орогенные циклы представляют собой периодическое открытие и закрытие океанического бассейна, причем каждая стадия процесса оставляет свои характерные записи на породах орогена.

Континентальный рифтинг

Цикл Вильсона начинается, когда ранее стабильная континентальная кора испытывает растяжение из-за сдвига мантийной конвекции. Происходит континентальный рифтинг , который истончает кору и создает бассейны, в которых накапливаются отложения. По мере того, как бассейны углубляются, океан вторгается в рифтовую зону, и, когда разломы континентальной коры полностью разделяются, мелководные морские отложения уступают место глубоким морским отложениям на истонченной краевой коре двух континентов.

Распространение морского дна

Когда два континента разделились, началось распространение морского дна вдоль оси нового океанского бассейна. Глубоководные морские отложения продолжают накапливаться вдоль истонченных континентальных окраин, которые теперь являются пассивными окраинами .

Субдукция

В какой-то момент субдукция начинается вдоль одной или обеих континентальных окраин океанического бассейна, создавая вулканическую дугу и, возможно, ороген андского типа вдоль этой континентальной окраины. Это вызывает деформацию континентальных окраин и, возможно, утолщение земной коры и горообразование.

Горное строительство

Пример тонкокожей деформации ( надвигового разлома ) Севье Орогенез в Монтане . Обратите внимание на повторение белого Мэдисонского известняка , с одним примером на переднем плане (который сужается с расстоянием), а другой - в верхнем правом углу и вверху изображения.

Горообразование в орогенах в значительной степени является результатом утолщения земной коры. Сжимающие силы, создаваемые схождением плит, приводят к повсеместной деформации коры континентальной окраины ( надвиговая тектоника ). Это принимает форму складывания пластичной более глубокой коры и надвиговых разломов в верхней хрупкой коре.

Утолщение коры поднимает горы по принципу изостазии . Изостазия - это баланс нисходящей гравитационной силы на поднимающемся вверх горном хребте (состоящий из легкого материала континентальной коры ) и поднимающихся вверх сил, создаваемых плотной подстилающей мантией .

Части орогенов также могут испытывать подъем в результате расслоения орогенной литосферы , при котором нестабильная часть холодного корня литосферы опускается вниз в астеносферную мантию, уменьшая плотность литосферы и вызывая плавучее поднятие. Примером может служить Сьерра-Невада в Калифорнии. Этот диапазон горных блоков разломов испытал новое поднятие и обильный магматизм после отслоения орогенного корня под ними.

Гора Рандл на Трансканадской автомагистрали между Банфом и Канмором представляет собой классический пример горы, вырезанной из слоистых скал. Миллионы лет назад столкновение вызвало орогенез, вынудивший горизонтальные слои древней океанической коры подняться вверх под углом 50–60 °. В результате у Рандла осталось одно широкое гладкое лицо, обсаженное деревьями, и одно острое, крутое лицо, на котором обнажены края приподнятых слоев.

Хотя горообразование в основном происходит в орогенах, ряд вторичных механизмов способен образовывать значительные горные цепи. В областях, которые разделяются на разломы, такие как срединно-океанические хребты и Восточно-Африканский разлом , есть горы из-за термальной плавучести, связанной с горячей мантией под ними; эта тепловая плавучесть известна как динамическая топография . В сдвиговых орогенах, таких как разлом Сан-Андреас , сдерживающие изгибы приводят к регионам локализованного сокращения земной коры и горообразования без орогенеза по всей краю плиты. Вулканизм горячих точек приводит к образованию изолированных гор и горных цепей, которые выглядят так, как будто они не обязательно находятся на нынешних границах тектонических плит, но по сути являются продуктом тектонизма плит. Аналогичным образом, поднятие и эрозия, связанные с эпейрогенезом (крупномасштабные вертикальные движения частей континентов без значительного связанного с ними складчатости, метаморфизма или деформации), могут создавать локальные топографические максимумы.

Закрытие океанского бассейна

В конце концов, распространение морского дна в океаническом бассейне останавливается, и продолжающаяся субдукция начинает закрывать океанский бассейн.

Столкновение континентов и орогенез

Закрытие океанического бассейна заканчивается столкновением континентов и связанным с ним орогеном гималайского типа.

Эрозия

Эрозия представляет собой заключительную фазу орогенного цикла. Эрозия вышележащих пластов в орогенных поясах и изостатическое приспособление к удалению этой вышележащей горной массы могут вывести на поверхность глубоко погребенные пласты. Эрозионный процесс называется расклиниванием . Эрозия неизбежно сносит большую часть гор, обнажая сердцевину или корни гор ( метаморфические породы, выходящие на поверхность с глубины в несколько километров). Изостатические движения могут помочь в таком снятии кровли, уравновешивая плавучесть развивающегося орогена. Ученые спорят о степени, в которой эрозия изменяет модели тектонической деформации (см. Эрозия и тектоника ). Таким образом, окончательная форма большинства старых орогенных поясов представляет собой длинную дугообразную полосу кристаллических метаморфических пород, последовательно расположенных ниже более молодых отложений, которые надвигаются на них и которые опускаются от орогенного ядра.

Ороген может быть почти полностью разрушен, и его можно будет распознать только при изучении (старых) горных пород, несущих следы орогенеза. Орогены обычно представляют собой длинные, тонкие, дугообразные участки горных пород, которые имеют ярко выраженную линейную структуру, приводящую к террейнам или блокам деформированных горных пород, разделенных, как правило, зонами швов или погружающимися надвигами . Эти надвиговые разломы несут относительно тонкие пласты породы (которые называются покровами или надвиговыми пластинами и отличаются от тектонических плит ) от ядра сокращающегося орогена к окраинам и тесно связаны со складками и развитием метаморфизма .

