Лаврентия или Северо-Американский кратон — крупный континентальный кратон , образующий древнее геологическое ядро Северной Америки . Много раз в своем прошлом Лаврентия была отдельным континентом , как и сейчас в виде Северной Америки, хотя первоначально она включала также кратонные области Гренландии , а также северо-западную часть Шотландии , известную как Гебридский террейн . В другое время в прошлом Лаврентия была частью более крупных континентов и суперконтинентов и сама состоит из множества более мелких террейнов , собранных в сеть раннепротерозойских орогенных поясов . Небольшие микроконтиненты и океанические острова столкнулись с постоянно растущей Лаврентией и слились с ней, образовав вместе стабильный докембрийский кратон, который мы видим сегодня. [1] [2] [3]
Кратон назван в честь Лаврентьевского щита , через Лаврентьевы горы , получившие свое название от реки Святого Лаврентия , названной в честь Лаврентия Римского . [4]
В восточной и центральной Канаде большая часть стабильного кратона обнажена на поверхности в виде Канадского щита , области докембрийских пород, занимающей площадь более миллиона квадратных миль. Сюда входят некоторые из старейших горных пород на Земле, такие как архейская порода Акаста-Гнейс в Канаде, возраст которой составляет 4,04 миллиарда лет ( лет ), и комплекс Истак-Гнейс в Гренландии, возраст которого составляет 3,8 миллиарда лет. [5] Когда рассматриваются подземные расширения, более распространен более широкий термин «Лаврентовский щит» , не в последнюю очередь потому, что большие части структуры простираются за пределы Канады. В США коренная порода кратона покрыта осадочными породами на широкой внутренней платформе в районах Среднего Запада и Великих равнин и обнажена только в северной Миннесоте, Висконсине, Нью-Йоркском Адирондаке и Верхнем полуострове Мичигана . [6] Толщина последовательности осадочных пород варьируется от примерно 1000 м до более 6100 м (3500–20 000 футов). Кратонические породы метаморфические или магматические , перекрывающие их осадочные слои состоят преимущественно из известняков , песчаников и сланцев . [7] Эти осадочные породы в основном отложились от 650 до 290 миллионов лет назад. [8]
Самая старая коренная порода, отнесенная к провинциям Архейский Слейв , Рэй , Хирн , Вайоминг , Супериор и Найн , расположена в северных двух третях Лаврентии. В раннем протерозое они были покрыты отложениями, большая часть которых сейчас размыта. [1]
Гренландия является частью Лаврентии. Сейчас остров отделен от материковой части Северной Америки проливом Нарес , но это эрозионная особенность плейстоцена . Пролив покрыт континентальной корой и не имеет никаких признаков термического явления или тектонизма морских путей. [9] [10] Гренландия состоит в основном из коры архейского и протерозойского возраста, с нижнепалеоценовыми шельфовыми образованиями на северной окраине и девонскими и палеогеновыми образованиями на западной и восточной окраинах. Восточная и северная окраины были сильно деформированы во время каледонской складчатости . [11] [10]
Зеленокаменный пояс Исуа на западе Гренландии сохраняет океаническую кору, содержащую комплексы пластинчатых даек . Это доказывает геологам, что срединно-океанические хребты существовали 3,8 млрд лет назад. Золотой пояс Абитиби в провинции Супериор является крупнейшим зеленокаменным поясом Канадского щита. [12]
Лаврентия впервые собралась из шести или семи крупных фрагментов архейской коры возрастом от 2,0 до 1,8 млрд лет назад. [3] [13] Сборка началась, когда кратон Слейв столкнулся с кратоном Рэй-Хирн, а кратон Рэй-Хирн вскоре столкнулся с кратоном Супериор. Затем они слились с несколькими более мелкими фрагментами архейской коры, включая блоки Вайоминга, Медисин-Хэта, Саска, Маршфилда и Нэйна. Эта серия столкновений подняла горы Транс-Гудзонского орогенного пояса , которые, вероятно , были похожи на современные Гималаи [3] и ороген Уопмей на северо-западе Канады. [14]
Во время сборки ядра Лаврентии полосчатое железо отложилось в Мичигане, Миннесоте и Лабрадоре. [15]
