суперконтиненты в истории земли

СУПЕРКОНТИНЕНТЫ В
ИСТОРИИ ЗЕМЛИ
Н.В. Лубнина
СКОЛЬКО ВСЕГО СУПЕРКОНТИНЕНТОВ
СУЩЕСТВОВАЛО В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ?
Суперконтинентальная история Земли по [Сорохтин, Ушаков, 1993]
А – Моногея, 2.6 млрд. лет назад; Б – Мегагея Штилле,
1.8 млрд. лет назад; В – Мезогея (Родиния), 1.0 млрд.
лет назад; Г – Пангея Вегенера, 200 млн. лет
Глобальные пики роста ювенильной коры по [Condie,
1998]
СКОЛЬКО ВСЕГО СУПЕРКОНТИНЕНТОВ
СУЩЕСТВОВАЛО В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ?
Предполагаемые
суперконтиненты в
истории Земли по [Bleeker, 2003].
Модель геологической истории Земли
по [Никишин, 2009].
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕКТОНИЧЕСКИЕ КОРРЕЛЯЦИИ
• РЕКОНСТРУКЦИИ, ПОСТРОЕННЫЕ НА ОСНОВАНИИ
КОРРЕЛЯЦИИ ГРЕНВИЛЬСКИХ ПОЯСОВ
• РЕКОНСТРУКЦИЯ,
ПОСТРОЕННАЯ НА
ОСНОВАНИИ КОРРЕЛЯЦИИ
МАФИЧЕСКИХ ДАЕК,
ГРЕНВИЛЬСКИХ ПОЯСОВ И
НЕОПРОТЕРОЗОЙСКИХ
ОСАДОЧНЫХ БАССЕЙНОВ
Реконструкция
суперконтинента
Родиния по
[Hoffman, 1991]
Реконструкция
суперконтинента
Родиния по
[Dalziel, 1992]
Реконструкция суперконтинента
Родиния - модель AUSWUS - по
[Karström et al., 2001]
ОСТАВАЛАСЬ ЛИ НЕИЗМЕННОЙ КОНФИГУРАЦИЯ
ДОКЕМБРИЙСКИХ СУПЕРКОНТИНЕНТОВ?
Неизменная докембрийская конфигурация - суперконтинент
ПАЛЕОПАНГЕЯ
по [Piper, 1987, 1990, 2000]
СУПЕРКОНТИНЕНТ — литосферная плита,
включающая
бόльшую
часть
континентальной коры Земли
МЕГАКОНТИНЕНТ – континент, содержащий
два и более массива континентальной
коры
в
определенный
момент
развития Земли
СУПЕРКОНТИНЕНТАЛЬНЫЙ
ЦИКЛ
—
интервал времени между эпохами
максимального
объединения
континентальных блоков в единый
суперконтинент
СУПЕРКОНТИНЕНТ
ПАНГЕЯ
Альфред Лотар
Вегенер
(1880-1930)
Реконструкция суперконтинента
Пангея (~250 млн. лет)
СУПЕРКОНТИНЕНТЫ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ
НЕОПРОТЕРОЗОЙСКИЙ СУПЕРКОНТИНЕНТ
РОДИНИЯ
Геодинамическая
карта
суперконтинента
Родиния
по [Li et al., 2008]
СУПЕРКОНТИНЕНТЫ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ
ОБРАЗОВАНИЕ СУПЕРКОНТИНЕНТОВ В ДОКЕМБРИИ:
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ:
Близкие во времени коллизионные события, проявленные
на большинстве континентов;
Реконструкция
суперконтинента
Родиния по
[Hoffman, 1991]
СУПЕРКОНТИНЕНТЫ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ
ОБРАЗОВАНИЕ СУПЕРКОНТИНЕНТОВ В ДОКЕМБРИИ:
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ:
Высокие пики роста ювенильной коры, обусловленные
интенсивной субдукцией;
Глобальные пики
роста ювенильной
коры по [Condie,
1998]
СУПЕРКОНТИНЕНТЫ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ
ОБРАЗОВАНИЕ СУПЕРКОНТИНЕНТОВ В ДОКЕМБРИИ:
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ:
Литологические
и
указывающие
на
континентальных масс:
биохимические
существование
индикаторы,
крупных
Высокая степень эрозии и низкий уровень Мирового
океана;
Изменения химического и изотопного состава воды,
связанные
с
существенным
привносом
в
океан
континентального материала;
Климатические изменения в сторону похолодания
Замедленное развитие жизненных форм
ОБРАЗОВАНИЕ СУПЕРКОНТИНЕНТОВ В ДОКЕМБРИИ:
ПАЛЕОМАГНИТНЫЕ ДАННЫЕ, СВИДЕТЕЛЬСТВУЮЩИЕ О
КОГЕРЕНТНОМ ДРЕЙФЕ НЕСКОЛЬКИХ КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ
БЛОКОВ:
•Совпадение угловых расстояний
между парами одновозрастных
«ключевых»
полюсов
свидетельствует о перемещении
блоков
в
пределах
единой
литосферной
плиты;
Расхождение угловых расстояний
свидетельствует о различном
движении
блоков.
