Кратоны: КРАТОН | это… Что такое КРАТОН?

Таримский кратон сформировался в фанерозое путем «плюмовой сварки» • Владислав Стрекопытов • Новости науки на «Элементах» • Геология

Кратоны — тектонически стабильные ядра континентов, придающие им устойчивость. В основном они сформировались на ранних этапах геологической истории Земли — в архее и протерозое, еще до старта тектоники плит в том виде, в котором мы ее знаем сегодня. Какие тогда были геодинамические условия, непонятно. Ученые из Китая и США показали на примере более молодой Таримской платформы, зажатой между складчатыми поясами Центральной Азии, как могли образоваться древние кратоны: сначала собирались вместе несколько небольших фрагментов континентальной коры, которые затем сплавлялись между собой поднимающимся мантийным плюмом.

Древние платформы (кратоны) с докембрийским кристаллическим основанием занимают около 40% от общей площади суши и образуют «ядра» материков. Геофизические наблюдения показывают, что корни кратонов со сложным и неоднородным строением литосферы уходят глубоко в мантию, на глубину более 150 км, формируя так называемые кили континентов.

Считается, что именно благодаря своим глубоким корням кратоны сохраняли стабильность на протяжении сотен миллионов и даже миллиардов лет: они не раскалывались на части, в их пределах не проявлялась сейсмическая активность, слои пород не сминались в складки и не происходило горообразование. Обладая положительной плавучестью относительно подстилающей мантии, эти мощные, глубоко укоренившиеся блоки Земли в течение геологической истории то «расплывались» по поверхности планеты, то снова собирались в огромные суперконтиненты (подробнее о суперконтинентальных циклах см. новость Суперконтинентальные циклы синхронизированы с периодами активности суперплюмов, «Элементы», 10.01.2020).

Предполагается, что в архее земная кора вела себя иначе, чем сейчас, потому что литосфера была сильно разогрета и частично расплавлена. Кора была очень тонкой, хрупкой, не могла образовывать крупные литосферные плиты, а первые континенты формировались за счет аккреции — слияния микроплит, в местах столкновения которых возникали древнейшие горные сооружения — аккреционные орогены (B.

 Windley et al., 2021. Onset of plate tectonics by the Eoarchean).

По поводу образования килей — корней кратонов — существует несколько гипотез. Все они также объясняют, почему на Земле не сохранились породы древнее 3,8 млрд лет.

Одни ученые предполагают, что неустойчивые ранние плиты раскалывались, мантийный расплав выходил по ослабленным зонам на поверхность, а раздробленные блоки коры частично плавились и погружались обратно в охлажденную и обезвоженную мантию. За сотни миллионов лет такого «конвейера», пока не сформировалась полноценная континентальная кора, под протоконтинентами наросли многокилометровые корни (Z. Wang et al., 2022. Accretion of the cratonic mantle lithosphere via massive regional relamination).

Другие считают, что в архее, когда литосферные плиты были более пластичными, чем сейчас, при их столкновении одна из погружающихся в мантию плит увлекала за собой вторую, — то есть субдукция была двусторонней. При этом в верхней мантии формировался клин глубиной до 150–200 км, состоящий из пород океанической коры с большим количеством воды и прочих летучих компонентов.

При переплавке на глубине такие породы могли дать начало очагам гранитной магмы (обязательного элемента континентальной земной коры), а мантийные клинья — стать зародышами континентов (подробнее см. новость В архее корни континентов росли за счет двусторонней субдукции, «Элементы», 15.11.2021).

Существует также мнение, что корни континентов могли расти за счет приплавления к основанию кратонов мантийного материала (гипотеза мантийных плюмов), причем этот механизм действовал не только в архее и протерозое, но и позже — в фанерозое. В качестве подтверждения этой гипотезы авторы недавней статьи в журнале

Geology приводят историю геологического развития Таримской платформы.

