Ciclul supercontinentului - Supercontinent cycle
Ciclul supercontinent este cvasi - periodică agregare și dispersarea Pământului e crusta continentală . Există opinii diferite cu privire la faptul dacă cantitatea de scoarță continentală crește, scade sau rămâne aproximativ aceeași, dar este de acord că scoarța Pământului este în mod constant reconfigurată. Se spune că un ciclu complet de supercontinent durează între 300 și 500 de milioane de ani. Coliziunea continentală face continente mai puține și mai mari, în timp ce riftul face continente mai mici și mai mici.
Descriere
Cel mai recent supercontinent , Pangea , s-a format în urmă cu aproximativ 300 de milioane de ani (0,3 Ga). Există două puncte de vedere diferite asupra istoriei supercontinentelor anterioare. Primul propune o serie de supercontinenți: Vaalbara ( c. 3,6 până la c. 2,8 miliarde de ani în urmă); Ur ( c. Acum 3 miliarde de ani); Kenorland (cu aproximativ 2,7 până la 2,1 miliarde de ani în urmă); Columbia (cu aproximativ 1,8-1,5 miliarde de ani în urmă); Rodinia ( c. 1,25 miliarde până la 750 milioane de ani în urmă); și Pannotia ( c. 600 milioane de ani în urmă), a cărei dispersare a produs fragmentele care în cele din urmă s-au ciocnit pentru a forma Pangea.
A doua viziune (Protopangea-Paleopangea), bazată atât pe dovezi paleomagnetice, cât și pe dovezi geologice, este că ciclurile supercontinentelor nu au avut loc înainte de aproximativ 0,6 Ga (în perioada Ediacaran ). În schimb, scoarța continentală a cuprins un singur supercontinent de la aproximativ 2,7 Ga (Gigaannum, sau „acum miliarde de ani”) până când s-a despărțit pentru prima dată, undeva în jurul valorii de 0,6 Ga. Această reconstrucție se bazează pe observația că, dacă ar fi doar mici modificări periferice sunt făcute la reconstrucția primară, datele arată că polii paleomagnetici converg către poziții cvasistatice pentru intervale lungi între aproximativ 2,7-2,2, 1,5-1,25 și 0,75-0,6 Ga. o cale de rătăcire polară aparentă unificată . Astfel, datele paleomagnetice sunt explicate în mod adecvat prin existența unui singur supercontinent Protopangea-Paleopangea cu cvasi-integritate prelungită. Durata prelungită a acestui supercontinent ar putea fi explicată prin funcționarea tectonicii capacului (comparabilă cu tectonica care operează pe Marte și Venus) în perioada precambriană , spre deosebire de tectonica plăcilor văzută pe Pământul contemporan. Cu toate acestea, această abordare a fost criticată pe larg, deoarece se bazează pe aplicarea incorectă a datelor paleomagnetice.
Tipurile de minerale găsite în interiorul diamantelor antice sugerează că ciclul de formare și descompunere supercontinentală a început cu aproximativ 3,0 miliarde de ani în urmă (3,0 Ga). Înainte de 3,2 miliarde de ani în urmă, s-au format doar diamantele cu compoziții peridotitice (întâlnite în mod obișnuit în mantaua Pământului), în timp ce după 3,0 miliarde de ani în urmă, diamantele eclogitice (roci de pe scoarța terestră) au devenit predominante. Se consideră că această schimbare a avut loc pe măsură ce subducția și coliziunea continentală au introdus eclogitul în fluidele subcontinentale de formare a diamantelor.
Ciclul supercontinent ipotezat este suprapus de Ciclul Wilson numit după pionierul în tectonica plăcilor John Tuzo Wilson , care descrie deschiderea și închiderea periodică a bazinelor oceanice dintr-o singură ruptură a plăcilor. Cel mai vechi material de pe fundul mării găsit astăzi datează de numai 170 de milioane de ani, în timp ce cel mai vechi material de crustă continentală găsit astăzi datează de 4 miliarde de ani, arătând concizia relativă a ciclurilor regionale Wilson comparativ cu pulsul planetar văzut în dispunerea continentelor.
