Orogeny - Orogeny
Orogeny er den primære mekanismen som danner fjell på kontinenter. En orogeni er en hendelse som finner sted ved en konvergent platemargin når plate bevegelse komprimerer margen. Dette fører til både strukturell deformasjon og sammensetningsdifferensiering av jordens litosfære ( skorpe og øverste kappe ). Et orogent belte eller orogen utvikler seg når den komprimerte platen krøller og blir løftet for å danne en eller flere fjellkjeder ; dette innebærer en rekke geologiske prosesser som samlet kalles orogenese . En synorogen prosess eller hendelse er en som oppstår under en orogeny.
Ordet "fjellkjededannelsen" ( / ɒr ɔː dʒ ə n jeg / ) kommer fra gammelgresk ( ὄρος , Oros , lyser '' fjellet '' + γένεσις , Genesis , lyser '' skapelse, opprinnelse ''). Selv om det ble brukt før ham, ble begrepet ansatt av den amerikanske geologen GK Gilbert i 1890 for å beskrive prosessen med fjellbygging som skilt fra epeirogeni .
Tektonikk
Orogeny finner sted på de konvergente kantene på kontinenter. Konvergensen kan ha form av subduksjon (hvor et kontinent rir kraftig over en oseanisk plate for å danne en ikke -kollisjonell orogeny) eller kontinentalkollisjon (konvergens av to eller flere kontinenter for å danne en kollisjonær orogeny).
Orogeny produserer vanligvis orogene belter eller orogener , som er langstrakte deformasjonsområder som grenser til kontinentale kratoner . Unge orogene belter, der subduksjon fortsatt pågår, er preget av hyppig vulkansk aktivitet og jordskjelv . Eldre orogene belter er vanligvis dypt erodert for å avsløre fortrengte og deformerte lag . Disse er ofte sterkt metamorferte og inkluderer store legemer av påtrengende vulkansk bergart som kalles batholiths .
Subduksjonssoner bruker skorpe , tykner litosfæren og produserer jordskjelv og vulkaner. Ikke alle subduksjonssoner produserer orogene belter; fjellbygging skjer bare når subduksjonen produserer kompresjon i den overordnede platen. Hvorvidt subduksjon produserer komprimering, avhenger av faktorer som platekonvergenshastigheten og graden av kobling mellom de to platene, mens koblingsgraden igjen kan stole på faktorer som subduksjonsvinkelen og sedimenteringshastigheten i den oceaniske grøften med subduksjonssonen. De Andes fjellene er et eksempel på et noncollisional orogenic belte, og slike belter blir noen ganger kalt Adams-type orogens .
Etter hvert som subduksjonen fortsetter, kan øybuer , kontinentale fragmenter og oseanisk materiale gradvis tiltrekke seg kontinentalkanten. Dette er en av hovedmekanismene for hvilke kontinenter har vokst. Et orogen som er bygd av jordskorpsfragmenter ( terraner ) som har samlet seg over lang tid, uten noen indikasjon på en større kollisjon mellom kontinent og kontinent, kalles et akkresjonært orogen. Den nordamerikanske Cordillera og Lachlan Orogen i sørøst -Australia er eksempler på akkresjonære orogener.
Orogenien kan kulminere med kontinental skorpe fra den motsatte siden av den subdukterende oseaniske platen som kommer til subduksjonssonen. Dette avslutter subduksjon og forvandler det akkretjonelle orogenet til et kollisjons orogen av Himalaya -typen. Kollisjonen orogeny kan produsere ekstremt høye fjell, slik det har foregått i Himalaya de siste 65 millioner årene.
