stringtranslate.com

Кратон

Кратоны Южной Америки и Африки в триасовый период, когда два континента были объединены в суперконтинент Пангея

Кратон ( / ˈk r eɪ t ɒ n / KRAYT -on , / ˈk r æ t ɒ n / KRAT -on , или / ˈk r eɪ t ən / KRAY -tən ; [1] [ 2 ] [ 3] от греч . : κράτος kratos «сила») — старая и стабильная часть континентальной литосферы , которая состоит из двух верхних слоев Земли, коры и верхней мантии . Часто переживая циклы слияния и рифтинга континентов, кратоны обычно находятся во внутренних частях тектонических плит ; исключения происходят, когда геологически недавние события рифтинга разделили кратоны и создали пассивные границы вдоль их краев. Кратоны обычно состоят из древней кристаллической фундаментной породы , которая может быть покрыта более молодой осадочной породой . Они имеют толстую кору и глубокие литосферные корни, которые уходят на несколько сотен километров в мантию Земли.

Терминология

Геологические провинции мира ( USGS )

Термин «кратон» используется для того, чтобы отличить стабильную часть континентальной коры от регионов, которые являются более геологически активными и нестабильными. [4] Кратоны состоят из двух слоев: континентального щита , в котором фундаментная порода выходит на поверхность, [5] и платформы , которая в некоторых областях покрывает щит осадочными породами . [6]

Слово кратон было впервые предложено австрийским геологом Леопольдом Кобером в 1921 году как Кратоген , относящееся к стабильным континентальным платформам, и ороген как термин для горных или орогенических поясов . Позднее Ганс Штилле сократил первый термин до Кратон , от которого произошло кратон . [7]

Примеры

Примерами кратонов являются кратон Дхарвар [8] в Индии, Северо-Китайский кратон [9] , Восточно -Европейский кратон [10] , Амазонский кратон в Южной Америке [11] , кратон Каапвааль в Южной Африке [12] , Северо -Американский кратон (также называемый кратоном Лаврентия) [13] и кратон Гоулер в Южной Австралии [14] .

Структура

Кратоны имеют толстые литосферные корни. Томография мантии показывает, что кратоны залегают под аномально холодной мантией, соответствующей литосфере, более чем в два раза превышающей типичную толщину 100 км (60 миль) зрелой океанической или некратонной континентальной литосферы. На этой глубине корни кратона простираются в астеносферу , [ 15] и зона низкой скорости, наблюдаемая в других местах на этих глубинах, слаба или отсутствует под стабильными кратонами. [16] Литосфера кратона отчетливо отличается от океанической литосферы, поскольку кратоны имеют нейтральную или положительную плавучесть и низкую собственную плотность. Эта низкая плотность компенсирует увеличение плотности из-за геотермического сжатия и не дает кратону погружаться в глубокую мантию. Литосфера кратона намного старше океанической литосферы — до 4 миллиардов лет против 180 миллионов лет. [17]

Фрагменты горных пород ( ксенолиты ), вынесенные из мантии магмами , содержащими перидотит, были доставлены на поверхность в виде включений в субвулканических трубках, называемых кимберлитами . Эти включения имеют плотность, соответствующую составу кратона, и состоят из материала мантии, оставшегося от высоких степеней частичного плавления. Перидотит сильно зависит от включения влаги. Содержание влаги в перидотите кратона необычно низкое, что приводит к гораздо большей прочности. Он также содержит высокий процент легкого магния вместо более тяжелого кальция и железа. [18] Перидотиты важны для понимания глубинного состава и происхождения кратонов, поскольку перидотитовые конкреции представляют собой куски мантийной породы, измененные частичным плавлением. Гарцбургитовые перидотиты представляют собой кристаллические остатки после извлечения расплавов таких составов, как базальт и коматиит . [19]

Формирование

Процесс, посредством которого были образованы кратоны, называется кратонизацией . Многое в этом процессе остается неопределенным, и в научном сообществе нет единого мнения. [20] Однако первые кратонные массивы суши, вероятно, образовались во время архейского эона. На это указывает возраст алмазов , которые возникают в корнях кратонов и которым почти всегда более 2 миллиардов лет, а часто и более 3 миллиардов лет. [17] Породы архейского возраста составляют всего 7% современных кратонов мира; даже с учетом эрозии и разрушения прошлых образований это говорит о том, что только от 5 до 40 процентов нынешней континентальной коры образовалось во время архея. [21] Кратонизация, вероятно, была завершена во время протерозоя . Последующий рост континентов происходил путем аккреции на континентальных окраинах. [17]

Корневое происхождение

Происхождение корней кратонов все еще обсуждается. [22] [23] [18] [20] Однако современное понимание кратонизации началось с публикации в 1978 году статьи Томаса Х. Джордана в журнале Nature . Джордан предполагает, что кратоны образовались из-за высокой степени частичного плавления верхней мантии, при этом от 30 до 40 процентов исходной породы попало в расплав. Такая высокая степень плавления стала возможной из-за высоких температур мантии архея. Извлечение такого количества магмы оставило после себя твердый остаток перидотита, который был обогащен легким магнием и, таким образом, имел более низкую химическую плотность, чем неистощенная мантия. Эта более низкая химическая плотность компенсировала эффекты теплового сжатия по мере охлаждения кратона и его корней, так что физическая плотность корней кратона соответствовала плотности окружающей более горячей, но более химически плотной мантии. [24] [17] Помимо охлаждения корней кратона и снижения их химической плотности, извлечение магмы также увеличило вязкость и температуру плавления корней кратона и предотвратило смешивание с окружающей неистощенной мантией. [25] Полученные корни мантии оставались стабильными в течение миллиардов лет. [23] Джордан предполагает, что истощение происходило в первую очередь в зонах субдукции и вторично в виде базальтовых потоков . [26]

Эта модель извлечения расплава из верхней мантии хорошо выдержала последующие наблюдения. [27] Свойства мантийных ксенолитов подтверждают, что геотермический градиент намного ниже под континентами, чем под океанами. [28] Оливин корневых ксенолитов кратона чрезвычайно сухой, что придает корням очень высокую вязкость. [29] Рениево-осмиевое датирование ксенолитов указывает на то, что самые древние события плавления имели место в раннем и среднем архее. Значительная кратонизация продолжалась в позднем архее, сопровождаясь объемным мафическим магматизмом. [30]

Однако только извлечение расплава не может объяснить все свойства корней кратона. Джордан отмечает в своей статье, что этот механизм может быть эффективным для построения корней кратона только до глубины 200 километров (120 миль). Большие глубины корней кратона требуют дальнейшего объяснения. [26] Частичное плавление мантийной породы на 30–40 процентов при давлении от 4 до 10 ГПа производит коматиитовую магму и твердый остаток, очень близкий по составу к архейской литосферной мантии, но континентальные щиты не содержат достаточного количества коматиита, чтобы соответствовать ожидаемому истощению. Либо большая часть коматиита никогда не достигала поверхности, либо другие процессы способствовали образованию корней кратона. [30] Существует много конкурирующих гипотез о том, как образовались кратоны.

Модель повторного столкновения континентов

Модель Джордана предполагает, что дальнейшая кратонизация была результатом повторяющихся континентальных столкновений. Утолщение коры, связанное с этими столкновениями, могло быть сбалансировано утолщением корней кратона в соответствии с принципом изостазии . [26] Джордан сравнивает эту модель с «размешиванием» кратонов, позволяя материалу с низкой плотностью перемещаться вверх, а материалу с более высокой плотностью — вниз, создавая стабильные кратонные корни глубиной до 400 км (250 миль). [29]

Модель расплавленного шлейфа

Вторая модель предполагает, что поверхностная кора была утолщена поднимающимся потоком расплавленного материала из глубин мантии. Это привело бы к образованию толстого слоя истощенной мантии под кратонами.

Модель погружающейся океанической плиты

Третья модель предполагает, что последовательные плиты погружающейся океанической литосферы застряли под протократоном, покрывая кратон химически обедненной породой. [29] [18] [22]

Модель происхождения удара

Четвертая теория, представленная в публикации 2015 года, предполагает, что происхождение кратонов похоже на коровые плато, наблюдаемые на Венере, которые могли быть созданы в результате ударов крупных астероидов. [20] В этой модели крупные удары по ранней литосфере Земли проникли глубоко в мантию и создали огромные лавовые пруды. [20] В статье предполагается, что эти лавовые пруды остыли, образовав корень кратона. [20]

Доказательства для каждой модели

Химия ксенолитов [27] и сейсмическая томография говорят в пользу двух аккреционных моделей, а не модели плюма. [29] [31] Однако другие геохимические данные говорят в пользу мантийных плюмов. [32] [33] [34] Томография показывает два слоя в корнях кратона под Северной Америкой. Один находится на глубине менее 150 км (93 мили) и может быть архейским, в то время как второй находится на глубине от 180 до 240 км (110-150 миль) и может быть моложе. Второй слой может быть менее истощенным термическим пограничным слоем, который застаивался на истощенной «крышке», образованной первым слоем. [35] Модель происхождения удара не требует плюмов или аккреции; эта модель, однако, не является несовместимой ни с одной из них. [20]

Все эти предложенные механизмы основаны на отделении плавучего вязкого материала от более плотного остатка из-за течения мантии, и вполне возможно, что в формировании корня кратона участвовало более одного механизма. [30] [20]

Эрозия

Длительная эрозия кратонов была названа «кратонным режимом». Она включает в себя процессы педипланации и этчпланации , которые приводят к образованию плоских поверхностей, известных как пенеплены . [36] В то время как процесс этчпланации связан с влажным климатом, а педипланация — с засушливым и полузасушливым климатом, изменение климата в течение геологического времени приводит к образованию так называемых полигенетических пенепленов смешанного происхождения. Другим результатом долговечности кратонов является то, что они могут чередоваться между периодами высокого и низкого относительного уровня моря . Высокий относительный уровень моря приводит к повышению океаничности, в то время как противоположное приводит к повышению внутренних условий. [36]

Многие кратоны имели сглаженную топографию с докембрийских времен. Например, кратон Йилгарн в Западной Австралии был плоским уже в средние протерозойские времена [36] , а Балтийский щит был размыт до сглаженной местности уже в позднем мезопротерозое , когда вторглись граниты рапакиви . [37] [38]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Определение кратона в североамериканском английском". Oxford Dictionaries . Архивировано из оригинала 2015-04-02 . Получено 2015-03-28 .
  2. ^ "Определение кратона в британском и английском языках стран Содружества". Oxford Dictionaries . Архивировано из оригинала 2015-04-02 . Получено 2015-03-28 .
  3. ↑ Macquarie Dictionary (5-е изд.). Сидней: Macquarie Dictionary Publishers Pty Ltd. 2009.
  4. ^ Джексон, Джулия А., ред. (1997). "кратон". Словарь геологии (Четвертое изд.). Александрия, Вирджиния: Американский геологический институт. ISBN 0922152349.
  5. ^ Джексон 1997, «щит [tect]».
  6. ^ Джексон 1997, «платформа [tect]».
  7. ^ Şengör, AMC (2003). Деформации литосферы с большой длиной волны: Материалы для истории эволюции хотя с самых ранних времен до тектоники плит . Мемуары Геологического общества Америки. Т. 196. С. 331.
  8. ^ Ратиш-Кумар, РТ; Уиндли, Б.Ф.; Сяо, В.Дж.; Цзя, XL.; Моханти, Д.П.; Зеба-Незрин, ФК (октябрь 2019 г.). «Ранний рост индийской литосферы: последствия сборки кратона Дхарвар и прилегающих гранулитовых блоков, южная Индия». Precambrian Research . 336 : 105491. doi : 10.1016/j.precamres.2019.105491. S2CID  210295037.
  9. ^ Kusky, TM; Windley, BF; Zhai, M.-G. (2007). «Тектоническая эволюция Северо-Китайского блока: от орогена к кратону и орогену». Геологическое общество, Лондон, Специальные публикации . 280 (1): 1–34. Bibcode : 2007GSLSP.280....1K. doi : 10.1144/sp280.1. S2CID  129902429.
  10. ^ Артемьева, Ирина М (август 2003 г.). «Структура, состав и тепловой режим литосферы Восточно-Европейского кратона: последствия для оседания Русской платформы» (PDF) . Earth and Planetary Science Letters . 213 (3–4): 431–446. Bibcode : 2003E&PSL.213..431A. doi : 10.1016/S0012-821X(03)00327-3.
  11. ^ Кордани, Юга; Тейшейра, В.; Д'Агрелла-Фильо, MS; Триндаде, Род-Айленд (июнь 2009 г.). «Положение Амазонского кратона в суперконтинентах». Исследования Гондваны . 15 (3–4): 396–407. Бибкод : 2009GondR..15..396C. дои :10.1016/j.gr.2008.12.005.
  12. ^ Нгуури, ТК; Гор, Дж.; Джеймс, Делавэр; Уэбб, С.Дж.; Райт, К.; Зенгени, Т.Г.; Гвавава, О.; Сноук, Дж.А. (1 июля 2001 г.). «Структура земной коры под югом Африки и ее значение для формирования и эволюции кратонов Каапвааль и Зимбабве». Письма о геофизических исследованиях . 28 (13): 2501–2504. дои : 10.1029/2000GL012587 . hdl : 10919/24271 . S2CID  15687067.
  13. ^ Хоффман, ПФ (май 1988 г.). «Объединенные плиты Америки, рождение кратона: ранняя протерозойская сборка и рост Лаврентии». Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 16 (1): 543–603. Bibcode : 1988AREPS..16..543H. doi : 10.1146/annurev.ea.16.050188.002551.
  14. ^ Хэнд, М.; Рид, А.; Ягодзинский, Л. (1 декабря 2007 г.). «Тектоническая структура и эволюция кратона Гоулер, Южная Австралия». Экономическая геология . 102 (8): 1377–1395. Бибкод : 2007EcGeo.102.1377H. doi : 10.2113/gsecongeo.102.8.1377.
  15. ^ Пети, Чарльз (18 декабря 2010 г.). «Continental Hearts – Science News». Science News . 178 (13). Общество науки и общественности: 24. doi : 10.1002/scin.5591781325. ISSN  0036-8423.
  16. ^ Кири, П.; Клепейс, Калифорния; Вайн, Ф.Дж. (2009). Глобальная тектоника (3-е изд.). Оксфорд: Уайли-Блэквелл. п. 349. ИСБН 9781405107778.
  17. ^ abcd Petit 2010, стр. 25.
  18. ^ abc Petit 2010, стр. 25–26.
  19. ^ Филпоттс, Энтони Р.; Агу, Джей Дж. (2009). Принципы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press. стр. 373, 602–603. ISBN 9780521880060.
  20. ^ abcdefg Хансен, Вики Л. (24 августа 2015 г.). "Происхождение архейских кратонов в результате удара". Литосфера . 7 (5): 563–578. Bibcode :2015Lsphe...7..563H. doi : 10.1130/L371.1 .
  21. ^ Стэнли, Стивен М. (1999). История системы Земли . Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С. 297–302. ISBN 0-7167-2882-6.
  22. ^ ab Lee, C. (2006). Benn, K.; Mareschal, JC; Condie, KC (ред.). "Геохимические/петрологические ограничения происхождения кратонной мантии" (PDF) . American Geophysical Union Geophysical Monograph . Geophysical Monograph Series. 164 : 89. Bibcode :2006GMS...164...89L. doi :10.1029/164GM08. ISBN 978-0-87590-429-0. Получено 20 ноября 2021 г. .
  23. ^ ab Miller, Meghan S.; Eaton, David W. (сентябрь 2010 г.). "Формирование кратонных мантийных килей путем аккреции дуг: данные функций приемника S: ФОРМИРОВАНИЕ КРАТОННЫХ МАНТИЙНЫХ КИЛЕЙ". Geophysical Research Letters . 37 (18): n/a. doi : 10.1029/2010GL044366 . S2CID  129901730.
  24. ^ Jordan, Thomas H. (август 1978). «Состав и развитие континентальной тектоосферы». Nature . 274 (5671): 544–548. Bibcode :1978Natur.274..544J. doi :10.1038/274544a0. S2CID  4286280.
  25. ↑ Джордан 1978, стр. 546.
  26. ^ abc Jordan 1978, стр. 547.
  27. ^ ab Ли 2006.
  28. ↑ Джордан 1978, стр. 544.
  29. ^ abcd Petit 2010, стр. 26.
  30. ^ abc Кирей, Клепеис и Вайн 2009, стр. 351.
  31. ^ Миллер и Итон 2010.
  32. ^ Томлинсон, Кирсти Ю.; Конди, Кент К. (2001). "Архейские мантийные плюмы: доказательства геохимии зеленокаменного пояса". Мантийные плюмы: их идентификация с течением времени . doi :10.1130/0-8137-2352-3.341. ISBN 9780813723525. Получено 21 ноября 2021 г. .
  33. ^ Эрнст, Ричард Э.; Бьюкен, Кеннет Л.; Кэмпбелл, Ян Х. (февраль 2005 г.). «Границы в исследовании крупных магматических провинций». Литос . 79 (3–4): 271–297. Bibcode : 2005Litho..79..271E. doi : 10.1016/j.lithos.2004.09.004.
  34. ^ Кири, Клепеис и Вайн 2009, стр. 352.
  35. ^ Юань, Хуайюй; Романович, Барбара (август 2010 г.). «Литосферное расслоение в североамериканском кратоне». Nature . 466 (7310): 1063–1068. Bibcode :2010Natur.466.1063Y. doi :10.1038/nature09332. PMID  20740006. S2CID  4380594.
  36. ^ abc Fairbridge, Rhodes W. ; Finkl Jr., Charles W. (1980). "Кратонные эрозионные несогласия и пенеплены". The Journal of Geology . 88 (1): 69–86. Bibcode :1980JG.....88...69F. doi :10.1086/628474. S2CID  129231129.
  37. ↑ Линдберг, Йохан (4 апреля 2016 г.). «берггрунд и формер». Uppslagsverket Финляндия (на шведском языке). Архивировано из оригинала 6 января 2018 года . Проверено 13 февраля 2018 г.
  38. ^ Лундмарк, Андерс Маттиас; Ламминен, Яркко (2016). «Происхождение и обстановка мезопротерозойского песчаника Дала, западная Швеция, и палеогеографические последствия для юго-западной Фенноскандии». Precambrian Research . 275 : 197–208. Bibcode : 2016PreR..275..197L. doi : 10.1016/j.precamres.2016.01.003.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки