Пангея или Пангея ( / p æ n ˈ dʒ iː . ə / ) [1] была суперконтинентом , существовавшим в эпоху позднего палеозоя и раннего мезозоя . [2] Он образовался из более ранних континентальных образований Гондваны , Еврамерики и Сибири в каменноугольном периоде примерно 335 миллионов лет назад и начал распадаться на части около 200 миллионов лет назад, в конце триаса и начале юрского периода . [3] В отличие от современной Земли и распределения континентальной массы на ней, Пангея имела С-образную форму, при этом основная часть ее массы простиралась между северными и южными полярными регионами Земли и была окружена суперокеаном Панталасса и Палео -Тетис и последующие Тетис Океаны . Пангея — самый последний из существовавших суперконтинентов и первый, реконструированный геологами .
Название «Пангея» происходит от древнегреческого слова pan ( πᾶν , «весь, целый, целый») и Gaia или Гея ( Γαῖα , « Мать-Земля , земля»). [4] [9] Первым, кто предположил, что эти континенты когда-то были соединены, а затем разделены, возможно, был Авраам Ортелиус в 1596 году . [10] Концепция о том, что континенты когда-то образовывали непрерывный массив суши, была выдвинута гипотезой, с подтверждающими доказательствами, Альфредом . Вегенер , создатель научной теории дрейфа континентов , в своей публикации 1912 года «Происхождение континентов» ( Die Entstehung der Kontinente ). [11] Он расширил свою гипотезу в своей книге 1915 года «Происхождение континентов и океанов» ( Die Entstehung der Kontinente und Ozeane ), в которой постулировал, что, прежде чем распасться и переместиться в свои нынешние места, все континенты образовали единое целое. суперконтинент , который он назвал Урконтинентом .
Вегенер однажды использовал название «Пангея» 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 Pangea , особенно во время симпозиума Американской ассоциации геологов-нефтяников в ноябре 1926 года. [14 ]
Первоначально Вегенер предположил, что распад Пангеи произошел из-за центростремительных сил вращения Земли, действующих на высокие континенты. Однако было легко доказать, 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 при картировании дна океана после Второй мировой войны , привел к развитию и принятию теории тектоники плит . Эта теория обеспечивает широко распространенное объяснение существования и распада Пангеи. [17]
География материков, граничащих с Атлантическим океаном, стала первым свидетельством существования Пангеи. На первый взгляд близкое совпадение береговых линий Северной и Южной Америки с Европой и Африкой было отмечено почти сразу после того, как эти побережья были нанесены на карту. Тщательная реконструкция показала, что несоответствие на контуре 500 саженей (3000 футов; 910 метров) составляло менее 130 км (81 миль), и утверждалось, что это слишком хорошо, чтобы его можно было отнести на счет случайности. [18]
Дополнительные доказательства существования Пангеи можно найти в геологии соседних континентов, включая совпадение геологических тенденций между восточным побережьем Южной Америки и западным побережьем Африки . Полярная ледяная шапка каменноугольного периода покрывала южную оконечность Пангеи. Ледниковые отложения, в частности , одного и того же возраста и структуры, встречаются на многих отдельных континентах, которые могли бы быть вместе на континенте Пангея. [19] Непрерывность горных цепей дает дополнительные доказательства, такие как цепь Аппалачей, простирающаяся от юго-востока Соединенных Штатов до Каледонид Ирландии, Великобритании, Гренландии и Скандинавии ; [20] Сейчас считается, что они образовали единую цепь - Центральные Пангеи .
Ископаемые свидетельства существования Пангеи включают присутствие похожих и идентичных видов на континентах, которые сейчас находятся на больших расстояниях друг от друга. Например, окаменелости терапсида Lystrosaurus были обнаружены в Южной Африке , Индии и Антарктиде , наряду с представителями флоры Glossopteris , распространение которых варьировалось бы от полярного круга до экватора, если бы континенты находились в их нынешнем положении; Точно так же пресноводная рептилия Mesosaurus была обнаружена только в локализованных районах побережий Бразилии и Западной Африки . [21]
Геологи также могут определить движение континентальных плит , исследуя ориентацию магнитных минералов в горных породах . Когда образуются горные породы, 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 в миллионы лет, обусловлены сочетанием блуждания магнитных полюсов (с циклом в несколько тысяч лет) и дрейфа континентов в течение миллионов лет. Можно вычесть компонент отклонения полюсов, который одинаков для всех одновременных выборок, оставив часть, которая показывает дрейф континентов и может быть использована для восстановления более ранних широт и ориентаций континентов. [22]
Пангея — лишь самый последний суперконтинент, реконструированный на основе геологических данных, хотя он, безусловно, изучен лучше всего. Формирование суперконтинентов и их распад, по-видимому, носили циклический характер в истории Земли. Возможно, до Пангеи существовало еще несколько.