Prosessene med orogeni kan ta titalls millioner år og bygge fjell fra det som en gang var sedimentære bassenger . Aktivitet langs et orogent belte kan være ekstremt lang levetid. For eksempel tilhører mye av kjelleren som ligger til grunn for USA de transkontinentale proterozoiske provinsene, som tiltrådte Laurentia (det gamle hjertet av Nord -Amerika) i løpet av 200 millioner år i paleoproterozoikum . De Yavapai og Mazatzal ny fjell var toppene av orogenic aktivitet i løpet av denne tiden. Disse var en del av en lengre periode med orogen aktivitet som inkluderte Picuris -orogenien og kulminerte med Grenville -orogenien , som varte i minst 600 millioner år. En lignende sekvens av orogenier har funnet sted på vestkysten av Nord -Amerika, som begynte på slutten av Devonian (for omtrent 380 millioner år siden) med Antler orogeny og fortsatte med Sonoma orogeny og Sevier orogeny og kulminerte med Laramide orogeny . Laramid -orogenien alene varte i 40 millioner år, fra 75 til 35 millioner år siden.
Orogener
Orogener viser et stort spekter av egenskaper, men de kan stort sett deles inn i kollisjonelle orogener og ikke-kollisjonelle orogener (oogener av Andes-typen). Kollisjonelle orogener kan deles videre med om kollisjonen er med et andre kontinent eller et kontinentalt fragment eller øybue. Gjentatte kollisjoner av den senere typen, uten tegn på kollisjon med et større kontinent eller nedleggelse av et havbasseng, resulterer i et akkresjonært orogen. Eksempler på orogener som oppstår ved kollisjon av en øybue med et kontinent inkluderer Taiwan og kollisjonen mellom Australia og Banda -buen. Orogener som oppstår fra kontinent-kontinent-kollisjoner kan deles inn i dem som involverer havstenging (orogener av Himalaya-typen) og de som involverer blikk-kollisjoner uten lukking av havbassenget (slik det pågår i dag i Sør-Alpene i New Zealand).
Orogener har en karakteristisk struktur, selv om dette viser betydelig variasjon. Et forlandsbasseng dannes foran orogen hovedsakelig på grunn av belastning og resulterende bøyning av litosfæren av det utviklende fjellbeltet. Et typisk forlandsbasseng er delt inn i et kiletoppbasseng over den aktive orogene kilen, forposten umiddelbart utenfor den aktive fronten, en forhøyningshøyde av bøyningsopprinnelse og et bakbueområde utenfor, selv om ikke alle disse er tilstede i hele forlandet -bassengsystemer. Bassenget migrerer med den orogene fronten, og tidlig avsatte sediment fra forlandet blir gradvis involvert i folding og støt. Sedimenter avsatt i forlandsbassenget er hovedsakelig avledet fra erosjon av de aktivt oppløftende bergartene i fjellkjeden, selv om noen sedimenter stammer fra forlandet. Fyllingen av mange slike bassenger viser en tidsendring fra dypvanns marine ( flysch -stil) gjennom grunt vann til kontinentale sedimenter ( molasse -stil).
Mens aktive orogens finnes i periferien til dagens kontinenter, eldre inaktive ny fjell, slik som Algoman , Penokean og Antler , er representert ved deformert og omdannet bergarter med sedimentære bassenger ytterligere i innlandet.
Orogen syklus
Lenge før platetektonikken ble godkjent , hadde geologer funnet bevis innenfor mange orogener av gjentatte sykluser av avsetning, deformasjon, tykkelse i skorpe og fjellbygning og tynning av skorpe for å danne nye deponeringsbasseng. Disse ble kalt orogene sykluser , og forskjellige teorier ble foreslått for å forklare dem. Den kanadiske geologen Tuzo Wilson la først frem en platetektonisk tolkning av orogene sykluser, nå kjent som Wilson -sykluser. Wilson foreslo at orogene sykluser representerte periodisk åpning og lukking av et havbasseng, med hvert trinn i prosessen som etterlot sin karakteristiske rekord på orogens bergarter.
Kontinental rifting
Wilson -syklusen begynner når den tidligere stabile kontinentale skorpen kommer under spenning fra et skift i mantelkonveksjon. Kontinental rifting finner sted, som tynner skorpen og skaper bassenger hvor sedimenter samler seg. Etter hvert som bassengene blir dypere, invaderer havet riftsonen, og etter hvert som den kontinentale skorpen rives helt fra hverandre, gir grunne marine sedimenteringer plass for dyp marin sedimentering på den tynne marginale skorpen på de to kontinentene.
