Речная антиклиналь
Речная антиклиналь — это геологическая структура, образованная в результате целенаправленного поднятия горных пород, вызванного высокой скоростью эрозии крупных рек по сравнению с окружающими территориями. [ 1 ] Антиклиналь — это вогнутая вниз складка, крылья которой отклоняются от ее оси и самые древние единицы которой находятся в середине складки. [ 2 ] Эти особенности формируются в ряде структурных параметров. В случае речных антиклиналей они образуются из-за высоких скоростей эрозии, обычно в орогенных условиях. В условиях горообразования, таких как Гималаи или Анды , скорость эрозии высока, и ось складок речной антиклинали будет иметь направление, параллельное основной реке. При формировании речных антиклиналей они имеют зону поднятия шириной 50-80 км вдоль образующих их рек. [ 3 ]
Причина и следствие
[ редактировать ]Тип геологических особенностей, которые сформируются, обусловлен силой потока и жесткостью земной коры при изгибе. Увеличение мощности потока и уменьшение изгибной жесткости приводит к прогрессированию структуры из поперечной антиклинали в речную антиклиналь, а в крайних случаях – в тектоническую аневризму. [ 1 ] Поперечные антиклинали простираются в направлении небольших рек с относительно высокой прочностью земной коры и формируются вокруг них. [ 4 ] Речные антиклинали образуются вокруг крупных сильно эрозионных рек, где прочность земной коры относительно низкая. Тектонические аневризмы образуются, когда эрозия очень высока, а кора очень слаба, образуя структурный рубец. [ 1 ]
То, как речные антиклинали формируются через глубокие речные разрезы и связанный с этим отскок земной коры, приводит к тому, что породы, находящиеся глубоко в земной коре, преимущественно эксгумируются вдоль крупных рек, таких как Арун , Инд , Сатледж и река Ярлунг Зангбо . [ 1 ] Изолированная эксгумация 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 высокого и сверхвысокого давления этих метаморфических пород могут помочь реконструировать тектоническую эволюцию орогенного пояса, который их сформировал. [ 5 ]
Доказательство
[ редактировать ]В Гималаях Индийская континентальная плита сталкивается с Евразийской континентальной плитой почти с севера на юг. Поэтому сжатие горных пород в Гималаях происходит в направлении север-юг. Таким образом, складчатость должна происходить в направлении восток-запад, как это и наблюдается. Однако было также отмечено, что складчатость происходит в направлении север-юг. Было отмечено, что эти складки следуют по следам крупных рек, таких как Арун и Инд. Первоначально эти складки объяснялись предположением, что реки не образовывали эти антиклинали, а вместо этого русло реки по совпадению проходило поверх этих геологических особенностей, образовавшихся в результате дифференциальной эрозии. [ 6 ] Идея изостатического отскока была предложена как наиболее подходящий механизм для этих складок, простирающихся с севера на юг, и в настоящее время широко принята. [ 1 ]
Процессы формирования
[ редактировать ]
Формирование речной антиклинали в результате изостатического отскока показано на рисунке справа в виде идеализированных шагов. 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 огромное количество материала выносится речной эрозией на территорию с низкой жесткостью земной коры. Земная кора поднимается вверх именно вдоль реки, тогда как остальная площадь остается относительно постоянной. Это приведет к изгибу коры с образованием антиклинали, что может занять до десяти тысяч лет. [ 7 ] Протекая через этот район, река разрушает большое количество вышележащей породы, что вызывает уменьшение массы литосферы, что приводит к изостатической реакции. При отсутствии вышележащей породы нижележащий материал поднимается вверх, как если бы с плота сняли груз. По мере продвижения реки эрозия продолжается и, следовательно, продолжается отскок, который образует низкую широкую антиформальную структуру. Чтобы этот отскок произошел, речная эрозия должна превышать среднюю скорость эрозии для данной территории и превышать подъем орогена. [ 1 ] Средние скорости эрозии Гималаев составляют около 1 мм в год, а скорость эрозии реки Арун в восточных Гималаях — до 8 мм в год. [ 1 ] [ 8 ] поэтому вполне логично, что мы увидим речные антиклинали вдоль реки Арун.
