Superkontinent - Supercontinent

Selv om det ifølge moderne definisjoner ikke eksisterer superkontinenter i dag, inneholder den nåværende Afro-Eurasia landmassen omtrent 57% av jordens landareal

I geologi , en super er monteringen av de fleste eller alle av Earth 's kontinentale blokker eller cratons å danne en eneste stor landmasse. Noen jordforskere bruker imidlertid en annen definisjon, "en gruppering av tidligere spredte kontinenter", noe som gir rom for tolkning og er lettere å anvende på prekambrisk tid, selv om minst omtrent 75% av den kontinentale skorpen som da eksisterte har blitt foreslått som en grense for å skille superkontinenter fra andre grupperinger.

Superkontinenter har samlet seg og spredt seg flere ganger i den geologiske fortiden (se tabell). I følge moderne definisjoner eksisterer ikke et superkontinent i dag; det nærmeste som eksisterer et superkontinent er den nåværende afro-eurasiske landmassen, som dekker ca. 57% av jordens totale landareal. Superkontinentet Pangea er samlingsnavnet som beskriver alle de kontinentale landmassene da de sist var i nærheten av hverandre. Kontinentenes posisjoner er nøyaktig bestemt tilbake til den tidlige jura , kort tid før oppbruddet av Pangea (se animert bilde). Det tidligere kontinentet Gondwana regnes ikke som et superkontinent under den første definisjonen siden landmassene i Baltica , Laurentia og Sibir var adskilte på den tiden.

Superkontinenter gjennom geologisk historie

Følgende tabellnavn rekonstruerte gamle superkontinenter ved å bruke Bradleys løsere definisjon fra 2011, med en omtrentlig tidsramme for millioner av år siden (Ma).

Generell kronologi

Det er to kontrasterende modeller for superkontinent evolusjon gjennom geologisk tid. Den første modellen teoretiserer at det eksisterte minst to separate superkontinenter bestående av Vaalbara (fra ~ 3636 til 2803 Ma ) og Kenorland (fra ~ 2720 til 2450 Ma ). Den Neoarchean super besto av Superia og Sclavia. Disse delene av Neoarchean -alderen brøt ut ved ~ 2480 og 2312 Ma, og deler av dem kolliderte senere for å danne Nuna (Nord -Europa Nord -Amerika) ( ~ 1820 Ma ). Nuna fortsatte å utvikle seg under mesoproterozoikum , først og fremst ved lateral opphopning av ungdomsbuer, og i ~ 1000 kolliderte Nuna med andre landmasser og dannet Rodinia . Mellom ~ 825 og 750 brøt Ma Rodinia fra hverandre. Imidlertid, før de gikk helt i stykker, hadde noen fragmenter av Rodinia allerede samlet seg for å danne Gondwana (også kjent som Gondwanaland) med ~ 608 Ma . Pangea dannet av ~ 336 Ma gjennom kollisjonen mellom Gondwana, Laurasia ( Laurentia og Baltica ) og Sibir.

Den andre modellen (Kenorland-Arctica) er basert på både paleomagnetiske og geologiske bevis og foreslår at kontinentalskorpen omfattet et enkelt superkontinent fra ~ 2,72 Ga til oppbrudd i Ediacaran- perioden etter ~ 0,573 Ga . Den rekonstruksjon er avledet fra observasjonen at paleomagnetiske poler konvergerer til kvasi-statiske stillinger for lange intervaller mellom ~ 2,72 til 2,115, 1,35 til 1,13, og 0,75 til 0,573 Ga med bare små perifere endringer av rekonstruksjonen. I de mellomliggende periodene samsvarer polene med en enhetlig tilsynelatende polar vandringsbane. Selv om den står i kontrast til den første modellen, inneholder den første fasen (Protopangea) i hovedsak Vaalbara og Kenorland av den første modellen. Forklaringen på forlenget varighet av den Protopangea-Paleopangea super synes å være at lokk tektonikk (sammenlignes med de tektonikk som opererer på Mars og Venus) rådet under prekambriske ganger. I følge denne teorien ble platetektonikk sett på den nåværende jorden bare dominerende i siste del av geologisk tid. Denne tilnærmingen ble mye kritisert av mange forskere da den bruker feil anvendelse av paleomagnetiske data.

Det fenerozoiske superkontinentet Pangea begynte å bryte opp 215 Ma og gjør det fortsatt i dag. Fordi Pangea er den siste av jordens superkontinenter, er den den mest kjente og forståtte. Bidrag til Pangaeas popularitet i klasserommet er det faktum at rekonstruksjonen er nesten like enkel som å passe de nåværende kontinentene som grenser til Atlanterhavstypen som puslespillbrikker.