Палеомагнитные измерения помогают геологам определить широту и ориентацию древних континентальных блоков, а новые методы могут помочь определить долготу. [23] Палеонтология помогает определить древний климат, подтверждая оценки широты на основе 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, в том числе представленные в этом разделе, остаются частично умозрительными, и разные реконструкции будут различаться в некоторых деталях. [25]
Четвертый по счету суперконтинент, названный Колумбия или Нуна, по-видимому, образовался в период 2,0–1,8 миллиарда лет назад (Ga) . [26] [27] Колумбия/Нуна распалась, и следующий суперконтинент, Родиния , образовался в результате срастания и сборки его фрагментов. Родиния существовала примерно 1,3 миллиарда лет назад примерно до 750 миллионов лет назад, но ее точная конфигурация и геодинамическая история далеко не так хорошо изучены, как у более поздних суперконтинентов, Паннотии и Пангеи. [28]
Согласно одной реконструкции, [29] когда Родиния распалась, она распалась на три части: суперконтинент Прото-Лавразия , суперконтинент Прото-Гондвана и меньший кратон Конго . Прото-Лавразию и Прото-Гондвану разделял океан Прото-Тетис . Затем сама Прото-Лавразия раскололась на континенты Лаврентия , Сибирь и Балтика . Балтика переместилась на восток от Лаврентии, а Сибирь — на северо-восток от Лаврентии. В результате раскола также образовались два новых океана: Япетский океан и Палеоазиатский океан. [30] Большая часть вышеупомянутых масс снова объединилась, чтобы сформировать относительно недолговечный суперконтинент Паннотия . Этот суперконтинент включал в себя большие площади суши вблизи полюсов и лишь относительно небольшую полосу, соединяющую полярные массы, вблизи экватора. Паннотия просуществовала до 540 млн лет назад , ближе к началу кембрийского периода, а затем распалась, дав начало континентам Лаврентия , Балтика и южному суперконтиненту Гондвана . [31]
В кембрийский период континент Лаврентия , который позже стал Северной Америкой , располагался на экваторе с тремя граничащими океанами: Панталассиевым океаном на севере и западе, океаном Япета на юге и океаном Ханты на востоке. . В самом раннем ордовике , около 480 млн лет назад, возник микроконтинент Авалония – массив суши, включающий фрагменты того, что впоследствии стало восточным Ньюфаундлендом , южными Британскими островами и частями Бельгии , северной Франции , Новой Шотландии , Новой Англии , Южной Иберии и северо-западной Африки. – вырвался из Гондваны и начал свой путь в Лаврентию . [32] Балтика, Лаврентия и Авалония объединились к концу ордовика, образовав материк под названием Еврамерика или Лавруссия, закрывающий океан Япета. Столкновение также привело к образованию северных Аппалачей . Сибирь располагалась рядом с Евроамерикой, а между двумя континентами находился Ханты-океан . Пока все это происходило, Гондвана медленно дрейфовала к Южному полюсу. Это был первый шаг формирования Пангеи. [33]
Вторым этапом образования Пангеи стало столкновение Гондваны с Евроамерикой. К середине силура , 430 млн лет назад, Балтика уже столкнулась с Лаврентией, образовав Еврамерику, событие, названное Каледонской складчатостью . Авалония еще не столкнулась с Лаврентией , но по мере того, как Авалония медленно приближалась к Лаврентии, морской путь между ними, остаток океана Япета , медленно сокращался. Тем временем южная Европа оторвалась от Гондваны и стала двигаться в сторону Еврамерики через Рейский океан . В девоне он столкнулся с южной Балтикой . [34]
К позднему силуру Аннамия ( Индокитай ) [35] и Южный Китай отделились от Гондваны и начали двигаться на север, сокращая на своем пути океан Прото-Тетис и открывая к югу новый океан Палео-Тетис . В девонский период сама Гондвана направилась в сторону Еврамерики, в результате чего Рейский океан сократился. В раннем каменноугольном периоде северо-западная Африка соприкоснулась с юго-восточным побережьем Еврамерики , образовав южную часть Аппалачей , Месетских гор и Мавританидских гор – событие, названное Варисканской орогенией . Южная Америка переместилась на север в южную Европу, а восточная часть Гондваны ( Индия , Антарктида и Австралия ) направилась к Южному полюсу от экватора . Северный и Южный Китай находились на независимых континентах. Микроконтинент Казахстан столкнулся с Сибирью . (Сибирь была отдельным континентом в течение миллионов лет после деформации суперконтинента Паннотия в среднем карбоне.) [36]
Варисканская складчатость подняла Центральные Пангейские горы , которые по своим масштабам были сравнимы с современными Гималаями . Поскольку Пангея теперь простирается 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 позднем карбоне, замыкая между собой Уральский океан и западный Прото-Тетис в них ( Уральская складчатость ), вызвав образование не только Уральских гор , но и суперконтинента Лавразия. Это был последний шаг формирования Пангеи. Тем временем Южная Америка столкнулась с южной Лаврентией , закрыв океан Реик и завершив варисскую складчатость с образованием самой южной части Аппалачей и гор Уашита . К этому времени Гондвана располагалась недалеко от Южного полюса, а ледники формировались в Антарктиде, Индии, Австралии, южной Африке и Южной Америке. Северо -Китайский блок в юрском периоде столкнулся с Сибирью , полностью закрыв океан Прото-Тетис. [38]