Efecte asupra nivelului mării
Se știe că nivelul mării este, în general, scăzut atunci când continentele sunt împreună și ridicat când sunt separate. De exemplu, nivelul mării era scăzut în momentul formării Pangea ( Permian ) și Panotia (ultimul Neoproterozoic ) și a crescut rapid la maxime în vremurile Ordovicianului și Cretacicului , când continentele erau dispersate. Acest lucru se datorează faptului că epoca litosferei oceanice oferă un control major asupra adâncimii bazinelor oceanice și, prin urmare, asupra nivelului mării globale. Litosfera oceanică se formează la crestele oceanului mijlociu și se deplasează spre exterior, răcind și micșorând conductiv , ceea ce scade grosimea și crește densitatea litosferei oceanice și coboară fundul mării departe de crestele oceanului mijlociu. Pentru litosfera oceanică cu o vechime mai mică de aproximativ 75 de milioane de ani, funcționează un model simplu de răcire cu jumătate de spațiu de răcire conductivă, în care adâncimea bazinelor oceanice d în zonele în care nu există nicio subducție în apropiere este o funcție a vârstei litosfera oceanică t . În general,
unde κ este difuzivitatea termică a litosferei mantalei ( c. 8 × 10 −7 m 2 / s ), un ef este coeficientul de expansiune termică efectiv pentru rocă ( c. 5,7 × 10 −5 ° C −1 ), T 1 este temperatura magmei ascendente comparativ cu temperatura de la limita superioară ( c. 1220 ° C pentru Oceanele Atlantic și Indian, c. 1120 ° C pentru Pacificul de Est) iar d r este adâncimea creastei de sub suprafața oceanului. După conectarea numărului aproximativ pentru fundul mării, ecuația devine:
- pentru estul Oceanului Pacific:
- și pentru Oceanele Atlantic și Indian:
unde d este în metri și t este în milioane de ani, astfel încât scoarța tocmai formată la crestele oceanului mijlociu se află la aproximativ 2.500 m adâncime, în timp ce fundul marin vechi de 50 de milioane de ani se află la o adâncime de aproximativ 5.000 m.
Pe măsură ce nivelul mediu al fundului mării scade, volumul bazinelor oceanice crește și dacă alți factori care pot controla nivelul mării rămân constanți, nivelul mării scade. De asemenea, inversul este adevărat: litosfera oceanică mai tânără duce la oceane mai puțin adânci și la niveluri mai mari ale mării dacă alți factori rămân constanți.
Suprafața oceanelor se poate schimba atunci când continentele se rup (întinderea continentelor scade zona oceanului și crește nivelul mării) sau ca urmare a coliziunii continentale (comprimarea continentelor crește zona oceanului și scade nivelul mării). Creșterea nivelului mării va inunda continentele, în timp ce scăderea nivelului mării va expune platourile continentale.
Deoarece platforma continentală are o pantă foarte mică, o mică creștere a nivelului mării va duce la o schimbare mare a procentului de continente inundate.
Dacă oceanul mondial este în medie tânăr, fundul mării va fi relativ superficial, iar nivelul mării va fi ridicat: mai multe continente sunt inundate. Dacă oceanul lumii este în medie vechi, fundul mării va fi relativ adânc, iar nivelul mării va fi scăzut: mai multe continente vor fi expuse.
Există astfel o relație relativ simplă între ciclul supercontinent și vârsta medie a fundului mării.