История концепции

До развития геологических концепций в 19 веке присутствие морских окаменелостей в горах объяснялось в христианском контексте как результат библейского потопа . Это было продолжением неоплатонической мысли, оказавшей влияние на ранних христианских писателей .

Доминиканский ученый 13-го века Альберт Великий утверждал, что, поскольку эрозия была известна, должен быть какой-то процесс, при котором новые горы и другие формы суши поднимались вверх, иначе в конечном итоге земли не было бы; он предположил, что морские окаменелости на склонах гор, должно быть, когда-то находились на морском дне. Орогенез использовался Аманцем Грессли (1840) и Жюлем Турманном (1854) как орогенный с точки зрения создания горных возвышенностей, поскольку термин горообразование все еще использовался для описания процессов. Эли де Бомон (1852) использовал вызывающую воспоминания теорию «Челюсти тисков» для объяснения орогенеза, но больше интересовался высотой, чем неявными структурами, создаваемыми орогенными поясами и содержащимися в них. Его теория, по сути, утверждала, что горы были созданы путем сдавливания определенных горных пород. Эдуард Зюсс (1875) признал важность горизонтального движения горных пород. Концепция предшествующей геосинклинали или начального искривления твердой земли вниз (Hall, 1859) побудила Джеймса Дуайта Дана (1873) включить концепцию сжатия в теории, связанные с горообразованием. Оглядываясь назад, мы можем отбросить гипотезу Даны о том, что это сокращение было вызвано охлаждением Земли (также известное как теория охлаждения Земли ). Теория остывания Земли была основной парадигмой для большинства геологов до 1960-х годов. В контексте орогенеза это яростно оспаривалось сторонниками вертикальных движений земной коры или конвекции внутри астеносферы или мантии .

Густав Стейнманн (1906) выделил различные классы орогенных поясов, включая орогенный пояс альпийского типа , типичным примером которого является геометрия флиша и молассы для отложений; толщи офиолитов , толеитовые базальты и складчатая структура покровного типа.

С точки зрения признания орогенеза как события , Леопольд фон Бух (1855) признал, что орогенез можно расположить во времени, заключив в скобки между самой молодой деформированной породой и самой старой недеформированной породой, принцип, который все еще используется сегодня, хотя обычно исследуется геохронологами. с использованием радиометрического датирования.

Основываясь на имеющихся наблюдениях метаморфических различий в орогенных поясах Европы и Северной Америки, HJ Zwart (1967) предложил три типа орогенов в зависимости от тектонической обстановки и стиля: кордильеротип, альпинотип и герцинотип. Его предложение было пересмотрено WS Pitcher в 1979 году с точки зрения связи с гранитными месторождениями. Cawood et al. (2009) разделили орогенные пояса на три типа: аккреционные, коллизионные и внутрикратонные. Обратите внимание, что как аккреционные, так и столкновительные орогены развивались на краях сходящихся плит. Напротив, орогены Hercynotype обычно показывают сходные черты с внутрикратонными, внутриконтинентальными, экстенсиональными и сверхгорячими орогенами, все из которых развивались в системах континентального отрыва на краях сходящихся плит.

  1. Аккреционные орогены, образовавшиеся в результате субдукции одной океанической плиты под одну континентальную плиту в результате дугового вулканизма. Среди них преобладают известково-щелочные магматические породы и ряды метаморфических фаций с высоким содержанием T / низким содержанием фосфора при высоких температурных градиентах> 30 ° C / км. В целом отсутствуют офиолиты, мигматиты и абиссальные отложения. Типичными примерами являются все орогены, расположенные вокруг Тихого океана, содержащие континентальные дуги.
  2. Коллизионные орогены, образовавшиеся в результате субдукции одного континентального блока под другой континентальный блок при отсутствии дугового вулканизма. Для них характерно наличие метаморфических зон от фации голубого сланца до эклогитовой, что свидетельствует о метаморфизме с высоким содержанием P / низким T при низких температурных градиентах <10 ° C / км. Орогенные перидотиты присутствуют, но в небольшом объеме, а синколлизионные граниты и мигматиты также редки или имеют незначительную протяженность. Типичными примерами являются орогены Альп-Гималаев на южной окраине Евразийского континента и орогены Даби-Сулу в восточно-центральном Китае.

Смотрите также

  • Биогеография  - Изучение распределения видов и экосистем в географическом пространстве и в геологическом времени.
  • Механика разломов  - область исследований, изучающая поведение геологических разломов.
  • Складчатые горы  - горы, образованные компрессионным смятием слоев горной породы.
  • Гайот  - Изолированная гора подводного вулкана с плоской вершиной.
  • Список горообразований  - Известные события горообразования в истории Земли.
  • Мантийная конвекция  - медленное движение твердой мантии Земли, вызванное конвекционными потоками, переносящими тепло из недр планеты на ее поверхность.
  • Тектоническое поднятие  - часть общего геологического подъема средней поверхности земли, которая не связана с изостатической реакцией на разгрузку.
  • Эпейрогенное движение  - сдвиги или углубления на суше с длинными волнами и небольшими складками.

использованная литература

Дополнительное чтение

внешние ссылки