Spredning av havbunnen
Etter hvert som de to kontinentene rev seg fra hverandre, begynte spredningen av havbunnen langs aksen til et nytt havbasseng. Dype marine sedimenter fortsetter å samle seg langs de tynne kontinentale marginene, som nå er passive marginer .
Subduksjon
På et tidspunkt initieres subduksjon langs en eller begge av de kontinentale kantene av havbassenget, og produserer en vulkansk bue og muligens et orogen av Andes-typen langs den kontinentale marginen. Dette gir deformasjon av de kontinentale kantene og muligens fortykning av skorpe og fjellbygning.
Fjellbygning
Fjellformasjonen i orogens er i stor grad et resultat av jordskorpen jevning. Trykkreftene som frembringes ved platekonvergens resulterer i gjennomgripende deformasjon av jordskorpens skorpe ( trykktektonikk ). Dette tar form av folding av den duktile dypere skorpen og trykkfeil i den øvre sprø skorpen.
Tykkelse av skorpe hever fjell gjennom prinsippet om isostasi . Isostacy er balansen mellom den nedadgående gravitasjonskraften på et fjell som er oppadgående (sammensatt av lett, kontinentalt skorpe -materiale) og de kraftige oppadgående kreftene som utøves av den tette underliggende mantelen .
Deler av orogener kan også oppleve løft som et resultat av delaminering av den orogene litosfæren , der en ustabil del av kald litosfærisk rot drypper ned i den asthenosfæriske mantelen, reduserer tettheten til litosfæren og forårsaker oppdrift. Et eksempel er Sierra Nevada i California. Denne serien med feilblokkfjell opplevde fornyet løft og rikelig magmatisme etter en delaminering av den orogene roten under dem.
.jpg)
Mount Rundle på Trans-Canada Highway mellom Banff og Canmore gir et klassisk eksempel på et fjell hugget i steiner med dyppe lag. For millioner av år siden forårsaket en kollisjon en orogeny, som tvang horisontale lag av en gammel havskorpe til å bli skjøvet opp i en vinkel på 50–60 °. Det forlot Rundle med et feiende, trekantet glatt ansikt og et skarpt, bratt ansikt der kanten av de løftede lagene er eksponert.
Selv om fjellbygging for det meste foregår i orogener, er en rekke sekundære mekanismer i stand til å produsere betydelige fjellkjeder. Områder som er i ferd med å rive fra hverandre, for eksempel midthavshamninger og den østafrikanske riften , har fjell på grunn av termisk oppdrift knyttet til den varme mantelen under dem; denne termiske oppdriften er kjent som dynamisk topografi . I strike-slip orogens, slik som San Andreas forkastningen , tilbakeholdende bend resultere i områder med lokalisert skorpe forkorting og fjell bygning uten et plate-margin bred orogenesen. Hotspot- vulkanisme resulterer i dannelse av isolerte fjell og fjellkjeder som ser ut som om de ikke nødvendigvis befinner seg på nåværende tektoniske plategrenser, men de er i hovedsak produktet av platetektonisme. På samme måte kan løft og erosjon relatert til epeirogenese (store vertikale bevegelser av deler av kontinenter uten mye tilknyttet folding, metamorfisme eller deformasjon) skape lokale topografiske høyder.
Lukking av havbassenget
Etter hvert stopper havbunnen som sprer seg i havbassenget, og fortsatt subduksjon begynner å lukke havbassenget.
Kontinental kollisjon og orogeni
Lukkingen av havbassenget ender med en kontinentalkollisjon og tilhørende orogen av Himalaya-typen.