Superkontinent -sykluser

En superkontinent-syklus er oppbruddet av et superkontinent og utviklingen av et annet, som foregår på global skala. Superkontinent -sykluser er ikke det samme som Wilson -syklusen , som er åpning og lukking av et individuelt havbasseng. Wilson -syklusen synkroniserer sjelden med tidspunktet for en superkontinentssyklus. Imidlertid var superkontinentssykluser og Wilson -sykluser begge involvert i etableringen av Pangea og Rodinia.

Sekulær trender som karbonatittene , granulites , eclogites og grønn belte deformasjon arrangementer er alle mulige indikatorer på Precambrian super syklisitet, selv om den Protopangea- Paleopangea løsning innebærer at fanerozoikum stil supersykluser ikke operere under disse tider. Det er også tilfeller hvor disse sekulære trendene har et svakt, ujevnt eller fraværende preg på superkontinentets syklus; sekulære metoder for rekonstruksjon av superkontinent vil gi resultater som bare har en forklaring, og hver forklaring på en trend må passe inn i resten.

Superkontinenter og vulkanisme

Når platen subdugeres i mantelen, vil det mer tette materialet bryte av og synke til den nedre mantelen og skape en diskontinuitet andre steder kjent som en skredflate

Virkningen av mantelfløyer muligens forårsaket av skredskred andre steder i den nedre mantelen på brudd og montering av superkontinenter

Årsakene til montering og spredning av superkontinent antas å være drevet av konveksjonsprosesser i jordens mantel . Omtrent 660 km inn i mantelen oppstår det en diskontinuitet som påvirker overflateskorpen gjennom prosesser som plumes og superplumes (aka store provinser med lav skjærhastighet ). Når en plate av den subdukterte skorpen er tettere enn den omkringliggende kappen, synker den til diskontinuitet. Når platene bygger seg opp, vil de synke ned til den nedre mantelen i det som er kjent som et "skredskred". Denne forskyvningen ved diskontinuiteten vil føre til at den nedre mantelen kompenserer og stiger andre steder. Den stigende mantelen kan danne en plume eller superplume.

I tillegg til å ha komposisjonseffekter på den øvre kappen ved å fylle på de store ion-litofile elementene , påvirker vulkanisme platebevegelsen. Platene vil bli flyttet mot en geoidal lav, kanskje der skredplaten skjedde og dyttet vekk fra den geoidale høyden som kan skyldes plumes eller superplumes. Dette får kontinentene til å presse seg sammen for å danne superkontinenter og var tydeligvis prosessen som opererte for å få den tidlige kontinentale skorpen til å samle seg i Protopangea. Spredning av superkontinenter skyldes akkumulering av varme under skorpen på grunn av stigning av veldig store konveksjonsceller eller fjær, og en massiv varmeavgivelse resulterte i den siste oppløsningen av Paleopangea. Akkresjon skjer over geoide nedturer som kan skyldes skredplater eller nedadgående lemmer av konveksjonsceller. Bevis for opphopning og spredning av superkontinenter er sett i den geologiske steinrekorden.

Påvirkningen av kjente vulkanutbrudd kan ikke sammenlignes med flombasalts påvirkning . Tidspunktet for flombasalter har korrespondert med et stort kontinentalt oppbrudd. På grunn av mangel på data om tiden det tar å produsere flombasalter, er det imidlertid vanskelig å tallfeste klimapåvirkningen. Tidspunktet for en enkelt lavastrøm er også ubestemt. Dette er viktige faktorer for hvordan flombasalter påvirket paleoklimatet .

Superkontinenter og platetektonikk

Global paleogeografi og plateinteraksjoner så langt tilbake som Pangea er relativt godt forstått i dag. Imidlertid blir bevisene mer sparsomme lenger tilbake i geologisk historie. Marine magnetiske anomalier , passive margin- match-ups, geologisk tolkning av orogene belter , paleomagnetisme, paleobiogeografi av fossiler og fordeling av klimatiske sensitive lag er alle metoder for å skaffe bevis for kontinentets lokalitet og indikatorer på miljøet gjennom tid.

