Кратоны: «Кратон» – инструмент оптом, электроинструмент, сварочное и компрессорное оборудование

Кратон | это… Что такое Кратон?

Древние платформы представляют собой ядра материков и занимают обширные части их площади (миллионы квадратных километров). Они сложены типичной континентальной корой мощностью 35-45 км.

Литосфера в их пределах достигает мощности 150—200 км, а по некоторым данным — до 400 км. Они обладают изометричной, полигональной формой.

Значительные площади в пределах платформ занимает неметаморфизованный осадочный чехол толщиной 3 — 5 км и в наиболее глубоких впадинах до 10 −12 и даже в исключительных случаях (Прикаспийская впадина), до 20-25 км. В состав чехла помимо осадочных формаций, могут входить покровы траппов. Древние платформы, имеющие раннедокембрийский метаморфический фундамент составляют древнейшие и центральные части материков и занимают около 40 % их площади; термин «кратон» применяют только к ним.

Древние платформы на карте мире

Содержание 1 Подразделение древних платформ 2 Внутреннее строение фундамента древних платформ 3 Структурные элементы поверхности фундамента и осадочного чехла платформ 4 Другие название термина «Древние платформы» 5 См. также 6 Источники

Подразделение древних платформ

Древние платформы делятся на 3 типа:

1. Лавразийский — Северо-Американская (Лавренция), Восточно-Европейская, Сибирская (Ангарида)
2. Гондванский — Южно-Американская, Африкано-Аравийская, Индостанская, Австралийская, Антарктическая
3. Переходный — Сино-Корейская (Хуанхэ), Южно-Китайская (Янцзы)

Существует гипотеза, что в Северном полюсе была древняя платформа Гиперборея.

Есть малые древние платформы — Тибет, Тарим(Даян), Индокитай (Меконг).

В палеозойской эре существовали суперматерики Лавразия в Северном полушарии, в Южном — Гондвана, между ними переходные платформы относились и к Гондване, и к Лавразии. Соответственно этому, типы делятся на лавразийский, гондванский и переходный.

Антарктическая платформа до палеозойской эре была разделена на Западную и Восточную платформу. В палезойской эре объединилась в единую платформу.

Африканская платформа в архее была разделена на части — протоплатформы Конго(Заир), Калахари(Южно-Африканская), Сомали(Восточно-Африканская), Мадагаскар, Аравия, Судан, Сахара. После Пангеи-0 была полностью объединилась, кроме Аравийской и Мадагаскарской. Уже палеозойской эре она превратилась Африкано-Аравийскую платформу в составе Гондваны. В этой платформы многочисленные выходы кристаллического фундамента либо щиты(массивы) платформ на западе Регибатский, Ахаггарский и Эбюрнейский, вокруг Красного моря — Аравийский, Нубийский и Эфиопский, на экваторе Центрально-Африканский, Касаи и Танганьикский, на юге Зимбабве, Мозамбиский, Трансваальский, Бангвелулу и Тоггарский, на острове Мадагаскар — Мадагаскарский.

Южно-Китайская и Сино-корейская платформы разделены герцинскими поясом Циньлинь. Южно-Китайскую платформу китайские геологи называют Янцзы по тому что по всей территории платформы проходит эта река.

Внутреннее строение фундамента древних платформ

Важнейшая роль в строении фундамента древних платформ принадлежит архейским и нижнепротерозойским образованием, имеющим крупноблоковое строение. Так, в структуре Балтийского щита различают пять главных блоков, в пределах Украинского щита — также пять, Канадского щита — шесть и т.  д. В архейских комплексах, распространены особые структурные элементы, характерные для ранних этапов истории Земли.

На всех щитах древних платформ выделяются три комплекса пород этого возраста:

1. Зеленокаменные пояса представляют собой мощные толщи закономерно перемежающихся пород от ультраосновных и основных вулканитов (от базальтов и андезитов к дацитам и риолитам), к гранитам. Эти пояса протяженность до 1000 км при ширине до 200 км.

2. Комплексы орто — и парагнейсов, образуют в сочетании с гранитными массивами в поля гранитогнейсов. Гнейсы, отвечают по составу гранитам и обладают гнейсовидной текстурой.

