Геология Аппалачей датируется более чем 1,2 миллиарда лет назад в мезопротерозойскую эру [1], когда два континентальных кратона столкнулись, образовав суперконтинент Родиния , за 500 миллионов лет до развития хребта во время формирования Пангеи . Породы, обнаженные в сегодняшних Аппалачских горах, показывают удлиненные пояса складчатых и нарушенных сбросами морских осадочных пород , вулканических пород и кусков древнего океанского дна — веские доказательства того, что эти породы были деформированы во время столкновения плит . Рождение Аппалачских хребтов знаменует собой первое из нескольких столкновений плит, которые привели к образованию гор , которые достигли кульминации в формировании Пангеи с Аппалачами и соседними горами Антиатлас (ныне в Марокко) недалеко от центра. Эти горные хребты, вероятно, когда-то достигали высот, аналогичных высотам Альп и Скалистых гор, прежде чем они были размыты. [2] [3]
Аппалачские горы образовались в результате серии горообразовательных событий за последние 1,2 миллиарда лет: [4] [5]
Первое столкновение тектонических плит, приведшее к образованию гор, которое инициировало образование того, что сегодня является Аппалачскими горами, произошло в мезопротерозойскую эру по крайней мере один миллиард лет назад, когда досевероамериканский кратон, называемый Лаврентия, столкнулся с другими континентальными сегментами, в частности, Амазонией . Все остальные кратоны Земли также столкнулись примерно в это же время, образовав суперконтинент Родиния, который был окружен одним единственным океаном . Горообразование, называемое гренвильской орогенезом , происходило вдоль границ кратонов. Современные Аппалачские горы имеют по крайней мере две области, которые состоят из скальных образований, которые были сформированы во время этой орогенеза: Голубой хребет и Адирондак . [1]
После гренвильской орогенеза направление континентального дрейфа изменилось, и Родиния начала распадаться. Горы, образовавшиеся в гренвильскую эру, подверглись эрозии из -за выветривания , оледенения и других естественных процессов, что привело к выравниванию ландшафта. Размытые осадки этих гор способствовали образованию осадочных бассейнов и долин.
Например, на территории нынешнего юга США образовался бассейн Окои . Бассейн заполнила морская вода. Реки из окрестностей несли глину, ил, песок и гравий в бассейн, подобно тому, как сегодня реки переносят осадки из региона Среднего континента в Мексиканский залив . Осадки распределялись слоями по дну бассейна. Бассейн продолжал оседать, и в течение длительного периода времени, вероятно, миллионов лет, накопилась большая толщина осадка. [6]
В конце концов, тектонические силы, разделяющие два континента, стали настолько сильными, что океан Япетус образовался у восточного побережья Лаврентийской окраины. Породы провинции Долины и Хребта формировались в течение миллионов лет в Япете. Ракушки и другие твердые части древних морских растений и животных накапливались, образуя известковые отложения, которые позже стали известняком . Это тот же самый процесс, посредством которого известняк образуется в современных океанах. Выветривание известняка, выходящего на поверхность суши, создает богатые известью почвы, которые так распространены на плодородных сельскохозяйственных угодьях провинции Долины и Хребта. [6]
Во время этого континентального распада, около 600–560 миллионов лет назад, вдоль тектонических границ наблюдалась вулканическая активность. Свидетельства этой активности имеются в сегодняшних Голубых горах. Гора Роджерс , гора Уайттоп и гора Пайн являются результатом вулканической активности, которая произошла примерно в это время. [7] Свидетельства подповерхностной активности ( дайки и силлы, внедряющиеся в вышележащие породы) присутствуют и в Голубом хребте. Например, основные породы были обнаружены вдоль разлома Фрайс в центральной части Голубого хребта округа Монтгомери, штат Вирджиния . [8]
В самом раннем периоде палеозоя континент , который позже стал Северной Америкой, располагался по обе стороны экватора . Аппалачский регион был пассивной окраиной плиты , мало чем отличающейся от сегодняшней провинции Атлантической прибрежной равнины . В течение этого периода регион периодически погружался под мелководные моря. Толстые слои осадка и карбонатных пород откладывались на мелководном морском дне, когда регион был затоплен. Когда моря отступили, доминировали наземные осадочные отложения и эрозия. [10]
В середине ордовика (около 458-470 миллионов лет назад) изменение в движении плит подготовило почву для первого палеозойского горообразования ( таконическая орогенеза ) в Северной Америке. Некогда тихая пассивная окраина Аппалачей превратилась в очень активную границу плит, когда соседняя океаническая кора , Япет, столкнулась с североамериканским кратоном и начала погружаться под него. С созданием этой новой зоны субдукции родились ранние Аппалачи. [10]
