Речные антиклинали - River anticlines

А речная антиклиналь представляет собой геологическую структуру, которая образована сфокусированным поднятием горных пород, вызванным высокими эрозия ставки от крупных рек относительно прилегающих территорий.[1] An антиклиналь представляет собой вогнутую вниз складку, чьи конечности опускаются от ее оси, а самые старые единицы находятся в середине складки.[2] Эти особенности формируются в ряде структурных настроек. В случае речных антиклиналей они образуются из-за высокой скорости эрозии, обычно в орогенных условиях. В обстановке горного строительства, как в Гималаи или Анды, темпы эрозии высоки, и ось складки антиклинали реки будет идти параллельно большой реке. Когда образуются речные антиклинали, они образуют зону поднятия шириной 50-80 километров вдоль формирующих их рек.[3]

Причина и следствие

Тип геологического объекта, который образуется, вызван силой потока и изгибной жесткостью земной коры. Когда сила потока увеличивается, а жесткость при изгибе уменьшается, это вызывает прогрессирование структуры от поперечной антиклинали к речной антиклинали и, в крайних случаях, к тектонической аневризме.[1] Поперечные антиклинали тянутся в направлении малых рек с относительно высокой прочностью земной коры и образуются вокруг них.[4] Речные антиклинали образуются вокруг крупных рек с высокой эрозией, где прочность земной коры относительно невысока. Тектонические аневризмы образуются при очень высокой эрозии и очень слабой корке, образуя структурный валик.[1]

То, как речные антиклинали образуются через глубокие речные врезы и связанный с ними отскок земной коры, приводит к тому, что породы, находящиеся глубоко в земной коре, преимущественно извлекаются вдоль крупных рек, таких как Арун, Инд, Сатледж, и Река Ярлунг Зангбо.[1] Изолированная эксгумация приводит к тому, что метаморфический образец высокого и сверхвысокого давления поднимается на поверхность с постоянной скоростью до 5 мм в год.[5] Анализ и радиометрическое датирование из этих высокого давления и сверхвысокого давления метаморфических пород могут помочь реконструировать тектоническую эволюцию сформировавшего их орогенного пояса.[5]

Свидетельство

В Гималаях Индийская континентальная плита врезается в Евразийская континентальная плита с почти движением с севера на юг. Следовательно, сжатие горных пород в Гималаях происходит с севера на юг. Итак, складчатость должна происходить в направлении восток-запад, как это наблюдается. Однако также было 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, вместо этого русло реки было случайным совпадением на вершине этих геологических особенностей, образованных дифференциальной эрозией.[6] Идея изостатический отскок был предложен как наиболее подходящий механизм для этих складок с направлением север-юг и в настоящее время широко принят.[1]

Формирование процессов

формирование речной антиклинали

Формирование речной антиклинали за счет изостатического отскока показано на рисунке справа в идеализированных ступенях. Принцип Изостазия говорит, что если литосфера свободно перемещаться по вертикали, тогда он будет плавать на соответствующей глубине в астеносфера исходя из толщины и плотность литосферы.[2] Речные антиклинали образуются, когда реки выносят огромное количество материала. эрозия в области с низкой жесткостью земной коры. Корка поднимается прямо вдоль реки, в то время как остальная часть остается относительно постоянной. Это приведет к изгибу коры с образованием антиклинали, что может занять до десяти тысяч лет.[7] По мере того, как река протекает по местности, она размывает большое количество вышележащих пород, что вызывает уменьшение массы литосферы, что приводит к изостатической реакции. При отсутствии вышележащих камней нижележащий материал отскакивает вверх, как при снятии груза с плота. По мере того, как река прогрессирует, эрозия продолжается, и, следовательно, продолжается отскок, который сформирует невысокую широкую антиформную структуру. Для этого отскока эрозия реки должна превышать среднюю скорость эрозии для данной территории и превышать подъем орогена.[1] Средняя скорость эрозии для Гималаев составляет около 1 мм в год, в то время как скорость эрозии для Гималаев Река Арун восточных Гималаев до 8 мм в год,[1][8] так что вполне логично, что мы увидим антиклинали вдоль реки Арун.

