Речная антиклиналь — это геологическая структура, которая образована сфокусированным подъемом горных пород, вызванным высокими скоростями эрозии крупных рек по отношению к окружающим территориям. [1] Антиклиналь — это складка, вогнутая вниз, чьи крылья падают от ее оси, и чьи самые старые единицы находятся в середине складки. [2] Эти особенности формируются в ряде структурных условий. В случае речных антиклиналей они образуются из-за высоких скоростей эрозии, обычно в орогенных условиях. В условиях горообразования, таких как Гималаи или Анды , скорости эрозии высоки, и ось складки речной антиклинали будет проходить параллельно крупной реке. Когда образуются речные антиклинали, они имеют зону подъема шириной от 50 до 80 километров вдоль рек, которые их образуют. [3]
Тип геологической особенности, которая будет формироваться, обусловлен силой течения и изгибной жесткостью земной коры. Когда сила течения увеличивается, а изгибная жесткость уменьшается, это приводит к тому, что структура переходит от поперечной антиклинали к речной антиклинали, а в крайних случаях к тектонической аневризме. [1] Поперечные антиклинали тянутся в направлении и образуются вокруг небольших рек с относительно высокой прочностью земной коры. [4] Речные антиклинали образуются вокруг крупных высокоэрозионных рек, где прочность земной коры относительно низкая. Тектонические аневризмы образуются, когда эрозия очень сильная, а земная кора очень слабая, образуя структурный рубец. [1]
То, как речные антиклинали формируются посредством глубоких речных врезов и связанного с этим отскока земной коры, приводит к тому, что породы, залегающие глубоко в земной коре, преимущественно выносятся на поверхность вдоль крупных рек, таких как Арун , Инд , Сатледж и Ярлунг Зангбо . [1] Изолированная выемка приводит к тому, что метаморфические образцы высокого и сверхвысокого давления выносятся на поверхность с постоянной скоростью до 5 мм в год. [5] Анализ и радиометрическое датирование этих метаморфических пород высокого и сверхвысокого давления могут помочь реконструировать тектоническую эволюцию орогенного пояса, который их сформировал. [5]
В Гималаях Индийская континентальная плита врезается в Евразийскую континентальную плиту с почти северно-южным движением. Поэтому сжатие пород в Гималаях происходит в направлении север-юг. Таким образом, складчатость должна происходить в направлении восток-запад, как и наблюдается. Однако также было отмечено, что складчатость происходит в направлении север-юг. Было отмечено, что эти складки следуют следам крупных рек, таких как Арун и Инд. Первоначально эти складки объяснялись предположением, что реки не образуют эти антиклинали, вместо этого русло реки случайно проходило поверх этих геологических особенностей, образуясь за счет дифференциальной эрозии. [6] Идея изостатического отскока была предложена как наиболее подходящий механизм для этих складок, простирающихся в направлении север-юг, и в настоящее время широко принята. [1]
Формирование речной антиклинали путем изостатического отскока показано на рисунке справа в идеализированных шагах. Принцип изостазии гласит, что если литосфера может свободно двигаться вертикально, то она будет плавать на соответствующей глубине в астеносфере в зависимости от толщины и плотности литосферы . [2] Речные антиклинали образуются, когда огромные объемы материала удаляются речной эрозией в области с низкой жесткостью земной коры. Кора отскакивает вверх конкретно вдоль реки, в то время как остальная часть области остается относительно постоянной. Это изгибает кору, образуя антиклиналь, что может занять до десяти тысяч лет. [7] Когда река протекает через область, она размывает большие объемы вышележащей породы, что вызывает уменьшение массы литосферы, что приводит к изостатическому отклику. При отсутствии вышележащей породы нижележащий материал отскакивает вверх, как будто снимается груз с плота. По мере продвижения реки эрозия продолжается, и, следовательно, отскок продолжается, что образует низкую широкую антиформную структуру. Для того чтобы произошел этот отскок, эрозия от реки должна превысить среднюю скорость эрозии для данной местности и превысить подъем орогена. [1] Средняя скорость эрозии для Гималаев составляет около 1 мм в год, в то время как скорость эрозии для реки Арун в восточных Гималаях составляет до 8 мм в год, [1] [8] поэтому вполне логично, что мы увидим речные антиклинали вдоль реки Арун.