Раньше ее также считали древним кратоном, докембрийское основание которого перекрыто осадочными отложениями каменноугольного и пермского возраста. Но исследователи, опираясь на набор геолого-геофизических данных, утверждают, что в протерозое и раннем палеозое Тарим был областью субдукционно-коллизионного типа, а в устойчивый кратоноподобный континент превратился только после внедрения мантийного плюма примерно 300 млн лет назад, в начале пермского периода.

В это же время под всем регионом сформировался характерный для кратонов прочный мантийный киль. До этого на месте Таримской платформы было несколько разрозненных микроплит, которые в неопротерозое соединились по Центрально-Таримскому шву (сутуре), образовав одноименный ороген (рис. 2, 3).

Основываясь на данных аэромагнитной съемки, исследователи определили контуры расположенной под чехлом осадочных пород конусообразной магматической структуры, диаметр которой по мере погружения увеличивается — с 25 км на глубине 10 км до 150 км на глубине 45 км. Центр структуры, по мнению авторов, указывает на местоположение головы мантийного плюма (рис. 4).

Интерпретация данных сейсморазведки (профили А–А и В–В, а также опорная скважина An-1 на рис. 2) показала, что Центрально-Таримский шов, разделяющий две части Таримской платформы, был реактивирован в раннем палеозое. Судя по разрезу (рис. 5) все тектонические подвижки прекратились на границе карбона и перми, примерно 300 млн лет назад, после подъема мантийного плюма.

Начиная с этого времени Таримская платформа оставалась стабильной. При этом все окружающие ее области были чрезвычайно тектонически активными с позднего палеозоя и вплоть до наших дней. Во время последней крупной эпохи тектогенеза — альпийской складчатости, охватывающей последние 50 млн лет геологической истории, в регионе сформировались величайшие на Земле горные системы — Гималаи, Каракорум, а также завершилось формирование Тянь-Шаня, Памира и Тибетского нагорья.

Таримская плита все посткарбоновое время вела себя как типичный «фанерозойский кратон» — материковое ядро, «обрастающее» орогенами. Вполне возможно, считают авторы исследования, путем такого же плюм-литосферного взаимодействия шло образование и древних кратонов.

Подъем пермского плюма сопровождался возникновением в литосферной мантии крупной области магмообразования — Таримской крупной магматической провинции (см. рис. 2, А; подробнее о крупных магматических провинциях см. новость В крупных магматических провинциях могло быть два источника магмы, «Элементы», 18.

04.2018). С ней связаны многочисленные интрузии различного состава — от ультрамафических (магнезиально-железистых) до фельзитовых, а также проявления риолитового вулканизма.

Крупные магнитные аномалии (рис. 4) авторы интерпретируют как связанные с пермским плюмом мафические интрузии, расположенные на средних и нижних горизонтах земной коры. Вместе с магмой из верней мантии изымались большие объемы Mg, Fe и других тяжелых элементов. Из остаточной, деплетированной (геохимически истощенной) мантии формировался киль кратона.

Мантийные расплавы модифицировали кору путем приплавления к ее нижней части охлаждающейся истощенной мантии и размещения мафических интрузий по всей коре. Так сформировалась мощная (150–200 км) и прочная за счет ламинации и армирования интрузиями «лоскутная» литосфера, характерная для всех кратонов. Процесс консолидации ранее разрозненных фрагментов изначально неоднородной континентальной коры и верхней мантии и сваривания их в единую монолитную структуру авторы назвали плюмовой кратонизацией (рис.

 6).

Предполагается, что процессы образования мантийных плюмов на ранних этапах развития Земли, особенно до старта современной тектоники плит, были значительно активнее, чем сейчас. Этим объясняется то, что большинство кратонов образовались в архее и раннем протерозое. Но пример Таримской платформы показывает, что кратонизация продолжалась и в фанерозое, но в значительно меньших масштабах. Начиная с конца протерозоя континенты прирастали в основном за счет орогенеза.