Тектонические аневризмы

Тектоническая аневризма представляет собой изолированную зону экстремальных подъемов и эксгумации. Это формируется, когда поднятие от местной тектоники сочетается с очень слабой корой и поднятием речной антиклинали. Когда крупная река протекает по области тектонических поднятий, эрозия реки разрушает поднявшийся материал. Это вызовет чрезвычайно быструю эксгумацию вдоль крупных рек, до 10 мм в год.[5] В рамках Гималаи есть две тектонические аневризмы, каждая на одной из двух синтаксис из орогенный пояс: Нанга Парбат на западе и Намче Барва на востоке.[9][10] Эти тектонические аневризмы образуются аналогично речным антиклинам, но с очень высокой скоростью эрозии и очень слабой и пластичной корой. Синтаксис отмечает конец Гималайского орогена с обеих сторон и определяет расположение двух больших рек, Инд и Река Ярлунг Цангпо. В синтаксисе по обе стороны Гималаев преобладают сдвиг зона, вместо компрессионного надвиговой разрыв, как и в остальном орогене.[10] На западе река Инд протекает через Нанга Парбат, а на востоке река Ярлунг Цангпо протекает через Намче Барву. Очень высокая скорость эрозии этих двух рек сочетается со слабой, горячей, тонкой, сухой коркой.[9] образовывать области экстремального подъема и эксгумации.

Рисунок 1: Схема молодой тектонической аневризмы. Изотермический градиент антиклинали, вызванный разрезом канала, создающим более тонкую корку, чем окружающая среда. Напряжение сосредоточено в слабых местах, вытесняя теплый материал в зону, тем самым локально поднимая изотермы.
Рисунок 2: Развитая тектоническая аневризма. Изотермический градиент становится более развитым, чем на молодой стадии. Материальный поток вызывает поднятие поверхности молодой породы на периферийных краях области размыва. Поднятие выносит на поверхность слабые теплые породы и создает высокий рельеф. Это вызывает ускоренное истощение массы и более легкую эрозию, тем самым усиливая положительную обратную связь.
Рисунок 3: Эта диаграмма сравнивает прочность земной коры ландшафта со значительной локальной эрозией (синяя пунктирная линия) по сравнению с неизмененным ландшафтом (зеленая пунктирная линия). Профиль прочности, показанный на диаграмме, находится только в хрупкой зоне с предполагаемым постоянным увеличением с глубиной на основе повышенного давления с увеличением вышележащей массы.

Механизм деформации

Деформации, вызванные тектоническими аневризмами, похожи на аневризмы в кровеносных сосудах, в которых ослабление ограничивающей силы делает возможным локальный рост или подъем. Однако в геологических условиях деформация происходит в течение миллионов лет со значительной устойчивой мощностью эрозии в диапазоне от десятков сотен киловатт на метр.[11] Разрез или истончение корки области на поверхности относительно толщины фоновой корки вызывает две вещи, которые делают возможным образование аневризмы. Во-первых, из-за хрупкой природы пород земной коры и их прочности, зависящей от давления, уменьшение вышележащего материала снижает прочность земной коры по сравнению с окружающими областями. Это происходит потому, что удаление корки уменьшает покрывающий слой и, следовательно, давление, которое влияет на прочность. Во-вторых, геотермальный градиент увеличивается по вертикали. Локализованные глубокие впадины создают наиболее слабые участки, в которых сосредоточена деформация и, следовательно, движение пластичного материала, находящегося на большой глубине.