Тектоническая аневризма — это изолированная зона экстремальных скоростей подъёма и эксгумации. Она образуется, когда подъём от местной тектоники сочетается с очень слабой корой и подъёмом от речной антиклинали. Когда крупная река протекает по области тектонического подъёма, эрозия от реки размывает поднятый материал. Это вызывает чрезвычайно быструю эксгумацию вдоль крупных рек, до 10 мм в год. [5] В Гималаях есть две тектонические аневризмы, каждая на одном из двух синтаксисов орогенного пояса : Нанга Парбат на западе и Намче Барва на востоке. [9] [10] Эти тектонические аневризмы образуются аналогично речным антиклиналям, но с экстремальными скоростями эрозии и очень слабой и пластичной корой. Синтаксис отмечает конец Гималайского орогена с обеих сторон и определяет местоположение двух крупных рек, Инда и реки Ярлунг Цангпо . Синтаксис по обе стороны Гималаев доминирует в зоне сдвигового сброса вместо сброса -сдвига , как в остальной части орогена. [10] На западе река Инд протекает через Нанга Парбат, а на востоке река Ярлунг Цангпо протекает через Намче Барва. Очень высокие скорости эрозии этих двух рек сочетаются со слабой, горячей, тонкой, сухой корой [9], образуя области экстремального поднятия и эксгумации.
Деформация, вызванная тектоническими аневризмами, похожа на аневризмы в кровеносных сосудах, в которых ослабление ограничивающей силы допускает локальный рост или подъем. Однако в геологических условиях деформация происходит в течение миллионов лет со значительной устойчивой мощностью эрозии, варьирующейся от десятков сотен киловатт на метр. [11] Разрез или истончение коры области на поверхности относительно фоновой толщины коры вызывает две вещи, которые допускают образование аневризмы. Во-первых, из-за хрупкой природы пород земной коры и их прочности, зависящей от давления, уменьшение вышележащего материала снижает прочность земной коры по сравнению с окружающими областями. Это происходит потому, что удаление коры уменьшает покрывающую нагрузку и, таким образом, давление, которое влияет на прочность. Во-вторых, геотермический градиент увеличивается по вертикали. Локализованные глубокие долины создают самые слабые области, которые фокусируют деформацию и, таким образом, перемещение глубокого пластичного материала.
Ослабляя кору в локализованной области, может развиться преимущественная область деформации, концентрирующая поток материала. Пластичные породы глубже в коре смогут двигаться в направлении градиента потенциала, тогда как хрупкие породы вблизи поверхности будут разрушаться при воздействии повышенной деформации. Переход между хрупкой деформацией и пластичной деформацией определяется температурой, которая обычно контролируется глубиной, а также реологией. Слабые горячие минералы, ниже пластичного перехода, со значительным частичным расплавом перемещаются в область, лежащую под истонченной корой, в результате уменьшения градиента давления в тонкой области. В определенный момент давление существенно уменьшится при переходе от конвергентной фундаментной породы в истонченную кору. Это вызывает быструю декомпрессию на относительно стабильных и приподнятых изотермах . Происходит декомпрессионное плавление, которое увеличивает долю частичного расплава внутри материала и вызывает быструю адвекцию тепла к поверхности. Продолжающееся конвергентное движение плит фокусирует поток материала в синтаксических областях с локализованной слабостью, допускающей выход вверх в качестве механизма размещения. Этот процесс решает фундаментальную проблему материала, нагнетаемого в ограниченное пространство путем создания выхода. Результатом чего является положительная обратная связь с эрозией, фокусирующей подъем, которая перемещает более слабую породу вертикально, увеличивая эрозионные возможности. Области постоянного возвышения в речных долинах и горах с рельефом могут поддерживаться высокими темпами эксгумации относительно молодых слабых пород. Возраст минералов в этой области будет моложе, чем окружающая кора из-за охлаждения, происходящего в области с более крутым термическим градиентом на меньших глубинах. Зрелые тектонические аневризматические системы, такие как Нангапарбат , могут иметь очень высокие локальные рельефы молодых пород из-за постоянной эрозии, поддерживающей возвышение в эрозионной области, и вертикальной деформации, выталкивающей материал вверх вдоль проксимальных краев. [ необходима цитата ]
Тектонические аневризмы встречаются в областях с локализованным высоким рельефом относительно молодых пород по сравнению с их окружением. Активно наблюдаемые системы, которые были изучены больше всего, расположены в 2 основных регионах Гималаев , массиве Нангапарбат – Харамош и Намче-Барва – Гьяла-Пери , которые встречаются на восточном и западном краях соответственно. Река Инд является механизмом, ответственным за удаление земной коры в регионе Нангапарбат , а река Цангпо активна в регионе Намче-Барва . [ необходима цитата ]