3. Гранулитовые (гранулито-гнейсовые) пояса, под которыми понимаются метаморфические породы, сформировавшиеся в условиях средних давлений и высоких температур (7500 −10000 °C) и содержащих кварц, полевой шпат и гранат. Наряду с ареалами «серых гнейсов» раннего архея, три перечисленных выше типа архейских образований слагают преобладающую часть щитов древних платформ.

Структурные элементы поверхности фундамента и осадочного чехла платформ

Платформы подразделяются на площади выходов на поверхность пород фундамента — щиты и на не менее крупные площади, покрытые чехлом — плиты. Щиты легко выделяются в платформах северного ряда, где они со всех сторон окружены чехлом, но значительно труднее в платформах южного ряда, особенно Африканской и Индостанской, на большей части которых фундамент обнажается на поверхности, а чехол, распространен более ограниченно, в пределах замкнутых впадин. Молодых платформы почти целиком представляют собой плиты, а щиты и массивы здесь встречаются в виде исключения. Таким образом, плиты — преобладающий элемент древних и собственно молодых платформ. В пределах плит различают структурные элементы подчиненного (второго) порядка: антиклизы, синеклизы, авлокогены, своды впадины , валы и депрессии.

Другие название термина «Древние платформы»

Кратон (от греч. krátos — сила, крепость) — стабильный участок континентальной коры, архейского возраста. Это древнейшие блоки континентальной коры, они занимают большую часть объема всех континентов.

См. также

• Суперконтинент
• Древние океаны

Источники

Историческая геология: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ Н. В. Короновский, В. Е. Хаин, Н. А. Ясаманов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2006.

Кратон – frwiki.wiki

Для одноименных статей см Кратон (значения) .

В геологических провинциях Земля (по данным Геологической службы США )

Континентальная кора  : Щит Платформа Ороген Структурный бассейн Магматическая провинция Тонкая корочка

Возраст океанической коры  : 0–20 Мои 20–65 Мои > 65 Мои

Кратона (от греческого κράτος , Кратос  : сила), также называемый континентальный район , большая стабильная часть континентальной части области , в отличие от нестабильных деформированных зон ( орогенов ).

Он образует элемент континентальной литосферы, обладающий геологической идентичностью, в частности, с точки зрения природы горных пород и структуры геологических единиц, которые ее составляют. Кратон состоит из коровой части континентальной природы , также называемой кратонной корой , и так называемой литосферной части мантийной природы .

Резюме

• 1 Описание
• 2 Терминология
• 3 специфических кратона
  • 3,1 Австралия
  • 3,2 Америки
  • 3.3 Африка
  • 3.4 Евразия
  • 3.5 Антарктида
• 4 Примечания и ссылки
• 5 См. Также
  • 5.1 Библиография
  • 5.2 Статьи по теме

Описание

Карта, показывающая кратоны (темно-коричневые) Южной Америки и Африки , которые сформировали древний континент Западная Гондвана .

С точки зрения составляющих материалов верхняя часть кратонной коры образована большей частью плутоническими породами семейства гранитоидов , такими как гранит , а также в меньшей степени метаморфическими породами высокой степени, такими как гнейсы. . Эти гранитоиды чаще всего образуют плутоны, сгруппированные в батолиты . Что касается метаморфических пород, то они часто образуют более узкие полосы, следы древних орогенных пород полностью размыты . Верхняя кратонная кора иногда находится непосредственно в обнажении. Нижняя часть этой кратонной коры, как это часто бывает в других частях континентальной зоны, имеет более гранулитовый характер .

Кратоны также характеризуются другими геологическими и геоморфологическими свойствами: древний возраст, на практике не менее 500 миллионов лет; от регионального до континентального – минимум несколько сотен километров; невысокий рельеф, несколько сот метров на гектокилометрические расстояния; характерная толщина земной коры порядка 35-40 км, толщина относительного изостатического равновесия  ; жесткость (потому что они вооружены метаморфизмом и плутоническими поднятиями), объясняющая, что они больше не могут деформироваться гибким образом (они подвергаются напряжениям из-за деформации, разрушения в соответствии с противоположными разломами или, во время растяжения , из-за трещин).