Тектонические аневризмы
[ редактировать ]Тектоническая аневризма представляет собой изолированную зону экстремального поднятия и скорости эксгумации. Он образуется, когда поднятия местной тектоники сочетаются с очень слабой корой и поднятием речной антиклинали. Когда крупная река протекает по территории тектонического поднятия, речная эрозия разрушает поднятый материал. Это вызовет чрезвычайно быструю эксгумацию вдоль крупных рек, до 10 мм в год. [ 5 ] В пределах Гималаев имеются две тектонические аневризмы, каждая на одном из двух синтаксисов орогенного пояса : Нангапарбат на западе и Намче Барва на востоке. [ 9 ] [ 10 ] Эти тектонические аневризмы формируются аналогично речным антиклиналям, но с чрезвычайной скоростью эрозии и очень слабой и пластичной корой. Синтаксисы отмечают конец Гималайского орогена с обеих сторон и определяют расположение двух крупных рек, Инда и реки Ярлунг Цангпо . В синтаксисе по обе стороны Гималаев преобладает зона сдвиговых разломов , а не надвигов сжатия , как в остальной части орогена. [ 10 ] На западе река Инд протекает через Нангапарбат, а на востоке река Ярлунг Цангпо протекает через Намче Барва. Очень высокая скорость эрозии этих двух рек сочетается со слабой, горячей, тонкой и сухой коркой. [ 9 ] с образованием участков крайнего поднятия и эксгумации.
Механизм деформации
[ редактировать ]Деформации, вызванные тектоническими аневризмами, аналогичны аневризмам кровеносных сосудов, при которых ослабление удерживающей силы приводит к локализованному росту или поднятию. Однако в геологических условиях деформация происходит в течение миллионов лет со значительной устойчивой мощностью эрозии, составляющей десятки сотен киловатт на метр. [ 11 ] Разрез или истончение корки на участке поверхности относительно толщины фоновой корки вызывает две вещи, которые способствуют образованию аневризмы. Во-первых, из-за хрупкой природы пород земной коры и их прочности, зависящей от давления, уменьшение количества вышележащего материала снижает прочность земной коры по сравнению с окружающими областями. Это происходит потому, что удаление корки уменьшает вскрышные породы и, следовательно, давление, которое влияет на прочность. Во-вторых, геотермический градиент увеличивается по вертикали. Локализованные глубокие впадины создают самые слабые области, в которых концентрируются напряжения и, следовательно, движение глубокого пластичного материала.
Ослабление коры в определенной области может привести к развитию преимущественной области деформации, концентрирующей поток материала. Пластичные породы, находящиеся глубже в земной коре, смогут двигаться в направлении градиента потенциала, тогда как хрупкие породы у поверхности будут разрушаться под воздействием повышенной деформации. Переход между хрупкой деформацией и пластичной деформацией определяется температурой, которая обычно зависит от глубины, а также от реологии. Слабые горячие минералы, находящиеся ниже пластического перехода, со значительным частичным расплавом перемещаются в область, подстилающую утоненную корку, в результате уменьшения градиента давления в тонкой области. В определенный момент давление существенно уменьшится, переходя от сходящейся породы фундамента к истонченной коре. Это вызывает быструю декомпрессию при относительно стабильных и повышенных изотермах . Происходит декомпрессионное плавление, которое увеличивает долю частичного расплава внутри материала и вызывает быструю адвекцию тепла к поверхности. Продолжающееся конвергентное движение пластин фокусирует поток материала в синтаксические области, при этом локализованная слабость позволяет уйти вверх в качестве механизма аккомодации. Этот процесс решает фундаментальную проблему попадания материала в ограниченное пространство за счет создания выхода. В результате создается положительная обратная связь с подъемом, фокусирующим эрозию, который переносит более слабую породу вертикально, увеличивая эрозионную способность. Области постоянного возвышения в речных долинах и горах с рельефом могут поддерживаться за счет высоких темпов эксгумации относительно молодых слабых пород. Возраст минералов в этом районе будет моложе, чем у окружающей коры, из-за охлаждения, происходящего в районе с более крутым температурным градиентом на меньших глубинах. Зрелые тектонические системы аневризм, такие как Нанга Парбат может иметь очень высокий локальный рельеф молодых пород из-за последовательной эрозии, поддерживающей высоту в эрозионной области, и вертикальной деформации, выталкивающей материал вверх вдоль проксимальных краев. [ нужна ссылка ]
Локации
[ редактировать ]Тектонические аневризмы встречаются на участках с локализованным повышенным рельефом относительно молодых пород по сравнению с окружающей их средой. Активно наблюдаемые системы, которые наиболее изучены, расположены в двух основных регионах Гималаев : массиве Нангапарбат – Харамош и Намче Барва – Гьяла Пери , которые расположены на восточной и западной окраинах соответственно. Река Инд является механизмом, ответственным за удаление земной коры в регионе Нанга Парбат , а река Цангпо активна в регионе Намче Барва . [ нужна ссылка ]