Предполагаемые тектонические аневризмы расположены в регионе Сент-Элиас на Аляске , Конгур-Шан и Музтаг-Ата в Китае, а также в куполе Лепонтин в Швейцарских Альпах . Эти места демонстрируют начальные или схожие, менее значимые характеристики активно наблюдаемых систем. Считается, что ледниковые механизмы эрозии и переноса ответственны за многие альпийские районы, включая систему Сент-Элиас . [ необходима цитата ]
Нанга Парбат -Харамош является наиболее изученным регионом в контексте тектонических аневризм. Регион имеет экстремальный рельеф на очень коротких расстояниях с долиной реки Инд примерно на 7 километров ниже по высоте, чем вершина горы. В пределах исследуемой области возраст охлаждения биотита (280 °C ± 40 °C) постоянно составляет менее 10 миллионов лет, что указывает на быстрые скорости эксгумации в этом районе. [11] Исследования состава и структуры пород в этом районе предполагают эксгумацию глубин ниже 20 километров. [11] Скорости эксгумации из массива и долины значительно выше фоновых скоростей. Расчеты пиковых скоростей эксгумации варьируются от 5 до 12 мм в год [11] в зависимости от местоположения. Вершина горы имеет более низкую скорость, чем дно долины, но обе они значительно выше по сравнению с фоновыми скоростями за пределами синтаксиса. Выступающий гранулит в центральной области аневризмы представляет собой плавление при низком давлении и адвекцию, поскольку материал перемещался в области с уменьшающимся давлением. До 20 километров купольного обнажения за очень короткий период времени были выведены на основе возраста образцов, варьирующегося от 1 до 3 миллионов лет. [11]
Тектоническая аневризма Намче Барва -Гайла Пери расположена на восточной стороне Гималаев с активной рекой Цангпо, протекающей по долине между горами. Многие исследователи приходят к выводу, что модель тектонической аневризмы является наилучшим объяснением наблюдаемых структур и тектонического расположения региона. Возрасты аргон-аргонового биотита и возрасты треков деления циркона в породах этого района составляют 10 миллионов лет или меньше, [11] что является молодым по сравнению с окружающими породами. Похожие высокие рельефы, наблюдаемые в Нанга Парбате , также очевидны в регионе Намче Барва, с приблизительно 4 километрами вертикального изменения высоты на коротком горизонтальном расстоянии. [11] Высоко- и низкосортные метаморфические породы обнаружены в регионе, и есть доказательства, указывающие на изменение метаморфической активности между областями от центра деформации и краев. Эксгумация происходит в круглой области с молодыми, высокосортными декомпрессионными расплавами, сосредоточенными в центре. [11] Вокруг внешней части фокуса отношения рубидия к стронцию предполагают плавление с присутствием жидкости. [12] Присутствие жидкости внутри расплава было смоделировано как результат огромных осадков, позволяющих воде проникать в неглубокие породы земной коры в течение длительных периодов времени. Возраст и барометрические режимы пород использовались для расчета объема удаленной вскрыши, что было использовано для определения 3 миллиметров ежегодного надреза за последние 10 миллионов лет. [11]
Предполагаемая система тектонической аневризмы возрастом четыре миллиона лет в горах Святого Ильи на Аляске была образована ледниковой эрозией на горах, образовавшихся в результате поддвига микроплиты Якутат под североамериканскую окраину. Аневризма возникает в северном углу плиты, в котором происходит переход от правостороннего сдвигового движения к надвиговому движению, тем самым фокусируя напряжение. Интерпретируемая связь между развитием эрозионных гор имеет больше различий между исследователями, чем в гималайских системах из-за возраста системы и ограничений, касающихся полевых работ из-за ледникового покрова. В хребте Святого Ильи столкновение и поддвиг вызвали поднятие поверхности, образующее горы. Климатический режим увеличения высоты позволил развиться леднику, что привело к экстремальному потенциалу ледниковой эрозии. С момента своего возникновения ледниковая эрозия переносила осадки на запад в Тихий океан и на континентальную окраину. После этого, примерно два миллиона лет назад, образование деколлемента привело к распространению очага напряжения на юг. Смещение фокуса деформации привело к развитию гор дальше на юг, что нарушило климатическую систему, тем самым уменьшив количество осадков в северных районах гор Святого Ильи. [13] Эрозия и эксгумация в настоящее время сосредоточены в южной части горного хребта, что приводит к молодым периодам охлаждения, связанным с нынешним центром тектонической аневризмы.
