Суперконтинентальный цикл - Supercontinent cycle

Карта Пангея с современными континентальными очертаниями

В суперконтинентальный цикл это квазипериодический агрегирование и рассредоточение земной шар с Континентальный разлом. Существуют разные мнения относительно того, увеличивается ли количество континентальной коры, уменьшается или остается примерно неизменным, но все согласны с тем, что земная кора постоянно реконфигурируется. Один полный суперконтинент считается, что цикл занимает от 300 до 500 миллионов лет. Континентальное столкновение делает все меньше и больше континентов, в то время как рифтинг делает все больше и меньше континентов.

Описание

Упрощенное представление цикла суперконтинента до наших дней

Самый последний суперконтинент, Пангея образовалась около 300 миллионов лет назад (0,3 млрд лет). Есть два разных взгляда на историю более ранних суперконтинентов. Первый предлагает серию суперконтинентов: Ваальбара (c. 3.6 - c. 2,8 миллиарда лет назад); Ура (c. 3 миллиарда лет назад); Kenorland (c. 2,7–2,1 миллиарда лет назад); Колумбия (c. 1,8–1,5 миллиарда лет назад); Родиния (c. От 1,25 миллиарда до 750 миллионов лет назад); и Паннотия (c. 600 миллионов лет назад), при рассеянии которых образовались фрагменты, которые в конечном итоге столкнулись с образованием Пангеи.^[1][2]

Второй вид (Protopangea-Paleopangea), основанный на обоих палеомагнитный и геологические данные свидетельствуют о том, что циклы суперконтинента не происходили раньше примерно 0,6Ga (вовремя Эдиакарский Период). Вместо этого континентальная кора представляла собой единый суперконтинент примерно с 2,7 млрд лет назад (гиганнум, или «миллиард лет назад»), пока не распалась впервые, около 0,6 млрд лет назад.^[3] основан на наблюдении, что если в первичную реконструкцию вносятся только небольшие периферийные модификации, данные показывают, что палеомагнитные полюса сходились к квазистатическим положениям в течение длительных интервалов между 2,7–2,2, 1,5–1,25 и 0,75–0,6 млрд лет.^[4] В течение промежуточных периодов полюса, похоже, соответствовали единому очевидное полярное блуждание дорожка. Таким образом, палеомагнитные данные адекватно объясняются существованием единственного суперконтинента Protopangea – Paleopangea с длительной квазиинтеграцией. Продолжительность существования этого суперконтинента можно объяснить работой тектоника крышки (сравнимо с тектоникой Марса и Венеры) во время Докембрийский раз, в отличие от тектоника плит видели на современной Земле.^[3]

Виды минералы, найденные внутри древний бриллианты предполагают, что цикл образования и распада суперконтиненталов начался примерно 3,0 миллиарда лет назад (3,0 млрд лет). До 3,2 миллиарда лет назад только алмазы с перидотитный составы (обычно встречающиеся в мантии Земли) сформировались, тогда как после 3,0 миллиардов лет назад преобладающими стали эклогитовые алмазы (породы из земной коры). Считается, что это изменение произошло в результате субдукции и столкновения континентов. эклогит в субконтинентальные алмазообразующие флюиды.^[5]

Суперконтинентальный цикл и Цикл Вильсона произвел суперконтиненты Родиния и Пангея

На предполагаемый цикл суперконтинента накладывается Цикл Уилсона названный в честь тектоника плит пионер Джон Тузо Уилсон, который описывает периодическое открытие и закрытие океанические бассейны от единой пластинчатой ​​трещины. Возраст самого старого материала морского дна, обнаруженного сегодня, составляет всего 170 миллионов лет, тогда как самый старый материал континентальной коры, обнаруженный сегодня, датируется 4 миллиардами лет, что свидетельствует об относительной краткости региональных циклов Вильсона по сравнению с планетарным импульсом, наблюдаемым в расположении континентов.

Воздействие на уровень моря

Известно, что уровень моря обычно низкий, когда континенты вместе, и высокий, когда они разделены. Например, уровень моря был низким во время образования Пангеи (Пермский период ) и Паннотия (последняя Неопротерозойский ), а во время Ордовик и Меловой времена, когда континенты были рассредоточены. Это потому, что возраст океаническая литосфера обеспечивает основной контроль глубины океанических бассейнов и, следовательно, глобального уровня моря. Океаническая литосфера формируется на срединно-океанические хребты и движется наружу, кондуктивное охлаждение и сокращение, что уменьшает толщину и увеличивает плотность океанической литосферы и опускает морское дно в сторону от срединно-океанических хребтов. Для океанической литосферы возрастом менее 75 миллионов лет простое охлаждение полупространство модель кондуктивного охлаждения, в которой глубина бассейнов океана d в районах, где поблизости нет субдукция является функцией возраста океанической литосферы т. В целом,