В заключение надо отметить, что процессы плюм-литосферного взаимодействия могут не только создавать устойчивые блоки континентальной литосферы, но и в отдельных случаях приводить к обратному результату — разрушать прочные кратоны за счет деламинации их корней (подробнее см. новость Строение кратонов может меняться из-за взаимодействия их литосферы и мантийных плюмов, «Элементы», 06.04.2018).

Источник: Xi Xu, Hanlin Chen, Andrew V. Zuza, An Yin, Peng Yu, Xiubin Lin, Chongjin Zhao, Juncheng Luo, Shufeng Yang, Baodi Wang. Phanerozoic cratonization by plume welding // Geology. 2023. DOI: 10.1130/G50615.1.

Владислав Стрекопытов

ИЗК СО РАН – Институт земной коры СО РАН

Геологи из Канады, России (Институт земной коры СО РАН, Институт геологии алмаза и благородных металлов СО РАН, Институт геохимии СО РАН, Институт тектоники и геофизики им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН) и Швеции решили вековую задачу — ученые объяснили, когда и каким образом древние суперконтиненты Колумбия и Родиния объединились. Исследование авторов опубликовано в журнале Nature Geoscience, кратко о нем сообщается на сайте Вайомингского университета (США).

 

Исследования, результаты которых были опубликованы в рассматриваемой статье, начались в 2001 году, в рамках Программы международной геологической корреляции ЮНЕСКО (проект № 440). Этот проект, называвшийся «Формирование и распад суперконтинента Родиния» («Assembly and breakup of Rodinia supercontinent»), объединил ученых из многих стран Евразии, Северной и Южной Америк, Африки и Австралии. При выполнении исследований по данному проекту ЮНЕСКО сформировался международный коллектив ученых, ставших в последующем соавторами этой статьи.

 

Именно в начале XXI века произошел взрывной всплеск научного интереса к суперконтинентам – структурам общепланетарного масштаба, объединявших в своем строении значительные объемы континентальной коры, существовавшей на планете в различные периоды ее геологической истории. В России, среди первых, кто приступил к активному изучению вопросов эволюции суперконтинентов, может быть отмечен

коллектив исследователей из Института земной коры Сибирского отделения РАН. 

 

«В этом новом исследовании мы заключаем, что север Лаврентии (Северная Америка) и юг Сибири были объединены в периоды примерно с 1,2-1,9 миллиарда лет до 700 миллионов лет назад», — сказал соавтор работы Кевин Чемберлен из Вайомингского университета.

«Геологи, как детективы. Похоже, что мы пришли на место преступления после происшествия и собрали его куски воедино», — сказал Чемберлен. Он отметил, что в исследовании ученые обнаружили на различных ранее примыкавших друг к другу территориях современных континентов образцы одних и тех же пород.

 

Расположение последних, их строение и химический состав указывали на общее происхождение. Это означает, что ранее они были единым целым, в частности, входили в состав объединенного суперконтинента. Сравнение возраста пород проводилось при помощи уран-свинцового метода.

 

Всего в ходе работы ученые обнаружили около 250 дайек, сравнения пород из которых оказалось достаточным для построения необходимой базы континентальных образцов возрастами 2700-500 миллионов лет. Ученые также работают над более молодыми образцами (100-400 миллионов лет). Исследование специалистов может быть полезным для прогнозирования экономической целесообразности будущей разведки нефти и газа.

 

По материалам Lenta.ru, сайта Вайомингского университета (США)

Приложения (Прикрепленные файлы):

• Long-lived connection between southern Siberia
• Впервые доказано, что Сибирский и Североамериканский кратоны формировали единый долгоживущий (более 1,2 млрд лет) континент в протерозое

Кратон | геология | Британика

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — лучший ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Britannica Beyond
  Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Содержание

• Введение

Краткие факты

• Связанный контент

кратонов, почему ты все еще здесь?

Большинству камней, которые мы видим вокруг себя, от дна океана до самых высоких гор Гималаев, не больше нескольких сотен миллионов лет. Например, древнейшей океанической породе около 230 миллионов лет, а маленькому континентальному камню более пары миллиардов лет [ Poupinet and Shapiro 9].0143, 2009]. Однако мы знаем, что Земля намного старше, отчасти потому, что мы знаем, что в недрах сегодняшних континентов сохранились скалистые реликты гораздо более древних эпох.

Ни одна порода на поверхности Земли не относится к самым ранним дням существования планеты, но подробные исследования изотопного распада минералов из земной мантии, метеоритов и лунных образцов привели к консенсусу в отношении того, что планете 4,54 миллиарда лет, плюс-минус 50 миллионов лет, по крайней мере. (Материалу самых старых известных метеоритов около 4,57 миллиарда лет, поэтому мы знаем, что наша Солнечная система — и, возможно, Земля — по меньшей мере настолько стары.)

Тектоника плит в сочетании с конвекцией в мантии определяет разрушительные силы, воздействующие на литосферу Земли, ее самый верхний слой горных пород. В то время как океаническая литосфера повторно используется в зонах субдукции через пару сотен миллионов лет или около того, континентальная литосфера часто выживает дольше, но все же в конечном итоге деформируется, подвергается эрозии и разрушается силами, оказываемыми нижележащей конвективной мантией. Таким образом, на тектонически активной Земле породы старше нескольких миллиардов лет должны быть редкими или почти отсутствовать.

Однако такие древние породы, возраст которых превышает 3 миллиарда лет (а возможно, даже более 4 миллиардов лет), находили в разных частях света (рис. 1). Эти очень старые скалы известны как кратоны, от греческого корня слова κράτος, что означает прочность. Понимание того, как кратоны выживали так долго, некоторые почти с момента рождения планеты, остается одной из главных задач геодинамики.

Рис. 1. Здесь показано примерное современное расположение кратонов. Утро: Амазония; АН: Антарктида; Австралия: Австралия; В Индии; Северная Америка: Северная Америка; ЮАР: Южная Африка; СБ: Сибирь; ЮК: Скандинавия; Сан-Франциско: Сан-Франциско; Западная Африка: Западная Африка

Подъем, плавление и сжатие

Мы не только не понимаем до конца, как кратонам удалось дожить до наших дней, но и нет единого мнения о механизме образования мощных древних образований кратонной литосферы в первое место. Геохимические и геофизические исследования показали, что кратонная литосфера по крайней мере в два раза толще окружающей литосферы, которая обычно имеет толщину около 100 километров.

Получайте самые захватывающие научные новости недели на свой почтовый ящик каждую пятницу.

Зарегистрируйтесь сейчас

Многие исследования предполагают, что горячие апвеллинги (например, мантийные плюмы) исходят из глубины Земли (рис. 2а) и что они могли привести к образованию кратонов [ Lee et al. , 2011]. Эти апвеллинги производят большое количество магмы как из недр Земли, так и из более мелких окружающих пород, включенных в апвеллинг по мере его подъема на поверхность (рис. 2b). При охлаждении этот расплав может создать новую твердую литосферу (рис. 2в). Действительно, недра Земли все еще были на несколько сотен градусов горячее, чем сейчас, когда формировались кратоны. Такие горячие апвеллинги или мантийные плюмы, вероятно, возникали на ранней Земле чаще, чем сегодня, и, таким образом, могли образовать большие массивы суши.

Рис. 2. Эта упрощенная схема объясняет, как могли образоваться кратоны. (а) Горячие породы выбрасываются из недр Земли. (b) Этот материал сталкивается с существующей литосферой (поверхностной породой) и плавит ее. Более легкие минералы преимущественно переходят в фазу расплава, в то время как окружающая порода обогащается более тяжелыми минералами. в) расплав охлаждается и образует новую, легкую литосферу. (г) Горизонтальное сокращение новой литосферы превращает ее в мощный кратон. 90–127 Однако для того, чтобы новообразованная литосфера стала намного толще окружающей литосферы, мог потребоваться какой-то процесс сжатия или укорочения (рис. 2d) [ Ван и др. , 2018]. Как именно произошло это сокращение, пока неясно, потому что нынешний способ тектонизма Земли, тектоника плит, которая создает сокращение или расширение поверхности, могла быть не полностью активной примерно 3 миллиарда лет назад, когда формировались кратоны. Хотя точные механизмы неизвестны, тем не менее, мы знаем, что для формирования кратона необходимы по крайней мере два решающих фактора: большое количество расплава, поднимающегося на поверхность, и процесс укорочения, приводящий к утолщению литосферы.