Образовавшееся ядро Лаврентии представляло собой в основном переработанную архейскую кору, но с некоторой ювенильной корой в виде поясов вулканических дуг . Ювенильная кора — это кора, образовавшаяся из магмы, недавно извлеченной из мантии Земли , а не переработанной из более старых пород земной коры. [3] Интенсивное горообразование Транс-Гудзонской складчатости также сформировало толстые, стабильные корни под кратоном, [3], возможно, в результате процесса «перемешивания», который позволял материалу с низкой плотностью двигаться вверх, а материалу с высокой плотностью - вниз. [16]
В течение следующих 900 миллионов лет Лаврентия росла за счет нарастания островных дуг и другой ювенильной коры, а также редких фрагментов более старой коры (таких как блок Мохаве). Эта аккреция произошла вдоль юго-восточной окраины Лаврентии, где существовала давняя граница сходящихся плит . Основные эпизоды аккреции включали складчатость Явапай в период от 1,71 до 1,68 млрд лет назад, которая соединила провинцию Явапай возрастом 1,8–1,7 млрд лет назад с Лаврентией; Мазацальская складчатость от 1,65 до 1,60 млрд лет назад, образующая провинцию Мазацаль от 1,71 до 1,65 млрд лет назад; [3] горогенез Пикурис в период от 1,49 до 1,45 млрд лет назад, [17] который, возможно, соединил гранит-риолитовую провинцию возрастом от 1,50 до 1,30 млрд лет назад с Лаврентией; и Гренвиллская складчатость от 1,30 до 0,95 млрд лет назад, в результате которой провинция Льяно-Гренвилл от 1,30 до 1,00 млрд лет назад присоединилась к Лаврентии. Орогения Пикурис, в частности, характеризовалась внедрением больших объемов гранитоидной магмы в ювенильную кору, что способствовало созреванию коры и сшиванию ее вместе. Откат плиты при 1,70 и 1,65 млрд лет назад отложил характерные кварцит - риолитовые пласты на южной окраине кратона. Этот длительный период аккреции увеличил размер Лаврентии вдвое, но образовал кратон, под которым располагалась относительно слабая, водная и плодородная (созревшая для добычи магмы) мантийная литосфера. [3] Субдукция под юго-восточную окраину континента, вероятно, вызвала обогащение литосферной мантии под орогенными поясами провинции Гренвилл . [18]
Около 1,1 млрд лет назад центр кратона почти раскололся вдоль Среднеконтинентальной рифтовой системы . В результате образовалась супергруппа Кевинаван , чьи паводковые базальты богаты медной рудой. [19]
Лаврентия образовалась в тектонически активном мире. [20] [3] Считается , что субдукция под юго-восточной окраиной континента способствовала формированию главного суперконтинента Родиния . [18] [21] [22] Согласно гипотезе Юго-Запада США и Восточной Антарктиды или SWEAT , Лаврентия стала ядром суперконтинента. Он был повернут примерно на 90 градусов по часовой стрелке по сравнению с его современной ориентацией: Восточная Антарктида и Австралия на севере (нынешний запад), Сибирь на востоке (нынешний север), Балтика и Амазония на юге (нынешний восток) и Конго. на юго-запад (нынешний юго-восток). Гренвильский ороген простирался вдоль всей юго-западной (нынешней 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 полностью не присоединялись к Родинии, хотя и располагались очень близко к ней. Новые реконструкции приближают Лаврентию к ее современной ориентации: Восточная Антарктида и Австралия на западе, Южный Китай на северо-западе, Балтика на востоке, а также Амазония и Рио-Плата на юге. [24]
Распад Родинии начался около 780 млн лет назад, когда в западной Лаврентии появились многочисленные рои основных даек. [25] На ранних стадиях рифтогенеза образовалась Супергруппа Пояса , толщина которой превышает 12 километров (7,5 миль). [26] К 750 млн лет назад распад был в основном завершен, и небольшой суперконтинент Гондвана (состоящий из большинства сегодняшних южных континентов) отвернулся от Лаврентии, которая осталась изолированной вблизи экватора. [25]
Распад Родинии мог спровоцировать серию суровых ледниковых периодов ( гипотеза Земли-снежка ) [24] .