Под кратонной корой механически закреплен участок верхней мантии , называемый литосферным . Эта субкратонная литосфера может заметно простираться до глубины 200  км , особенно в пределах зоны стабильности алмаза.

Кратоны обычно находятся внутри континентальных областей , самые старые из которых часто вооружают ядро ​​и соответствуют областям равнин и плато. Кратоны , как правило , формируется из щитов , где Кембрийские породы, главным образом гранита – гнейсовые (породы , которые претерпели эрозии на скальной толщину в нескольких тысяч метров с момента их воздействия ), обнажение и платформами , где эти Докембрийские группы покрыты субгоризонтальной осадочной серией мало или не деформирован ( фанерозойский покров , состоящий из отложений толщиной в несколько километров, в основном морских палеозойских отложений, благоприятствованных эпирогенезу, а затем одной из кожных последовательностей мезозоя ).

Внутри этих старых континентальных кратонов образуются осадочные бассейны, управляемые опусканием , происхождение которого в основном тектоническое (утонение земной коры) и / или термическое, отсюда и области истончения коры в мировом масштабе. Кратоны иногда пересекаются рвами и внутрикратонными впадинами. Древний дизайн огромного многолетнего щита на протяжении всей истории докембрийских времен постепенно заменен , что из множества кратонов разделенных гофрированными орогенных ремней называют подвижные лентами. На окраинах старых кратонов сформировались древние линейные пояса (старые массивы образуют основу, выровненную длительной эрозией и покрытые диссонансом вулканических и осадочных пород), и, более того, на периферии, более молодые пояса, видимые как горы. диапазоны . Это концентрическое расположение отражает циклы Вильсона .

Терминология

В зависимости от возраста кратонов иногда называют более конкретными терминами:

• архонты , состоящие из архейских пород возрастом более 2,5 миллиардов лет;
• протоны , состоящие из пород раннего или среднего протерозоя возрастом более 1,6 миллиарда лет;
• тектоны , сложенные неопротерозойскими породами , возрастом от 1,6 до 800 миллионов лет.

Поскольку такие материалы, как драгоценные металлы и алмазы, имеют тенденцию в течение геологического времени отделяться от их материнских пород и группироваться в определенные геологические единицы, особенно в земной коре, самые старые кратоны имеют большое значение, интерес для горнодобывающих компаний. Кратоны до сих пор открываются геологическими исследованиями.

Специфические кратоны

Кратоны с именем, классифицированные по континентам:

Австралия

• Кратон Альтьяварра
• Центральный кратон
• Кратон Курнамона (Южная Австралия)
• Кратон Голера (центральная Южная Австралия)
• Пилбара Кратон ( Западная Австралия )
• Кратон Йилгарн (Западная Австралия)

Америка

Кратоны в Северной Америке.

• Амазонский кратон  :
  • Гайанский щит
  • Кратон Гуапоре , также называемый кратоном центральной Бразилии
  • Кратон Рио Апа
  • Сан-Луис Кратон

• Щит Атлантики  (ru)
  • Сан-Франциско Кратон
  • Кратон Рио-де-ла-Плата
  • Луис Алвес Кратон

• Североамериканский кратон :
  • Канадский щит
  • Кратон Невольничьего озера (Северо-Западная Канада)
  • Superior Craton (Канада)
  • Вайоминг Кратон
  • Североатлантический кратон (Северо-Западная Шотландия, Южная Гренландия (провинция Карликов) и Лабрадор Восточного побережья)

Африке

На африканском континенте много архейских и протерозойских кратонов:

• Западноафриканский кратон или Западноафриканский кратон: обширный архейский и протерозойский ансамбль от южного Марокко до морского фронта Гвинейского залива и восточной части Сьерра-Леоне до западной Нигерии, с множеством ядер архейцев, основными из которых являются:
  • Backbone или Reguibat Shield (к югу от Марокко и Мавритании)
  • Кратон-де-Ман (юго-восток Гвинеи, восток Сьерра-Леоне, Либерия, часть к западу от Кот-д’Ивуара)

• Кратон Хоггар также называют Кратоном Туарега или Кратоном Сахары (к югу от Алжира, к северу от Мали и Нигера).
• Нилотский картон или Восточно-Сахарский кратон (Юго-Восточная Ливия, Судан, Чад).

