Кратон
Кратон ( / ˈ k r eɪ t ɒ n / KRAYT -on , / ˈ k r æ t ɒ n / KRAT -on , или / ˈ k r eɪ t ən / KRAY -tan ; [1] [2] [3] от греческого : κράτος kratos «сила») — старая и устойчивая часть континентальной литосферы , состоящая из двух самых верхних слоев Земли, земной коры и самой верхней мантии . Часто пережившие циклы слияния и раскола континентов, кратоны обычно встречаются внутри тектонических плит ; исключения происходят там, где геологически недавние рифтовые события разделили кратоны и создали пассивные окраины по их краям. Кратоны обычно состоят из древних кристаллических пород фундамента , которые могут быть покрыты более молодыми осадочными породами . У них толстая кора и глубокие литосферные корни, уходящие в мантию Земли на несколько сотен километров.
Терминология
[ редактировать ]
| Расширенная корка | Океаническая кора : 0–20 млн лет назад 20–65 млн лет назад >65 Мой |
Термин кратон используется для того, чтобы отличить стабильную часть континентальной коры от регионов, которые более геологически активны и нестабильны. [4] Кратоны состоят из двух слоев: континентального щита , в котором породы фундамента выходят на поверхность, [5] и платформа , которая на некоторых участках перекрывает щит осадочной породой . [6]
Слово кратон было впервые предложено австрийским геологом Леопольдом Кобером в 1921 году как кратоген , обозначающий стабильные континентальные платформы, и ороген как термин, обозначающий горные или орогенные пояса . Позже Ганс Стилле сократил прежний термин до Kraton , от которого происходит кратон . [7]
Примеры
[ редактировать ]Примерами кратонов являются кратон Дхарвар. [8] в Индии, Северо-Китайский кратон , [9] Восточно -Европейский кратон , [10] Амазонский кратон в Южной Америке, [11] кратон Каапвааль в Южной Африке, [12] Северо -Американский кратон (также называемый кратоном Лаврентия), [13] и кратон Гоулер в Южной Австралии. [14]
Структура
[ редактировать ]Кратоны имеют мощные литосферные корни. Мантийная томография показывает, что кратоны подстилаются аномально холодной мантией, соответствующей литосфере, более чем в два раза превышающей типичную толщину зрелой океанической или некратонной континентальной литосферы в 100 км (60 миль). На этой глубине корни кратонов простираются в астеносферу . [15] а зона низких скоростей, наблюдаемая в других местах на этих глубинах, слаба или отсутствует под стабильными кратонами. [16] Литосфера кратонов заметно отличается от океанической литосферы, поскольку кратоны имеют нейтральную или положительную плавучесть и низкую внутреннюю плотность. Эта низкая плотность компенсирует увеличение плотности из-за геотермального сжатия и предотвращает погружение кратона в глубокую мантию. Кратонная литосфера намного старше океанической — до 4 миллиардов лет против 180 миллионов лет. [17]
Обломки горных пород ( ксенолиты ), вынесенные из мантии магмами , содержащими перидотит, выносятся на поверхность в виде включений в субвулканических трубках, называемых кимберлитами . Эти включения имеют плотность, соответствующую составу кратона, и состоят из мантийного материала, остаточного от высокой степени частичного плавления. Перидотит находится под сильным влиянием включений влаги. Влажность кратонного перидотита необычайно мала, что приводит к гораздо большей прочности. Он также содержит высокий процент легкого магния вместо более тяжелого кальция и железа. [18] Перидотиты важны для понимания глубинного состава и происхождения кратонов, поскольку конкреции перидотитов представляют собой куски мантийных пород, модифицированные частичным плавлением. Гарцбургитовые перидотиты представляют собой кристаллические остатки после экстракции расплавов состава типа базальта и коматиита . [19]
Формирование