Предполагаемые тектонические аневризмы расположены в регионе Сент-Элиас на Аляске , Конгур-Шане и Музтаг-Ата в Китае, а также в Лепонтинском куполе в Швейцарских Альпах . Эти места демонстрируют зарождающиеся или аналогичные, менее значимые характеристики активно наблюдаемых систем. Считается, что ледниковые механизмы эрозии и переноса ответственны за многие альпийские районы, включая систему Святого Илии . [ нужна ссылка ]
Тектоническая аневризма Нанга Парбат-Харамош
[ редактировать ]Нангапарбат -Харамош является наиболее изученным регионом в контексте тектонических аневризм. Регион имеет экстремальный рельеф на очень коротких расстояниях: долина реки Инд примерно на 7 километров ниже вершины горы. В пределах исследуемой территории возраст остывания биотита (280 °C ± 40 °C) постоянно составляет менее 10 миллионов лет, что указывает на быстрые темпы эксгумации в этом районе. [ 11 ] Исследования состава и строения горных пород в этом районе позволяют предположить эксгумацию глубин ниже 20 километров. [ 11 ] Темпы эксгумации с массива и долины значительно превышают фоновые. Расчеты пиковой скорости эксгумации составляют от 5 до 12 мм в год. [ 11 ] в зависимости от местоположения. На вершине горы уровень ниже, чем у подножья долины, но оба они значительно выше по сравнению с фоновыми показателями вне синтаксиса. Обнаженный гранулит в центральной области аневризмы представляет собой плавление при низком давлении и адвекцию, когда материал перемещается в области с уменьшающимся давлением. На основании выборки возрастом от 1 до 3 миллионов лет было сделано предположение, что за очень короткий период времени произошло разрушение купола до 20 километров. [ 11 ]
Намче Барва-Гьяла Пери
[ редактировать ]Тектоническая аневризма Намче Барва -Гайла Пери расположена на восточной стороне Гималаев, где активная река Цангпо по долине между гор течет . Многие исследователи приходят к выводу, что модель тектонической аневризмы лучше всего объясняет наблюдаемые структуры и тектоническое расположение региона. Возраст аргон -аргонового биотита и возраст треков деления циркона пород в этом районе составляют 10 миллионов лет или меньше. [ 11 ] который молод по сравнению с окружающими породами. Подобные горельефы, наблюдаемые в Нанга-Парбате, также очевидны в регионе Намче-Барва, где перепад высот по вертикали составляет около 4 километров на небольшом горизонтальном расстоянии. [ 11 ] с высокой и низкой степенью В регионе обнаружены породы метаморфизма , что свидетельствует о различиях в метаморфической активности между регионами от центра деформации и по краям. Эксгумация происходит на круглом участке с молодыми высокодекомпрессионными расплавами . сосредоточенными в центре [ 11 ] за пределами очага Соотношение рубидия и стронция предполагает плавление в присутствии жидкости. [ 12 ] Было смоделировано, что присутствие жидкости в расплаве происходит в результате обильных осадков, позволяющих воде проникать в неглубокие породы земной коры в течение длительных периодов времени. Возраст и барометрический режим пород были использованы для расчета объема снятой вскрыши, который использовался для определения 3 миллиметров ежегодного разреза за последние 10 миллионов лет. [ 11 ]
Святой Илия
[ редактировать ]Предполагаемая система тектонических аневризм возрастом четыре миллиона лет в горах Святого Ильи на Аляске образовалась в результате ледниковой эрозии гор, образовавшейся в результате поддвига Якутской микроплиты под окраину Северной Америки. Аневризма возникает в углу северной пластины, в котором происходит переход от правостороннего сдвигового движения к толчковому движению, тем самым фокусируя напряжение. Интерпретируемая взаимосвязь между эрозионным развитием гор имеет больше различий между исследователями, чем в гималайских системах, из-за возраста системы и ограничений в отношении полевых работ из-за ледникового покрова. В хребте Сент-Элиас столкновение и поддвиг вызвало поднятие поверхности, образовавшее горы. Климатический режим повышения высоты позволил развиться ледникам, что привело к чрезвычайной потенциальной ледниковой эрозии. С момента своего возникновения ледниковая эрозия перенесла отложения на запад, в Тихий океан и на окраину континента. После чего примерно два миллиона лет назад произошло образование декольте. вызвало распространение очага деформации на юг. Смещение фокуса напряжения привело к развитию гор южнее, что нарушило климатическую систему, тем самым уменьшив количество осадков в северных регионах гор Святого Илии. [ 13 ] Эрозия и эксгумация сейчас сконцентрированы в южной части горного хребта, что приводит к молодым периодам похолодания, связанным с нынешним центром тектонической аневризмы.