Erosjon
Erosjon representerer den siste fasen av den orogene syklusen. Erosjon av overliggende lag i orogene belter, og isostatisk tilpasning til fjerning av denne overliggende steinmassen, kan bringe dypt begravde lag til overflaten. Erosjonsprosessen kalles ikke -taktekking . Erosjon fjerner uunngåelig mye av fjellene, og avslører kjernen eller fjellrøttene ( metamorfe bergarter som bringes til overflaten fra en dybde på flere kilometer). Isostatiske bevegelser kan hjelpe slik avtakning ved å balansere oppdriften av orogenen som utvikler seg. Lærde debatterer i hvilken grad erosjon endrer mønstrene for tektonisk deformasjon (se erosjon og tektonikk ). Dermed er den endelige formen for flertallet av gamle orogene belter en lang buet stripe av krystallinske metamorfe bergarter sekvensielt under yngre sedimenter som skyves på toppen av dem og som dypper vekk fra den orogene kjernen.
Et orogen kan være nesten fullstendig erodert, og bare gjenkjennelig ved å studere (gamle) bergarter som bærer spor av orogenese. Orogener er vanligvis lange, tynne, buede bergarter som har en uttalt lineær struktur som resulterer i terraner eller blokker av deformerte bergarter, vanligvis atskilt av sutursoner eller dyppende skyvefeil . Disse skyvefeilene bærer relativt tynne skiver av stein (som kalles napper eller skyveplater og skiller seg fra tektoniske plater ) fra kjernen av forkortende orogen ut mot kantene, og er nært forbundet med folder og utvikling av metamorfisme .
Konseptets historie
Før utviklingen av geologiske konsepter i løpet av 1800 -tallet, ble tilstedeværelsen av marine fossiler i fjell forklart i kristne sammenhenger som et resultat av den bibelske syndfloden . Dette var en forlengelse av den neoplatoniske tanken, som påvirket tidlige kristne forfattere .
Den dominikanske vitenskapsmannen Albert den store fra 1200-tallet mente at ettersom det var kjent at det skjedde erosjon, måtte det være en prosess der nye fjell og andre landformer ble satt opp, ellers ville det til slutt ikke være noe land; han foreslo at marine fossiler i fjellsidene en gang må ha vært ved havbunnen. Orogeny ble brukt av Amanz Gressly (1840) og Jules Thurmann (1854) som orogent når det gjelder opprettelsen av fjellhøyder, ettersom begrepet fjellbygning fremdeles ble brukt for å beskrive prosessene. Elie de Beaumont (1852) brukte den stemningsfulle "Jaws of a Vise" -teorien for å forklare orogeny, men var mer opptatt av høyden enn de implisitte strukturene som ble opprettet av og inneholdt i orogene belter. Teorien hans mente i hovedsak at fjell ble skapt av klemming av visse bergarter. Eduard Suess (1875) innså viktigheten av horisontal bevegelse av bergarter. Konseptet med en forløper geosyncline eller innledende nedadgående vridning av den faste jorden (Hall, 1859) fikk James Dwight Dana (1873) til å inkludere begrepet komprimering i teoriene rundt fjellbygging. I ettertid kan vi rabattere Danas formodning om at denne sammentrekningen skyldtes avkjøling av jorden (alias den avkjølende jordteorien). Den avkjølende jordteorien var det viktigste paradigmet for de fleste geologer frem til 1960 -tallet. Det var, i forbindelse med orogeni, sterkt bestridt av tilhengerne av vertikale bevegelser i skorpen eller konveksjon i asthenosfæren eller mantelen .
Gustav Steinmann (1906) som gjenkjennes forskjellige klasser av orogenic belter, herunder Alpine typen orogenic belte , et typisk eksempel på en flysch og molasse geometrien til sedimentene; ophiolitt -sekvenser, toleiittiske basalter og en nappe -stil foldestruktur.
Når det gjelder å anerkjenne orogeny som en hendelse , anerkjente Leopold von Buch (1855) at orogenier kunne plasseres i tide ved å klatre mellom den yngste deformerte bergarten og den eldste uformerte bergarten, et prinsipp som fremdeles er i bruk i dag, men ofte undersøkt av geokronologi bruker radiometrisk dating.