[ редактировать ]Процесс образования кратонов называется кратонизацией . Многое в этом процессе остается неопределенным, и в научном сообществе очень мало консенсуса. [20] Однако первые кратонные массивы суши, вероятно, сформировались во время архейского периода. На это указывает возраст алмазов , которые происходят из корней кратонов и почти всегда имеют возраст более 2 миллиардов лет, а часто и более 3 миллиардов лет. [17] Породы архейского возраста составляют лишь 7% современных кратонов мира; даже учитывая эрозию и разрушение прошлых образований, это предполагает, что только от 5 до 40 процентов нынешней континентальной коры сформировалось в архейском периоде. [21] Кратонизация, вероятно, завершилась в протерозое . Последующий рост континентов происходил за счет приращения на окраинах континентов. [17]
Корневое происхождение
[ редактировать ]Происхождение корней кратонов до сих пор дискуссионно. [22] [23] [18] [20] Однако нынешнее понимание кратонизации началось с публикации в 1978 году статьи Томаса Х. Джордана в журнале Nature . Джордан предполагает, что кратоны образовались в результате высокой степени частичного плавления верхней мантии, при этом от 30 до 40 процентов материнской породы попали в расплав. Столь высокая степень плавления была возможна из-за высоких мантийных температур архея. Извлечение такого большого количества магмы оставило после себя твердый остаток перидотита, который был обогащен легким магнием и, следовательно, имел меньшую химическую плотность, чем неистощенная мантия. Эта более низкая химическая плотность компенсировала эффекты теплового сжатия по мере охлаждения кратона и его корней, так что физическая плотность корней кратона соответствовала плотности окружающей более горячей, но более химически плотной мантии. [24] [17] Помимо охлаждения корней кратона и снижения их химической плотности, добыча магмы также увеличивала вязкость и температуру плавления корней кратона и предотвращала смешивание с окружающей неистощенной мантией. [25] Образовавшиеся в результате мантийные корни оставались стабильными на протяжении миллиардов лет. [23] Джордан предполагает, что истощение произошло в первую очередь в зонах субдукции и во вторую очередь в виде паводковых базальтов . [26]
Эта модель извлечения расплава из верхней мантии хорошо подтвердилась последующими наблюдениями. [27] Свойства мантийных ксенолитов подтверждают, что под континентами геотермический градиент значительно ниже, чем под океанами. [28] Оливин ксенолитов корней кратона чрезвычайно сухой, что придает корням очень высокую вязкость. [29] Рениево-осмиевое датирование ксенолитов указывает на то, что древнейшие события плавления произошли в раннем и среднем архее. Значительная кратонизация продолжалась и в позднем архее, сопровождаясь объемным основным магматизмом. [30]
Однако сама по себе экстракция расплава не может объяснить все свойства корней кратонов. Джордан отмечает в своей статье, что этот механизм может быть эффективен для образования корней кратонов только на глубине до 200 километров (120 миль). Большая глубина корней кратона требовала дальнейшего объяснения. [26] Частичное плавление мантийных пород на 30–40 процентов при от 4 до 10 ГПа давлении приводит к образованию коматиитовой магмы и твердых остатков, очень близких по составу к архейской литосферной мантии, но континентальные щиты не содержат достаточного количества коматиита, чтобы соответствовать ожидаемому истощению. Либо большая часть коматиита так и не достигла поверхности, либо другие процессы способствовали образованию корней кратона. [30] Существует множество конкурирующих гипотез о том, как образовались кратоны.
Модель повторного столкновения континентов
[ редактировать ]Модель Джордана предполагает, что дальнейшая кратонизация была результатом повторяющихся столкновений континентов. Утолщение коры, связанное с этими столкновениями, возможно, было уравновешено утолщением корня кратона по принципу изостатии . [26] Джордан сравнивает эту модель с «перемешиванием» кратонов, позволяющим материалу с низкой плотностью двигаться вверх, а с более высокой плотностью - вниз, создавая стабильные кратонные корни на глубине до 400 км (250 миль). [29]
Модель расплавленного шлейфа
[ редактировать ]Вторая модель предполагает, что поверхностная кора была утолщена поднимающимся шлейфом расплавленного материала из глубокой мантии. В результате под кратонами образовался толстый слой обедненной мантии.