Phanerozoic (541 Ma til nå) og Precambrian ( 4,6 Ga til 541 Ma ) hadde først og fremst passive marginer og detritale zirkoner (og orogene granitter ), mens Pangea -besetningen inneholdt få. Matchende kanter på kontinenter er der passive marginer dannes. Kantene på disse kontinentene kan sprekke . På dette tidspunktet blir havbunnsspredning drivkraften. Passive marginer blir derfor født under oppbruddet av superkontinenter og dør under montering av superkontinent. Pangaeas superkontinent-syklus er et godt eksempel på effektiviteten ved å bruke tilstedeværelsen eller mangelen på disse enhetene for å registrere utvikling, besetning og oppbrudd av superkontinenter. Det er en kraftig nedgang i passive marginer mellom 500 og 350 Ma under tidspunktet for Pangaeas samling. Perioden for Pangea er preget av et lavt antall passive marginer i løpet av 336 til 275 Ma, og bruddet indikeres nøyaktig med en økning i passive marginer.

Orogene belter kan dannes under montering av kontinenter og superkontinenter. De orogene belter som finnes på kontinentale blokker er klassifisert i tre forskjellige kategorier og har implikasjoner for tolkning av geologiske legemer. Interkratoniske orogene belter er karakteristiske for lukking av havbassenget. Tydelige indikatorer på intrakratonisk aktivitet inneholder ophiolitter og andre oseaniske materialer som er tilstede i sutursonen. Intrakratoniske orogene belter forekommer som trykkbelter og inneholder ikke noe oseanisk materiale. Fraværet av ophiolitter er imidlertid ikke et sterkt bevis på intrakratoniske belter, fordi det oceaniske materialet kan presses ut og eroderes bort i et intrakratonisk miljø. Den tredje typen orogent belte er et begrenset orogent belte som er lukking av små bassenger. Monteringen av et superkontinent må vise intrakratoniske orogene belter. Imidlertid kan tolkning av orogene belter være vanskelig.

Kollisjonen mellom Gondwana og Laurasia skjedde i slutten av Palaeozoic . Ved denne kollisjonen ble Variscan -fjellkjeden opprettet, langs ekvator. Denne 6000 km lange fjellkjeden er vanligvis referert til i to deler: Den hercyniske fjellkjeden til slutten av karbonblomsten utgjør den østlige delen, og den vestlige delen kalles Appalachians , hevet i den tidlige perm . (Eksistensen av et flatt forhøyet platålignende det tibetanske platået er under mye debatt.) Lokaliteten til Variscan-serien gjorde det innflytelsesrik for både den nordlige og sørlige halvkule. Høyden på appalacherne ville i stor grad påvirke den globale atmosfæriske sirkulasjonen.

Superkontinentalt klima

Kontinenter påvirker klimaet på planeten drastisk, med superkontinenter som har en større, mer utbredt innflytelse. Kontinenter endrer globale vindmønstre, kontrollerer havstrømningsbaner og har en høyere albedo enn havene. Vinden blir omdirigert av fjell, og albedo -forskjeller forårsaker endringer i vind på land. Høyere høyde i kontinentalt interiør gir et kjøligere, tørrere klima, fenomenet kontinentalitet . Dette sees i dag i Eurasia , og rockeplater viser bevis på kontinentalitet midt i Pangea.

Glacial

Begrepet glacial-epoke refererer til en lang episode med istid på jorden over millioner av år. Isbreer har store konsekvenser for klimaet, spesielt gjennom endringer i havnivået . Endringer i kontinentets posisjon og høyde, paleolatitude og havsirkulasjon påvirker istidene. Det er en sammenheng mellom rifting og oppløsning av kontinenter og superkontinenter og istiden. I følge den første modellen for prekambriske superkontinenter beskrevet ovenfor, var oppbruddet av Kenorland og Rodinia assosiert med henholdsvis paleoproterozoikum og neoproterozoiske istidene. I kontrast viser den andre løsningen beskrevet ovenfor at disse isbildningene korrelerte med perioder med lav kontinentahastighet, og det konkluderes med at et fall i tektonisk og tilsvarende vulkansk aktivitet var ansvarlig for disse intervallene i global frigiditet. Under opphopning av superkontinenter med tider med regional oppgang, synes istiden å være sjelden med lite underbyggende bevis. Mangelen på bevis gir imidlertid ikke mulighet til å konkludere med at istiden ikke er forbundet med kollisjonssamlingen av superkontinenter. Dette kan bare representere en bevaringsskjevhet.

Under avdøde Ordovician (~ 458,4 Ma) kan den spesielle konfigurasjonen av Gondwana ha tillatt istid og høye CO ₂ -nivåer samtidig. Noen geologer er imidlertid uenige og tror at det var en temperaturøkning på dette tidspunktet. Denne økningen kan ha blitt sterkt påvirket av bevegelsen av Gondwana over sørpolen, noe som kan ha forhindret lang snøakkumulering. Selv om sen ordovisiske temperaturer på sørpolen kan ha nådd frysepunktet, var det ingen isplater under den tidlige siluren (~ 443,8 Ma) gjennom den sene Mississippian (~ 330,9 Ma). Enighet kan oppfylles med teorien om at kontinentalsnø kan oppstå når kanten av et kontinent er nær polen. Derfor kan Gondwana, selv om den ligger tangent til Sydpolen, ha opplevd isbre langs kysten.