t1
КРАТОН
t2
t3
t4
t5
At2 – At3
А
At3 — A t4
At4 — A t5
Bt1 – Bt2
КРАТОН
Bt1 – Bt2
В
Bt3 – Bt4
Bt4 – Bt5
Ct1 – Ct2
КРАТОН
С
Ct1 – Ct2
Ct3 – Ct4
Ct4 – Ct5
На рисунке КП – «ключевой
полюс»
СУПЕРКОНТИНЕНТЫ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ
РАСПАД СУПЕРКОНТИНЕНТОВ В ДОКЕМБРИИ:
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ:
Формирование крупных трапповых провинций и роев
даек;
Резкие изменения климата
Повышение уровня Мирового океана в связи с
возникновением и ростом протяженных океанических
хребтов;
Интенсивные
трансгрессии
и
образование
внутриконтинентальных впадин;
Внезапное
увеличение
площади
распространения
карбонатных и обогащенных SiO2 осадков;
Интенсивное захоронение органики;
Резкое увеличение биотических обстановок
Assembling
1090 Ma
Assembling
Assembling Rodinia
1070 Ma
Assembling
Assembling Rodinia
1050 Ma
G reater
Ind ia
Tarim
A ustralia
Y ang tze
E ast
A nt.
S iberia
C athaysia
K alah ari
L aurentia
N orth
C hina
R io d e
la P lata
A m azo nia
S ah ara
C on go S ao F ran cisco
W est
A frica
B altica
Assembling
Assembling Rodinia
1030 Ma
Assembling
Assembling Rodinia
1010 Ma
Assembling
Assembling Rodinia
1000 Ma
G reater
Ind ia
Tarim
E ast
A nt. A ustralia
S iberia
Y ang tze
N orth
C hina
C athaysia
K alah ari
S ah ara
C on go S ao F ran cisco
L aurentia
R io d e
la P lata
W est A frica
A m azo nia
B altica
Assembling
Assembling Rodinia
1000 Ma
G reater
Ind ia
Tarim
E ast
A nt. A ustralia
S iberia
Y ang tze
N orth
C hina
C athaysia
K alah ari
S ah ara
C on go S ao F ran cisco
L aurentia
R io d e
la P lata
W est A frica
A m azo nia
B altica
Assembling
Assembling Rodinia
1000 Ma
G reater
Ind ia
Tarim
E ast
A nt. A ustralia
S iberia
Y ang tze
N orth
C hina
C athaysia
K alah ari
S ah ara
C on go S ao F ran cisco
L aurentia
R io d e
la P lata
W est A frica
A m azo nia
B altica
Assembling
Assembling Rodinia
990 Ma
Assembling
Assembling Rodinia
970 Ma
Assembling
Assembling Rodinia
950 Ma
Assembling
Assembling Rodinia
930 Ma
Assembling finishes
900 Ma
Tarim
R odinia
A ustralia
N orth
C hina
S iberia
G reater
Ind ia
E ast
A nt.
S o uth
C hina
A rab ia
N ub ia
S ah ara
K alah ari
L aurentia
R io d e
la P lata
C on go S ao F ran cisco
A m azo nia
B altica
W est
A frica
Assembling finishes
900 Ma
Tarim
R odinia
A ustralia
N orth
C hina
S iberia
G reater
Ind ia
E ast
A nt.
S o uth
C hina
A rab ia
N ub ia
S ah ara
K alah ari
L aurentia
R io d e
la P lata
C on go S ao F ran cisco
A m azo nia
B altica
W est
A frica
Assembling finishes
900 Ma
Tarim
R odinia
A ustralia
N orth
C hina
S iberia
G reater
Ind ia
E ast
A nt.