- Supercontinent = fundul mării mult vechi = nivelul scăzut al mării
- Continente dispersate = fundul mării mult tânăr = nivelul ridicat al mării
De asemenea, va exista un efect climatic al ciclului supercontinent care va amplifica acest lucru în continuare:
- Supercontinent = climatul continental dominant = probabil glaciația continentală = nivelul mării încă mai scăzut
- Continente dispersate = climatul maritim dominant = glaciația continentală puțin probabilă = nivelul mării nu este redus de acest mecanism
Relația cu tectonica globală
Există o progresie a regimurilor tectonice care însoțește ciclul supercontinentului:
În timpul destrămării supercontinentului, domină mediile de rupere. Aceasta este urmată de medii de margine pasive, în timp ce răspândirea fundului mării continuă și oceanele cresc. La rândul său, aceasta este urmată de dezvoltarea mediilor colizionale care devin din ce în ce mai importante în timp. Primele coliziuni sunt între continente și arcuri insulare, dar duc în cele din urmă la coliziuni continent-continent. Aceasta a fost situația din timpul ciclului de supercontinent paleozoic; este observat pentru ciclul supercontinent Mesozoic - Cenozoic , încă în curs.
Relația cu clima
Există două tipuri de clime globale ale pământului: seră de gheață și seră. Icehouse se caracterizează prin glaciații continentale frecvente și medii severe de deșert. Sera se caracterizează prin climat cald. Ambele reflectă ciclul supercontinentului. Acum este o scurtă fază de seră a unei lumi de sere.
-
Clima glaciară
- Continentele care se mișcă împreună
- Nivelul mării scăzut din cauza lipsei producției de pe fundul mării
- Clima este mai rece, aridă
- Asociat cu mările aragonite
- Formarea supercontinentelor
-
Clima cu efect de seră
- Continentele dispersate
- Nivelul mării ridicat
- Nivel ridicat de răspândire a fundului mării
- Cantități relativ mari de producție de CO 2 în zonele de rupere oceanică
- Clima este caldă și umedă
- Asociat cu mările de calcit
Perioade ale climei de gheață: o mare parte din neoproterozoic , paleozoic târziu, cenozoic târziu .
Perioadele de climă cu efect de seră: timpurie paleozoice , mezozoice -early cenozoic .
Relația cu evoluția
Mecanismul principal pentru evoluție este selecția naturală între diverse populații. Deoarece derivația genetică apare mai frecvent la populațiile mici, diversitatea este o consecință observată a izolării. Mai puțină izolare și, prin urmare, mai puțină diversificare, apare atunci când continentele sunt toate împreună, producând atât un continent, cât și un ocean cu o coastă. În perioada neoproterozoică până la paleozoic timpuriu, când a avut loc o proliferare imensă a diverselor metazoare , izolarea mediilor marine a rezultat din ruperea Panotiei.
Un aranjament nord-sud al continentelor și oceanelor duce la mult mai multă diversitate și izolare decât aranjamentele est-vest. Aranjamentele de la nord la sud oferă zone climatice diferite de-a lungul căilor de comunicație spre nord și sud, care sunt separate de apă sau uscat de alte zone continentale sau oceanice cu climat similar. Formarea unor zone similare de continente și bazine oceanice orientate est-vest ar duce la mult mai puțină izolare, diversificare și evoluție mai lentă, deoarece fiecare continent sau ocean se află în mai puține zone climatice. Prin Cenozoic , izolarea a fost maximizată printr-un aranjament nord-sud.
Diversitatea, măsurată prin numărul de familii, urmează foarte bine ciclul supercontinentului.
Lecturi suplimentare
- Gurnis, M. (1988). „Convecția mantalei pe scară largă și agregarea și dispersia supercontinentelor”. Natura . 332 (6166): 695–699. Cod Bib : 1988Natur.332..695G . doi : 10.1038 / 332695a0 .
- Murphy, J. B .; Nance, R. D. (1992). „Supercontinentele și originea centurilor montane”. American științific . 266 (4): 84-91. Bibcode : 1992SciAm.266c..84M . doi : 10.1038 / scientificamerican0492-84 .
- Nance, R. D .; Worsley, T. R .; Moody, J. B. (1988). „Ciclul supercontinentului”. American științific . 259 (1): 72–79. Cod Bib : 1988SciAm.259a..72N . doi : 10.1038 / scientificamerican0788-72 .