Лаврентия или Североамериканский кратон — крупный континентальный кратон , который образует древнее геологическое ядро Северной Америки . Много раз в прошлом Лаврентия была отдельным континентом , как сейчас в форме Северной Америки, хотя изначально она также включала кратонные области Гренландии и Гебридский террейн на северо-западе Шотландии . В другие периоды своего прошлого Лаврентия была частью более крупных континентов и суперконтинентов и состоит из множества более мелких террейнов, собранных в сеть ранних протерозойских орогенных поясов . Небольшие микроконтиненты и океанические острова сталкивались и прикреплялись к постоянно растущей Лаврентии, и вместе образовывали стабильный докембрийский кратон, который мы видим сегодня. [1] [2] [3]
Кратон назван в честь Лаврентийского щита , через Лаврентийские горы , которые получили свое название от реки Святого Лаврентия , названной в честь Святого Лаврентия Римского. [4]
В восточной и центральной Канаде большая часть стабильного кратона выходит на поверхность в виде Канадского щита , области докембрийских пород, охватывающей более миллиона квадратных миль. Сюда входят некоторые из старейших пород на Земле, такие как архейская порода Акаста -Гнейс , возраст которой составляет 4,04 миллиарда лет ( Ga ), и комплекс Истак-Гнейс в Гренландии, возраст которого составляет 3,8 Ga. [5] Когда рассматриваются подземные расширения, более распространенным является более широкий термин Лаврентийский щит, не в последнюю очередь потому, что большие части структуры простираются за пределы Канады. В Соединенных Штатах коренная порода кратона покрыта осадочными породами на широкой внутренней платформе в регионах Среднего Запада и Великих равнин и выходит на поверхность только в северной Миннесоте, Висконсине, нью-йоркских Адирондаках и на Верхнем полуострове Мичигана . [6] Толщина осадочных пород варьируется от 1000 м до более 6100 м (3500–20000 футов). Кратонные породы являются метаморфическими или магматическими , а вышележащие осадочные слои состоят в основном из известняков , песчаников и сланцев . [7] Эти осадочные породы в основном отложились 650–290 млн лет назад. [8]
Древнейшая коренная порода, приписанная к архейским провинциям Слейв , Рэй , Херн , Вайоминг , Супериор и Нейн , расположена в северных двух третях Лаврентии. В раннем протерозое они были покрыты осадками, большая часть которых теперь размыта. [1]
Гренландия является частью Лаврентии. Остров отделен от Северной Америки проливом Нэрса , но это эрозионная особенность плейстоцена . Пролив покрыт континентальной корой и не показывает никаких признаков термического события или тектонизма морского пути. [9] [10] Гренландия в основном состоит из коры архейского и протерозойского возраста, с нижними палеоценовыми шельфовыми образованиями на ее северной окраине и девонскими и палеогеновыми образованиями на ее западной и восточной окраинах. Восточная и северная окраины были сильно деформированы во время каледонской орогенеза . [11] [10]
Зеленокаменный пояс Исуа в западной Гренландии сохраняет океаническую кору, содержащую комплексы сплошных даек . Они предоставляют геологам доказательства того, что срединно-океанические хребты существовали 3,8 млрд лет назад. Золотой пояс Абитиби в провинции Сьюпириор является крупнейшим зеленокаменным поясом на Канадском щите. [12]
Лаврентия впервые собралась из шести или семи крупных фрагментов архейской коры примерно от 2,0 до 1,8 Гя. [3] [13] Сборка началась, когда кратон Слейв столкнулся с кратоном Рэй-Херн, а кратон Рэй-Херн вскоре после этого столкнулся с кратоном Сьюпириор. Затем они слились с несколькими более мелкими фрагментами архейской коры, включая блоки Вайоминга, Медисин-Хэт, Саска, Маршфилда и Наина. Эта серия столкновений подняла горы Трансгудзонского орогенного пояса , которые, вероятно, были похожи на современные Гималаи , [3] и ороген Вопмей на северо-западе Канады. [14] Во время сборки ядра Лаврентии полосчатая железистая формация отложилась в Мичигане, Миннесоте и Лабрадоре. [15]
Получившееся ядро Лаврентии в основном состояло из переработанной архейской коры, но с некоторой ювенильной корой в виде поясов вулканических дуг . Ювенильная кора — это кора, образованная из магмы, недавно извлеченной из мантии Земли , а не переработанной из более старой коровой породы. [3] Интенсивное горообразование Трансгудзонской орогении сформировало толстые, устойчивые корни под кратоном, [3] возможно, в результате процесса «разминания», который позволил материалу с низкой плотностью подняться, а материалу с высокой плотностью опуститься. [16]
В течение следующих 900 миллионов лет Лаврентия росла за счет аккреции островных дуг и другой молодой коры и случайных фрагментов более старой коры (например, блока Мохаве). Эта аккреция происходила вдоль юго-восточной окраины Лаврентии, где существовала долгоживущая конвергентная граница плит . Основные эпизоды аккреции включали орогенез Явапаи в 1,71–1,68 Гя, который приварил провинцию Явапаи 1,8–1,7 Гя к Лаврентии; орогенез Мазатцаль в 1,65–1,60 Гя, прикрепивший провинцию Мазатцаль 1,71–1,65 Гя; [3] орогенез Пикурис в 1,49–1,45 Гя, [17] который, возможно, приварил провинцию гранита и риолита 1,50–1,30 Гя к Лаврентии; и орогенез Гренвилля возрастом от 1,30 до 0,95 Гя, который присоединил к Лаврентии провинцию Льяно-Гренвилл возрастом от 1,30 до 1,00 Гя.