Ослабляя корку в локализованной области, можно создать предпочтительную область деформации, концентрирующую поток материала. Вязкие породы глубже в коре смогут перемещаться в направлении градиента потенциала, тогда как хрупкие породы у поверхности будут разрушаться при повышенном напряжении. Переход между хрупкая деформация пластическая деформация определяется температурой, которая обычно регулируется глубиной, а также реологией. Слабые горячие минералы ниже пластичного перехода со значительным частичным расплавом перемещаются в область, лежащую под утоненной корой в результате уменьшения градиента давления в тонкой области. В определенный момент давление существенно снизится при переходе от сходящейся породы фундамента к утоненной корке. Это вызывает быструю декомпрессию при относительно стабильном и повышенном изотермы. Происходит декомпрессионное плавление, которое увеличивает долю частичного плавления в материале и вызывает быструю адвекцию тепла к поверхности. Продолжающееся сходящееся движение пластины фокусирует поток материала в синтаксических областях с локализованной слабостью, позволяющей уходить вверх в качестве механизма аккомодации. Этот процесс решает фундаментальную проблему вытеснения материала в ограниченное пространство за счет создания выпускного отверстия. В результате создается положительная обратная связь с поднятием, сосредоточенным на эрозии, которое переносит более слабые породы по вертикали, повышая эрозионную способность. Области постоянной высоты в долинах рек и гор с рельефом могут поддерживаться высокой интенсивностью эксгумации относительно молодых слабых пород. Возраст минералов в этом районе будет меньше возраста окружающей коры из-за охлаждения, происходящего в области с более крутым температурным градиентом на меньших глубинах. Зрелые системы тектонических аневризм, такие как Нанга Парбат, могут иметь очень высокие местные рельефы молодых горных пород из-за постоянной эрозии, поддерживающей возвышение в эрозионной области, и вертикальной деформации, заставляющей материал подниматься вверх по проксимальным краям.[нужна цитата ]

Локации

Тектонические аневризмы обнаруживаются в областях с локализованным высоким рельефом относительно молодых горных пород по сравнению с их окружением. Активно наблюдаемые системы, которые были наиболее изучены, расположены в 2 основных регионах Гималаи, то Нанга Парбат –Харамош Массив и Намче Барва –Гьяла Пери которые происходят на восточном и западном краях соответственно. В Река Инд механизм, ответственный за удаление корки в Нанга Парбат регион, а Река Цангпо активен в Намче Барва область, край.[нужна цитата ]

Предлагаемые тектонические аневризмы расположены в Святой Илия регион Аляска, Конгур-Шан и Музтаг Ата в Китае и Лепонтинский купол в Альпы Швейцарии. Эти местоположения демонстрируют зарождающиеся или похожие, менее важные характеристики по сравнению с активно наблюдаемыми системами. Считается, что ледниковые механизмы эрозии и переноса ответственны за многие альпийские районы, включая Святой Илия система.[нужна цитата ]

Нанга-Парбат-Харамош Тектоническая аневризма

В Нанга Парбат -Харамош является наиболее изученным регионом с точки зрения тектонических аневризм. Район имеет чрезвычайный рельеф на очень коротких расстояниях с Река Инд долина примерно на 7 км ниже по высоте, чем пик горы. В пределах области исследования, Биотит Возраст похолодания (280 ° C ± 40 ° C) неизменно составляет менее 10 миллионов лет, что указывает на быструю скорость эксгумации в этом районе.[11] Исследования состава и структуры горных пород в этом районе предполагают эксгумацию на глубине менее 20 километров.[11] Темпы эксгумации из массива и долины значительно превышают фоновые. Расчеты максимальной скорости эксгумации колеблются от 5 до 12 мм в год. [11] В зависимости от местоположения. Вершина горы имеет более низкую скорость, чем основание долины, но обе они значительно выше по сравнению с фоновыми показателями вне синтаксиса. Незащищенный гранулит в пределах центральной области аневризмы представляет собой плавление при низком давлении и адвекцию, поскольку материал перемещается в области с пониженным давлением. На основании выборки возрастов от 1 до 3 миллионов лет было предположено до 20 километров снятия кровли за очень короткий период времени.[11]

