Цикл суперконтинента

Повторное соединение и разделение континентов Земли.

Карта Пангеи с современными очертаниями континента

Цикл суперконтинента — это квазипериодическое скопление и рассеивание континентальной коры Земли . Существуют разные мнения относительно того, увеличивается ли количество континентальной коры, уменьшается или остается примерно таким же, но все согласны с тем, что земная кора постоянно перестраивается. Говорят, что один полный цикл суперконтинента занимает от 300 до 500 миллионов лет. Столкновение континентов создает все меньше и больше континентов, в то время как рифтинг создает все больше и меньше континентов.

Теория

Упрощенное представление предлагаемой серии суперконтинентов до наших дней.

Самый последний суперконтинент , Пангея , сформировался около 300 миллионов лет назад (0,3 млрд лет назад ), в эпоху палеозоя . Существуют два разных взгляда на историю ранних суперконтинентов.

Ряд

Первая теория предлагает серию суперконтинентов: начиная с Ваальбары (3,6–2,8 млрд лет назад); Ур (ок. 3 млрд лет); Кенорланд (2,7–2,1 млрд лет назад); Колумбия (1,8–1,5 млрд лет назад); Родиния (от 1,25 до 0,75 млрд лет назад); и Паннотия ( около 600 млн лет назад), в результате расселения которой образовались континенты, которые в конечном итоге столкнулись и образовали Пангею. ^{[1] [2]}

Виды минералов, обнаруженные внутри древних алмазов, позволяют предположить, что цикл формирования и распада суперконтинента начался примерно 3 млрд лет назад. До 3,2 млрд лет назад формировались только алмазы перидотитового состава (обычно встречающиеся в мантии Земли ), тогда как после 3,0 млрд лет назад появились эклогитовые алмазы (породы из земная кора ) получили широкое распространение. Считается, что это изменение произошло в результате субдукции и столкновения континентов , в результате которых эклогит попал в субконтинентальные алмазообразующие жидкости. ^[3]

Цикл суперконтинентов и цикл Вильсона привели к образованию суперконтинентов Родиния и Пангея.

Гипотетический цикл суперконтинента совпадает с краткосрочным циклом Вильсона , названным в честь пионера тектоники плит Джона Тузо Уилсона , который описывает периодическое открытие и закрытие океанических бассейнов из-за разлома одной плиты. Самый старый материал морского дна, обнаруженный сегодня, датируется 170 млн лет назад, тогда как самый старый материал континентальной коры, обнаруженный сегодня, датируется 4 млрд лет назад, что указывает на относительную краткость региональных циклов Вильсона по сравнению с общепланетными импульсами, наблюдаемыми в расположении континентов.

Протопангея-Палеопангея

Вторая точка зрения, основанная как на палеомагнитных , так и на геологических данных, заключается в том, что циклы суперконтинентов не происходили ранее примерно 0,6 млрд лет назад (в эдиакарский период). Вместо этого континентальная кора состояла из одного суперконтинента примерно с 2,7 млрд лет назад до его первого раскола, где-то около 0,6 млрд лет назад. Эта реконструкция ^[4] основана на наблюдении, что если в первичную реконструкцию внести лишь небольшие периферийные изменения, данные показывают, что палеомагнитные полюса сходились к квазистатическим положениям в течение длительных интервалов времени примерно 2,7–2,2 млрд лет назад; 1,5–1,25 млрд лет; и 0,75–0,6 млрд лет назад. ^[5] В течение прошедших периодов полюса, по-видимому, соответствовали единой видимой траектории блуждания полюсов .

Палеомагнитные данные адекватно объясняются существованием единого суперконтинента Протопангеа-Палеопангея с длительной квазицелостностью. Длительное существование этого суперконтинента можно объяснить действием тектоники крышки (сравнимой с тектоникой, действовавшей на Марсе и Венере) в докембрийские времена, в отличие от тектоники плит, наблюдаемой на современной Земле. ^[4] Однако этот подход широко критикуется как неправильное применение палеомагнитных данных. ^[6]

Влияние на уровень моря

Известно, что уровень моря обычно низкий, когда континенты находятся вместе, и высокий, когда они разделены. Например, уровень моря был низким во время формирования Пангеи ( пермский период ) и Паннотии (последний неопротерозой ) и быстро поднимался до максимума в ордовикский и меловой период, когда континенты были рассредоточены.

Основные влияния на уровень моря во время распада суперконтинентов включают: возраст океанической коры, утраченные задуговые бассейны , глубины морских отложений, размещение крупных магматических провинций и эффект пассивного расширения границ. Из них возраст океанической коры и глубина морских отложений, по-видимому, играют одну из важнейших ролей в создании модели уровня моря. Добавление других управляющих параметров помогает стабилизировать модели, когда данных мало. ^[7]

Возраст океанической литосферы обеспечивает контроль первого порядка глубины океанских бассейнов и, следовательно, глобального уровня моря. Океаническая литосфера формируется на срединно-океанических хребтах и ​​движется наружу, кондуктивно охлаждаясь и сжимаясь , что уменьшает толщину и увеличивает плотность океанической литосферы, а также опускает морское дно от срединно-океанических хребтов. Для океанической литосферы возрастом менее 75 млн лет назад работает простая модель кондуктивного охлаждения в полупространстве охлаждения, в которой глубина океанских бассейнов d в областях, в которых нет близлежащей субдукции, является функцией возраста океанической литосферы. литосфера т . В общем,

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

где κ — температуропроводность мантийной литосферы ( ок. 8 × 10-7 ^м  2 / ^с ) , а _эф — эффективный коэффициент теплового расширения горной породы ( c. 5,7 × 10-5  °С ^-1 ), Т ₁ - температура восходящей магмы по сравнению с температурой на верхней границе ( ^ок . 1220°С для Атлантического и Индийского океанов, ок. 1120°С для восточной части Тихого океана) d r _– глубина хребта под поверхностью океана. ^[8] После подстановки приблизительных чисел для морского дна уравнение принимает вид:

для восточной части Тихого океана:

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

и для Атлантического и Индийского океанов:

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

где d — в метрах, а t — в миллионах лет, так что недавно образовавшаяся кора на срединно-океанических хребтах залегает на глубине около 2500 м, тогда как морское дно возрастом 50 миллионов лет лежит на глубине около 5000 м. ^[9] По мере снижения среднего уровня морского дна объем океанских 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 уменьшению глубины океанов и повышению уровня моря, если другие факторы остаются постоянными.

Площадь поверхности океанов может измениться при расколе континентов (растяжение континентов уменьшает площадь океана и повышает уровень моря) или в результате столкновения континентов (сжатие континентов увеличивает площадь океана и понижает уровень моря). Повышение уровня моря приведет к затоплению континентов, а понижение уровня моря обнажит континентальные шельфы . Поскольку континентальный шельф имеет очень пологий наклон, небольшое повышение уровня моря приведет к значительному изменению процента затопленных континентов.

Если мировой океан в среднем молод, морское дно будет относительно мелким, а уровень моря высоким: большая часть континентов будет затоплена. Если мировой океан в среднем старый, морское дно будет относительно глубоким, а уровень моря низким: обнажится больше континентов. Таким образом, существует относительно простая связь между циклом суперконтинента и средним возрастом морского дна.

• Суперконтинент = очень старое морское дно = низкий уровень моря
• Рассредоточенные континенты = много молодого морского дна = высокий уровень моря

Также будет наблюдаться климатический эффект цикла суперконтинента, который еще больше усилит это явление:

• Суперконтинент = преобладает континентальный климат = вероятно континентальное оледенение = уровень моря еще ниже
• Рассредоточенные континенты = преобладает морской климат = континентальное оледенение маловероятно = уровень моря не понижается в результате этого механизма

Связь с глобальной тектоникой

Существует прогрессия тектонических режимов, сопровождающая цикл суперконтинента:

Во время распада суперконтинента преобладают рифтогенные среды. За этим следует пассивная окраинная среда, в то время как расширение морского дна продолжается и океаны растут. За этим, в свою очередь, следует развитие коллизионной среды, которая со временем становится все более важной. Первые столкновения происходят между континентами и островными дугами, но в конечном итоге приводят к столкновениям континентов с континентами. Такова была ситуация во время палеозойского суперконтинентального цикла; это наблюдается для мезозойско - кайнозойского суперконтинентального цикла, который все еще продолжается.

Отношение к климату

Существует два типа глобального климата Земли: ледниковый и парниковый. Ледниковый дом характеризуется частыми континентальными оледенениями и суровыми условиями пустыни. Теплица характеризуется теплым климатом. Оба отражают цикл суперконтинента. В настоящее время Земля находится в короткой парниковой фазе ледникового климата. ^[10] Периоды ледникового климата включают большую часть неопротерозоя , позднего палеозоя , позднего кайнозоя , а периоды парникового климата включают ранний палеозой , мезозой – ранний кайнозой .

• Климат ледника
  • Континенты движутся вместе
  • Уровень моря низкий из-за отсутствия продукции морского дна.
  • Климат более прохладный, засушливый
  • Связан с арагонитовыми морями.
  • Образование суперконтинентов
• Тепличный климат
  • Континенты разбросаны
  • Уровень моря высокий
  • Высокий уровень распространения морского дна
  • Относительно большие объемы производства CO ₂ в зонах океанического рифта.
  • Климат теплый и влажный
  • Связан с кальцитовыми морями.

Отношение к эволюции

Основным механизмом эволюции является естественный отбор среди различных популяций. Разнообразие, измеряемое количеством семей, очень хорошо соответствует циклу суперконтинента. ^[11] Поскольку генетический дрейф чаще встречается в небольших популяциях, разнообразие является наблюдаемым следствием географической изоляции. Меньшая изоляция и, следовательно, меньшая диверсификация происходят, когда все континенты объединены, образуя один континент, одно непрерывное побережье и один океан. В период от позднего неопротерозоя до начала палеозоя, когда произошло огромное распространение разнообразных многоклеточных животных , изоляция морской среды возникла в результате распада Паннотии.

Расположение континентов и океанов с севера на юг приводит к гораздо большему разнообразию и изоляции, чем расположение с востока на запад. Расположение с севера на юг образует климатически различные зоны вдоль путей сообщения на север и юг, которые отделены водой или сушей от других континентальных или океанических зон с аналогичным климатом. Формирование подобных участков континентов и океанских бассейнов, ориентированных с востока на запад, привело бы к гораздо меньшей изоляции, диверсификации и замедлению эволюции, поскольку каждый континент или океан находится в меньшем количестве климатических зон. В кайнозое изоляция была максимальной за счет расположения север-юг.

Смотрите также

• История Земли
• Список суперконтинентов

Рекомендации

1. Чжао, Гочунь; Кавуд, Питер А.; Уайльд, Саймон А.; Сан, 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. Бибкод : 2002ESRv...59..125Z. дои : 10.1016/S0012-8252(02)00073-9.
2. Чжао, Гочунь; Сан, М.; Уайльд, Саймон А.; Ли, С.З. (2004). «Палео-мезопротерозойский суперконтинент: сборка, рост и распад». Обзоры наук о Земле . 67 (1–2): 91–123. Бибкод : 2004ESRv...67...91Z. doi : 10.1016/j.earscirev.2004.02.003.
3. Ширей, SB; Ричардсон, SH (2011). «Начало цикла Вильсона в 3 млрд лет назад, показанное алмазами из субконтинентальной мантии». Наука . 333 (6041): 434–436. Бибкод : 2011Sci...333..434S. дои : 10.1126/science.1206275. ПМИД  21778395.
4. Пайпер, JDA (2013). «Планетарный взгляд на эволюцию Земли: тектоника крышек до тектоники плит». Тектонофизика . 589 : 44–56. Бибкод : 2013Tectp.589...44P. doi :10.1016/j.tecto.2012.12.042.
5. Пайпер, JDA (2013). «Скорость движения континента в геологическом времени: связь с магматизмом, аккрецией земной коры и эпизодами глобального похолодания». Геонаучные границы . 4 : 7–36. дои : 10.1016/j.gsf.2012.05.008 .
6. ZX, Ли (октябрь 2009 г.). «Как не строить суперконтинент: ответ JDA Piper». Докембрийские исследования . 174 (1–2): 208–214. doi :10.1016/j.precamres.2009.06.007.
7. Райт, Нью-Мексико, Сетон, М., Уильямс, С., Уиттакер, Дж. М., и Мюллер, Р. Д. (2020). Колебания уровня моря, вызванные изменениями объема мирового океанского бассейна после распада суперконтинента. Обзоры наук о Земле . doi :10.1016/j.earscirev.2020.103293
8. EE, Дэвис; Листер, CRB (1974). «Основы топографии хребта». Письма о Земле и планетологии . 21 (4): 405–413. Бибкод : 1974E&PSL..21..405D. дои : 10.1016/0012-821X(74)90180-0.
9. Парсонс, Барри; Склейтер, Джон Г. (1977). «Анализ изменения батиметрии дна океана и теплового потока с возрастом». Журнал геофизических исследований . 82 (Б5): 802–827. Бибкод : 1977JGR....82..802P. дои : 10.1029/jb082i005p00803.
10. Рид, Дж. Фред (2001). «Записи о древнем климате могут быть картой богатства». Наука от Технологического института Вирджинии . Проверено 4 мая 2011 г.
11. Бентон, Майкл Дж. (23 сентября 2005 г.). «Ископаемая пластинка: Качество». ЭЛС . John Wiley & Sons, Ltd. doi : 10.1038/npg.els.0004144. ISBN 978-0470016176. {{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )

дальнейшее чтение

• Гурнис, М. (1988). «Крупномасштабная мантийная конвекция, агрегирование и рассеяние суперконтинентов». Природа . 332 (6166): 695–699. Бибкод : 1988Natur.332..695G. дои : 10.1038/332695a0.
• Мерфи, Дж. Б.; Нэнс, RD (1992). «Суперконтиненты и происхождение горных поясов». Научный американец . 266 (4): 84–91. Бибкод : 1992SciAm.266c..84M. doi : 10.1038/scientificamerican0492-84.
• Нэнс, RD; Уорсли, TR; Муди, Дж. Б. (1988). «Цикл суперконтинента». Научный американец . 259 (1): 72–79. Бибкод : 1988SciAm.259a..72N. doi : 10.1038/scientificamerican0788-72.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с суперконтинентами, на Викискладе?

• Реконструкции из "Проекта Палеомап"
• Реконструкции плит и фильмы из проекта UTIG 'PLATES'
• Тектонический цикл горных пород