Basert på tilgjengelige observasjoner fra de metamorfe forskjellene i orogene belter i Europa og Nord -Amerika, foreslo HJ Zwart (1967) tre typer orogener i forhold til tektonisk setting og stil: Cordillerotype, Alpinotype og Hercynotype. Hans forslag ble revidert av WS Pitcher i 1979 når det gjelder forholdet til forekomster av granitt. Cawood et al. (2009) kategoriserte orogene belter i tre typer: akkresjonære, kollisjonelle og intrakratoniske. Legg merke til at både aksjonære og kollisjonære orogener utviklet seg i konvergerende tallerkenmarger. I kontrast viser Hercynotype orogener generelt lignende funksjoner som intrakratoniske, intrakontinental, extensjonelle og ultrahot orogener, som alle utviklet seg i kontinentale løsrivelsessystemer ved konvergerte tallerkenmarger.
- Akkresjonære orogener, som ble produsert ved subduksjon av en oseanisk plate under en kontinental plate for buevulkanisme. De domineres av kalk-alkaliske vulkanske bergarter og metamorfe facieserier med høy T/lav-P ved høye termiske gradienter på> 30 ° C/km. Det er en generell mangel på ophiolitter, migmatitter og avgrunnssedimenter. Typiske eksempler er alle oksygener fra Stillehavsområdet som inneholder kontinentale buer.
- Kollisjonelle orogener, som ble produsert ved subduksjon av den ene kontinentale blokken under den andre kontinentale blokken med fravær av buevulkanisme. De er karakterisert ved forekomsten av metamorfe soner fra blåskist til eklogittfasader, noe som indikerer metamorfisme med høy P/lav-T ved lave termiske gradienter på <10 ° C/km. Orogene peridotitter er tilstede, men volumetrisk mindre, og synkollisjonsgranitter og migmatitter er også sjeldne eller i liten grad. Typiske eksempler er Alpene-Himalaya-orogenene i den sørlige delen av det eurasiske kontinentet og Dabie-Sulu-orogenene i øst-sentrale Kina.
Se også
- Biogeografi - Studie av fordelingen av arter og økosystemer i geografisk rom og gjennom geologisk tid
- Feilmekanikk - Studiefelt som undersøker oppførselen til geologiske feil
- Fold fjell - Fjell dannet ved komprimerende krølling av steinlagene
- Guyot -Isolert, flat toppet undervanns vulkanfjell
- Liste over orogenier - Kjente fjellbyggingshendelser i jordens historie
- Mantelkonveksjon - Den langsomme bevegelsen til Jordens faste mantel forårsaket av konveksjonsstrømmer som bærer varme fra planetens indre til overflaten
- Tektonisk løft - Den delen av den totale geologiske løftingen av den gjennomsnittlige jordoverflaten som ikke kan tilskrives en isostatisk respons på lossing
- Epeirogen bevegelse - Omslag eller neddypninger av land som viser lange bølgelengder og lite folding
Referanser
Ytterligere lesning
- Skader; Brady; Cheney (2006). Utforsker den proterozoiske Big Sky Orogeny i Sørvest -Montana . 19. årlige Keck -symposium.
- Kevin Jones (2003). Mountain Building i Skottland: Science: A Level 3 Course Series . Open University Worldwide Ltd. ISBN 978-0-7492-5847-4.gir en detaljert historie om en rekke orogener, inkludert Caledonian Orogeny, som varte fra slutten av kambrium til Devonian , med de viktigste kollisjonshendelsene som skjedde under ordovisisk og silurisk tid.
- Tom McCann, red. (2008). Prekambrium og paleozoikum . Sentral -Europas geologi. 1 . Geological Society of London. ISBN 978-1-86239-245-8. er en av en to-binders utstilling av geologi i Sentral-Europa med en diskusjon om store orogener.
- Suzanne Mahlburg Kay; Víctor A. Ramos ; William R. Dickinson, red. (2009). Ryggrad i Amerika: Grunne subduksjoner, platåhevning og Ridge and Terrane Collision; Minne 204 . Geological Society of America. ISBN 978-0-8137-1204-8. Evolusjon av Cordilleras of the Americas fra et tverrfaglig perspektiv fra et symposium holdt i Mendoza, Argentina (2006).