Орогения Пикурис , в частности, характеризовалась внедрением больших объемов гранитоидной магмы в ювенильную кору, что помогло коре созреть и сшить ее. Откат плиты на 1,70 и 1,65 Гя отложил характерные кварцит - риолитовые пласты на южном краю кратона. Этот длительный эпизод аккреции удвоил размер Лаврентии, но создал кратон, подстилаемый относительно слабой, водосодержащей и плодородной (созревшей для извлечения магмы) мантийной литосферой. [3] Субдукция под юго-восточным краем континента, вероятно, вызвала обогащение литосферной мантии под орогенными поясами провинции Гренвилл . [18] Около 1,1 Гя центр кратона почти раскололся вдоль рифтовой системы Мидконтинента . Это создало супергруппу Кевинаван , чьи базальтовые потоки богаты медной рудой. [19]
Лаврентия была сформирована в тектонически активном мире. [20] [3] Считается, что субдукция под юго-восточную окраину континента способствовала образованию Родинии . [18] [21] [22] Согласно гипотезе Юго-Западной части США и Восточной Антарктиды или SWEAT , Лаврентия стала ядром суперконтинента . Она была повернута примерно на 90 градусов по часовой стрелке по сравнению с ее современной ориентацией, с Восточной Антарктидой и Австралией на севере (то, что сейчас является западом), Сибирью на востоке (современный север), Балтикой и Амазонией на юге (современный восток) и Конго на юго-западе (современный юго-восток). Ороген Гренвилл простирался вдоль всей юго-западной (современный юго-восточной) окраины Лаврентии, где он столкнулся с Конго, Амазонией и Балтикой. Лаврентия лежала вдоль экватора. [23]
Последние данные свидетельствуют о том, что Южная Америка и Африка никогда не были полностью присоединены к Родинии, хотя они были расположены очень близко к ней. Более новые реконструкции помещают Лаврентию ближе к ее современной ориентации, с Восточной Антарктидой и Австралией на западе, Южным Китаем на северо-западе, Балтикой на востоке и Амазонией и Рио-де-ла-Плата на юге. [24]
Распад Родинии начался 780 млн лет назад, когда многочисленные рои мафических даек были размещены в западной Лаврентии. [25] Ранние стадии рифтинга создали супергруппу Пояса , толщина которой составляет более 12 километров (7,5 миль). [26] К 750 млн лет назад распад был в основном завершен, и Гондвана (состоящая из большинства современных южных континентов) отвернулась от Лаврентии, которая осталась изолированной вблизи экватора. [25] Распад Родинии мог спровоцировать эпизод суровых ледниковых периодов ( гипотеза «Земля-снежок »). [24]
Есть некоторые свидетельства того, что фрагменты Родинии собрались в другой недолговечный суперконтинент, Паннотию , в самом конце протерозоя. Этот континент почти сразу же снова распался, и Лаврентия отделилась от Южной Америки около 565 млн лет назад, чтобы снова стать изолированным континентом около экватора, отделенным от Гондваны западным океаном Япетус . Где-то в раннем кембрии , около 530 млн лет назад, Аргентина отделилась от Лаврентии и присоединилась к Гондване. [28]
Распад Паннотии привел к образованию шести основных континентов: Лаврентии, Балтики, Казахстана, Сибири, Китая и Гондваны. [29] Лаврентия оставалась независимым континентом до середины силура . [10] В течение раннего и среднего ордовика несколько вулканических дуг столкнулись с Лаврентией вдоль того, что сейчас является атлантическим побережьем Северной Америки. Это вызвало эпизод горообразования, называемый Таконской орогенезом . [30] Поскольку горы, поднятые Таконской орогенезом, впоследствии подверглись эрозии, они образовали огромную дельту Квинстона , зафиксированную в породах формации Квинстон . [29] Также наблюдалась бурная вулканическая активность, включая извержение, в результате которого образовался слой пепла Миллбург/Биг-Бентонит. В ходе этого события выпало около 1140 кубических километров (270 кубических миль) пепла. Однако это, похоже, не вызвало массового вымирания. [31] [32]