• Кратон Конго или Центральноафриканский кратон. Обширный комплекс, простирающийся от юга Камеруна до севера Анголы и от побережья Атлантического океана на западе до востока Конго (ДРК). Выявлено несколько подмножеств:
  • Архейский блок Габон-Камерун на севере
  • Архейский кратон Касаи также называется Ангола-Касаи – южная часть.
  • Блок Бангвеулу или Блок Бангвело (Замбия) – протерозойская возрастная группа, относящаяся к Кратону Конго.

• Танзания Кратон (Танзания, Юго-Западная Кения и Южная Уганда)

• Кратон Калахари состоит из трех основных блоков (с севера на юг):
  • Зимбабве Кратон (Зимбабве)
  • Зона или пояс Лимпопо (ЮАР)
  • Кратон Каапваал (ЮАР)

• Мадагаскарский кратон

Евразия

• Восточно-Европейский кратон  :
  • Скандинавский щит
  • Карельский кратон (Финляндия)
  • Сарматский кратон (Украина)
  • Волго-Уральский кратон (Россия)

• Микрократон из Мидленда (Англия и Уэльс)
• Сибирский кратон
• Восточно-Китайский кратон
• Северо-китайский кратон
• Китайско-Корейский кратон (Северный Китай)
• Кратон Тарим (Китай)
• Кратон Янцзы (Южный Китай)

• Индийский кратон
  • Дхарвар Кратон (Индия)

Антарктика

• Восточно-Антарктический кратон

Примечания и ссылки

1. ↑ Помимо кратонов, континентальная литосфера состоит из современных орогенных зон , осадочных бассейнов и протяженных зон или рифтов с канавами обрушения или грабенами – см. Рисунок вверху этой страницы; редкие крупные континентальные магматические провинции являются зонами ловушек, вероятно, переброшенных на ранее существовавшие кратоны. Исландия и архипелаг Кергелен – контрпримеры, области чрезмерно утолщенной океанической коры в процессе континентализации .
2. ↑ При злоупотреблении языком целое означает только часть без другого простого наименования (своего рода противоположность метонимии).
3. ↑ См. Статью о гранитоидах Лимузена .
4. ↑ Серж Эльми и Клод Бабен, История Земли , Dunod,2012 г.( онлайн-презентация ) , стр.  11.
5. ↑ Изабель Кожан и Морис Ренар, седиментология , Данод,2013, стр.  431.
6. ↑ Жильбер Бойо, Филипп Юшон, Ив Лагабриель и Жак Бутлер, Введение в геологию. Динамика Земли , Данод,2008 г., стр.  74-80.
7. ↑ Кристоф Вуазен, Земля , Синий всадник,2004 г., стр.  54-55.
8. ↑ (in) Тимоти М. Куски, Ли Сяоюн, Ван Чжэньшэн, Фу Цзяньминь, Ло Цзэ, Пэйминь Чжу, «  Сохраняются ли циклы Вильсона в архейских кратонах? Сравнение кратонов Северного Китая и рабов  » , Canadian Journal of Earth Sciences , vol.  51, п ^о  3,2013, стр.  297-311 ( DOI  10. 1139 / cjes-2013-0163 ).
9. ↑ «  Archean in Africa  » , на сайте universalis.fr (по состоянию на 15 апреля 2020 г. ) .
10. ↑ Begg et al. 2009 .

Смотрите также

Библиография

 : документ, использованный в качестве источника для этой статьи.

• (en) GC Begg, WL Griffin, LM Natapov, Suzanne Y. O’Reilly, SP Grand, CJ O’Neill, JMA Hronsky, Djomani Y. Poudjom, CJ Swain, T. Deen и P. Bowden, «  Литосферная архитектура Африки: сейсмическая томография, петрология мантии и тектоническая эволюция  » , Геосфера , Американское геологическое общество , т.  5, п ^о  1,Февраль 2009 г. , стр.  23-50 ( e-ISSN  1553-040X , DOI  10.1130 / GES00179.1 , читать онлайн ). 