Намче Барва-Гьяла Пери

В Намче Барва -Тектоническая аневризма Гайлы расположена на восточной стороне Гималаи с активным Река Цангпо течет по долине между горами. Многие исследователи приходят к выводу, что модель тектонической аневризмы является лучшим объяснением наблюдаемых структур и тектонического устройства региона. В аргон-аргон биотитовый возраст и циркон трек деления возраст горных пород в этом районе составляет 10 миллионов лет или меньше,[11] который молод по сравнению с окружающими породами. Подобные горельефы видели в Нанга Парбат также очевидны в районе Намче Барва, где изменение высоты по вертикали составляет около 4 км на коротком горизонтальном расстоянии.[11] Высокий и низкий метаморфических пород обнаружены в регионе, что свидетельствует об изменении метаморфической активности между регионами от центра деформации до краев. Эксгумация происходит в круглой области с молодыми полноценными декомпрессионные расплавы сосредоточены в центре.[11] Вокруг за пределами фокуса рубидий к стронций соотношения предполагают таяние с присутствующей жидкостью.[12] Присутствие флюида в расплаве было смоделировано как результат огромных осадков, позволяющих воде проникать в мелкие породы земной коры в течение длительных периодов времени. Возраст и барометрические режимы горных пород были использованы для расчета объема удаленной покрывающей породы, который был использован для определения 3 миллиметров годового разреза за последние 10 миллионов лет.[11]

Святой Илия

Предлагаемая система тектонической аневризмы возрастом четыре миллиона лет в Святой Илии горы на Аляске образовалась в результате ледниковой эрозии в горах, образовавшейся в результате надвига микроплиты Якутата под североамериканскую окраину. Аневризма возникает в углу северной пластинки, в котором переходы от правый ударно-скользящее движение, чтобы почувствовать движение, тем самым фокусируя напряжение. Интерпретируемая взаимосвязь между развитием эрозионных гор имеет больше различий между исследователями, чем в гималайских системах, из-за возраста системы и ограничений, связанных с полевыми работами из-за ледникового покрова. В хребте Сент-Элиас столкновение и продвижение вызвало поднятие поверхности, образовавшее горы. Климатический режим с увеличением высоты позволил образоваться ледникам, что привело к экстремальной эрозии ледников. С момента своего возникновения ледниковая эрозия перенесла отложения на запад в Тихий океан и на континентальную окраину. После чего, примерно два миллиона лет назад, формирование декольте заставил очаг напряжения распространиться на юг. Смещение акцента напряжений привело к развитию гор дальше на юг, что нарушило климатическую систему, уменьшив тем самым количество осадков в северных регионах гор Сент-Элиас.[13] В настоящее время эрозия и эксгумация сосредоточены в южной части горного хребта, что приводит к юному похолоданию, связанному с нынешним центром тектонической аневризмы.

Молодой обломочный циркон датировка треков деления (240 ° C ± 40 ° C) и апатит трек деления и уран -торий / гелий (110 ° C ± 10 ° C) возраст охлаждения отложений в ледниковой водосборные территории[13] поддерживать теорию эрозионного воздействия на Святой Илия тектоническая система. Скорость эксгумации была определена путем расчета разницы между возрастом обломочного циркона и апатита в отложениях. Чем меньше разница между возрастом циркона и апатита, тем быстрее происходит движение материала по изотермам и более быстрое охлаждение. В северном углу контакта между пластинами возраст циркона и апатита существенно не различается, что свидетельствует о быстрой эксгумации. Близость к условиям осадконакопления вдоль береговой границы и в пределах фьорды сохраняет запись скорости осаждения, которая используется для интерпретации скорости эксгумации, равной 0,3 мм в год первоначально и приблизительно 1,3 мм / год в течение последнего миллиона лет.[13] Возраст и мощность отложений используются для отслеживания движения очага эрозии с севера на юг.