Датирование трека деления молодого детритового циркона (240 °C ± 40 °C) и трека деления апатита и урана - тория / гелия (110 °C ± 10 °C) возрастов охлаждения осадков в ледниковых водосборах [13] подтверждают теорию эрозионного влияния на тектоническую систему Св. Элиаса . Скорости эксгумации были выведены путем расчета разницы между возрастами детритового циркона и апатита в осадках. Меньшая разница между возрастами циркона и апатита представляет собой более быстрое движение материала через изотермы и более быстрое охлаждение. В северном углу контакта между плитами возрасты циркона и апатита существенно не различаются, тем самым предоставляя доказательства быстрой эксгумации. Близость к осадочной среде вдоль побережья и внутри фьордов сохраняет запись скорости осадконакопления, которая используется для интерпретации скорости эксгумации, изначально составляющей 0,3 мм в год и приблизительно 1,3 мм/год за последний миллион лет. [13] Возраст и толщина осадка используются для отслеживания перемещения очага эрозии с севера на юг.
Наличие определенной тектонической системы аневризмы в регионе широко оспаривается, и многие исследователи приходят к выводу, что для поддержки этой гипотезы не проводится достаточно целенаправленной эксгумации. Значительный ледниковый покров ограничивает количество полевых образцов и геологических наблюдений, которые можно провести непосредственно на поверхности, тем самым добавляя неопределенности в интерпретации. Альтернативные теории утверждают, что тектонический транспрессионный контроль эксгумации с небольшим эрозионным влиянием на всю систему. Более молодые возрасты объясняются областями целенаправленной деформации, возникающими в результате разломов.
Сравнивая глубину в Земле, на которой кристаллизуются определенные минералы, и высоту, на которой они были отобраны, возраст минералов можно использовать для определения скорости, с которой зона деформации перемещала материал по вертикали. Различные методы датирования конкретных включений жидкости и минералов использовались для того, чтобы предоставить хронологические данные о скорости эксгумации пород в этом районе. Даты возраста использовались для реконструкции истории эксгумации и термических режимов путем сравнения их с границами давления и температуры кристаллизации минералов. Возрасты охлаждения уран - тория и уран- гелия [11] [14] [12] [13] образцов апатита указывают на время охлаждения 70 °C. Более высокие температуры закрытия были датированы с использованием методов датирования аргон-аргон для образцов биотита (300 °C) [11] и методов датирования треков деления циркона (230 °C - 250 °C) [11] . Анализируя возраст минералов с различными температурами закрытия , исследователи могут вывести скорость, с которой они перемещались через изотермы . Когда разница между возрастом минерала, который охлаждался при высокой температуре, и минерала, который охлаждался при низкой температуре, относительно схожи, то эксгумация считается быстрой. Геотермобарометрия получена с использованием гранат - биотитового плагиоклаза , чтобы ограничить метаморфические режимы более высокого давления. [12] Более мелкие скорости эксгумации (низкотемпературные возрасты охлаждения) сами по себе не могут реалистично использоваться для описания тектонических аневризм, поскольку глубокие изменения изотермического градиента могут не оказывать существенного влияния на более мелкие глубины. Кроме того, мелкое низкотемпературное охлаждение может быть в большей степени связано с доминирующим воздействием эрозии, а не с тектоническим подъемом. Возраст образцов из минералов с более высокими температурами охлаждения означает эксгумацию более глубокого материала, что является смоделированной функцией тектонической аневризмы.
Профили сейсмической скорости часто используются на больших исследуемых территориях для выявления возможных изотермических неровностей. [11] Данные о низких скоростях указывают на более горячие породы с более высокой степенью частичного расплавления, что замедляет P-волны по сравнению с окружающей средой. Магнитотеллурическое опробование проводится для проверки удельного сопротивления пород, которое используется для определения количества жидкости в породах. [11]
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )