Пангея или Пангея ( / p æ n ˈ dʒ iː ə / pan- JEE -ə ) [1] была суперконтинентом , существовавшим в позднепалеозойскую и раннемезозойскую эры . [2] Она образовалась из более ранних континентальных единиц Гондваны , Еврамерики и Сибири в каменноугольном периоде примерно 335 миллионов лет назад и начала распадаться примерно 200 миллионов лет назад, в конце триасового и начале юрского периода . [3] Пангея имела С-образную форму, большая часть ее массы простиралась между северными и южными полярными регионами Земли и была окружена суперокеаном Панталасса и Палео -Тетисом , а затем океанами Тетис . Пангея является самым последним из существовавших суперконтинентов и первым, реконструированным геологами .
Название «Пангея» происходит от древнегреческого pan ( πᾶν , «весь, целый, целый») и Gaia или Gaea ( Γαῖα , « Мать-Земля , земля»). [4] [9] Первым, кто предположил, что континенты когда-то были соединены, а затем разделены, был Авраам Ортелий в 1596 году. [10] Концепция о том, что континенты когда-то образовывали непрерывный массив суши, была выдвинута, с подтверждающими доказательствами, Альфредом Вегенером , создателем научной теории дрейфа континентов , в трех научных журнальных статьях 1912 года, написанных на немецком языке под названием Die Entstehung der Kontinente ( Происхождение континентов ). [11] Он расширил свою гипотезу в своей книге 1915 года с тем же названием, в которой он предположил, что до того, как распасться и переместиться в свои нынешние местоположения, все континенты образовали единый суперконтинент , который он назвал Урконтинентом .
Вегенер использовал название «Пангея» один раз в издании своей книги 1920 года, называя древний суперконтинент «Пангеей каменноугольного периода». [12] Он использовал германизированную форму Pangäa , но название вошло в немецкую и английскую научную литературу (в 1922 [13] и 1926 годах соответственно) в латинизированной форме Pangaea , особенно во время симпозиума Американской ассоциации геологов-нефтяников в ноябре 1926 года. [14]
Первоначально Вегенер предположил, что распад Пангеи был вызван центростремительными силами вращения Земли, действующими на высокие континенты. Однако было легко показать, что этот механизм физически неправдоподобен, что задержало принятие гипотезы Пангеи. [15] Артур Холмс предложил более правдоподобный механизм мантийной конвекции , [16] который вместе с доказательствами, полученными в результате картирования океанического дна после Второй мировой войны , привел к разработке и принятию теории тектоники плит . Эта теория дает общепринятое объяснение существования и распада Пангеи. [17]
География континентов, граничащих с Атлантическим океаном, была первым доказательством, предполагающим существование Пангеи. Кажущееся близкое соответствие береговых линий Северной и Южной Америки с Европой и Африкой было отмечено почти сразу же, как только эти побережья были нанесены на карту. Тщательные реконструкции показали, что несоответствие на уровне контура 500 саженей (3000 футов; 910 метров) составляло менее 130 км (81 миля), и утверждалось, что это слишком похоже, чтобы приписываться совпадению. [18]
Дополнительные доказательства существования Пангеи можно найти в геологии соседних континентов, включая соответствующие геологические тенденции между восточным побережьем Южной Америки и западным побережьем Африки . Полярная ледяная шапка карбона покрывала южную оконечность Пангеи. Ледниковые отложения, в частности тил , того же возраста и структуры , обнаружены на многих отдельных континентах, которые могли бы быть вместе на континенте Пангея. [19] Непрерывность горных цепей предоставляет дополнительные доказательства, такие как цепь Аппалачей, простирающаяся от юго-востока Соединенных Штатов до скандинавских каледонид Европы; [20] теперь считается, что они образовали единую цепь, Центральные Пангейские горы .
Ископаемые свидетельства существования Пангеи включают наличие похожих и идентичных видов на континентах, которые сейчас находятся на большом расстоянии друг от друга. Например, окаменелости терапсида Lystrosaurus были найдены в Южной Африке , Индии и Антарктиде , наряду с представителями флоры Glossopteris , распространение которых простиралось бы от полярного круга до экватора, если бы континенты находились в их нынешнем положении; аналогично, пресноводная рептилия Mesosaurus была найдена только в локальных регионах побережья Бразилии и Западной Африки . [21]
Геологи также могут определить движение континентальных плит , исследуя ориентацию магнитных минералов в породах . Когда породы образуются, они принимают магнитную ориентацию Земли, показывая, в каком направлении лежат полюса относительно породы; это определяет широту и ориентацию (но не долготу). Магнитные различия между образцами осадочных и интрузивных магматических пород , возраст которых варьируется на миллионы лет, обусловлены сочетанием магнитного полярного блуждания (с циклом в несколько тысяч лет) и дрейфа континентов в течение миллионов лет. Компонент полярного блуждания, который идентичен для всех современных образцов, можно вычесть, оставив часть, которая показывает континентальный дрейф и может быть использована для реконструкции более ранних континентальных широт и ориентаций. [22]
Пангея — самый последний суперконтинент, реконструированный по геологическим данным, и поэтому он изучен лучше всего. Формирование суперконтинентов и их распад, по-видимому, происходят циклично на протяжении всей истории Земли. До Пангеи могло быть несколько других.
Палеомагнитные измерения помогают геологам определять широту и ориентацию древних континентальных блоков, а новые методы могут помочь определить долготу. [23] Палеонтология помогает определять древний климат, подтверждая оценки широты, полученные с помощью палеомагнитных измерений, а распределение древних форм жизни дает подсказки о том, какие континентальные блоки были близки друг к другу в определенные геологические моменты. [24] Однако реконструкции континентов до Пангеи, включая те, что представлены в этом разделе, остаются частично спекулятивными, и разные реконструкции будут отличаться в некоторых деталях. [25]
Четвертый с конца суперконтинент, называемый Колумбия или Нуна, по-видимому, сформировался в период 2,0–1,8 млрд лет назад (Ga) . [26] [27] Колумбия/Нуна распалась, и следующий суперконтинент, Родиния , образовался в результате аккреции и сборки его фрагментов. Родиния существовала примерно с 1,3 млрд лет назад до примерно 750 млн лет назад, но ее конфигурация и геодинамическая история не так хорошо изучены, как у более поздних суперконтинентов, Паннотии и Пангеи. [28]
Согласно одной из реконструкций, [29] когда Родиния распалась, она разделилась на три части: прото - Лавразия , прото-Гондвана и меньший кратон Конго . Прото-Лавразия и прото-Гондвана были разделены Прото-океаном Тетис . Прото-Лавразия разделилась, образовав континенты Лаврентия , Сибирь и Балтика . Балтика переместилась на восток от Лаврентии, а Сибирь переместилась на северо-восток от Лаврентии. Раскол создал два океана: океан Япетус и Палеоазиатский океан. [30]
Большинство этих массивов суши снова объединились, образовав относительно недолговечный суперконтинент Паннотия, который включал большие площади суши вблизи полюсов и небольшую полосу, соединяющую полярные массы вблизи экватора. Паннотия просуществовала до 540 млн лет назад , около начала кембрия , а затем распалась, дав начало континентам Лаврентия, Балтика и южный суперконтинент Гондвана . [31]
В кембрии Лаврентия, которая позже станет Северной Америкой , располагалась на экваторе с тремя граничащими океанами: Панталассовым океаном на севере и западе, океаном Япетус на юге и океаном Ханты на востоке. В раннем ордовике , около 480 млн лет назад, микроконтинент Авалония — суша, включающая фрагменты того, что станет восточной частью Ньюфаундленда , южными Британскими островами и частями Бельгии , северной Франции , Новой Шотландии , Новой Англии , Южной Иберии и северо-западной Африки — отделился от Гондваны и начал свое путешествие в Лаврентию. [32] Балтика, Лаврентия и Авалония объединились к концу ордовика, образовав сушу под названием Еврамерика или Лавруссия, замкнув океан Япетус. Столкновение привело к образованию северных Аппалачей. Сибирь находилась около Еврамерики, с Хантыйским океаном между двумя континентами. Пока все это происходило, Гондвана медленно дрейфовала к Южному полюсу. Это был первый шаг к формированию Пангеи. [33]
Вторым шагом в формировании Пангеи стало столкновение Гондваны с Еврамерикой. К середине силура , 430 млн лет назад, Балтика уже столкнулась с Лаврентией, образовав Еврамерику, событие, называемое каледонской орогенезом . По мере того, как Авалония медленно приближалась к Лаврентии, морской путь между ними, остаток океана Япетус, медленно сокращался. Тем временем, южная Европа отделилась от Гондваны и начала двигаться к Еврамерике через Рейкский океан . Она столкнулась с южной Балтикой в девоне. [34]
К концу силура Аннамия ( Индокитай ) [35] и Южно-Китайский кратон отделились от Гондваны и двинулись на север, сократив океан Прото-Тетис и открыв океан Палео-Тетис на юге. В девоне Гондвана двинулась к Еврамерике, заставив океан Рейк сократиться. В раннем карбоне северо-западная Африка коснулась юго-восточного побережья Еврамерики, создав южную часть Аппалачей, горы Месета и горы Мавританиды , событие, называемое Варисцианской орогенезом . Южная Америка двинулась на север в южную Еврамерику, в то время как восточная часть Гондваны ( Индия , Антарктида и Австралия ) направилась к Южному полюсу от экватора. Северный и Южный Китай находились на независимых континентах. Микроконтинент Казахстания столкнулся с Сибирью. (Сибирь была отдельным континентом в течение миллионов лет после распада Паннотии.) [36]
Варисцианский орогенез поднял Центральные Пангейские горы, которые по масштабу были сопоставимы с современными Гималаями . Поскольку Пангея простиралась от Южного полюса через экватор и далеко в Северное полушарие, установился интенсивный мегамуссонный климат, за исключением постоянно влажной зоны непосредственно вокруг центральных гор. [37]
Западная Казахстания столкнулась с Балтикой в конце карбона, закрыв Уральский океан и западный Прото-Тетис ( Уральский орогенез ), вызвав образование Уральских гор и Лавразии . Это был последний шаг формирования Пангеи. Тем временем Южная Америка столкнулась с южной Лаврентией, закрыв Рейский океан и завершив Варисийский орогенез с образованием самой южной части Аппалачей и гор Уошито . К этому времени Гондвана располагалась вблизи Южного полюса, а ледники образовались в Антарктиде, Индии, Австралии, южной Африке и Южной Америке. Северо-Китайский кратон столкнулся с Сибирью к юре , полностью закрыв океан Прото-Тетис. [38]
К раннему пермскому периоду Киммерийская плита отделилась от Гондваны и двинулась к Лавразии, тем самым закрыв океан Палео-Тетис и образовав океан Тетис на его южном конце. Большинство массивов суши были объединены. К триасу Пангея немного повернулась, и Киммерийская плита все еще двигалась по сокращающемуся Палео-Тетису до средней юры . К позднему триасу Палео-Тетис закрылся с запада на восток, создав киммерийскую орогенез . Пангея, которая выглядела как буква С , с океаном Тетис внутри С , раскололась к средней юре. [39]
Пангея существовала как суперконтинент в течение 160 миллионов лет, с момента ее образования около 335 млн лет назад (ранний карбон) до ее распада 175 млн лет назад (средняя юра). [3] В течение этого периода произошли важные события в эволюции жизни. В морях раннего карбона доминировали морщинистые кораллы , брахиоподы , мшанки , акулы и первые костистые рыбы . Жизнь на суше была представлена лесами плауновидных, населенными насекомыми и другими членистоногими , а также первыми четвероногими . [40] К тому времени, когда Пангея распалась, в средней юре, моря кишели моллюсками (особенно аммонитами ), [41] ихтиозаврами , акулами и скатами, а также первыми костными рыбами с лучеперыми плавниками, в то время как жизнь на суше была представлена лесами из саговников и хвойных деревьев , в которых процветали динозавры и в которых появились первые настоящие млекопитающие . [42] [43]
Эволюция жизни в это время отражала условия, созданные сборкой Пангеи. Объединение большей части континентальной коры в один массив суши сократило протяженность морских побережий. Увеличенная эрозия от поднятой континентальной коры увеличила важность пойменных и дельтовых сред по сравнению с мелководными морскими средами. Континентальная сборка и поднятие также означали все более засушливый климат суши, благоприятствуя эволюции амниотных животных и семенных растений , чьи яйца и семена были лучше приспособлены к сухому климату. [40] Ранняя тенденция к высыханию была наиболее выражена в западной Пангее, которая стала центром эволюции и географического распространения амниот. [44]
Угольные болота обычно образуются в постоянно влажных регионах вблизи экватора. Сборка Пангеи нарушила зону внутритропической конвергенции и создала экстремальный муссонный климат, который сократил отложение угля до самого низкого уровня за последние 300 миллионов лет. В пермский период отложение угля в основном ограничивалось микроконтинентами Северного и Южного Китая, которые были среди немногих областей континентальной коры, не присоединившихся к Пангее. [45] Экстремумы климата внутри Пангеи отражены в моделях роста костей парейазавров и моделях роста в лесах голосеменных растений . [46]
Считается, что отсутствие океанических барьеров благоприятствовало космополитизму , при котором успешные виды достигают широкого географического распространения. Космополитизм также был вызван массовыми вымираниями , включая пермско-триасовое вымирание , самое серьезное в палеонтологической летописи, а также триасово-юрское вымирание . Эти события привели к тому, что фауна катастроф показала мало разнообразия и высокий космополитизм, включая Lystrosaurus , который оппортунистически распространился во все уголки Пангеи после пермско-триасового вымирания. [47] С другой стороны, есть свидетельства того, что многие пангейские виды были провинциальными , с ограниченным географическим ареалом, несмотря на отсутствие географических барьеров. Это может быть связано с сильными колебаниями климата по широте и сезону, вызванными экстремальным муссонным климатом. [48] Например, адаптированные к холоду птеридоспермы (ранние семенные растения) Гондваны не смогли распространиться по всей Пангее из-за экваториального климата, и северные птеридоспермы в конечном итоге стали доминировать в Гондване в триасе. [49]
Тектоника и география Пангеи могли ухудшить пермско-триасовое вымирание или другие массовые вымирания. Например, сокращение площади континентального шельфа могло сделать морские виды уязвимыми к вымиранию. [50] Однако никаких доказательств влияния вида на площадь не было обнаружено в более поздних и лучше изученных частях геологической летописи. [51] [52] Другая возможность заключается в том, что сокращение распространения морского дна, связанное с образованием Пангеи, и последующее охлаждение и опускание океанической коры могли сократить количество островов, которые могли бы служить убежищами для морских видов. Разнообразие видов могло уже сократиться до массовых вымираний из-за смешения видов, возможного при объединении ранее отдельных континентов. Однако есть веские доказательства того, что климатические барьеры продолжали разделять экологические сообщества в разных частях Пангеи. Извержения траппов Эмэйшань могли привести к исчезновению Южного Китая, одной из немногих континентальных территорий, не объединенных с Пангеей, как рефугиума. [53]
Распад Пангеи можно разделить на три основных этапа.
Атлантический океан не открывался равномерно; рифтинг начался в северо-центральной части Атлантики. Первый распад Пангеи предполагается для позднего ладиния (230 млн лет назад) с начальным спредингом в открывающейся центральной части Атлантики. Затем рифтинг продолжался вдоль восточной окраины Северной Америки, северо-западной окраины Африки и Высоких , Сахарских и Тунисских Атласских гор . [54]
Другая фаза началась в ранне-среднеюрском периоде (около 175 млн лет назад), когда Пангея начала раскалываться от океана Тетис на востоке до Тихого океана на западе. Рифтинг, который произошел между Северной Америкой и Африкой, привел к появлению нескольких неудавшихся рифтов . Один рифт привел к образованию северной части Атлантического океана. [20]
Южная Атлантика не открывалась до мелового периода, когда Лавразия начала вращаться по часовой стрелке и двигалась на север с Северной Америкой на севере и Евразией на юге. Движение Лавразии по часовой стрелке привело гораздо позже к закрытию океана Тетис и расширению «Sinus Borealis», который позже стал Северным Ледовитым океаном . Тем временем, по другую сторону Африки и вдоль прилегающих окраин восточной Африки, Антарктиды и Мадагаскара , образовались рифты, которые привели к образованию юго-западной части Индийского океана в меловом периоде.
Вторая крупная фаза распада Пангеи началась в раннем мелу (150–140 млн лет назад), когда Гондвана разделилась на несколько континентов (Африка, Южная Америка, Индия, Антарктида и Австралия). Субдукция в Тетической впадине, вероятно, заставила Африку, Индию и Австралию сместиться на север, что привело к открытию «Южно-Индийского океана». В раннем мелу Атлантика , сегодняшняя Южная Америка и Африка, отделились от восточной Гондваны. Затем в среднем мелу Гондвана разделилась, открыв Южный Атлантический океан, поскольку Южная Америка начала двигаться на запад от Африки. Южная Атлантика не развивалась равномерно; скорее, она раскололась с юга на север.
Также в то же время Мадагаскар и островная Индия начали отделяться от Антарктиды и двигаться на север, открывая Индийский океан. Мадагаскар и Индия отделились друг от друга 100–90 млн лет назад в позднем меловом периоде. Индия продолжала двигаться на север в сторону Евразии со скоростью 15 сантиметров (6 дюймов) в год (рекорд тектоники плит), закрывая восточную часть океана Тетис, в то время как Мадагаскар остановился и оказался запертым на Африканской плите . Новая Зеландия , Новая Каледония и остальная часть Зеландии начали отделяться от Австралии, двигаясь на восток в сторону Тихого океана и открывая Коралловое и Тасманово моря .
Третья крупная и последняя фаза распада Пангеи произошла в раннем кайнозое ( палеоцен - олигоцен ). Лавразия раскололась, когда Лаврентия отделилась от Евразии, открыв Норвежское море около 60–55 млн лет назад. Атлантический и Индийский океаны продолжали расширяться, закрывая океан Тетис.
Тем временем Австралия отделилась от Антарктиды и быстро двинулась на север, как это сделала Индия более 40 миллионов лет назад. В настоящее время Австралия движется навстречу восточной Азии . И Австралия, и Индия в настоящее время движутся на северо-восток со скоростью 5–6 сантиметров (2–3 дюйма) в год. Антарктида находилась вблизи или на Южном полюсе с момента образования Пангеи около 280 млн лет назад. Индия начала сталкиваться с Азией примерно 35 млн лет назад, образовав Гималайскую орогенез и закрыв океан Тетис; это столкновение продолжается и сегодня. Африканская плита начала менять направление с запада на северо-запад в сторону Европы, а Южная Америка начала двигаться в северном направлении, отделив ее от Антарктиды и впервые обеспечив полную океаническую циркуляцию вокруг Антарктиды. Это движение, вместе с уменьшением концентрации углекислого газа в атмосфере , вызвало быстрое охлаждение Антарктиды и позволило сформироваться ледникам . Это оледенение в конечном итоге объединилось в ледяные щиты толщиной в километры, которые мы видим сегодня. [55] Другие важные события произошли во время кайнозоя, включая открытие Калифорнийского залива , поднятие Альп и открытие Японского моря . Раскол Пангеи продолжается сегодня в Красноморском разломе и Восточно-Африканском разломе .
Распад Пангеи сопровождался выделением большого количества углекислого газа из континентальных рифтов. Это привело к мезозойскому высокому уровню CO 2 , что способствовало очень теплому климату раннего мелового периода . [56] Открытие океана Тетис также способствовало потеплению климата. [57] Очень активные срединно-океанические хребты , связанные с распадом Пангеи, подняли уровень моря до самого высокого уровня в геологической летописи, затопив большую часть континентов. [58]
Расширение умеренных климатических зон, сопровождавшее распад Пангеи, могло способствовать диверсификации покрытосеменных растений. [59]