${\displaystyle d(t)={\frac {2}{\sqrt {\pi }}}a_{\rm {eff}}T_{1}{\sqrt {\kappa t}}+d_{\rm {r}}}$

куда κ это температуропроводность мантийной литосферы (c. 8×10⁻⁷ м²/s), а_эфф эффективный коэффициент теплового расширения для рока (c. 5.7×10⁻⁵ ° C⁻¹), Т₁ - температура восходящей магмы по сравнению с температурой на верхней границе (c. 1220 ° C для Атлантического и Индийского океанов, c. 1120 ° C для восточной части Тихого океана) и d_р - глубина хребта под поверхностью океана.^[6] После добавления приблизительных цифр для морского дна уравнение принимает следующий вид:

для восточной части Тихого океана:

${\displaystyle d(t)=350{\sqrt {t}}+2500}$

и для Атлантического и Индийского океанов:

${\displaystyle d(t)=390{\sqrt {t}}+2500}$

куда d находится в метрах и т измеряется в миллионах лет, так что только что образовавшаяся кора на срединно-океанических хребтах лежит на глубине около 2500 м, а морское дно возрастом 50 миллионов лет находится на глубине около 5000 м.^[7]

По мере того, как средний уровень морского дна уменьшается, объем океанических бассейнов увеличивается, и если другие факторы, которые могут контролировать уровень моря, остаются постоянными, уровень моря падает. Верно и обратное: более молодая океаническая литосфера приводит к более мелким океанам и более высокому уровню моря, если другие факторы остаются неизменными.

Площадь поверхности Мирового океана может измениться, когда континенты трещина (растяжение континентов уменьшает площадь океана и поднимает уровень моря) или в результате континентальное столкновение (сжатие континентов увеличивает площадь океана и понижает уровень моря). Повышение уровня моря приведет к затоплению континентов, в то время как понижение уровня моря обнажит континентальные шельфы.

Поскольку континентальный шельф имеет очень низкий уклон, небольшое повышение уровня моря приведет к большому изменению процента затопленных континентов.

Если мировой океан в среднем молодой, морское дно будет относительно мелким, а уровень моря будет высоким: больше континентов будет затоплено. Если мировой океан в среднем старый, морское дно будет относительно глубоким, а уровень моря будет низким: обнажится больше континентов.

Таким образом, существует относительно простая связь между суперконтинентальным циклом и средним возрастом морского дна.

• Суперконтинент = очень старое морское дно = низкий уровень моря
• Рассеянные континенты = большое количество молодого морского дна = высокий уровень моря

Также будет климатический эффект суперконтинентального цикла, который еще больше усилит это:

• Суперконтинент = преобладающий континентальный климат = вероятно континентальное оледенение = еще более низкий уровень моря
• Рассеянные континенты = преобладающий морской климат = континентальное оледенение маловероятно = уровень моря не понижается этим механизмом

Отношение к глобальной тектонике

Существует прогрессия тектонических режимов, сопровождающих цикл суперконтинента:

Во время распада суперконтинента преобладают рифтовые среды. За этим следует пассивная окраина, в то время как продолжается распространение морского дна и разрастание океанов. Это, в свою очередь, сопровождается развитием конфликтных сред, которые со временем становятся все более важными. Первые столкновения происходят между континентами и островными дугами, но в конечном итоге приводят к столкновениям между континентами. Так было во время палеозойского суперконтинентального цикла; это наблюдается для Мезозойский –Кайнозойский суперконтинентальный цикл, который все еще продолжается.

Отношение к климату

Основная статья: Теплица и ледник Земля

Существует два типа глобального земного климата: ледник и теплица. Для Icehouse характерны частые континентальные оледенения и суровые пустыни. Для теплицы характерен теплый климат. Оба отражают цикл суперконтинента. Теперь это короткая тепличная фаза в мире ледников.^[8]

• Климат ледника
  • Континенты движутся вместе
  • Низкий уровень моря из-за отсутствия добычи на морском дне
  • Климат более прохладный, засушливый
  • Связана с арагонитовые моря
  • Формирование суперконтиненты
• Климат теплицы
  • Континенты разошлись
  • Уровень моря высокий
  • Высокий уровень распространение морского дна
  • Относительно большое количество CO₂ добыча в океанических рифтовых зонах
  • Климат теплый и влажный
  • Связана с кальцитовые моря

Периоды ледникового климата: большая часть Неопротерозойский, поздно Палеозой, поздно Кайнозойский.

Периоды тепличного климата: Ранний Палеозой, Мезозойский -рано Кайнозойский.

Отношение к эволюции

Главный механизм эволюции - естественный отбор среди разнообразных популяций. В качестве генетический дрейф чаще встречается в небольших популяциях, разнообразие является наблюдаемым следствием изоляции. Меньшая изоляция и, следовательно, меньшая диверсификация происходит, когда все континенты объединяются, образуя один континент и один океан с одним побережьем. В период с позднего неопротерозоя до раннего палеозоя, когда огромное распространение разнообразных метазоа произошла изоляция морской среды в результате распада Паннотии.

