Кіріспе

Тау жоталарының қалыптасуы

Орогенез (/ɒ/'/r//ɒ//dʒ//ə//n//i/) – қозғалмалы тақталардың шектерінде, тақталардың қозғалысы шекті қысымға ұшыратқанда жүзеге асатын тау пайда болу процесі. Қысылған тақталар бүктеліп, орогендік белдеу немесе ороген пайда болып, бір немесе бірнеше тау жоталарын қалыптастыру үшін көтеріледі. Бұл геологиялық процестердің жиынтығын қамтиды, олардың барлығы орогенез деп аталады. Оған ескі континенттік қыртыстың құрылымдық деформациясы және вулканизм арқылы жаңа континенттік қыртыстың пайда болуы кіреді. Орогеннен көтерілетін магма тығыздығы аз материалды жоғары қарай көтеріп, тығыздығы жоғары материалды төменде қалдырады, нәтижесінде Жердің литосферасының (қыртыс және жоғарғы мантия) құрамы ажыратылады. Синорогендік (немесе синкинематикалық) процесс немесе құбылыс – орогенез кезінде болатын процесс. Орогенез сөзінің шығу тегі). Бұл термин одан бұрын қолданылған болса да, американдық геолог Г.К. Гилберт 1890 жылы тау құрылысы процесін эпирогенезден ажыратып сипаттау үшін қолданған.

Тектоника

Орогенез континенттердің конвергенттік шеттерінде жүзеге асады. Конвергенция субдукция (бір континент мұхиттық плитаның үстінен күшпен жылжып, соқтығыссыз орогенезді қалыптастыру) немесе континенттік соқтығысу (екі немесе одан көп континенттердің конвергенциясы соқтығыс орогенезін қалыптастыру) нысанында болуы мүмкін. Орогенез әдетте орогендік белдеулерді немесе орогендерді тудырады, олар континенттік кратондардың (континенттердің тұрақты ішкі бөліктері) шекарасындағы деформацияның созылған аймақтары болып табылады. Субдукция әлі де жүріп жатқан жас орогендік белдеулер жиі жанартаулық белсенділік пен жер сілкіністерімен сипатталады. Ескі орогендік белдеулер әдетте терең эрозияға ұшырап, ығысқан және деформацияланған қабаттарды ашыққа шығарады. Бұл қабаттар көбінесе жоғары метаморфталған және батолиттер деп аталатын ірі интрузивті магмалық тау жыныстарын қамтиды. Субдукциялық аймақтар мұхиттық қабықты тұтынып, литосфераны қалыңдатады және жер сілкіністері мен жанартауларды тудырады. Барлық субдукциялық аймақтар орогендік белдеулерді тудырмайды; тау құрылысы тек субдукция басым плитада қысылысты тудырғанда ғана жүзеге асады. Субдукция қысылысты тудыра ма, жоқ па, бұл плиталардың конвергенция жылдамдығы және екі плита арасындағы байланыс дәрежесі сияқты факторларға байланысты, ал байланыс дәрежесі өз кезегінде субдукция бұрышы және субдукция аймағымен байланысты мұхиттық шұңқырындағы шөгіндінің жылдамдығы сияқты факторларға байланысты болуы мүмкін. Анд таулары соқтығыссыз орогендік белдеудің мысалы болып табылады, және мұндай белдеулер кейде Анд типіндегі орогендер деп аталады. Субдукция жалғасқан сайын аралдық доғалар, континенттік фрагменттер және мұхиттық материалдар біртіндеп континенттік шетке аккрециялануы мүмкін. Бұл континенттердің өсуінің негізгі механизмдерінің бірі. Ұзақ уақыт бойы аккрецияланған қыртыстың фрагменттерінен (террандардан) тұратын және ірі континенттік соқтығысу белгілері жоқ ороген аккрециялық ороген деп аталады. Солтүстік Американың Кордильерасы және Оңтүстік-Шығыс Австралияның Лаклан орогені аккрециялық орогендердің мысалдары болып табылады. Орогенез субдукция аймағына келетін субдукцияланатын мұхиттық плитаның қарама-қарсы жағындағы континенттік қыртыспен аяқталуы мүмкін. Бұл субдукцияны тоқтатады және аккрециялық орогенді Гималай типіндегі соқтығыс орогенге айналдырады. Соқтығыс орогенезі өте биік тауларды тудыруы мүмкін, бұл Гималайда соңғы 65 миллион жылдан бері жүзеге асуда. Орогенез процестері ондаған миллион жылға созылуы мүмкін және бір кезде шөгінді алаптар болған жерлерден таулар құруы мүмкін. Явапай және Мазатзал орогенездері осы кезеңде орогендік белсенділіктің шыңдары болды. Бұл Пикурис орогенезін қоса алғандағы кеңейтілген орогендік белсенділік кезеңінің бір бөлігі болды және кемінде 600 миллион жылға созылған Гренвилл орогенезімен аяқталды. Солтүстік Американың батыс жағалауында да осыған ұқсас орогенездер тізбегі болды, девонның соңында (шамамен 380 миллион жыл бұрын) Антлер орогенезімен басталып, Сонома және Севьер орогенездерімен жалғасты және Ларамид орогенезімен аяқталды. Ларамид орогенезі ғана 40 миллион жылға созылды, 75 миллионнан 35 миллион жыл бұрын.

Оргендік цикл

Плиталық тектоника қабылданар алдында геологтар көптеген орогендерде шөгінділердің қайталануы, деформация, жер қыртысының қалыңдауы мен тау пайда болу, сондай-ақ жаңа шөгінді алаптарды құру үшін жер қыртысының жұқаруына байланысты циклдардың куәліктерін тапқан болатын. Бұл циклдар орогендік циклдар деп аталды және оларды түсіндіру үшін түрлі теориялар ұсынылды. Канадалық геолог Тузо Уилсон орогендік циклдердің, қазір Уилсон циклдері деп танылатын, плиталық тектоникалық тұрғыдан түсіндіруін алғаш ұсынды. Уилсон орогендік циклдардың мұхит алабының мерзімді ашылуы мен жабылуын көрсететінін айтты, сондай-ақ осы процестің әр кезеңі орогеннің тау жыныстарында өзінің ерекше іздерін қалдырады.

Континенттік жарылу

Вильсон циклі бұрынғыда тұрақты болған континенттік қабықтың мантия конвекциясының өзгеруінен туындаған кернеуге түсуімен басталады. Континенттік жарылу орын алады, бұл қабықты жұқартады және шөгінділер жиналатын алаптарды құрайды. Алаптар тереңдеген сайын, мұхит жарық аймағына еніп, континенттік қабық толығымен бөлінгенде, екі құрлықтың жұқа шеткі қабығындағы шалшық теңіз шөгінділері терең теңіз шөгінділеріне ауысады. Бұл пластикалық терең қабықтың бүктелуі және жоғарғы қатаң қабықтың жарылуы түрінде жүзеге асады. Қабықтың қалыңдауы изостазия принципі арқылы тауларды көтереді. Изостазия – жоғары көтерілген тау тізбегінің (жеңіл, континенттік қабық материалынан тұратын) төмен қарай бағытталған гравитациялық күші мен тығыз астыңғы мантияның жоғары қарай бағытталған серпімді күштерінің тепе-теңдігі. Орогендердің бөліктері орогендік литосфераның деляминациясы нәтижесінде көтерілуі мүмкін, онда суық литосфералық тамырдың тұрақсыз бөлігі астеносфералық мантияға еніп, литосфераның тығыздығын азайтады және серпімді көтерілуге себеп болады. Мысалы, Калифорниядағы Сьерра-Невада тауы. Бұл таулар, астындағы орогендік тамырдың деляминациясынан кейін, жаңадан көтерілуге және мол магматизмге ұшырады. Банф пен Канмор қалалары арасындағы Транс-Канада тас жолындағы Рундл тауы, қабатты тау жыныстарында тілінген таудың классикалық мысалы. Миллиондаған жылдар бұрын болған соқтығысу орогенезді тудырды, бұл көне мұхит қабығының көлденең қабаттарын 50-60° бұрышпен жоғары көтерді. Бұл Рундлге бір жағынан тегіс, ағаштармен жабылған, ал екінші жағынан тік, қабаттардың жиегі ашық болатын екі түрлі бет пішінін сыйлады. Тау пайда болуы көбінесе орогендерде жүрсе де, бірқатар қосымша механизмдер маңызды тау тізбектерін құруға қабілді. Орта мұхит жоталары және Шығыс Африка жарылысы сияқты жарылып жатқан аймақтарда, астындағы ыстық мантиямен байланысты жылулық серпімділікке байланысты таулар пайда болады; бұл жылулық серпімділік динамикалық топография деп аталады. Сан-Андреас жарылысы сияқты қиылысқан орогендерде, тоқтаулар жер қыртысының қысқаруына және кең тақта шекаралық орогенезсіз тау құрылысына әкеледі. Ыстық дақ вулканизмі оқшауланған таулар мен тау тізбектерінің пайда болуына әкеледі, олар қазіргі тектоникалық тақта шекараларында орналасқан сияқты көрінбесе де, олар негізінен тақта тектонизмінің өнімі болып табылады. Сонымен қатар, эпирогенезбен байланысты көтерілу мен эрозия (континенттердің бөліктерінің ірі масштабты тік қозғалыстары, бүктелу, метаморфизм немесе деформациямен тығыз байланысты емес) жергілікті топографиялық биіктіктерді құруы мүмкін.

Мұхит алабының жабылуы

Ақырында, мұхит алабындағы теңіз түбінің кеңеюі тоқтаса, су астына түсу жалғасып, мұхит алабының жабылуы басталады. Эрозия сөзсіз таулардың көп бөлігін алып тастайды, осылайша ядроны немесе тау түбірлерін (бірнеше километр тереңдіктен жер бетіне көтерілген метаморфты тау жыныстары) ашады. Изостатикалық қозғалыстар дамушы орогеннің сұңғылу қабілетін теңестіре отырып, мұндай жалаңаштандыруға көмектеседі. Ғалымдар эрозияның тектоникалық деформация үлгілерін қаншалықты өзгертетіні туралы пікірталас жүргізеді (эрозия мен тектоникаға қараңыз). Осылайша, көптеген ескі орогендік белдеулердің соңғы пішіні – бұл жас шөгінділердің астындағы ұзын, доға тәрізді кристалды метаморфты тау жыныстарының жолағы, олар үстіне иеленіп, орогендік өзектен алыстайды. Ороген толығымен эрозияға ұшырауы мүмкін, сондықтан орогенездің іздерін сақтайтын (ежелгі) тау жыныстарын зерттеу арқылы ғана анықталады. Орогендер әдетте ұзын, жұқа, доға тәрізді тау жыныстарынан тұрады, олардың айқын сызықтық құрылымы бар, нәтижесінде деформацияланған тау жыныстарының террандары немесе блоктары пайда болады, олар көбінесе тігіс аймақтарымен немесе батырылған жарылымдармен бөлінеді. Бұл жарылымдар қысқарып жатқан орогеннің өзегінен шетке қарай салыстырмалы түрде жұқа тау жыныстарын (оларды қабаттар немесе итергіш жамылғылар дейді, және олар тектоникалық плиталардан өзгеше) тасымалдайды, сондай-ақ қабаттардың пайда болуымен және метаморфизмнің дамуымен тығыз байланысты.

Тұжырымдаманың тарихы

XIX ғасырда геологиялық түсініктер дамымай тұрып, тауларда теңіз қазбаларының кездесуі христиандық контексте Киелі кітаптағы Күнтопанның салдары ретінде түсіндірілді. Бұл – ерте христиан жазушыларына әсер еткен жаңа платонизмнің кеңейтілуі еді. XIII ғасырғы Доминик саяхатшысы Альберт Ұлы эрозияның болатыны белгілі болғандықтан, жаңа таулар мен басқа да жер бедерлерінің қалыптасуына себеп болатын бір процеске мұқтаж екенін, әйтпесе құрлықтың бәрі жойылатынын айтты; ол тау беткейлеріндегі теңіз қазбалары бұрын теңіз түбінде болған болуы керек деп болжады. Аманц Грессли (1840) және Жюль Турман (1854) орогенезді таулардың биіктігін қалыптастыру тұрғысынан орогендік деп атады, себебі тау құрылысы термині процестерді сипаттау үшін әлі де қолданылып келді. Эли де Бомон (1852) орогенезді түсіндіру үшін «Қысқыш жақтары» теориясын пайдаланды, бірақ орогендік белдеулерде қалыптасқан және қамтылған құрылымдарға қарағанда биіктікке көбірек назар бөлді. Оның теориясы таулар белгілі бір тау жыныстарының қысылуынан пайда болғанын көрсетеді. Эдуард Зюсс (1875) тау жыныстарының көлденең қозғалысының маңыздылығын мойындады. Алдын ала геосинклиналь немесе қатты жердің төмен қарай иілуі (Холл, 1859) Джеймс Дуайт Дананы (1873) тау құрылысы теорияларына қысым концепциясын қосуға итермеледі. Кері перспективадан қарағанда, Дананың осы жиырылу Жердің салқындауына байланысты деген болжамын жоққа шығаруға болады (бұл теория Жердің салқындауы деп те аталады). Жердің салқындауы теориясы 1960 жылға дейін көптеген геологтар үшін басты парадигма болды. Орогенез контекстінде жер қыртысындағы тік қозғалыстарды немесе астеносфера немесе мантиядағы конвекцияны қолдаушылармен күшті дауласты. Густав Штайнман (1906) Альпілік типтегі орогендік белдеуді, флиш және моласса геометриясымен сипатталатын, әртүрлі класс орогендік белдеулерді таныды; офиолиттік тізбектер, толеиттік базальттар және наппе стиліндегі бүктеме құрылымы. Орогенезді оқиға ретінде тану тұрғысынан Леопольд фон Бух (1855) орогенездерді ең жас деформацияланған тау жынысы мен ең көне деформацияланбаған тау жынысы арасындағы шектеулер арқылы уақыт бойынша орналастыруға болатынын мойындады, бұл принцип бүгінгі күнге дейін қолданылуда, бірақ көбінесе радиометриялық жас анықтауды қолдана отырып, геохронологиямен зерттеледі. Еуропа мен Солтүстік Американың орогендік белдеулеріндегі метаморфтық айырмашылықтарға негізделген Х.Ж. Зварт (1967) тектоникалық параметрлер мен стильге байланысты орогендердің үш түрін ұсынды: Кордилер типі, Альпинотип және Герцинотип. Оның ұсынысын 1979 жылы В.С. Питчер граниттің кездесуімен байланысты қайта қарады. Кавуд және басқалар (2009) орогендік белдеулерді үш түрге бөлді: аккрециялық, коллизиялық және интракратондық. Аккрециялық және коллизиялық орогендер конвергентті тақталардың шеттерінде пайда болды. Керісінше, Герцинотипті орогендер әдетте интракратондық, интраконтиненталдық, экстенсиялық және ультра ыстық орогендерге ұқсас ерекшеліктерді көрсетеді, олардың барлығы конвергентті тақталардың шеттеріндегі континенталдық бөліну жүйелерінде дамыды. Аккрециялық орогендер, олар бір мұхиттық тақтаның континенталдық тақтаның астына субдукциясы арқылы доғалық вулканизм үшін пайда болды. Оларда негізінен кальцидті сілтілі магмалық тау жыныстары және жоғары T/төмен P метаморфты фациестер сериясы (>30 °C/км) жоғары жылу градиенттерімен басым. Офиолиттер, мигматиттер және терең теңіз шөгінділері көбінесе жетіспейді. Типтік мысалдар – Тынық мұхитының айналасындағы континенталдық доғалары бар барлық орогендер. Коллизиялық орогендер, олар бір континенталдық блоктың екінші континенталдық блоктың астына субдукциясы арқылы пайда болды, жанартаулық доғалар жоқ. Олар көк шүберекке дейін эклогит фациестерінің метаморфты аймақтарымен сипатталады, бұл төмен жылу градиенттерінде (<10 °C/км) жоғары P/төмен T метаморфизмін көрсетеді. Орогендік перидотиттер бар, бірақ көлемдік жағынан аз, ал коллизиялық граниттер мен мигматиттер де сирек немесе шағын ауданда кездеседі. Типтік мысалдар – Еуразия құрлығының оңтүстік шетіндегі Альп-Гималай орогендері және Шығыс Орталық Қытайдағы Дабие-Сулу орогендері.