Статьи по Теме

• Геологическая провинция
• Щит (геология)
• Террейн

<img src=”//fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1×1″ alt=”” title=””>

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 небольшой континентальной породе более пары миллиардов лет [ Poupinet and Shapiro , 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 древнейших 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 управляет силы, приложенные к литосфере Земли, ее верхнему слою 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 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 до конца понимаем, 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, случались 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.

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 нынешняя модель 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].0004, 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 застывал, он образовывал новую литосферу преимущественно 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 [ 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 [ Paul et al. , 2019]. Часть самой толстой кратонной литосферы труднее всего перерабатывать.

Таким образом, мы находим, что кратонная литосфера обладает тремя качествами, 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 несколько 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 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. Сегодняшний 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 [ 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, 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/10.1029/1999JB5.

Ленардич А., Л.-Н. Морези и Х. Мюльхаус (2003), Долговечность и стабильность кратонной литосферы: результаты численного моделирования сопряженной мантийной конвекции и континентальной тектоники, 9. 0003 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), 1 024–1 033, https://doi.org/10.1093/gji/ggz079.

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

Tang, M., K. Chen, and R.L. Rudnick (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 ([email protected]), Индийский институт науки, Бангалор, Карнатака, Индия

Ссылка:

Пол, Дж. (2021), Кратоны, почему вы все еще здесь?, Эос, 102 , https://doi.org/10.1029/2021EO156381. Опубликовано 25 марта 2021 г.

Текст © 2021. Авторы. CC BY-NC-ND 3.0
Если не указано иное, изображения защищены авторским правом. Любое повторное использование без явного разрешения владельца авторских прав запрещено.

Кратоны — старые и крепкие — Метагеолог

Кратоны — это части континентов, которые оставались стабильными в течение более миллиарда лет . По мере дрейфа земных плит горы периодически поднимаются и опускаются, границы плит появляются и исчезают. Но кратоны похожи на прабабушек на семейных посиделках, а младшие коры взволнованно двигаются вокруг них, тихо сидят, изредка замечая, как все было иначе, когда они были молоды.

На каждом континенте есть кратонные области, особенно в центре Северной Америки, Скандинавии, Сибири, Индии и большей части Австралии. Они могут быть покрыты тонкой шалей отложений, но часто они обнажают «фундаментальные» породы, такие как гнейсы. Экономически они очень важны — большая часть алмазов в мире добывается из кратонных областей, как и многие другие ценные месторождения.

Кратоны стабильны, потому что они сильны. Геология Гималаев иллюстрирует это — современная граница плит между Индией и Азией проходит на южной окраине Гималаев. Индийская кратонная плита почти не деформирована, в отличие от обширной груды деформированной мягкой молодой коры на Тибетском плато на севере.

Кратоновая кора прочная, необычно холодная и сухая, но это только часть картины. Континентальная кора представляет собой верхнюю часть континентальной литосферы. Именно литосфера ставит плиты в тектонику плит, это жесткий слой на земной поверхности, в отличие от раскаленной текучей мантии, лежащей под ней (астеносферы). Литосфера состоит из земной коры и нижележащий слой мантии, который «прилип» . Этот слой литосферной мантии может быть в 2-3 раза толще коры над ним и, таким образом, вносит большой вклад в прочность и стабильность континентальной литосферы.

Оказывается, литосферная мантия под кратонами необычная. В океанической коре по мере старения она охлаждается и в конце концов снова погружается в мантию. Считается, что континентальная литосферная мантия тоже может обрушиться, но в кратонах этого не происходит. Выяснить, почему это интересная задача, но прежде чем мы начнем это путешествие, короткая интерлюдия….

Геохимическая интерлюдия

Мое отношение к геохимии со временем изменилось. Будучи аспирантом, я был сослан в пристройку в 10 минутах от главного отдела, потому что новая часть геохимического аппарата требовала расширения лаборатории, которая поглотила наш маленький, засыпанный камнями офис. Я мог иметь отношение к метаморфической петрологии и анализу минеральной химии, но изотопный материал, который, по-видимому, требовал месяцев жонглирования плавиковой кислотой, чтобы получить пару точек данных, оставил меня равнодушным. Спустя годы, взглянув на более широкую и мудрую перспективу, я удивляюсь тому, как изотопная геохимия приводит к столько потрясающей науки .