Есть некоторые свидетельства того, что фрагменты Родинии объединились в другой недолговечный суперконтинент, Паннотию , в самом конце протерозоя. Этот континент снова распался почти сразу, и Лаврентия отделилась от Южной Америки примерно в 565 млн лет назад и снова стала изолированным континентом возле экватора, отделенным от Гондваны западным океаном Япет . Где-то в раннем кембрии , около 530 миллионов лет назад, Аргентина отделилась от Лаврентии и присоединилась к Гондване. [28]
В результате распада Паннотии образовались шесть основных континентов: Лаврентия, Балтика, Казахстан, Сибирь, Китай и Гондвана. [29] Лаврентия оставалась независимым континентом до среднего силура. [10]
В период от раннего до среднего ордовика несколько вулканических дуг столкнулись с Лаврентией вдоль того, что сейчас является атлантическим побережьем Северной Америки. Это вызвало эпизод горообразования, названный Таконической складчатостью . [30] Поскольку горы, поднятые в результате таконической складчатости, впоследствии подверглись эрозии, они образовали огромную дельту Квинстона , зафиксированную в скалах формации Квинстон . [29] Была также сильная вулканическая активность, в том числе извержение, в результате которого образовался слой пепла Миллбург/Большой бентонит. В результате этого события вырвалось около 1140 кубических километров (270 кубических миль) пепла. Однако, похоже, это не привело к массовому вымиранию. [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 шла 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 раннем палеозое произошли две крупные морские трансгрессии (эпизоды континентальных наводнений) — Саук и Типпеканоэ. В это время Западные Кордильеры были пассивной окраиной. [29] Осадочные породы, отложившиеся на вершине фундаментного комплекса, образовались в условиях 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 миллионов лет назад) на Лаврентии было определено с помощью обширных записей о ракушечных слоях. [35] Наводнение континента, произошедшее в ордовике, обеспечило мелководье теплые воды для успеха морской жизни и, следовательно, резкое увеличение карбонатных раковин моллюсков. Сегодня пласты сложены окаменелыми раковинами или массивнослоистыми слоями Thalassinoides фации (MBTF) и рыхлыми раковинами или слоями неамальгамированных раковин брахиопод (NABS). [35] Эти пласты подразумевают наличие экваториального климатического пояса, свободного от ураганов, который лежал внутри 10 ° от экватора. [35] Этот экологический вывод соответствует предыдущим палеомагнитным находкам, которые подтверждают это экваториальное положение. [35]
В конце кембрия, около 490 млн лет назад, микроконтинент Авалония откололся от Гондваны. К концу ордовика Авалония слилась с Балтикой, и они слились с Лаврентией в конце силура (около 420 млн лет назад) [30] в каледонской складчатости . Так возник континент Лавруссия. [30] [10]
За это время несколько небольших континентальных фрагментов слились с другими окраинами кратона. В их число входил Северный склон Аляски, который слился в раннем девоне . [36] Несколько небольших фрагментов коры, сросшихся с позднего девона через мезозой, образовали Западные Кордильеры. [37]
Западные Кордильеры стали границей сходящихся плит в ордовике, а Трансконтинентальная арка погрузилась под воду только для того, чтобы снова появиться в девоне. [38] В девоне также наблюдалось отложение сланцев Чаттануга [39] и орогенная складчатость в Западных Кордильерах. [40]
В каменноугольном и пермском периодах Лавруссия слилась с Гондваной, образовав суперконтинент Пангея . В результате аллегенской складчатости образовались Центральные Пангейские горы . [41] [42] [10] Горы были расположены близко к экватору и создавали круглогодичную зону обильных осадков, которые способствовали отложению обширных угольных пластов, включая угольные пласты Аппалачей в США. [43] Тем временем Гондвана дрейфовала на южный полюс, и циклы обширного оледенения создали характерную картину чередования пластов морских и угольных болот, называемых циклотемами . [44]
В Пенсильванском периоде в юго-западной части Лаврентии были подняты Предковые Скалистые горы . Это связывают либо со столкновением с Гондваной [45] , либо с субдукцией под окраину континента с юго-запада. [46]
В позднем палеозое произошли еще две морские трансгрессии: Каскаския и Абсарока. [29]
Огромная континентальная масса Пангеи сильно повлияла на климатические условия. [43] Пермь была относительно засушливой, и эвапориты отлагались в Пермском бассейне . [47] Осадочные пласты, отложившиеся на юго-западе в раннем триасе, носили речной характер, но уступили место эоловым слоям в позднем триасе. [48]
Пангея достигла своей высоты около 250 млн лет назад, в начале триаса [49].