Да здравствуют кратоны

Даже если эти гипотезы образования кратонов окажутся удовлетворительными, вопросы о том, почему кратоны все еще существуют, остаются. За последний миллиард или около того лет тектонические процессы подвергли другие области литосферы Земли многочисленным циклам разрушения и воссоздания, так как же выжили кратоны?

Причины тесно связаны с процессом их формирования. Химическая плавучесть была одним из первых предложенных объяснений [ Джордан 9].0143, 1975, 1978]. Это объяснение основано на наблюдениях геохимических исследований о том, что кратоны состоят в основном из породы, которая менее плотна, чем окружающая порода, и поэтому можно сказать, что они плавают среди своего окружения.

Одной плавучести недостаточно для выживания кратона против тектонической переработки; кратоновый материал также должен быть достаточно прочным, чтобы противостоять переработке.

По мере того, как большие количества горячего расплава, формирующего кратон, поднимались через мантию и существующую литосферу на пути к поверхности, они могли обогащаться более легкими минералами по мере того, как более тяжелые минералы кристаллизовались и оставались глубже под литосферой кратона (рис. 2b). . Когда расплав затвердевал, он образовывал новую литосферу, предпочтительно состоящую из более легких материалов (рис. 2в), и, таким образом, сохранял свой надводный борт над более плотными породами мантии.

Физическая проверка этой гипотезы после того, как она была предложена, оставалась сложной задачей, поскольку ученые редко имеют прямой доступ к образцам горных пород из недр Земли. С развитием вычислительной техники численное моделирование постепенно стало важным инструментом для изучения недр Земли. Первая численная проверка гипотезы Джордана о выживании кратона была опубликована в 1999 г. [ Lenardic and Moresi , 1999]. Это исследование показало, что одной плавучести недостаточно для выживания кратона против тектонической переработки и что кратонный материал также должен быть достаточно прочным, чтобы сопротивляться переработке.

Вязкость, сопротивление материала текучести, играет важную роль в понимании прочности материала. Исследования показывают, что кратоновый материал не только относительно легкий, но и очень вязкий [90-142 Lenardic et al. , 2003]. Для сравнения, вязкость жидкой воды составляет примерно 10 ⁻² паскалей в секунду; для меда она составляет около 10 паскалей-секунд; а вязкость ледника порядка 10 ¹² (1 триллион) паскалей в секунду. Вязкость верхней мантии, окружающей кратоны, оценивается примерно в 10 ²¹ паскаля секунды: в 1 миллиард раз более вязкое, чем ледник. И моделирование предполагает, что кратоны по крайней мере в 100–1000 раз более вязкие, чем их окружение, что, вероятно, помогает им сопротивляться тектонической переработке [ Paul and Ghosh , 2020].

Выживание сильнейших

Недавние численные модели, представляющие эволюцию земных кратонов примерно за последние 400 миллионов лет, предполагают, что прочные кратоны с высокой вязкостью выживают в течение таких длительных периодов времени, тогда как слабые кратоны разрушаются [ Пол и Гош , 2020]. Видеоклипы ниже показывают два моделирования из этого исследования. Первый клип показывает кратон, состоящий из относительно более слабого и менее вязкого материала, а второй клип показывает кратон, состоящий из более прочного и более вязкого материала.

Вязкость материала частично зависит от содержания в нем жидкости. Кратоны могли достичь своей высокой вязкости во время своего образования и эволюции, потому что большие количества расплава дольше сохраняют тепло, и, следовательно, флюиды имеют больше времени для выхода из расплава. Кроме того, в периоды горизонтального сокращения (рис. 2d) флюиды могут выдавливаться из новообразованной породы в процессе, называемом дегидратацией.

Толщина кратона также может стабилизировать его. Численные исследования показывают, что более вязкие и толстые кратоны могут более эффективно сопротивляться тектоническим силам [90–142 Paul et al. , 2019]. Часть самой толстой кратонной литосферы труднее всего перерабатывать.

Таким образом, мы находим, что кратонная литосфера имеет три качества, которые отличают ее от другой литосферы. Кратоны состоят из более легких (химически плавучих) материалов, они очень вязкие (в 100–1000 раз больше, чем окружающие породы) и почти в два раза толще молодой литосферы. Учитывая, что эти условия работают в их пользу, вполне логично, что кратоны оставались стабильными на протяжении миллиардов лет.

Однако не все кратоны остаются стабильными с момента своего рождения. Сообщается, что части Северо-Китайского кратона и Северо-Американского кратона были разрушены [например, Zhu et al. , 2012], при этом в предыдущих исследованиях приводилось множество гипотез относительно того, почему это могло произойти [например, Lee et al. , 2011].

Одна из самых известных гипотез состоит в том, что подобно тому, как обезвоживание укрепляет кратонную литосферу, добавление жидкости (воды) в кратонную литосферу может ее ослабить. Этот процесс добавления воды в кратонную литосферу, называемый метасоматозом, может произойти, если кратон сталкивается с другим мантийным плюмом или богатым водой горным телом, которое высвобождает воду в кратон. Вода вступает в реакцию с кратонной породой и химически изменяет ее, тем самым уменьшая ее прочность. Тогда ослабленный кратон более склонен к тектонической переработке.

Запись в скале Кратоновые породы, подобные этому обнажению в западной Индии, подобны музеям природы, хранящим свидетельства изменений физических и химических условий на протяжении большей части эволюции Земли. Авторы и права: Jyotirmoy Paul

Помимо удовлетворения научного любопытства, исследования кратонов исследуют более широкие вопросы об эволюции планет Земли и ее уникальности в Солнечной системе. Образцы горных пород из младенчества Земли более 4,5 миллиардов лет назад могли бы помочь ответить на эти вопросы, но, к сожалению, эти образцы недоступны. Также невозможно смоделировать Землю в лабораторном эксперименте, который длится миллиарды лет. Но кратоны похожи на естественные музеи, в которых хранятся свидетельства изменений физических и химических условий на протяжении большей части эволюции Земли. Расшифровка этих свидетельств раскрывает информацию о происхождении тектоники плит, тесно связанной с формированием кратона, а также об условиях, благоприятствующих жизни на планете.

Сегодня литосфера Земли участвует в крупномасштабной мантийной конвекции, которая постепенно перемещает горячий материал из глубины планеты к ее поверхности и переносит холодный материал с поверхности обратно в недра Земли (рис. 3, слева). Напротив, на ранней Земле материалы мантии циркулировали под неповрежденной литосферой (рис. 3, справа). Как именно и когда вид тектонизма трансформировался из старой тектоники «застойной крышки» в нынешнюю подвижную тектонику крышки (или просто «плиты»), остается загадкой и является одной из основных проблем геодинамики.

Рис. 3. Современный тектонизм отличается от более ранних процессов, как показано на этой упрощенной схеме. В современной тектонике плит литосфера активно участвует в конвективной циркуляции вещества с мантией (слева). Ранняя Земля характеризовалась застойными тектоническими процессами крышки с отделением литосферы от мантийной конвекции (справа).

Начало тектоники плит могло вызвать быстрое изменение химического состава магмы от основной (богатой магнием и железом) к более кислой (богатой более легкими компонентами, такими как полевой шпат и кремнезем) [ Танг и др. , 2016], образуя более легкую и вязкую породу, которая является основным строительным блоком кратонов. Это изменение тектонического режима также могло вызвать массивные сжимающие силы, которые могли вызвать укорочение литосферы и первоначальное утолщение кратонов [90–142 Beall et al. , 2018].