S o uth
C hina
A rab ia
N ub ia
S ah ara
K alah ari
L aurentia
R io d e
la P lata
C on go S ao F ran cisco
A m azo nia
B altica
W est
A frica
Assembling finishes
900 Ma
Tarim
R odinia
A ustralia
N orth
C hina
S iberia
G reater
Ind ia
E ast
A nt.
S o uth
C hina
A rab ia
N ub ia
S ah ara
K alah ari
L aurentia
R io d e
la P lata
C on go S ao F ran cisco
A m azo nia
B altica
W est
A frica
880 Ma
860 Ma
840 Ma
830 Ma
Rifting starts
825 Ma
E ast
A nt.
K alah ari
G reater
Ind ia
A ustralia
A rab ia
N ub ia
R io d e
la P lata
L aurentia
S ah ara
S o uth
C hina
Tarim
C on go S ao F ran cisco
S iberia
A m azo nia
W est
A frica
N orth
C hina
B altica
Rifting starts
825 Ma
E ast
A nt.
K alah ari
G reater
Ind ia
A ustralia
A rab ia
N ub ia
R io d e
la P lata
L aurentia
S ah ara
S o uth
C hina
Tarim
C on go S ao F ran cisco
S iberia
A m azo nia
W est
A frica
N orth
C hina
B altica
Rifting starts
825 Ma
E ast
A nt.
K alah ari
G reater
Ind ia
A ustralia
A rab ia
N ub ia
R io d e
la P lata
L aurentia
S ah ara
S o uth
C hina
Tarim
C on go S ao F ran cisco
S iberia
A m azo nia
W est
A frica
N orth
C hina
B altica
Rifting-1
820 Ma
Rifting
810 Ma
S o uth
C hina
E ast A nt.
K alah ari
R io d e
la P lata
L aurentia
G reater
Ind ia
A ustralia
C on go S ao F ran cisco
Tarim
A m azo n
S iberia
W est
A frica
B altica
N orth
C hina
Rifting-2
800 Ma
790 Ma
– India broke away?
Rifting-3
780 Ma
G reater
Ind ia
Tarim
S eych elles
E . M adag ascar
N orth
C hina
S iberia
A ustralia
E ast
A nt.
S o uth
C hina
A rab ia
L aurentia
N ub ia
K alah ari
R io d e
la P lata
S ah ara
B altica
C on go S ao F ran cisco
A m azo nia
W est A frica
Rifting-4
760 Ma
Rifting-4
750 Ma
S o uth
C hina
Tarim
S eych elles
E . M adag ascar
S iberia
A ustralia
G reater
Ind ia
N orth
C hina
L aurentia
E ast
A nt.
K alah ari
R io d e
la P lata
A rab ia
S ah ara
N ub ia
C on go S ao F ran cisco
A m azo nia
B altica
W est
A frica
Rifting-4
750 Ma
S o uth
C hina
Tarim
S eych elles
E . M adag ascar
S iberia
A ustralia
G reater
Ind ia
N orth
C hina
L aurentia
E ast
A nt.
K alah ari
R io d e
la P lata
A rab ia
S ah ara
N ub ia
C on go S ao F ran cisco
A m azo nia
B altica
W est
A frica
Rifting-4
750 Ma
S o uth
C hina
Tarim
S eych elles
E . M adag ascar
S iberia
A ustralia
G reater
Ind ia
N orth
C hina
L aurentia
E ast
A nt.
K alah ari
R io d e
la P lata
A rab ia
S ah ara
N ub ia
C on go S ao F ran cisco
A m azo nia
B altica
W est
A frica
Rifting-4
750 Ma
S o uth
C hina
Tarim
S eych elles
E . M adag ascar
S iberia
A ustralia
G reater
Ind ia
N orth
C hina
L aurentia
E ast
A nt.
K alah ari
R io d e
la P lata
A rab ia
S ah ara
N ub ia
C on go S ao F ran cisco
A m azo nia
B altica
W est
A frica
740 Ma
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ
РЕКОНСТРУКЦИИ
НЕОПРОТЕРОЗОЙСКОГО
СУПЕРКОНТИНЕНТА РОДИНИЯ
Реконструкция неопротерозойского
суперконтинента – Палеопангеи – по
[Piper, 1976; 1982; 2000]
Реконструкция,
построенная
на
основании
корреляции пар одновозрастных полюсов по
[Evans, 2009].