молодого обломочного циркона Датирование треков деления (240 °C ± 40 °C) и апатита треков деления и уран - торий / гелий (110 °C ± 10 °C) возраст охлаждения отложений в ледниковых водосборах [ 13 ] поддерживают теорию эрозионного воздействия на тектоническую систему Св. Илии . Скорость эксгумации определялась путем расчета разницы в возрасте обломочного циркона и апатита в осадках. Чем меньше разница между возрастами циркона и апатита, тем быстрее движение материала по изотермам и более быстрое охлаждение. В северном углу контакта плит возрасты циркона и апатита существенно не различаются, что свидетельствует о быстрой эксгумации. Близость к среде осадконакопления вдоль прибрежной окраины и внутри фьордов позволяет сохранить данные о скорости седиментации, которые используются для интерпретации скорости эксгумации, составлявшей первоначально 0,3 мм в год и примерно 1,3 мм / год в течение последнего миллиона лет. [ 13 ] По возрасту и мощности отложений прослеживается перемещение очага эрозии с севера на юг.
Наличие окончательной тектонической системы аневризмы в этом регионе широко оспаривается, и многие исследователи приходят к выводу, что для подтверждения этой гипотезы происходит недостаточно целенаправленная эксгумация. Значительный ледниковый покров ограничивает количество полевых проб и геологических наблюдений, которые можно проводить непосредственно на поверхности, тем самым добавляя неопределенности к интерпретации. Альтернативные теории утверждают, что тектонический транспрессионный контроль эксгумации оказывает незначительное эрозионное влияние на всю систему. Более молодой возраст объясняется областями сосредоточенной деформации, возникшими в результате разломов.
Полевые работы в предлагаемых регионах
[ редактировать ]Сравнивая глубину Земли, на которой кристаллизуются конкретные 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 флюидных включений Для получения хронологических данных о скорости эксгумации горных пород на территории использовались и минералов. Возрастные даты были использованы для реконструкции истории эксгумации и термического режима путем сопоставления их с барическими и температурными границами кристаллизации минералов. Уран - торий и уран- гелий [ 11 ] [ 14 ] [ 12 ] [ 13 ] Сроки охлаждения образцов апатита указывают на сроки охлаждения до 70 °С. Более высокие температуры смыкания были датированы с использованием аргон-аргоновых методов датирования образцов биотита (300 ° C). [ 11 ] и циркона датирование треков деления (230–250 °C) [ 11 ] методы. Анализируя возраст минералов с различными температурами смыкания , исследователи могут сделать вывод о скорости, с которой они проходили изотермы . Когда разница между возрастом минерала, охлажденного при высокой температуре, и минерала, охлажденного при низкой температуре, относительно одинакова, то эксгумация считается быстрой. Геотермобарометрические данные получены с использованием гранат - биотитового плагиоклаза , чтобы ограничить метаморфические режимы более высокого давления. [ 12 ] Меньшие скорости эксгумации (возраст низкотемпературного охлаждения) сами по себе не могут быть реально использованы для описания тектонических аневризм, поскольку глубокие изменения изотермического градиента не могут существенно влиять на меньшие глубины. Более того, неглубокое низкотемпературное охлаждение может быть в большей степени связано с обнажением, в котором преобладает эрозия, а не с тектоническим поднятием. Возраст образцов минералов с более высокими температурами охлаждения означает эксгумацию более глубокого материала, что является смоделированной функцией тектонической аневризмы.
Профили сейсмической скорости часто используются на больших территориях исследований для выявления возможных изотермических неоднородностей. [ 11 ] Данные о низких скоростях указывают на более горячие породы с более высокой степенью частичного плавления, что замедляет P-волны по сравнению с окружающей средой. Магнитотеллурический отбор проб проводится для проверки удельного сопротивления горных пород, которое используется для определения количества жидкости в породах. [ 11 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г Монтгомери, Дэвид Р.; Столар, Дрю Б. (1 декабря 2006 г.). «Пересмотр антиклиналей гималайских рек». Геоморфология . 82 (1–2): 4–15. Бибкод : 2006Geomo..82....4M . дои : 10.1016/j.geomorph.2005.08.021 .