За многие миллионы лет эти кратоны подверглись химическому выветриванию под атмосферой. Выветривание кислых силикатных пород ежегодно удаляет из атмосферы примерно 150–330 миллионов тонн углекислого газа. Этот механизм увеличил относительную долю кислорода в атмосфере, что привело к глобальному изменению климата и способствовало созданию условий, необходимых для процветания жизни на планете.

Кратоны – единственные скалы, оставшиеся от земного далекого прошлого, и они связывают это прошлое с настоящим. Понимание того, как они эволюционировали и выжили, уточняет наши знания об эволюции Земли и о том, почему наш дом оказался таким отличным от других скалистых планет Солнечной системы.

Благодарности

Численные модели были проведены в Центре обучения и исследований суперкомпьютеров Индийского института науки, Бангалор.

Каталожные номера

Билл, А. П., Морези Л. и Купер К. М. (2018), Формирование кратонной литосферы во время зарождения тектоники плит, Геология, 46 (6), 487–490, https://doi.org/10.1130 /G39943.1.

Jordan, TH (1975), Континентальная тектосфера, Rev. Geophys., 13 (3), 1–12, https://doi.org/10.1029/RG013i003p00001.

Jordan, TH (1978), Состав и развитие континентальной тектосферы, Nature, 274 (5671), 544–548, https://doi.org/10.1038/274544a0.

Ли, К.-Т. А., П. Луффи и Э. Дж. Чин (2011), Строительство и разрушение континентальной мантии, 90 142 Annu. Преподобный Планета Земля. наук, 39 , 59–90, https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133505.

Ленардик А. и Л.-Н. Moresi (1999), Некоторые мысли об устойчивости кратонной литосферы: эффекты плавучести и вязкости, J. Geophys. Рез., 104 (B6), 12 747–12 758, https://doi.org/10.1029/1999JB

5.

Ленардич А., Л.-Н. Морези и Х. Мюльхаус (2003), Долговечность и стабильность кратонной литосферы: результаты численного моделирования сопряженной мантийной конвекции и континентальной тектоники, Ж. Геофиз. рез., 108 (B6), 2303, https://doi.org/10.1029/2002JB001859.

Пол Дж. и А. Гош (2020 г.), Эволюция кратонов на протяжении веков: исследование в зависимости от времени, Планета Земля. науч. лат. , 531 , 115962, https://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.115962.

Пол, Дж., А. Гош и С. П. Конрад (2019), Тяга и скорость деформации в основании литосферы: взгляд на устойчивость кратона, Geophys. J. Int., 217 (2), 1024–1033, https://doi.org/10. 1093/gji/ggz079.

Poupinet, G., and N.M. Shapiro (2009), Всемирное распределение возрастов континентальной литосферы, полученное на основе глобальной сейсмотомографической модели, Lithos , 109 (1–2), 125–130, https:/ /doi.org/10.1016/j.lithos.2008.10.023.

Тан, М., К. Чен и Р. Л. Рудник (2016), Архейский переход верхней коры от основного к кислому знаменует собой начало тектоники плит, Science, 351 (6271), 372–375, https:// doi.org/10.1126/science.aad5513.

Wang, H., J. van Hunen, and D.G. Pearson (2018), Создание архейских кратонных корней путем бокового сжатия: двухэтапная модель утолщения и стабилизации, Tectonophysics , 746 , 562–571, ​​https: //doi.org/10.1016/j.tecto.2016.12.001.

Чжу Р. и др. (2012), Разрушение Северо-Китайского кратона, Sci. Китайская наука о Земле. , 55 (10), 1565–1587, https://doi.org/10.1007/s11430-012-4516-y.

Информация об авторе

Джйотирмой Пол (jyotirmoyp@iisc.