Есть два вида изотопной геохимии: стабильный и радиогенный . Многие химические изотопы нестабильны и с течением времени самопроизвольно превращаются в различные элементы, остатки которых выбрасываются в виде материи, а энергия – излучение. Для геологов эта реальная алхимия, известная как радиоактивный распад, в основном используется для определения возраста чего-либо. Скорость радиоактивного распада постоянна, поэтому измерение текущего содержания изотопов и работа в обратном направлении позволяют узнать время, прошедшее с момента события. Переход от измерений к возрасту включает предположения о выборке, которые могут быть неверными — мое собственное исследование успешно предсказало, что опубликованный возраст был неверным. Тем не менее, современные геохимики имеют в своем распоряжении широкий спектр чрезвычайно надежных и точных методов. Датируемые события включают образование кристалла из магмы или рост в метаморфической породе, воздействие атмосферы на поверхность, рост твари, охлаждение минерала ниже определенной температуры, извлечение магмы из расплавленной породы, даже возраст грунтовых вод. .

Геохимия стабильных изотопов основывается на том факте, что два изотопа одного и того же элемента, например водорода и дейтерия, не являются точно одними и теми же. Большинство физических и химических процессов обрабатывают их одинаково, но некоторые не делают этого, небольшая разница в массе означает небольшие различия между изотопами. Например, при испарении воды более легкая H ₂ ¹⁶ O испарится первой, создавая разницу в изотопном составе между водяным паром и оставшейся жидкостью. Это явление изотопное фракционирование  воздействует на воду другими способами, например, существует связь между ископаемыми изотопами кислорода (во льду или ископаемых морских раковинах) и температурой моря, из которого они произошли . Этот чрезвычайно полезный метод — лишь один из примеров того, как, казалось бы, волшебным образом крошечные различия в физике атомов могут пролить свет на разнообразные геологические проблемы. Есть много других приложений, но этот метод наиболее эффективен, когда у нас очень мало других доказательств. Исследования образования Земли и Луны в значительной степени опираются на изучение загадочных изотопов. У нас есть лишь ограниченная информация о литосферной мантии из-под кратонов (помните их?), а изотопная геохимия говорит нам много интересного…

Назад к кратонам

Недавний обзор Cin-Ty A. Lee, Peter Luffi и Emily J. Chin из Университета Райса посвящен созданию и разрушению континентальной мантии (в основном я буду обсуждать создание).

Если бы литосферная мантия под кратонами была такого же состава, как и остальная мантия, то со временем она остыла бы, стала более плотной и нестабильной. Возник консенсус, что это не так, потому что в какой-то момент в прошлом он был вовлечен в плавление, и до половины его объема было удалено. Камень, оставшийся после вытекания расплава, известен как 9.0013 обедненный перидотит , и он прочнее и более плавучий, чем нормальная мантия, поэтому он остается стабильным в течение миллиардов лет.

Фрагменты мантийного перидотита в лаве.

Кусочки континентальной литосферы достигают поверхности, иногда в виде огромных плит, как, например, в Ронде в Испании. Некоторые странные вулканические отложения начинаются на глубинах мантии и поднимают на поверхность куски окружающих пород. Иногда они содержат алмазы, а также кусочки литосферной мантии. Вооружившись этими образцами, геохимики применили множество методов.

Геохимия плавления горных пород хорошо изучена, и это позволяет нам сделать много выводов об условиях, в которых это происходит. Например, сравнивая древние образцы с современными, мы можем сказать, что более старые образцы плавились при более высоких температурах (от 1500 до 1700°C от 1300 до 1500°C) и демонстрировали большее извлечение расплава (от 50 до 30% по сравнению с <30%). Это согласуется с тем фактом, что ранняя Земля была более горячей.

На плавление влияет как давление, так и температура – ​​более глубокие породы мантии содержат разные минералы (при этих давлениях гранат на глубине, шпинель наверху), которые плавятся немного по-разному. Кратоновые перидотиты плавились на небольших глубинах (90 км), но позже были перемещены глубже (180 км).