На протяжении всего раннего палеозоя Лаврентия характеризовалась тектонически стабильной внутренней частью, затопленной морями, с краевыми орогенными поясами . [29] Важной особенностью была Трансконтинентальная арка, которая тянулась на юго-запад от низменностей Канадского щита. Щит и арка были единственными частями континента, которые находились над водой на протяжении большей части раннего палеозоя. [33] В течение раннего палеозоя было две крупных морских трансгрессии (эпизоды континентального затопления), Саук и Типпеканоэ. В это время Западная Кордильера была пассивной окраиной . [29] Осадочные породы, которые отлагались на вершине комплекса фундамента, формировались в обстановке спокойных морских и речных вод. Кратон был покрыт мелким, теплым, тропическим эпиконтинентальным или эпикратонным морем (что буквально означает «на кратоне»), максимальная глубина которого составляла всего около 60 м (200 футов) на краю шельфа . [34]
Положение экватора в эпоху позднего ордовика ( ок. 458 – ок. 444 млн лет назад) на Лаврентии было определено с помощью обширных записей о ракушечных слоях. [35] Затопление континента, которое произошло во время ордовика, обеспечило мелководные теплые воды для успеха морской жизни и, следовательно, всплеск карбонатных раковин моллюсков. Сегодня слои состоят из окаменелых раковин или массивно-слоистых фаций Thalassinoides и рыхлых раковин или неамальгамированных слоев раковин брахиопод . [35] Эти слои подразумевают наличие экваториального климатического пояса, который был свободен от ураганов и лежал внутри 10° от экватора. [35] Этот экологический вывод соответствует предыдущим палеомагнитным открытиям, которые подтверждают это экваториальное местоположение. [35]
В конце кембрия, около 490 млн лет назад, Авалония отделилась от Гондваны. К концу ордовика Авалония слилась с Балтикой, и обе они слились с Лаврентией в конце силура (около 420 млн лет назад) [30] в каледонской орогенезе . Это создало континент Лавруссия. [30] [10]
В это время несколько небольших континентальных фрагментов слились с другими окраинами кратона. Они включали Северный склон Аляски, который слился во время раннего девона . [36] Несколько небольших фрагментов коры срослись с поздним девоном через мезозой, образовав Западные Кордильеры. [37]
Западные Кордильеры стали конвергентной границей плиты во время ордовика, а Трансконтинентальная дуга погрузилась под воду, чтобы вновь появиться в девоне. [38] В девоне также произошло отложение сланцев Чаттануга [39] и орогенез Антлера в Западных Кордильерах. [40]
В каменноугольном и пермском периодах Лавруссия слилась с Гондваной, образовав Пангею . В результате Аллеганский орогенез создал Центральные Пангейские горы . [41] [42] [10] Горы располагались близко к экватору и создавали круглогодичную зону обильных осадков, что способствовало отложению обширных угольных пластов, включая Аппалачские угольные пласты в США. [43] Тем временем Гондвана сместилась к Южному полюсу, а циклы обширного оледенения создали характерную картину чередующихся морских и угольных болотных пластов, называемых циклотемами . [44]
В течение пенсильванского периода в юго-западной части Лаврентии были подняты Предковые Скалистые горы . Это было связано либо со столкновением с Гондваной [45], либо с субдукцией под континентальную окраину с юго-запада. [46] Две дополнительные морские трансгрессии имели место в позднем палеозое: Каскаския и Абсарока. [29]
Огромная континентальная масса Пангеи сильно повлияла на климатические условия. [43] Пермский период был относительно засушливым, и в Пермском бассейне отлагались эвапориты . [47] Осадочные пласты, отложившиеся на юго-западе в раннем триасе, имели флювиальный характер, но уступили место эоловым пластам в позднем триасе. [48] Пангея достигла своего расцвета около 250 млн лет назад, в начале триаса . [ 49]