А - реконструкция на ~1070 млн.
лет; В – реконструкция на 750
млн. лет.
ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИЙ СУПЕРКОНТИНЕНТ
Колумбия
Палеопротерозойский
суперконтинент
по [Rogers, Santosh, 2002]
по [Condie, 2002]
Колумбия
по [Meert, 2002]
Колумбия
по [Zhao et al., 2004]
ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИЙ СУПЕРКОНТИНЕНТ
•
K. Condie (2002):
Наиболее достоверные данные о существовании древних
суперконтинентов
можно
получить
на
основнии
«высокоточных» датировок коллизионных внутрикратонных
орогенов и их корреляции для разных кратонов.
ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИЙ СУПЕРКОНТИНЕНТ
•
Rogers, Santosh (2002) :
предложили название
палеопротерозойского
суперконтинента -
КОЛУМБИЯ (COLUMBIA).
ВРЕМЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ
СУПЕРКОНТИНЕНТА –
1.8-1.5 МЛРД. ЛЕТ
ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИЙ СУПЕРКОНТИНЕНТ
ПРЕДПОСЫЛКИ:
•
•
Окончательная
амальгамация
Северо-Китайского
кратона
завершилась ~1.8 млрд. лет
[Zhao et al., 2000; lu et al.,
2002 и др.].
Возможно,
Северо-Китайский
кратон
«причленился»
к
Восточно-Европейскому
кратону.
ВРЕМЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ
СУПЕРКОНТИНЕНТА –
1.8-1.5 МЛРД. ЛЕТ
ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИЙ СУПЕРКОНТИНЕНТ
Реконструкция Rogers, Santosh (2002) :
• Корреляция рифтогенных комплексов на момент
распада суперконтинента Колумбия (1.5-1.0 млрд.
лет)
Сопоставление ТКМП
для Восточно-Европейского кратона,
Сибири и Лаврентии
90°N
60°N
1099
1156 1109
1141
1780
1475
1461
1452
1265
1770
1267
1384
980
1752
Колумбия
1473
1650
1448
1740
1513
1100
30°N
1870
1827
1384
1434
1476
30°S
60°S
ТКМП ВЕК
ТКМП Лаврентии
ТКМП Сибири
90°S
0°
30°
60°
90°
120°
150°
180°
210°
240°
270°
300°
330°
по [Wingate et al., 2009]
СОПОСТАВЛЕНИЕ ПАР ОДНОВОЗРАСТНЫХ
ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИХ ПОЛЮСОВ ФЕННОСКАНДИИ,
ЛАВРЕНТИИ, СИБИРИ И СЕВЕРНОГО КИТАЯ
ПАЛЕОШИРОТА (А) И УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ (Б)
ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОГО КРАТОНА
В ПОЗДНЕМ ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЕ - МЕЗОПРОТЕРОЗОЕ
АМАЛЬГАМАЦИЯ
А
РАСПАД
палеоширота, °
20
15
10
5
0
1.88
1.80
1.78
1.75
1.46
1.38
1.27
1.10
время, млрд. лет
-5
-10
-15
-20
-25
-30
Б
° / млн. лет
0.7
угловая скор ость
0.6
0. 5
0. 4
0. 3
0.2
0.1
0
1.88
1.80
1.78
1.75
1.46
1.38
1.27
1.10
время, млрд. лет
ПРЕДЛАГАЕМАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ
СУПЕРКОНТИНЕНТА КОЛУМБИЯ
~1.77 млрд. лет
~1.45 млрд. лет
АРХЕЙСКИЙ
I. Единый суперконтинент –
Кенорленд
по [Williams et al., 1991]
Slave
СУПЕРКОНТИНЕНТ
II. Несколько
континентальных ядер Ваалбара, Супериа и
Склавия
по [Bleeker, 2003]
Sclavia
или
Ур, Арктика и Атлантика
по [Rogers, 1996]
Superia
Vaalbara
Superior
Kaapvaal
III. 35 независимых протократонов
по [Bleeker, 2003]