Модель погружающейся океанской плиты
[ редактировать ]Третья модель предполагает, что последовательные плиты погружающейся океанической литосферы застряли под протократоном, покрывая кратон химически обедненной породой. [29] [18] [22]
Модель происхождения удара
[ редактировать ]Четвертая теория, представленная в публикации 2015 года, предполагает, что происхождение кратонов похоже на плато земной коры, наблюдаемые на Венере, которые могли быть созданы в результате ударов крупных астероидов. [20] В этой модели сильные удары по ранней литосфере Земли проникли глубоко в мантию и создали огромные пруды с лавой. [20] В статье предполагается, что эти лавовые пруды охладились и образовали корень кратона. [20]
Доказательства для каждой модели
[ редактировать ]Химия ксенолитов [27] и сейсмическая томография отдают предпочтение двум аккреционным моделям, а не модели шлейфа. [29] [31] Однако другие геохимические данные свидетельствуют в пользу мантийных плюмов. [32] [33] [34] Томография показывает два слоя в корнях кратона под Северной Америкой. Один встречается на глубине менее 150 км (93 миль) и может быть архейским, а второй - на глубинах от 180 до 240 км (от 110 до 150 миль) и может быть моложе. Второй слой может представлять собой менее обедненный термический пограничный слой, который застопорился на обедненной «крышке», образованной первым слоем. [35] Модель ударного происхождения не требует плюмов или аккреции; однако эта модель не является несовместимой ни с одной из них. [20]
Все эти предложенные механизмы основаны на плавучем вязком материале, отделяющемся от более плотного остатка из-за мантийного течения, и возможно, что более чем один механизм способствовал формированию корней кратона. [30] [20]
Эрозия
[ редактировать ]Длительную эрозию кратонов назвали «кратонным режимом». Он включает в себя процессы педипланации и травления , которые приводят к образованию плоских поверхностей, известных как пенеплена . [36] Если процесс травления связан с влажным климатом, а педипланация — с засушливым и полузасушливым климатом, то смещение климата в геологическом времени приводит к образованию так называемых полигенетических пенепленов смешанного происхождения. Другим результатом долголетия кратонов является то, что они могут чередовать периоды высокого и низкого относительного уровня моря . Высокий относительный уровень моря приводит к увеличению океаничности, в то время как обратное приводит к усилению внутренних условий . [36]
Многие кратоны имели спокойную топографию еще с докембрийских времен. Например, кратон Йилгарн в Западной Австралии был плоским уже к среднему протерозою . [36] а Балтийский щит подвергся эрозии и превратился в покоренную местность уже в позднем мезопротерозое, когда вторглись граниты рапакиви . [37] [38]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Определение кратона в североамериканском английском» . Оксфордские словари . Архивировано из оригинала 02 апреля 2015 г. Проверено 28 марта 2015 г.
- ^ «Определение кратона в британском английском языке и английском языке Содружества» . Оксфордские словари . Архивировано из оригинала 02 апреля 2015 г. Проверено 28 марта 2015 г.
- ^ Словарь Маккуори (5-е изд.). Сидней: Macquarie Dictionary Publishers Pty Ltd., 2009.
- ^ Джексон, Джулия А., изд. (1997). «кратон». Глоссарий геологии (Четвертое изд.). Александрия, Вирджиния: Американский геологический институт. ISBN 0922152349 .
- ^ Джексон 1997 , "щит [тект]".
- ^ Джексон 1997 , "платформа [тект]".
- ^ Шенгёр, AMC (2003). Широковолновые деформации литосферы: Материалы к истории эволюции тектоники плит с древнейших времен . Мемуары Геологического общества Америки. Том. 196. с. 331.
- ^ Ратиш-Кумар, RT; Уиндли, Б.Ф.; Сяо, WJ; Цзя, XL.; Моханти, ДП; Зеба-Незрин, ФК (октябрь 2019 г.). «Ранний рост индийской литосферы: последствия образования кратона Дхарвар и прилегающих гранулитовых блоков, южная Индия». Докембрийские исследования . 336 : 105491. doi : 10.1016/j.precamres.2019.105491 . S2CID 210295037 .