Распад Пангеи начался в триасовом периоде с рифтинга вдоль того, что сейчас является восточным побережьем США, в результате которого образовались красные пласты , аркозовые песчаники и отложения озерных сланцев . [48] Центральная Атлантика начала открываться примерно на 180 млн лет назад. [49] Флорида, которая была частью Гондваны до образования Пангеи, осталась с Лаврентией во время открытия центральной Атлантики. Этот бывший фрагмент Гондваны включает в себя сланцевый пояс Каролины и части Алабамы. [10]
Мексиканский залив открылся в позднем триасе и юре. Это сопровождалось отложением пластов эвапоритов, которые позже привели к образованию соляных куполов , 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]
В мезозое в Западных Кордильерах произошли четыре складчатости: Сонома , Невадан , Севьер и Ларамид . Неваданская складчатость привела к появлению обширных батолитов Сьерра -Невады . [50]
Регрессия моря Сандэнс в позднем юрском периоде сопровождалась отложением формации Моррисон , известной своими окаменелостями позвоночных. [48]
В меловой период Западный внутренний морской путь пролегал от Мексиканского залива до Северного Ледовитого океана , разделяя Северную Америку на восточную и западную суши. Время от времени массивы суши или горные цепи поднимались на дальних краях кратона, а затем разрушались, разбрасывая песок по ландшафту. [51] Меловые пласты формации Ниобрара были отложены в это время, и аккреция фрагментов коры продолжалась вдоль Западных Кордильер. [48]
Северо-восток Мексики был добавлен к Северо-Американскому кратону в относительно недавнее геологическое время. Этот блок формировался с мезозоя почти до наших дней, имея лишь небольшие фрагменты более ранних пород фундамента. После распада Пангеи он стал единым целым. [10]
В кайнозое на побережьях Атлантического океана и Персидского залива произошло восемь трансгрессий. [52] Ларамидская складчатость продолжала поднимать нынешние Скалистые горы в палеоцене. [52] Западные Кордильеры продолжали страдать от тектонических деформаций, включая формирование провинции бассейнов и хребтов в среднем кайнозое и поднятие плато Колорадо. Плато Колорадо было поднято с удивительно незначительной деформацией. Потопные базальты плато Колумбия также извергались в кайнозое. [52]
Юго-западная часть Лаврентии состоит из докембрийских пород фундамента, деформированных столкновениями континентов. Эта территория подверглась значительному рифтингу , поскольку провинция бассейнов и хребтов растянулась на 100% от своей первоначальной ширины. [53] В этом районе произошли многочисленные крупные извержения вулканов .
Нижняя Калифорния отделилась от Северной Америки в миоцене . [49] Этот блок земной коры состоит из протерозойского и раннего палеозойского шельфа и мезозойских дуговых вулканических образований. [54] [10]
Голоцен является межледниковьем , теплым периодом между эпизодами обширного оледенения. [52]
Несколько климатических событий произошли в Лаврентии во время фанерозоя . В период от позднего кембрия до ордовика уровень моря колебался из-за таяния ледяной шапки. Произошло девять макромасштабных колебаний «глобального гиперпотепления», или условий высокой интенсивности парниковых газов. [55] Из-за колебаний уровня моря эти интервалы привели к образованию отложений аргиллита на Лаврентии, которые служат записью 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 показали окаменелые беспозвоночные, западная окраина Лаврентии пострадала от длительного прохладного течения, направленного на юг. Это течение контрастировало с потеплением вод в регионе Техаса. [57] Это противоречие предполагает, что во время пермского периода глобального потепления северная и северо-западная Пангея (западная Лаврентия) оставалась относительно прохладной. [57]