Две альтернативные модели перемещения Карельского протократона
в мезоархее-палеопротерозое
из [Лубнина, Слабунов, 2009]
N90
Современное положение
SG
VP
Карельский кратон
Фенноскандинавский щит
ПАЛЕОШИРОТА (А) И УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ (Б)
КАРЕЛЬСКОГО БЛОКА ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОГО КРАТОНА
N60
В ПОЗДНЕМ
МЕЗОАРХЕЕ - РАННЕМ ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЕ
АМАЛЬГАМАЦИЯ
А
JA
Восточно-Европейский континент
РАСПАД
палеоширота, °
40
30
20
N30
10
0
2.88
2.77
2.73
2.72
2.50
2.45
2.10
время, млрд. лет
-10
-20
-30
MA
0
-40
-50
-60
Б S30
° / млн. лет
SI
SA
0.8
SII
угловая скорость
0.7
SIII
0.6
0.5
S60
0.4
0.3
0.2
0.1
0
2.88
S90
2200
2500
2680
2727
2734
2765
2700
2860
время, млн. лет
2.77
2.73
2.72
2.45
2.10
время, мл
рд. лет
Две альтернативные модели перемещения Карельского протократона
в мезоархее-палеопротерозое
из [Лубнина, Слабунов, 2009]
N90
Современное положение
КП2
Карельский кратон (КР)
Фенноскандинавский щит
N60
Восточно-Европейский континент
N30
КП4'
КР1
0
КР2
КР4
КР3
Каапвааль (КП)
Пилбара (ПЛ)
S30
ПЛ1
ПЛ3 ПЛ2
S60
ПЛ4
S90
2680
2727
2734
2765
2860
время, млн. лет
СОПОСТАВЛЕНИЕ ПАР ОДНОВОЗРАСТНЫХ НЕОАРХЕЙСКИХПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИХ «КЛЮЧЕВЫХ» ПОЛЮСОВ
КАРЕЛЬСКОГО, ПИЛБАРА, КААПВААЛЬ И СЬЮПИРИОР
БЛОКОВ
СОПОСТАВЛЕНИЕ ПАР ОДНОВОЗРАСТНЫХ НЕОАРХЕЙСКИХПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИХ «КЛЮЧЕВЫХ» ПОЛЮСОВ
КАРЕЛЬСКОГО, ПИЛБАРА, КААПВААЛЬ И СЬЮПИРИОР
БЛОКОВ
ПАЛЕОШИРОТА (А) И УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ (Б)
КАРЕЛЬСКОГО БЛОКА ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОГО КРАТОНА
В ПОЗДНЕМ МЕЗОАРХЕЕ - РАННЕМ ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЕ
АМАЛЬГАМАЦИЯ
А
РАСПАД
палеоширота, °
40
30
20
10
0
2.88
2.77
2.73
2.72
2.50
2.45
2.10
время, млрд. лет
-10
-20
-30
-40
-50
-60
Б
° / млн. лет
0.8
угловая скорость
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
2.88
2.77
2.73
2.72
2.45
2.10
время, мл
рд. лет
Реконструкция неоархейского
суперконтинента
КЕНОРЛЕНД ∼ 2.7 млрд. лет
ВЫВОДЫ
ВРЕМЯ МАКСИМАЛЬНОЙ АМАЛЬГАМАЦИИ
СУПЕРКОНТИНЕНТОВ:
КЕНОРЛЕНД
–
2.7 млрд. лет
КОЛУМБИЯ
–
1.8 млрд. лет
РОДИНИЯ
–
0.9 млрд. лет
ПАНГЕЯ
–
0.3 млрд. лет
Корреляция
суперконтинентальных циклов (А)
с периодичностью ∼750-900 млн. лет
мантийно-плюмовой активности (Б)
НЕОПРОТЕРОЗОЙСКИЙ-РАННЕПАЛЕОЗОЙСКИЙ
НЕОПРОТЕРОЗОЙСКИЙМЕГАКОНТИНЕНТ ПАННОТИЯ
ПАННОТИЯ
гипотетический
мегаконтинент,
впервые
предложенный
Я.
Диелом
в
1997
году.
Предполагается, что начало образования этого
суперкнтинента
связано
с
ПанАфриканской
складчатостью ~ 600 млн. лет назад.
Мегаконтинент Паннотия, согласно Я. Диелу, образовался ~ 540 млн.
лет назад.
СУПЕРКОНТИНЕНТЫ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ
МЕГАКОНТИНЕНТ ГОНДВАНА
Реконструкция «финальной» стадии
образования Гондваны по [Collins
et al., 2000]