Распад Пангеи начался в триасе с рифтинга вдоль того, что сейчас является восточным побережьем США, который привел к образованию красноцветных пластов , аркозового песчаника и отложений озерного сланца . [48] Центральный Атлантический океанический бассейн начал раскрываться около 180 млн лет назад. [49] Флорида, которая была частью Гондваны до формирования Пангеи, осталась с Лаврентией во время раскрытия центральной Атлантики. Этот бывший фрагмент Гондваны включает пояс сланцев Каролины и части Алабамы. [10]
Мексиканский залив открылся в позднем триасе и юре. Это сопровождалось отложением эвапоритовых пластов, которые позже дали начало соляным куполам , которые сегодня являются важными нефтяными резервуарами . [48] Европа отделилась от Северной Америки между 140 и 120 млн лет назад, [49] и Лаврентия снова стала ядром независимого континента с открытием Северной Атлантики в палеогене . [10]
Четыре орогенеза произошли в мезозое в Западной Кордильере: Сонома , Невада , Севьер и Ларамид . Неваданская орогенез привела к образованию обширных батолитов Сьерра -Невады . [50] Регрессия моря Сандэнс в поздней юре сопровождалась отложением формации Моррисон , известной своими окаменелостями позвоночных. [48]
В меловой период Западный внутренний морской путь проходил от Мексиканского залива до Северного Ледовитого океана , разделяя Северную Америку на восточные и западные массивы суши. Время от времени на дальних краях кратона поднимались массивы суши или горные цепи, которые затем разрушались, сбрасывая свой песок по всему ландшафту. [51] В это время откладывались меловые пласты формации Ниобрара , и аккреция фрагментов земной коры продолжалась вдоль Западных Кордильер. [48]
Северо-восточная Мексика была присоединена к североамериканскому кратону относительно недавно в геологическом времени. Этот блок формировался от мезозоя почти до наших дней, с небольшими фрагментами более ранней фундаментной породы . Он двигался как единое целое после распада Пангеи. [10] Атлантическое и Мексиканское побережья испытали восемь трансгрессий в кайнозое. [52] Ларамидская орогенез продолжал поднимать нынешние Скалистые горы в палеоцене. [52] Западные Кордильеры продолжали испытывать тектоническую деформацию, включая формирование Провинции Бассейна и Хребта в среднем кайнозое и подъем Плато Колорадо . Плато Колорадо было поднято с удивительно малой деформацией. Потопные базальты Плато Колумбия также извергались во время кайнозоя. [52]
Юго-западная часть Лаврентии состоит из докембрийских фундаментных пород, деформированных столкновениями континентов. Эта область подверглась значительному рифтингу, поскольку провинция Бассейна и Хребта была растянута до 100% от своей первоначальной ширины. [53] Область пережила многочисленные крупные вулканические извержения . Нижняя Калифорния отделилась от Северной Америки во время миоцена . [49] Этот блок коры состоит из протерозойских и раннепалеозойских шельфовых и мезозойских дуговых вулканических образований. [54] [10] Голоцен является межледниковьем , теплым периодом между эпизодами обширного оледенения. [52]
Несколько климатических событий произошло в Лаврентии в течение фанерозоя . В течение позднего кембрия по ордовик уровень моря колебался из-за таяния ледяного покрова . Произошло девять макромасштабных колебаний «глобального гиперпотепления» или условий высокой интенсивности парниковых газов . [55] Из-за колебаний уровня моря эти интервалы привели к образованию глинистого осадка на Лаврентии, который выступает в качестве летописи событий. [55] Поздний ордовик принес период похолодания, хотя степень этого похолодания все еще обсуждается. [56] Более 100 миллионов лет спустя, в пермском периоде , произошла общая тенденция потепления. [57] Как показывают окаменелые беспозвоночные, западная окраина Лаврентии была затронута длительным прохладным течением, направленным на юг. Это течение контрастировало с потеплением вод в районе Техаса. [57] Это противопоставление предполагает, что во время пермского глобального потепления северная и северо-западная Пангея (западная Лаврентия) оставались относительно прохладными. [57]