Nedbør

Selv om nedbørshastigheter under monsunale sirkulasjoner er vanskelig å forutsi, er det bevis for en stor orografisk barriere i det indre av Pangea under slutten av Paleozoic (~ 251.902 Ma). Muligheten for SW-NE-trendende Appalachian-Hercynian Mountains gjør regionens monsunale sirkulasjoner potensielt relatert til dagens monsunale sirkulasjoner rundt det tibetanske platået, som er kjent for å påvirke størrelsen på monsunperioder i Eurasia positivt. Det er derfor noe forventet at lavere topografi i andre regioner på superkontinentet under juraen ville påvirke nedbørsvariasjonene negativt. Oppbruddet av superkontinenter kan ha påvirket lokal nedbør. Når eventuelle super bryter opp, vil det være en økning i nedbør avrenning over overflaten av den kontinentale landmasser, øker silikat forvitring og forbruk av CO ₂ .

Temperatur

Selv om solstrålingen i løpet av den arkaiske tiden ble redusert med 30 prosent og grensen mellom Kambrium og Prekambrium med seks prosent, har jorden bare opplevd tre istider i hele prekambrium. Det er mer sannsynlig at feilaktige konklusjoner blir truffet når modeller er begrenset til en klimatisk konfigurasjon (som vanligvis er i dag).

Kalde vintre i kontinentalt interiør skyldes hastighetsforhold mellom strålingskjøling (større) og varmetransport fra kontinentale felger. For å heve vintertemperaturene i det kontinentale interiøret, må varmetransporthastigheten øke for å bli større enn frekvensen av strålingsavkjøling. Gjennom klimamodeller er endringer i atmosfærisk CO ₂ -innhold og havvarmetransport ikke relativt effektive.

CO ₂ modeller tyder på at verdiene var lave på slutten av kenozoikum og karbon - perm istider. Selv om tidlige paleozoiske verdier er mye større (mer enn ti prosent høyere enn i dag). Dette kan skyldes høye havbunnsspredningshastigheter etter oppbruddet av prekambriske superkontinenter og mangel på landanlegg som karbonvaske .

I løpet av slutten av Perm forventes det at sesongmessige Pangaean -temperaturer varierte drastisk. Subtropiske sommertemperaturer var varmere enn i dag med så mye som 6–10 grader og midt-breddegrader om vinteren var mindre enn -30 grader Celsius. Disse sesongmessige endringene i superkontinentet ble påvirket av den store størrelsen på Pangea. Og akkurat som i dag opplevde kystregionene mye mindre variasjon.

Under jurassiden steg ikke sommertemperaturene over null grader Celsius langs den nordlige kanten av Laurasia , som var den nordligste delen av Pangea (den sørligste delen av Pangea var Gondwana). Ice-rafted dropstones hentet fra Russland er indikatorer på denne nordlige grensen. Jurassic antas å ha vært omtrent 10 grader Celsius varmere langs 90 grader østlig paleolongitude sammenlignet med nåværende temperatur i dagens sentrale Eurasia.

Milankovitch sykler

Mange studier av svingningene i Milankovitch i løpet av superkontinentets tidsperioder har fokusert på Midt- kritt . Dagens amplituder for Milankovitch-sykluser over dagens Eurasia kan speiles på både den sørlige og nordlige halvkule av superkontinentet Pangea. Klimamodellering viser at sommerfluktuasjoner varierte 14–16 grader Celsius på Pangea, som er lik eller litt høyere enn sommertemperaturene i Eurasia under Pleistocene . Milankovitch-syklusene med den største amplituden forventes å ha vært på midten til høye breddegrader under trias og jura.

Fullmakter

U - Pb er 5 246 samstemmende detrital zirkoner fra 40 av Jordens store elver

Granitter og detrital zirkoner har spesielt lignende og episodiske opptredener i rockeplaten. Svingningene deres korrelerer med prekambriske superkontinent -sykluser. De U-Pb zirkon datoene fra orogenic granitt er blant de mest pålitelige aldring determinanter. Noen problemer eksisterer med å stole på zirkoner fra granitt, for eksempel mangel på jevnt globalt hentede data og tap av granittzirkoner ved sedimentær dekning eller plutonisk forbruk. Der hvor granittsirkoner er mindre tilstrekkelige, vises detritrale zirkoner fra sandsteiner og utgjør hullene. Disse skadelige zirkonene er hentet fra sanden til store moderne elver og dreneringsbassengene deres. Oceaniske magnetiske anomalier og paleomagnetiske data er de viktigste ressursene som brukes til å rekonstruere kontinent- og superkontinentlokasjoner tilbake til omtrent 150 Ma.