Расположение континентов и океанов с севера на юг ведет к гораздо большему разнообразию и изоляции, чем расположение с востока на запад. Расположение с севера на юг дает различные климатические зоны вдоль коммуникационных маршрутов на север и юг, которые отделены водой или сушей от других континентальных или океанических зон с аналогичным климатом. Формирование аналогичных участков континентов и океанических бассейнов, ориентированных с востока на запад, приведет к гораздо меньшей изоляции, диверсификации и более медленной эволюции, поскольку каждый континент или океан находится в меньшем количестве климатических зон. Сквозь Кайнозойский изоляция была увеличена за счет расположения север-юг.

Разнообразие, измеряемое количеством семей, очень хорошо следует суперконтинентальному циклу.^[9]

дальнейшее чтение

• Гурнис, М. (1988). «Крупномасштабная мантийная конвекция, агрегация и рассеяние суперконтинентов». Природа. 332 (6166): 695–699. Bibcode:1988Натура.332..695Г. Дои:10.1038 / 332695a0.
• Murphy, J. B .; Нэнс, Р. Д. (1992). «Суперконтиненты и происхождение горных поясов». Scientific American. 266 (4): 84–91. Bibcode:1992SciAm.266c..84M. Дои:10.1038 / scientificamerican0492-84.
• Nance, R.D .; Worsley, T. R .; Муди, Дж. Б. (1988). «Суперконтинентальный цикл». Scientific American. 259 (1): 72–79. Bibcode:1988SciAm.259a..72N. Дои:10.1038 / scientificamerican0788-72.

Смотрите также

• Пангея
• Тектоника плит
• История Земли

Рекомендации

1. Чжао, Гочунь; Кавуд, Питер А .; Уайльд, Саймон А .; Солнце, М. (2002). «Обзор глобальных орогенов 2,1–1,8 млрд лет: последствия для суперконтинента до Родинии». Обзоры наук о Земле. 59 (1–4): 125–162. Bibcode:2002ESRv ... 59..125Z. Дои:10.1016 / S0012-8252 (02) 00073-9.
2. Чжао, Гочунь; Вс, М .; Уайльд, Саймон А .; Ли, С. З. (2004). «Палео-мезопротерозойский суперконтинент: сборка, рост и распад». Обзоры наук о Земле. 67 (1–2): 91–123. Bibcode:2004ESRv ... 67 ... 91Z. Дои:10.1016 / j.earscirev.2004.02.003.
3. Пайпер, Дж. Д. А. (2013). «Планетарный взгляд на эволюцию Земли: тектоника крышки до тектоники плит». Тектонофизика. 589: 44–56. Bibcode:2013 Tectp.589 ... 44P. Дои:10.1016 / j.tecto.2012.12.042.
4. Пайпер, Дж. Д. А. (2013). «Континентальная скорость в геологическом времени: связь с магматизмом, аккрецией земной коры и эпизодами глобального похолодания». Границы геонаук. 4: 7–36. Дои:10.1016 / j.gsf.2012.05.008.
5. Shirey, S. B .; Ричардсон, С. Х. (2011). «Начало цикла Вильсона в 3 млрд лет, обнаруженное алмазами субконтинентальной мантии». Наука. 333 (6041): 434–436. Bibcode:2011Наука ... 333..434S. Дои:10.1126 / science.1206275. PMID  21778395.
6. Э. Э., Дэвис; Листер, К. Р. Б. (1974). "Основы топографии гребня хребта". Письма по науке о Земле и планетах. 21 (4): 405–413. Bibcode:1974E и PSL..21..405D. Дои:10.1016 / 0012-821X (74) 90180-0.
7. Парсонс, Барри; Склейтер, Джон Г. (1977). «Анализ изменения батиметрии дна океана и теплового потока с возрастом». Журнал геофизических исследований. 82 (B5): 802–827. Bibcode:1977JGR .... 82..802P. Дои:10.1029 / jb082i005p00803.
8. Прочтите, Дж. Фред (2001). «Летопись древнего климата может стать картой к богатству». Наука от Технологического института Вирджинии. Получено 2011-05-04.
9. Бентон, Майкл Дж. (23 сентября 2005 г.). Летопись окаменелостей: качество. Энциклопедия наук о жизни. John Wiley & Sons, Ltd. Дои:10.1038 / npg.els.0004144. ISBN  978-0470016176.

внешняя ссылка

СМИ, связанные с Суперконтиненты в Wikimedia Commons

• Реконструкции по проекту "Палеокарта"
• Реконструкции плит и видео из проекта УТИГ 'ПЛАСТИНЫ'
• Цикл тектонических пород