Присутствие окончательной системы тектонических аневризм в регионе широко оспаривается многими исследователями, которые делают вывод, что недостаточно сфокусированной эксгумации происходит для подтверждения гипотезы. Значительный ледниковый покров ограничивает количество полевых проб и геологических наблюдений, которые могут быть сделаны непосредственно на поверхности, что добавляет неопределенности интерпретациям. Альтернативные теории утверждают, что тектонический транспрессионный контроль эксгумации оказывает незначительное эрозионное воздействие на всю систему. Более молодой возраст объясняется сфокусированными областями деформации в результате разломов.

Полевые работы в предлагаемых регионах

Сравнивая глубину в Земле, на которой кристаллизуются определенные минералы, и высоту, на которой они были взяты пробы, возраст минералов можно использовать для определения скорости, с которой зона деформации перемещала материал по вертикали. Различные методы датирования по конкретным жидкие включения и минералы были использованы для предоставления хронологических данных о скорости эксгумации горных пород в этом районе. Даты возраста были использованы для реконструкции истории эксгумации и тепловых режимов путем сравнения их с границами кристаллизации минералов под давлением и температурой. Уран -торий и уран-гелий [11][14][12][13] Возраст охлаждения образцов апатита указывает время охлаждения до 70 ° C. Выше температуры закрытия были датированы с использованием аргон-аргоновое датирование методы для биотит образцы (300 ° C)[11] и циркон датировка треков деления (230 ° C - 250 ° C)[11] методы. Анализируя возраст минералов с различными температуры закрытия, исследователи могут определить скорость, с которой они двигались через изотермы. Когда разница между возрастом минерала, охлаждаемого при высокой температуре, и минерала, охлаждаемого при низкой температуре, относительно одинакова, то предполагается, что эксгумация будет быстрой. В геотермобарометрия получается с использованием гранат -биотит плагиоклаз чтобы ограничить режимы метаморфизма более высокого давления.[12] Сама по себе более низкая скорость эксгумации (периоды низкотемпературного охлаждения) не может реально использоваться для описания тектонических аневризм, поскольку изменения глубокого изотермического градиента не могут существенно повлиять на более мелкие глубины. Кроме того, неглубокое низкотемпературное охлаждение может быть в большей степени связано с воздействием эрозии, а не с подъемом, вызванным тектоническим действием. Возраст образцов из минералов с более высокими температурами охлаждения означает эксгумацию более глубокого материала, которая является смоделированной функцией тектонической аневризмы.

Сейсмическая скорость профили часто используются на больших площадях исследования для выявления возможных изотермических неровностей.[11] Данные по низкой скорости указывают на более горячие породы с более высокой степенью частичного плавления, которое замедляется. Зубцы P по сравнению с окрестностями. Магнитотеллурический отбор проб проводится для проверки удельное сопротивление пород, который используется для определения количества жидкости в породах.[11]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Монтгомери, Дэвид Р .; Столар, Дрю Б. (1 декабря 2006 г.). «Пересмотр антиклиналей Гималаев». Геоморфология. 82 (1–2): 4–15. Bibcode:2006 Geomo..82 .... 4M. Дои:10.1016 / j.geomorph.2005.08.021.
  2. ^ а б Маршак, Бен А. ван дер Плюйм, Стефан (2004). Строение Земли: Введение в структурную геологию и тектонику (2-е изд.). Нью-Йорк: Нортон. С. 353–354. ISBN  978-0-393-92467-1.
  3. ^ Робл, Йорг; Стюве, Курт; Хергартен, Стефан (20 июня 2008 г.). «Профили русел вокруг антиклиналей гималайских рек: ограничения на их формирование из анализа цифровой модели рельефа». Тектоника. 27 (3): н / д. Bibcode:2008Tecto..27.3010R. Дои:10.1029 / 2007TC002215.
  4. ^ Симпсон, Гай (1 января 2004 г.). «Роль речного вреза в усилении деформации». Геология. 32 (4): 341. Bibcode:2004Гео .... 32..341С. Дои:10.1130 / G20190.2.
  5. ^ а б c Цайтлер, Питер К .; Энн С. Мельц (январь 2001 г.). «Эрозия, Гималайская геодинамика и геоморфология метаморфизма». GSA сегодня. 11: 4–9. Дои:10.1130 / 1052-5173 (2001) 011 <0004: EHGATG> 2.0.CO; 2.
  6. ^ Бербанк; Маклин, Буллен; Абдрахматов, Миллер (1 марта 1999 г.). «Разделение межгорных впадин надвиговой складчатостью, Тянь-Шань, Кыргызстан». Бассейновые исследования. 11 (1): 75–92. Дои:10.1046 / j.1365-2117.1999.00086.x.
  7. ^ Англия, Филипп; Питер Молнар (декабрь 1990 г.). «Поднятие поверхности, поднятие горных пород и эксгумация горных пород». Геология. 18 (12): 1173–1177. Bibcode:1990 Geo .... 18.1173E. Дои:10.1130 / 0091-7613 (1990) 018 <1173: SUUORA> 2.3.CO; 2.
  8. ^ Lavé, J .; Авуак, Дж. П. (1 января 2001 г.). «Речной разрез и тектоническое поднятие Гималаев в центральном Непале» (PDF). Журнал геофизических исследований. 106 (B11): 26561–26591. Bibcode:2001JGR ... 10626561L. Дои:10.1029 / 2001JB000359.
  9. ^ а б Zeitler, P.K .; Питер О. Кунс; Майкл П. Бишоп (октябрь 2001 г.). «Переработка земной коры на Нанга Парбат, Пакистан: метаморфические последствия термомеханической связи, облегченной эрозией». Тектоника. 5. 20 (5): 712–728. Bibcode:2001Tecto..20..712Z. Дои:10.1029 / 2000TC001243.
  10. ^ а б Дин, Линь; Чжун, Далай; Инь, Ань; Капп, Пол; Харрисон, Т. Марк (1 октября 2001 г.). «Кайнозойская структурная и метаморфическая эволюция синтаксиса восточных Гималаев (Намче Барва)». Письма по науке о Земле и планетах. 192 (3): 423–438. Bibcode:2001E и PSL.192..423D. Дои:10.1016 / S0012-821X (01) 00463-0.
  11. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п Цайтлер П., Халлет Б. и Кунс П. (2013). Тектонические аневризмы и горообразование
  12. ^ а б c Бут, А. Л .; Chamberlain, C.P .; Kidd, W. S. F .; Цайтлер, П. К. (2009). «Ограничения на метаморфическую эволюцию синтаксиса восточных Гималаев из геохронологических и петрологических исследований Намче Барвы». Бюллетень GSA. 121 (3–4): 385–407. Дои:10.1130 / B26041.1.
  13. ^ а б c d Spotila, James A .; Бергер, Аарон Л. (июль 2010 г.). «Эксгумация в углах орогенных инденторов в долгосрочных ледниковых условиях: пример орогена Св. Элиаса, Южная Аляска». Тектонофизика. 490 (3–4): 241–256. Дои:10.1016 / j.tecto.2010.05.015.
  14. ^ Finnegan, N.J .; Hallet, B .; Montgomery, D. R .; Zeitler, P.K .; Stone, J. O .; Андерс, А. М .; Юпинг, Л. (4 января 2008 г.). «Соединение горного поднятия и речного вреза в массиве Намче Барва-Гьяла Пери, Тибет». Бюллетень Геологического общества Америки. 120 (1–2): 142–155. Дои:10.1130 / B26224.1.