Не все образцы относятся к перидотитам, следующие распространенные пироксениты, иногда называемые эклогитами . По химическому составу они подобны базальтам, образовавшимся на современных срединно-океанических хребтах. Их изотопы кислорода сильно различаются, например, в океанической коре после гидротермальных изменений. Другие физико-химические процессы теоретически могут вызывать аналогичные закономерности, но кажется, что только низкотемпературные процессы объясняют наблюдаемые закономерности. Тот факт, что они когда-то были частью океанической коры, делает эти пироксенитовые породы очень отличными от перидотитов (которые когда-либо были только частью мантии).

Еще одним свидетельством того, что пироксениты когда-то находились вблизи поверхности, являются изотопы серы из эклогитовых включений в алмазах. Фракционирование этих изотопов происходит способами, которые объясняются только химическими реакциями высоко в атмосфере. Эти алмазы с эклогитовыми включениями сами по себе имеют чрезвычайно «легкие» изотопы углерода. Легкий углерод является признаком жизни — организмы преимущественно содержат легкий углерод. В этих древних породах жизнь, вероятно, связана с бактериями. Таким образом, мы можем удлинить список «прекрасных вещей, которые помогают делать бактерии» — сыр, соевый соус, вино, йогурт, здоровое пищеварение, а теперь и некоторые виды бриллиантов.

NB для посетителей немецкой страницы Википедии, посвященной бриллиантам, я рад, что вы здесь. Вот лучшая ссылка на науку по этому вопросу.

Это замечательная вещь. Бактериальный мат, лежавший на морском дне миллиарды лет назад, в конечном итоге попадает в зону субдукции. Он попадает в мир сокрушительного давления и экстремальных температур, где полностью трансформируется, его углерод превращается в алмаз. Позже происходит странное извержение, и алмаз выбрасывается обратно на поверхность, чтобы мы могли восхищаться им. Только изотопная геохимия (и некоторые щедрые предположения с моей стороны) позволяет нам рассказать эту историю.

Как формируется континентальная мантия?

Наши авторы обсуждают, как формируется континентальная мантия (спойлер: мы на самом деле не знаем). Одна из моделей состоит в том, что под континентом поднимается большой шлейф горячего материала мантии. Это действительно образовало бы много обедненного перидотита (под большой грудой лавы). Однако эта модель не согласуется с данными, описанными выше – таяние следует ожидать на большей глубине (200 км), чем это видно.

Плюмовая модель также не может объяснить эклогитовые части мантии. Один из механизмов, объясняющий, как части океанической литосферы попадают в субконтинентальную мантию, заключается в том, что при субдукции вместо крутого падения они остаются плавучими и накапливаются под континентами. В этой модели субконтинентальная литосфера растет за счет постепенного захвата и укладки океанической литосферы. Утверждалось, что в последнее время части плиты Фараллон были захвачены под западной частью Северной Америки. Более горячая океаническая литосфера (обычная для архея) погружается под меньшим углом и поэтому с большей вероятностью в конечном итоге прилипнет к основанию на континенте.

Эта модель объясняет свидетельства неглубокого плавления и последующего захоронения, а также присутствие бывшей океанической литосферы. Действительно, он предсказывает большую долю эклогитового пироксенита, чем наблюдается. Наши авторы предлагают процесс «вязкого дренажа», при котором коровая часть сложенной внеокеанской литосферы (теперь плотные наклонные пластины гранатового пироксенита) медленно «стекает» вниз и наружу, оставляя перидотитовый «каркас» позади.

Модели создания Continental коры подчеркивают важность островных дуг. Океаническая островная дуга (где океаническая кора погружается под океаническую) может столкнуться с небольшим континентом, превратиться в континентальную островную дугу и в конечном итоге стать новым куском континентальной коры. Однако этот механизм сам по себе не даст толстой литосферы, поэтому требуется некоторый процесс «орогенного утолщения» (сжатие ее, чтобы она стала толще).

Возможно, вы заметили, что газета немного погружается в спекуляции.