Superkontinenter og atmosfæriske gasser

Platetektonikk og atmosfærens kjemiske sammensetning (spesielt klimagasser ) er de to mest rådende faktorene innenfor den geologiske tidsskalaen . Kontinentaldrift påvirker både kalde og varme klimatiske episoder. Atmosfærisk sirkulasjon og klima er sterkt påvirket av plasseringen og dannelsen av kontinenter og megakontinenter. Derfor betyr kontinental driftinnflytelse global temperatur.

Oksygenivået i Archaean Eon var ubetydelig, og i dag er det omtrent 21 prosent. Det antas at jordens oksygeninnhold har steget i etapper: seks eller syv trinn som er tidsmessig nært knyttet til utviklingen av jordens superkontinenter.

1. Kontinenter kolliderer
2. Superfjellene dannes
3. Erosjon av superfjell
4. Store mengder mineraler og næringsstoffer skylles ut til åpent hav
5. Eksplosjon av marine alger (delvis hentet fra noterte næringsstoffer)
6. Massemengder oksygen som produseres under fotosyntesen

Prosessen med jordens økning i atmosfærisk oksygeninnhold antas å ha startet med kontinent-kontinentkollisjonen mellom enorme landmasser som danner superkontinenter, og derfor muligens superkontinent fjellkjeder (superfjell). Disse superfjellene ville ha erodert, og massemengdene av næringsstoffer, inkludert jern og fosfor , ville ha skylt ut i havene, akkurat som vi ser skje i dag. Havene ville da være rike på næringsstoffer som er viktige for fotosyntetiske organismer, som da ville kunne puste masse oksygenmasser. Det er et tilsynelatende direkte forhold mellom orogeny og det atmosfæriske oksygeninnholdet. Det er også bevis for økt sedimentering samtidig med tidspunktet for disse masseoksygeneringshendelsene, noe som betyr at det organiske karbonet og pyritt på disse tidspunktene var mer sannsynlig å bli begravet under sediment og derfor ikke kunne reagere med det frie oksygenet. Dette opprettholdt atmosfærisk oksygenøkning.

I løpet av denne tiden, 2,65 Ga , var det en økning i molybdenisotopfraksjonering . Det var midlertidig, men støtter økningen i atmosfærisk oksygen fordi molybdenisotoper krever fritt oksygen for å fraksjonere. Mellom 2,45 og 2,32 Ga skjedde den andre perioden med oksygenering, den har blitt kalt den 'store oksygeneringshendelsen'. Mange bevis støtter eksistensen av denne hendelsen, inkludert røde senger utseende 2,3 Ga (betyr at Fe ³⁺ ble produsert og ble en viktig komponent i jordsmonn). Det tredje oksygeneringstrinnet ca 1,8 Ga indikeres ved at jernformasjoner forsvinner . Neodymium isotopiske studier tyder på at jernformasjoner vanligvis er fra kontinentale kilder, noe som betyr at oppløst Fe og Fe ²⁺ måtte transporteres under kontinental erosjon. En økning i atmosfærisk oksygen forhindrer Fe -transport, så mangelen på jernformasjoner kan ha skyldes en økning i oksygen. Den fjerde oksygeneringshendelsen, omtrent 0,6 Ga, er basert på modellerte svovelisotoper fra marine karbonatassosierte sulfater . En økning (nær doblet konsentrasjon) av svovelisotoper, som foreslås av disse modellene, vil kreve en økning i oksygeninnholdet i de dype hav. Mellom 650 og 550 Ma var det tre økninger i oksygenivået i havet, denne perioden er det femte oksygeneringstrinnet. En av grunnene til dette indikerer perioden for å være en oksygene arrangement er økningen i redoks -sensitive molybden i sorte leirskifer . Den sjette hendelsen skjedde mellom 360 og 260 Ma og ble identifisert av modeller som antydet endringer i balansen mellom ³⁴ S i sulfater og ¹³ C i karbonater , som var sterkt påvirket av en økning i atmosfærisk oksygen.

Se også

• Liste over paleokontinenter
• Superocean

Referanser

Videre lesning

• Nield, Ted, Supercontinent: Ten Billion Years in the Life of Our Planet , Harvard University Press, 2009, ISBN  978-0674032453

Eksterne linker

• The Paleomap Project - Christopher R. Scotese