- ^ Куски, ТМ; Уиндли, Б.Ф.; Чжай, М.-Г. (2007). «Тектоническая эволюция Северо-Китайского блока: от орогена к кратону и к орогену». Геологическое общество, Лондон, специальные публикации . 280 (1): 1–34. Бибкод : 2007GSLSP.280....1K . дои : 10.1144/sp280.1 . S2CID 129902429 .
- ^ Артемьева Ирина М (август 2003 г.). «Строение, состав и термический режим литосферы Восточно-Европейского кратона: последствия опускания Русской платформы» (PDF) . Письма о Земле и планетологии . 213 (3–4): 431–446. Бибкод : 2003E&PSL.213..431A . дои : 10.1016/S0012-821X(03)00327-3 .
- ^ Кордани, Юга; Тейшейра, В.; Д'Агрелла-Фильо, MS; Триндаде, Род-Айленд (июнь 2009 г.). «Положение Амазонского кратона в суперконтинентах». Исследования Гондваны . 15 (3–4): 396–407. Бибкод : 2009GondR..15..396C . дои : 10.1016/j.gr.2008.12.005 .
- ^ Нгуури, ТК; Гор, Дж.; Джеймс, Делавэр; Уэбб, С.Дж.; Райт, К.; Зенгени, Т.Г.; Гвавава, О.; Сноук, Дж.А. (1 июля 2001 г.). «Структура земной коры под югом Африки и ее значение для формирования и эволюции кратонов Каапвааль и Зимбабве» . Письма о геофизических исследованиях . 28 (13): 2501–2504. дои : 10.1029/2000GL012587 . hdl : 10919/24271 . S2CID 15687067 .
- ^ Хоффман, П.Ф. (май 1988 г.). «Объединенные плиты Америки, рождение кратона: раннепротерозойская сборка и рост Лаврентии». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 16 (1): 543–603. Бибкод : 1988AREPS..16..543H . doi : 10.1146/annurev.ea.16.050188.002551 .
- ^ Хэнд, М.; Рид, А.; Ягодзинский, Л. (1 декабря 2007 г.). «Тектоническая структура и эволюция кратона Гоулер, Южная Австралия». Экономическая геология . 102 (8): 1377–1395. Бибкод : 2007EcGeo.102.1377H . дои : 10.2113/gsecongeo.102.8.1377 .
- ^ Пети, Шарль (18 декабря 2010 г.). «Континентальные сердца – Новости науки» . Новости науки . 178 (13). Общество науки и общественности: 24. doi : 10.1002/scin.5591781325 . ISSN 0036-8423 .
- ^ Кири, П.; Клепейс, Калифорния; Вайн, Ф.Дж. (2009). Глобальная тектоника (3-е изд.). Оксфорд: Уайли-Блэквелл. п. 349. ИСБН 9781405107778 .
- ^ Jump up to: а б с д Малый 2010 , с. 25.
- ^ Jump up to: а б с Пети 2010 , стр. 25–26.
- ^ Филпоттс, Энтони Р.; Аг, Джей Дж. (2009). Основы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. стр. 373, 602–603. ISBN 9780521880060 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Хансен, Вики Л. (24 августа 2015 г.). «Импактное происхождение архейских кратонов» . Литосфера . 7 (5): 563–578. Бибкод : 2015Lsphe...7..563H . дои : 10.1130/L371.1 .
- ^ Стэнли, Стивен М. (1999). История системы Земли . Нью-Йорк: WH Freeman and Company. стр. 297–302. ISBN 0-7167-2882-6 .
- ^ Jump up to: а б Ли, К. (2006). Бенн, К.; Марешаль, JC; Конди, К.К. (ред.). «Геохимические/петрологические ограничения на происхождение кратонной мантии» (PDF) . Геофизическая монография Американского геофизического союза . Серия геофизических монографий. 164 : 89. Бибкод : 2006GMS...164...89L . дои : 10.1029/164GM08 . ISBN 978-0-87590-429-0 . Проверено 20 ноября 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Миллер, Меган С.; Итон, Дэвид В. (сентябрь 2010 г.). «Формирование кратонных мантийных килей в результате дуговой аккреции: данные из функций S-приемника: ФОРМИРОВАНИЕ КРАТОНИЧЕСКИХ МАНТИЙНЫХ КИЛЕЙ» . Письма о геофизических исследованиях . 37 (18): н/д. дои : 10.1029/2010GL044366 . S2CID 129901730 .
- ^ Джордан, Томас Х. (август 1978 г.). «Состав и развитие континентальной текосферы». Природа . 274 (5671): 544–548. Бибкод : 1978Natur.274..544J . дои : 10.1038/274544a0 . S2CID 4286280 .
- ^ Джордан 1978 , с. 546.
- ^ Jump up to: а б с Джордан 1978 , с. 547.
- ^ Jump up to: а б Ли 2006 .
- ^ Джордан 1978 , с. 544.
- ^ Jump up to: а б с д Малый 2010 , с. 26.
- ^ Jump up to: а б с Кири, Клепейс и Вайн, 2009 г. , с. 351.
- ^ Миллер и Итон 2010 .
- ^ Томлинсон, Кирсти Ю.; Конди, Кент К. (2001). «Архейские мантийные плюмы: данные геохимии зеленокаменного пояса» . Мантийные плюмы: их идентификация во времени . дои : 10.1130/0-8137-2352-3.341 . ISBN 9780813723525 . Проверено 21 ноября 2021 г.
- ^ Эрнст, Ричард Э.; Бьюкен, Кеннет Л.; Кэмпбелл, Ян Х. (февраль 2005 г.). «Границы исследований крупных магматических провинций». Литос . 79 (3–4): 271–297. Бибкод : 2005Litho..79..271E . дои : 10.1016/j.lithos.2004.09.004 .
- ^ Кири, Klepeis & Vine 2009 , стр. 352.
- ^ Юань, Хуайюй; Романович, Барбара (август 2010 г.). «Литосферная расслоенность Северо-Американского кратона». Природа . 466 (7310): 1063–1068. Бибкод : 2010Natur.466.1063Y . дои : 10.1038/nature09332 . ПМИД 20740006 . S2CID 4380594 .
- ^ Jump up to: а б с Фэрбридж, Родос ; Финкл-младший, Чарльз В. (1980). «Несогласия кратонной эрозии и пенеплена». Журнал геологии . 88 (1): 69–86. Бибкод : 1980JG.....88...69F . дои : 10.1086/628474 . S2CID 129231129 .
- ^ Линдберг, Йохан (4 апреля 2016 г.). «коренная порода и формы рельефа» . Энциклопедия Финляндии (на шведском языке). Архивировано из оригинала 6 января 2018 года . Проверено 13 февраля 2018 г.
- ^ Лундмарк, Андерс Маттиас; Ламминен, Яркко (2016). «Происхождение и расположение мезопротерозойского песчаника Дала, западная Швеция, и палеогеографические последствия для юго-западной Фенноскандии». Докембрийские исследования . 275 : 197–208. Бибкод : 2016PreR..275..197L . doi : 10.1016/j.precamres.2016.01.003 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Дейтон, Джин (2006). Геологическая эволюция Австралии . Старший преподаватель географии Школы гуманитарных наук Университета Центрального Квинсленда, Австралия.
- Гротцингер, Джон П .; Джордан, Томас Х. (4 февраля 2010 г.), Понимание Земли (шестое изд.), WH Freeman, ISBN 978-1429219518
- Гамильтон, Уоррен Б. (август 1998 г.). «Архейский магматизм и деформация не были продуктами тектоники плит». Докембрийские исследования . 91 (1–2): 143–179. Бибкод : 1998PreR...91..143H . дои : 10.1016/S0301-9268(98)00042-4 .
- Гамильтон, Уоррен Б. (1999). «Как архейская Земля потеряла тепло?» . Кафедра геофизики, Горная школа Колорадо, Журнал тезисов конференций . 4 (1). Архивировано из оригинала 14 мая 2006 г. . Симпозиум A08, Ранняя эволюция континентальной коры.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Смитсоновский институт. «Динамическая Земля @ Национальный музей естественной истории» . Смитсоновский национальный музей естественной истории. Архивировано из оригинала 6 марта 2005 г. Проверено 9 января 2011 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
