Тектоническое поднятие — это геологическое поднятие поверхности Земли , которое приписывается тектонике плит . Хотя изостатический отклик важен, увеличение средней высоты региона может произойти только в ответ на тектонические процессы утолщения земной коры (например, горообразование ), изменения в распределении плотности земной коры и подстилающей мантии , а также изгибную поддержку из-за изгиба жесткой литосферы .
Тектоническое поднятие приводит к денудации (процессам, которые изнашивают поверхность земли) путем поднятия погребенных пород ближе к поверхности. Этот процесс может также перераспределять большие нагрузки с возвышенного региона на топографически более низкую область – тем самым способствуя изостатическому ответу в районе денудации (что может вызвать локальный подъем коренной породы). Геологи могут оценить время, величину и скорость денудации с помощью исследований давления и температуры.
Утолщение земной коры имеет восходящую составляющую движения и часто происходит, когда континентальная кора надвигается на континентальную кору. В основном покровы (пластины надвига) каждой плиты сталкиваются и начинают накладываться друг на друга; доказательства этого процесса можно увидеть в сохранившихся офиолитовых покровах (сохранившихся в Гималаях ) и в породах с перевернутым метаморфическим градиентом . Сохранившийся перевернутый метаморфический градиент указывает на то, что покровы фактически накладывались друг на друга так быстро, что горячие породы не успевали уравновеситься, прежде чем быть надвинутыми на холодные породы. Процесс наложения покровов может продолжаться только до тех пор, пока гравитация в конечном итоге не позволит дальнейшему вертикальному росту (существует верхний предел вертикального роста гор).
Хотя приподнятые поверхности горных хребтов в основном являются результатом утолщения земной коры, существуют и другие силы, которые отвечают за тектоническую активность. Все тектонические процессы приводятся в действие гравитационной силой , когда присутствуют различия в плотности. Хорошим примером этого может служить крупномасштабная циркуляция мантии Земли . Боковые изменения плотности вблизи поверхности (такие как создание, охлаждение и субдукция океанических плит ) также приводят в движение плиты .
Динамика горных хребтов регулируется различиями в гравитационной энергии целых колонн литосферы (см. изостазия ). Если изменение высоты поверхности представляет собой изостатически компенсированное изменение толщины земной коры, скорость изменения потенциальной энергии на единицу площади поверхности пропорциональна скорости увеличения средней высоты поверхности. Самые высокие скорости работы против силы тяжести требуются, когда изменяется толщина земной коры (не литосферы). [1]
Изгиб литосферы — это процесс, при котором литосфера изгибается под действием сил, таких как вес растущей горообразующей структуры или изменения толщины льда, связанные с оледенением. Литосфера покоится на астеносфере , вязком слое, который в геологических масштабах времени ведет себя как жидкость. Таким образом, при нагрузке литосфера постепенно достигает изостатического равновесия. Например, литосфера на обращенной к океану стороне океанического желоба в зоне субдукции будет изгибаться вверх из-за упругих свойств земной коры.
Орогеническое поднятие является результатом столкновения тектонических плит и приводит к образованию горных хребтов или более скромному поднятию на большом регионе. Возможно, самой экстремальной формой орогенного поднятия является столкновение континентальной и континентальной коры. В этом процессе два континента сшиваются вместе, и образуются большие горные хребты. Столкновение Индийской и Евразийской плит является хорошим примером того, до какой степени может достигаться орогенное поднятие. Сильный надвиг (Индийской плиты под Евразийской плитой) и складчатость ответственны за сшивание двух плит. [2] Столкновение Индийской и Евразийской плит привело к образованию Гималаев, а также к утолщению земной коры на севере в Сибири . [3] Памирские горы , Тянь-Шань , Алтай , Гиндукуш и другие горные пояса являются примерами горных хребтов, образовавшихся в ответ на столкновение Индийской и Евразийской плит.
Плато Озарк — это широкая приподнятая область, которая возникла в результате пермского горообразования Уошито на юге в штатах Арканзас , Оклахома и Техас . Другим связанным поднятием является поднятие Льяно в Техасе, географическое положение, названное в честь его особенностей поднятия. Плато Колорадо , которое включает в себя Большой каньон, является результатом широкого тектонического поднятия, за которым последовала речная эрозия . [4]
Когда горы поднимаются медленно, либо из-за орогенического поднятия, либо из-за других процессов (например, отскока после оледенения ), может возникнуть необычная особенность, известная как водный разрыв . В них эрозия от потока происходит быстрее, чем подъем горы, в результате чего образуется ущелье или долина , которая проходит через горный хребет от низменной страны с одной стороны до похожей страны с другой. Примерами таких водных разрывов являются ущелье Манавату в Новой Зеландии и пролив Камберленд в Мэриленде .
Удаление массы из региона будет изостатически компенсировано отскоком земной коры. Если принять во внимание типичные плотности земной коры и мантии, то эрозия в среднем 100 метров горной породы по широкой однородной поверхности приведет к изостатическому отскоку земной коры примерно на 85 метров и вызовет только 15-метровую потерю средней высоты поверхности. [5] Примером изостатического подъема является постледниковый отскок после таяния ледяных щитов . Регион Гудзонова залива в Канаде, Великие озера Канады и США, а также Фенноскандия в настоящее время претерпевают постепенный отскок в результате таяния ледяных щитов 10 000 лет назад.
Утолщение земной коры, которое, например, в настоящее время происходит в Гималаях из-за континентального столкновения Индийской и Евразийской плит, также может привести к поднятию поверхности; но из-за изостатического погружения утолщенной коры величина поднятия поверхности будет составлять всего лишь около одной шестой от величины утолщения земной коры. Поэтому в большинстве конвергентных границ изостатическое поднятие играет относительно небольшую роль, а образование высоких пиков можно скорее отнести к тектоническим процессам. [6] Прямые измерения изменения высоты поверхности земли могут использоваться только для оценки скоростей эрозии или подъема коренных пород, когда известны другие элементы управления (такие как изменения средней высоты поверхности, объем эродированного материала, временные масштабы и задержки изостатического отклика, изменения плотности земной коры).
В некоторых случаях тектоническое поднятие можно увидеть на коралловых островах . Об этом свидетельствует наличие различных океанических островов, полностью состоящих из кораллов , которые в противном случае кажутся вулканическими островами . Примеры таких островов находятся в Тихом океане, в частности, три фосфатных острова Науру , Макатеа и Банаба , а также Маре и Лифу в Новой Каледонии ; Фату-Хуку на Маркизских островах ; и остров Хендерсон на островах Питкэрн . Поднятие этих островов является результатом движения океанических тектонических плит. Затонувшие острова или гайоты с их коралловыми рифами являются результатом опускания земной коры, поскольку океаническая плита переносит острова в более глубокие или нижние области океанической коры.
Слово «поднятие» относится к смещению, противоположному направлению вектора силы тяжести, и смещение определяется только тогда, когда указан перемещаемый объект и система отсчета. Молнар и Ингланд [1] выделяют три вида смещения, к которым применяется термин «поднятие»:
Это простое уравнение связывает три вида смещения:
Термин геоид используется выше для обозначения среднего уровня моря и является хорошей системой отсчета. Заданное смещение в этой системе отсчета позволяет количественно оценить объем работы, совершаемой против силы тяжести.
Измерение подъема и эксгумации может быть сложным. Измерение подъема точки требует измерения изменения ее высоты — обычно геологи не пытаются определить подъем отдельной точки, а подъем на определенной площади. Соответственно, изменение высоты всех точек на поверхности этой площади должно быть измерено, а скорость эрозии должна быть нулевой или минимальной. Кроме того, последовательности пород, отложенных во время этого подъема, должны быть сохранены. Излишне говорить, что в горных хребтах, где высоты значительно выше уровня моря, этим критериям нелегко соответствовать. Однако палеоклиматические реставрации могут быть ценными; эти исследования включают в себя вывод об изменениях климата в интересующей области из изменений со временем флоры/фауны, которые, как известно, чувствительны к температуре и осадкам. [7] Величина эксгумации, которой подверглась порода, может быть выведена из геотермобарометрии (измерения предыдущей истории давления и температуры породы или совокупности). Знание истории давления и температуры в регионе может дать оценку окружающего геотермического градиента и границ процесса эксгумации; однако геобарометрические/геотермометрические исследования не дают скорости эксгумации (или любой другой информации о времени). Скорость эксгумации можно вывести из треков деления и из радиометрических возрастов, если можно оценить тепловой профиль.