Тектоническое поднятие — это геологическое поднятие поверхности Земли , вызванное тектоникой плит . Хотя изостатическая реакция важна, увеличение средней высоты региона может происходить только в ответ на тектонические процессы утолщения земной коры (например, горообразование ), изменения в распределении плотности коры и подстилающей мантии , а также изгибную поддержку из-за к изгибу твердой литосферы .
Тектоническое поднятие приводит к денудации (процессам, которые стирают земную поверхность) за счет поднятия погребенных пород ближе к поверхности. Этот процесс также может перераспределять большие нагрузки из возвышенной области в топографически более низкую область, способствуя тем самым изостатической реакции в области денудации (которая может вызвать локальное поднятие коренных пород). Время, масштабы и скорость денудации могут быть оценены геологами с помощью исследований давления и температуры.
Утолщение земной коры имеет восходящий компонент движения и часто происходит, когда континентальная кора надвигается на континентальную кору. В основном покровы (упорные листы) каждой плиты сталкиваются и начинают накладываться один на другой; свидетельства этого процесса можно увидеть в сохранившихся офиолитовых покровах (сохранившихся в Гималаях ) и в породах с обратным метаморфическим градиентом . Сохранившийся инвертированный метаморфический градиент указывает на то, что покровы на самом деле накладывались друг на друга так быстро, что горячие породы не успевали прийти в равновесие, прежде чем навалились на холодные породы. Процесс укладки покрова может продолжаться лишь до тех пор, пока сила тяжести в конечном итоге не позволит дальнейшему вертикальному росту (существует верхний предел вертикального роста гор).
Хотя приподнятость поверхности горных хребтов в основном является результатом утолщения земной коры, существуют и другие силы, ответственные за тектоническую активность. Все тектонические процессы управляются гравитационной силой , когда присутствуют различия в плотности. Хорошим примером этого может быть крупномасштабная циркуляция мантии Земли . Латеральные изменения плотности вблизи поверхности (например, создание, охлаждение и субдукция океанических плит ) также приводят к движению плит .
Динамика горных хребтов определяется различиями в гравитационной энергии целых столбов литосферы (см. Изостазия ). Если изменение высоты поверхности представляет собой изостатически компенсированное изменение толщины коры, скорость изменения потенциальной энергии на единицу площади поверхности пропорциональна скорости увеличения средней высоты поверхности. Наибольшие темпы работы против силы тяжести необходимы при изменении мощности земной коры (не литосферы). [1]
Изгиб литосферы — это процесс, при котором литосфера изгибается под действием таких сил, как вес растущей складчатости или изменения толщины льда, связанные с оледенением. Литосфера опирается на астеносферу — вязкий слой, 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.
Орогенное поднятие является результатом столкновения тектонических плит и приводит к образованию горных хребтов или более умеренному поднятию на большом регионе. Возможно, самой крайней формой орогенного поднятия является столкновение континентальной и континентальной коры. В ходе этого процесса два континента сшиваются вместе и образуются большие горные хребты. Столкновение Индийской и Евразийской плит является хорошим примером того, до какой степени может достигать орогенного поднятия. Сильные надвиги (Индийская плита под Евразийской плитой) и складчатость ответственны за сшивание двух плит. [2] Столкновение Индийской и Евразийской плит привело к образованию Гималаев, а также стало причиной утолщения земной коры на севере, в Сибири . [3] Горы Памира , Тянь-Шаня , Алтая , Гиндукуша и других горных поясов — все это примеры горных хребтов, образовавшихся в результате столкновения Индийской и Евразийской плит.
Плато Озарк представляет собой широкую поднятую область, возникшую в результате пермского складчатого образования Уачита на юге штатов Арканзас , Оклахома и Техас . Еще одно родственное поднятие - это поднятие Ллано в Техасе, географическое место, названное в честь особенностей его поднятия. Плато Колорадо , включающее Большой Каньон, образовалось в результате обширного тектонического поднятия, за которым последовала речная эрозия . [4]
Когда горы поднимаются медленно, либо из-за орогенного поднятия, либо из-за других процессов (например, отскока после оледенения ), может возникнуть необычная особенность, известная как водный разрыв . В них эрозия ручьем происходит быстрее, чем поднятие гор, в результате чего образуется ущелье или долина , которая проходит через горный хребет от низменной страны с одной стороны до аналогичной страны с другой. Примеры таких водных промежутков включают ущелье Манавату в Новой Зеландии и Камберленд-Нарроуз в Мэриленде .
Удаление массы из области будет изостатически компенсироваться отскоком земной коры. Если мы примем во внимание типичную плотность земной коры и мантии, то эрозия в среднем 100 метров породы по широкой однородной поверхности приведет к изостатическому отскоку коры примерно на 85 метров и приведет к потере средней высоты поверхности всего на 15 метров. [5] Примером изостатического поднятия является послеледниковый отскок после таяния ледниковых щитов . Район Гудзонова залива в Канаде, Великие озера Канады и США, а также Фенноскандия в настоящее время переживают постепенное восстановление в результате таяния ледниковых щитов, произошедшего 10 000 лет назад.
Утолщение земной коры, которое, например, сейчас происходит в Гималаях из-за столкновения континентов между Индийской и Евразийской плитами, также может привести к поднятию поверхности; но из-за изостатического опускания утолщенной коры величина поднятия поверхности составит лишь около одной шестой величины утолщения коры. Таким образом, в большинстве конвергентных границ изостатическое поднятие играет относительно небольшую роль, а образование высоких пиков можно скорее объяснить тектоническими процессами. [6] Прямые измерения изменения высоты земной поверхности могут использоваться только для оценки скорости эрозии или подъема коренных пород, когда другие меры контроля (такие как изменения средней высоты поверхности, объем эродированного материала, временные рамки и задержки изостатической реакции, вариации в плотность земной коры).
В некоторых случаях на коралловых островах можно увидеть тектонические поднятия . Об этом свидетельствует наличие различных океанических островов, полностью состоящих из кораллов , которые в остальном кажутся вулканическими островами . Примеры таких островов можно найти 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, когда 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 смещаемый объект и указана система отсчета. Молнар и Ингланд [1] выделяют три вида смещения, к которым применяется термин «поднятие»:
Это простое уравнение связывает три вида смещения:
Термин «геоид», использованный выше, означает средний уровень 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 оказаться сложной задачей. Для измерения поднятия точки необходимо измерить изменение ее высоты — обычно геологи-геологи пытаются определить не подъем отдельной точки, а скорее подъем над определенной областью. Соответственно, изменение высоты всех точек на поверхности этой территории должно быть измерено, а скорость эрозии должна быть нулевой или минимальной. Кроме того, необходимо сохранить толщи пород, отложившихся во время этого поднятия. Излишне говорить, что в горных хребтах, где высота значительно выше уровня моря, этим критериям нелегко соответствовать. Однако палеоклиматические реставрации могут быть ценными; эти исследования включают в себя выводы об изменениях климата в интересующей области на основе изменений во времени флоры/фауны, которая, как известно, чувствительна к температуре и осадкам. [7] О величине эксгумации, которой подверглась порода, можно судить по данным геотермобарометрии (измерение предыдущего давления и температурной истории породы или комплекса). Знание истории давления и температуры в регионе может дать оценку окружающего геотермического градиента и границ процесса эксгумации; однако геобарометрические/геотермометрические исследования не дают данных о скорости эксгумации (или какой-либо другой информации о времени). Скорость эксгумации можно определить по следам деления и радиометрическому возрасту , если можно оценить тепловой профиль.