Вулканы росли вдоль континентальной окраины , совпадая с началом субдукции. Надвиговые сбросы подняли и деформировали более старые осадочные породы, отложенные на пассивной окраине. По мере того, как горы поднимались, эрозия начала их стирать. Потоки переносили обломки горных пород вниз по склону, чтобы отложить их в близлежащих низинах. [10]
Горообразование периодически продолжалось в течение следующих 250 миллионов лет ( каледонская , акадийская , уашито , герцинская и аллеганская орогении). Континент за континентом были надвинуты и пришиты к североамериканскому кратону, когда Пангея начала обретать форму. Микроплиты , более мелкие кусочки коры, слишком маленькие, чтобы называться континентами, были сметены одна за другой, чтобы быть приваренными к растущей массе. [10]
Около 300 миллионов лет назад ( пенсильванский период) Африка приближалась к североамериканскому кратону. Коллизионный пояс распространился в регион Озарк - Уошито и через район Марафонских гор в Техасе. Континентальные столкновения подняли цепь Аппалачи-Уошито до высокого горного хребта в масштабе современных Гималаев . Огромная масса Пангеи была завершена ближе к концу палеозойской эры ( пермский период), когда Африка ( Гондвана ) врезалась в континентальную агломерацию, с горами Аппалачи-Уошито около середины. [10]
Пангея начала распадаться около 220 миллионов лет назад, в раннем мезозое (поздний триасовый период). Когда Пангея раскололась , родилась новая пассивная тектоническая граница, и силы, создавшие Аппалачи, Уошито и Марафонские горы, успокоились. Выветривание и эрозия возобладали, и горы начали стираться. [10]
К концу мезозоя Аппалачи были размыты до почти плоской равнины. [10] Только после того, как регион поднялся в кайнозойскую эру, сформировалась отличительная топография настоящего времени. [11] Подъем обновил потоки, которые быстро отреагировали, врезавшись вниз в древнюю коренную породу. Некоторые потоки текли вдоль слабых слоев, которые определяют складки и разломы, созданные много миллионов лет назад. Другие потоки спускались вниз так быстро, что они прорезали прямо через устойчивые складчатые породы горного ядра, вырезая каньоны через слои скал и геологические структуры. [10] Хребты ядра Аппалачи представляют собой устойчивую к эрозии породу, которая осталась после того, как скала над ней и рядом с ней была размыта. [10]
Географические границы Аппалачских гор следуют определению, которое учитывает всю территорию США и Канады, используемому Геологической службой США и Геологической службой Канады с использованием науки физиографии. США используют термин Аппалачское нагорье, а Канада использует термин Аппалачские возвышенности, чтобы определить смежные регионы, которые имеют схожую геологию, топографию, историю и местные сообщества растений и животных. (Аппалачские горы не являются синонимом Аппалачского плато , которое является одной из провинций Аппалачского нагорья). [ необходима цитата ]
Аппалачский бассейн — это форландовый бассейн, содержащий палеозойские осадочные породы раннего кембрия — раннего пермского возраста. С севера на юг провинция Аппалачского бассейна пересекает Нью-Йорк , Пенсильванию , восточный Огайо , Западную Вирджинию , западный Мэриленд , восточный Кентукки , западную Вирджинию , восточный Теннесси , северо-западную Джорджию и северо-восточную Алабаму . Северный конец Аппалачского бассейна простирается от берега в озера Эри и Онтарио до границы США и Канады. Провинция занимает площадь около 185 500 квадратных миль (480 000 км 2 ) и имеет длину 1075 миль (1730 км) с северо-востока на юго-запад и ширину от 20 до 310 миль (от 30 до 500 км) с северо-запада на юго-восток. [12]
Северо-западный фланг бассейна представляет собой широкую гомоклиналь , которая плавно падает на юго-восток от арки Цинциннати . Сложно надвиговый и складчатый террейн (Аппалачский складчатый и надвиговый пояс или Восточный надвиговый пояс), сформированный в конце палеозоя аллеганской орогенезом , характеризует восточный фланг бассейна. Метаморфические и магматические породы надвигового пояса Голубого хребта, ограничивающего восточную часть провинции Аппалачского бассейна, были надвинуты на запад более чем на 150 миль (240 км) по нижнепалеозойским осадочным породам. [12]
Аппалачский бассейн является одним из важнейших регионов добычи угля в США и одним из крупнейших в мире. Битуминозный уголь добывался на протяжении последних трех столетий. В настоящее время уголь в основном используется в восточной части США или экспортируется для производства электроэнергии , но часть его пригодна для металлургических целей. Экономически важные угольные пласты откладывались в основном в пенсильванское время в утолщающемся на юго-восток предгорном бассейне. Уголь и связанные с ним породы образуют обломочный клин, который утолщается с севера на юг, от Пенсильвании в юго-восточную Западную Вирджинию и юго-западную Вирджинию. [13]
Открытие нефти в 1859 году в скважине Дрейка , округ Венанго, штат Пенсильвания , ознаменовало начало нефтегазовой промышленности в Аппалачском бассейне. Открытие скважины открыло обширную тенденцию нефтяных и газовых месторождений, добываемых из песчаниковых резервуаров верхнего девона , миссисипского и пенсильванского периодов , которые простираются от южного Нью-Йорка, через западную Пенсильванию, центральную Западную Вирджинию и восточный Огайо до восточного Кентукки. [12]
Вторая крупная тенденция добычи нефти и газа в Аппалачском бассейне началась с открытия в 1885 году нефти и газа в нижнесилурийских песчаниках Клинтон в округе Нокс, штат Огайо . К концу 1880-х и началу 1900-х годов эта тенденция распространилась как на север, так и на юг через восточно-центральный Огайо и включила несколько округов на западе Нью-Йорка, где был обнаружен газ в нижнесилурийских песчаниках группы Медина. Около 1900 года крупные запасы нефти были обнаружены в силурийских и девонских карбонатных резервуарах в восточно-центральном Кентукки. Важные открытия газа из нижнедевонских песчаников Орискани в округе Гернси, штат Огайо , в 1924 году; округ Скайлер, штат Нью-Йорк , в 1930 году; и округ Канава, Западная Вирджиния , в 1936 году открыли крупный газодобывающий тренд в частях Нью-Йорка, Пенсильвании, Мэриленда, Огайо, Западной Вирджинии, Кентукки и Вирджинии. [12] Еще один буровой бум произошел в 1960-х годах в округе Морроу, штат Огайо , где была обнаружена нефть в верхнекембрийской части доломита Нокс . [12]
Провинции Голубой хребет, Пьемонт, Адирондак и Новая Англия известны под общим названием Кристаллические Аппалачи, поскольку они состоят из докембрийских и кембрийских магматических и метаморфических пород. [14]
Провинция Голубого хребта простирается под частями восьми штатов от центральной Алабамы до южной Пенсильвании. Вдоль своего западного края Голубой хребет надвинут на складчатую и разломную границу Аппалачского бассейна, так что широкий сегмент палеозойских пластов простирается на восток на десятки миль, погребенный под этими субгоризонтальными кристаллическими надвиговыми пластинами. [15] На поверхности Голубой хребет состоит из горно-холмистой области, основным компонентом которой являются горы Голубого хребта, простирающиеся от Джорджии до Пенсильвании. Поверхностные породы в основном состоят из ядра умеренно-высокопоставленных кристаллических метаморфических или магматических пород, которые из-за своей превосходной устойчивости к выветриванию и эрозии обычно возвышаются над прилегающими областями низкосортных метаморфических и осадочных пород. Провинция ограничена на севере и западе палеозойскими слоями Аппалачского бассейна, а на юге — меловыми и более молодыми осадочными породами прибрежной равнины залива . На востоке она ограничена метаморфическими и осадочными породами провинции Пидмонт . [16]
Провинции Адирондак и Новая Англия включают осадочные, мета-осадочные и плутонические магматические породы, в основном кембрийского и ордовикского возраста, литологически похожие на породы в провинциях Голубой хребет и Пидмонт на юге. Поднятые, почти круглые горы Адирондак состоят из ядра древних докембрийских пород, которые окружены перевернутыми кембрийскими и ордовикскими осадочными породами. [16]
Фундамент Аппалачско-Уашита орогена был заложен, когда было завершено формирование суперконтинента Родиния. Коллизионные события сопровождались высокоградиентным метаморфизмом и магматизмом во время гренвильской орогении в промежуток времени 1300–950 млн лет назад.
В этой статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, из раздела Геологические провинции США: Провинция Аппалачи. Геологическая служба США . Архивировано из оригинала 14 января 2008 г. Получено 2 сентября 2007 г. В статье использованы материалы, находящиеся в открытом доступе, из книги RT Ryder. Appalachian Basin Province (067) (PDF) . Геологическая служба США . В этой статье использованы материалы из общедоступного источника Лесли Ф. Рупперта. Резюме — Оценка угольных ресурсов отдельных угольных пластов и зон в угольных регионах Северного и Центрального Аппалачского бассейна (PDF) . Геологическая служба США . В этой статье использованы материалы, находящиеся в открытом доступе, от Роберта К. Миличи. Blue Ridge Thrust Belt (068), Piedmont Province (069), Atlantic Coastal Plain Province (070), Adirondack Province (071) и New England Province (072) (PDF) . Геологическая служба США .