К ранней перми Киммерийская плита отделилась от Гондваны и направилась в сторону Лавразии, закрыв таким образом океан Палео-Тетис , но образовав в его южной оконечности новый океан — океан Тетис . Большинство суши были все в одном. К триасовому периоду Пангея немного повернулась, и Киммерийская плита все еще перемещалась по сокращающемуся Палео-Тетису до средней юры . К концу триаса Палео-Тетис закрылся с запада на восток, создав Киммерийскую складчатость . Пангея, которая выглядела как буква C с новым океаном Тетис внутри буквы C , подверглась рифтингу в средней юре, и ее деформация объясняется ниже. [39]
Пангея существовала как суперконтинент на протяжении 160 миллионов лет, от ее образования около 335 миллионов лет назад ( ранний карбон ) до ее распада 175 миллионов лет назад ( средняя юра ). [3] В этот период произошли важные события в эволюции жизни. В морях раннего карбона преобладали складчатые кораллы , брахиоподы , мшанки , акулы и первые костистые рыбы . В жизни на суше преобладали плауновидные леса, населенные насекомыми и другими членистоногими и первыми четвероногими . [40] Ко времени распада Пангеи, в средней юре, моря кишели моллюсками ( особенно аммонитами ), [41] ихтиозаврами , акулами и скатами, а также первыми лучепёрыми костными рыбами, в то время как в жизни на суше преобладали леса 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 собранием Пангеи. Объединение большей части континентальной коры в один массив суши уменьшило протяженность морских побережий. Усиление эрозии поднятой континентальной коры повысило важность пойменной и дельтовой среды по сравнению с мелководной морской средой. Объединение и поднятие континентов также означало появление все более засушливого климата, что способствовало эволюции амниотных животных и семенных растений , чьи яйца и семена были лучше адаптированы к засушливому климату. [40] Ранняя тенденция высыхания 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 разрушила внутритропическую зону конвергенции и создала экстремальный муссонный климат, который сократил отложение угля до самого низкого уровня за последние 300 миллионов лет. В пермском периоде отложение угля в основном ограничивалось микроконтинентами Северного и Южного Китая, которые были одними из немногих областей континентальной коры, не соединившихся с Пангеей. [45] Экстремальные климатические условия во внутренних районах Пангеи отражаются в моделях роста костей парейазавров и моделях роста голосеменных лесов. [46]
Считается, что отсутствие океанических барьеров способствовало космополитизму , при котором успешные виды достигают широкого географического распространения. Космополитизм также был вызван массовыми вымираниями , включая пермско-триасовое вымирание , самое серьезное в летописи окаменелостей, а также триасово-юрское вымирание . Эти события привели к тому, что фауна катастрофы продемонстрировала небольшое разнообразие и высокий космополитизм, включая Lystrosaurus , который оппортунистически распространился по всем уголкам 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 изменениями климата в зависимости от широты и сезона, вызванными экстремальным муссонным климатом. [48] Например, адаптированные к холоду птеридоспермы (ранние семенные растения) Гондваны были заблокированы от распространения по Пангее из-за экваториального климата, а северные птеридоспермы в конечном итоге доминировали в Гондване в триасе . [49]
Тектоника и география Пангеи, возможно, усугубили пермско-триасовое вымирание или другие вымирания. Например, сокращение площади континентального шельфа могло сделать морские виды уязвимыми к исчезновению. [50] Однако в более поздних и лучше охарактеризованных частях геологической летописи не было обнаружено никаких доказательств влияния видовой площади. [51] [52] Другая возможность заключается в том, что уменьшение расширения морского дна, связанное с образованием Пангеи, и, как следствие, охлаждение и опускание океанической коры, возможно, привело к уменьшению количества островов, которые могли бы служить убежищами для морских видов. Разнообразие видов, возможно, уже сократилось до массовых вымираний из-за смешения видов, возможного при объединении ранее отдельных континентов. Однако есть убедительные доказательства того, что климатические барьеры продолжали разделять экологические сообщества в разных частях Пангеи. Извержения траппов Эмэйшань, возможно, уничтожили Южный Китай, одну из немногих континентальных областей, не слившихся с Пангеей, как рефугиум. [53]
В распаде Пангеи было три основных этапа.
Атлантический океан открывался неравномерно; рифтогенез начался в северо-центральной Атлантике. Предполагается, что первый распад Пангеи произошел в конце ладина (230 млн лет назад) с начальным распространением в открывающейся центральной Атлантике. Затем рифтогенез продолжился вдоль восточной окраины Северной Америки, северо-западной окраины Африки и Высокого, Сахарского и Тунисского Атласа. [54]
Другая фаза началась в ранней - средней юре (около 175 млн лет назад), когда Пангея начала рифтовать от океана Тетис на востоке до Тихого океана на западе. Раскол, произошедший между Северной Америкой и Африкой, привел к множеству неудавшихся разломов . Один разлом привел к образованию нового океана – Северного Атлантического океана . [20]
Южная Атлантика не открывалась до мелового периода , когда Лавразия начала вращаться по часовой стрелке и двинулась на север, вместе с Северной Америкой на север и Евразией на юг. Движение Лавразии по часовой стрелке значительно позже привело к закрытию океана Тетис и расширению «Sinus Borealis», который позже стал Северным Ледовитым океаном . Тем временем на другой стороне Африки и вдоль прилегающих границ Восточной Африки, Антарктиды и Мадагаскара формировались новые разломы, которые привели к образованию юго-западной части Индийского океана , которая открылась в меловом периоде.
Вторая крупная фаза распада Пангеи началась в раннем мелу (150–140 млн лет назад), когда территория Гондваны разделилась на несколько континентов (Африка, Южная Америка, Индия, Антарктида и Австралия). Субдукция Тетического желоба, вероятно, заставила Африку, Индию и Австралию двинуться на север, что привело к открытию «южной части Индийского океана». В раннем мелу Атлантика , нынешние Южная Америка и Африка, окончательно отделилась от восточной Гондваны (Антарктиды, Индии и Австралии). Затем, в среднем меловом периоде, Гондвана распалась, открыв южную часть Атлантического океана, когда Южная Америка начала отходить на запад от Африки. Южная Атлантика развивалась неравномерно; скорее, он раскололся с юга на север.
Также в это же время Мадагаскар и островная Индия начали отделяться от Антарктиды и двинулись на север, открыв Индийский океан. Мадагаскар и Индия отделились друг от друга на 100–90 млн лет назад в позднем мелу. Индия продолжала двигаться на север, в сторону Евразии, со скоростью 15 сантиметров (6 дюймов) в год (рекорд тектонических плит), закрывая восточную часть океана Тетис, в то время как Мадагаскар остановился и привязался к Африканской плите . Новая Зеландия , Новая Каледония и остальная часть Зеландии начали отделяться от Австралии, продвигаясь на восток к Тихому океану и открывая Коралловое и Тасманово моря .
Третья крупная и заключительная фаза распада Пангеи произошла в раннем кайнозое ( от палеоцена до олигоцена ). Лавразия раскололась, когда Северная Америка/Гренландия (также называемая Лаврентией ) вырвалась из 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. Австралия в настоящее время находится на пути к столкновению с Восточной Азией . И Австралия, и Индия в настоящее время движутся на северо-восток со скоростью 5–6 сантиметров (2–3 дюйма) в год. Антарктида находилась рядом с Южным полюсом или на нем с момента образования Пангеи около 280 млн лет назад. Примерно 35 млн лет назад Индия начала сталкиваться с Азией , образуя гималайскую складчатость , а также окончательно закрывая морской путь 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, отделяя ее от Антарктиды и впервые обеспечивая полную океаническую циркуляцию вокруг Антарктиды. Это движение, вместе с уменьшением концентрации углекислого газа в атмосфере , вызвало быстрое охлаждение Антарктиды и привело к образованию ледников . Это оледенение в конечном итоге слилось в ледяные щиты толщиной в километры, которые мы видим сегодня. [55] Другие важные события произошли в кайнозое , в том числе открытие Калифорнийского залива , поднятие Альп и открытие Японского моря . Распад Пангеи продолжается и сегодня в рифте Красного моря и Восточно-Африканском рифте .
Распад Пангеи сопровождался выделением большого количества углекислого газа из континентальных рифтов. Это привело к повышению уровня CO 2 в мезозое , 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 истории, затопив большую часть континентов. [58]
Расширение умеренных климатических зон, сопровождавшее распад Пангеи, возможно, способствовало диверсификации покрытосеменных растений . [59]