- ^ Jump up to: а б Маршак, Бен А. ван дер Плюйм, Стефан (2004). Структура Земли: введение в структурную геологию и тектонику (2-е изд.). Нью-Йорк: Нортон. стр. 353–354. ISBN 978-0-393-92467-1 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Робль, Йорг; Стюве, Курт; Хергартен, Стефан (20 июня 2008 г.). «Профили русел вокруг антиклиналей гималайских рек: ограничения на их формирование на основе анализа цифровой модели рельефа» . Тектоника . 27 (3): н/д. Бибкод : 2008Tecto..27.3010R . дои : 10.1029/2007TC002215 . S2CID 128173759 .
- ^ Симпсон, Гай (1 января 2004 г.). «Роль речного разреза в усилении деформации». Геология . 32 (4): 341. Бибкод : 2004Geo....32..341S . дои : 10.1130/G20190.2 .
- ^ Jump up to: а б с Цейтлер, Питер К.; Энн С. Мельц (январь 2001 г.). «Эрозия, гималайская геодинамика и геоморфология метаморфизма» . ГСА сегодня . 11 : 4–9. doi : 10.1130/1052-5173(2001)011<0004:EHGATG>2.0.CO;2 .
- ^ Бербанк; Маклин, Буллен; Абдрахматов, Миллер (1 марта 1999 г.). «Расчленение межгорных котловин надвиговой складчатостью, Тянь-Шань, Кыргызстан». Бассейновые исследования . 11 (1): 75–92. Бибкод : 1999BasR...11...75B . дои : 10.1046/j.1365-2117.1999.00086.x . S2CID 18460167 .
- ^ Англия, Филипп; Питер Молнар (декабрь 1990 г.). «Поднятие поверхности, поднятие камней и эксгумация камней». Геология . 18 (12): 1173–1177. Бибкод : 1990Geo....18.1173E . doi : 10.1130/0091-7613(1990)018<1173:SUUORA>2.3.CO;2 .
- ^ Лаве, Ж.; Авуак, JP (1 января 2001 г.). «Речной разрез и тектоническое поднятие через Гималаи в центральном Непале» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 106 (Б11): 26561–26591. Бибкод : 2001JGR...10626561L . дои : 10.1029/2001JB000359 .
- ^ Jump up to: а б Цайтлер, ПК; Питер О. Кунс; Майкл П. Бишоп (октябрь 2001 г.). «Переработка земной коры в Нанга Парбате, Пакистан: метаморфические последствия термомеханического взаимодействия, которому способствует эрозия» . Тектоника . 5. 20 (5): 712–728. Бибкод : 2001Tecto..20..712Z . дои : 10.1029/2000TC001243 .
- ^ Jump up to: а б Дин, Лин; Чжун, Далай; Инь, Ан; Капп, Пол; Харрисон, Т. Марк (1 октября 2001 г.). «Кайнозойская структурная и метаморфическая эволюция восточногималайского синтаксиса (Намче Барва)». Письма о Земле и планетологии . 192 (3): 423–438. Бибкод : 2001E&PSL.192..423D . дои : 10.1016/S0012-821X(01)00463-0 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н Цайтлер П., Халлет Б. и Кунс П. (2013). Тектонические аневризмы и горообразование
- ^ Jump up to: а б с Бут, Алабама; Чемберлен, CP; Кидд, WSF; Цейтлер, ПК (2009). «Ограничения метаморфической эволюции восточно-гималайского синтаксиса на основе геохронологических и петрологических исследований намче барва». Бюллетень ГСА . 121 (3–4): 385–407. Бибкод : 2009GSAB..121..385B . дои : 10.1130/B26041.1 .
- ^ Jump up to: а б с д Спотила, Джеймс А.; Бергер, Аарон Л. (июль 2010 г.). «Эксгумация в углах орогенных инденторов в условиях длительного ледникового периода: пример орогена Святого Илии, Южная Аляска». Тектонофизика . 490 (3–4): 241–256. Бибкод : 2010Tectp.490..241S . дои : 10.1016/j.tecto.2010.05.015 .
- ^ Финнеган, Нью-Джерси; Халлет, Б.; Монтгомери, ДР; Цайтлер, ПК; Стоун, Джо; Андерс, AM; Юпин, Л. (4 января 2008 г.). «Сочетание скального поднятия и вреза реки в массиве Намче Барва-Гьяла Пери, Тибет». Бюллетень Геологического общества Америки . 120 (1–2): 142–155. Бибкод : 2008GSAB..120..142F . дои : 10.1130/B26224.1 .