Геология США: Формирование ландшафтов и тектоническая активность.

Введение

Национальная геология

Богатый ландшафт Соединенных Штатов является результатом противоборствующих сил тектоники плит, выветривания и эрозии. За 4,5 миллиарда лет истории Земли тектонические возмущения и столкновения плит подняли великие горные цепи, в то время как силы эрозии и выветривания работали над их разрушением. Даже спустя многие миллионы лет следы великих земных потрясений остаются запечатленными в виде текстурных вариаций и поверхностных узоров, определяющих отличительные ландшафты или провинции. Разнообразие ландшафтов Соединенных Штатов легко увидеть на изображении с затенением рельефа справа. Резкий контраст между «грубой» текстурой западных США и «гладкой» центральной и восточной областей сразу бросается в глаза. Различия в шероховатости (топографическом рельефе) являются результатом различных процессов, действующих на лежащую в основе породу. Тектоническая история региона сильно влияет на тип и структуру пород, обнаженных на поверхности, но различные скорости эрозии, сопровождающие изменения климата, также могут оказывать глубокое воздействие на сушу. Тихоокеанская провинция расположена на границах нескольких движущихся плит Земли – источнике монументальных сил, необходимых для создания дуги гор, простирающейся от Аляски до южных концов Южной Америки. Эта провинция включает в себя активные и иногда смертоносные вулканы Каскадного хребта, а также молодые, крутые горы Тихоокеанского побережья и Сьерра-Невады. Хотя наибольшее внимание привлекают самые крупные вулканы, такие как гора Сент-Хеленс, Каскады на самом деле состоят из полосы тысяч очень маленьких, недолговечных вулканов, которые создали платформу из лавы и вулканического детрита. Над этой вулканической платформой возвышаются несколько поразительно больших вулканов, доминирующих в ландшафте. Срез Земли от Тихого океана через Тихоокеанский Северо-Запад может выглядеть примерно как на соседнем изображении. Под Каскадами плотная океаническая плита погружается под Североамериканскую плиту – процесс, известный как субдукция. По мере погружения океанической плиты в глубину недр Земли под континентальной плитой высокие температуры и давление позволяют молекулам воды, заключенным в минералах твердой породы, высвобождаться. Водяной пар поднимается в пластичную мантию над субдуцирующей плитой, вызывая плавление части мантии. Эта вновь образованная магма поднимается к поверхности Земли, извергаясь и образуя цепь вулканов (Каскадный хребет) над зоной субдукции. Свыше базальтовой лавы, известной как базальты реки Колумбия, покрывает западную часть провинции. Эти огромные потоки извергались около 17 миллионов лет назад. Большая часть лавы излилась в течение первых 1,5 миллионов лет – исключительно короткий срок для такого мощного извержения расплавленной породы. Провинция Бассейн и Хребет характеризуется типичной топографией, знакомой любому, кто путешествует по ней. Крутые подъемы по вытянутым горным хребтам чередуются с долгими переходами по плоским, сухим пустыням. Этот основной топографический рисунок простирается от восточной Калифорнии до центральной Юты и от южного Айдахо до штата Сонора в Мексике. Силы, создавшие эту топографию, лежат глубоко под поверхностью. В пределах провинции Бассейн и Хребет земная кора (и верхняя мантия) растянута до 100% от первоначальной ширины. Весь регион подвергся растяжению, которое истончило и потрескало кору, когда она разрывалась, создавая крупные разломы. Вдоль этих примерно ориентированных с севера на юг разломов поднимались горы, а долины опускались, создавая характерный чередующийся рисунок линейных горных хребтов и долин провинции Бассейн и Хребет. Провинцию Бассейн и Хребет не следует путать с Великим Бассейном, который является подрегионом более крупной физиографической области Бассейн и Хребет, определяемой своими уникальными гидрологическими характеристиками (внутренний дренаж).

The richly textured landscape of the United States is a product of the dueling forces of plate tectonics, weathering and erosion. Over the 4.5 billion year history of the Earth, tectonic upheavals and colliding plates have raised great mountain ranges while the forces of erosion and weathering worked to tear them down. Even after many millions of years, records of Earth's great upheavals remain imprinted as textural variations and surface patterns that define distinctive landscapes or provinces. The diversity of the landscapes of the United States can be easily seen on the shaded relief image to the right. The stark contrast between the ‘rough' texture of the western US and the ‘smooth' central and eastern regions is immediately apparent. Differences in roughness (topographic relief) result from a variety of processes acting on the underlying rock. The plate tectonic history of a region strongly influences the rock type and structure exposed at the surface, but differing rates of erosion that accompany changing climates can also have profound impacts on the land. The Pacific Province straddles the boundaries between several of Earth's moving plates:the source of the monumental forces required to build the sweeping arc of mountains that extends from Alaska to the southern reaches of South America. This province includes the active and sometimes deadly volcanoes of the Cascade Range and the young, steep mountains of the Pacific Border and the Sierra Nevada. Although the largest volcanoes like Mount St. Helens get the most attention, the Cascades is really made up of a band of thousands of very small, short lived volcanoes that have built a platform of lava and volcanic debris. Rising above this volcanic platform are a few strikingly large volcanoes that dominate the landscape. A slice of the Earth from the Pacific Ocean through the Pacific Northwest might look something like the adjacent image. Beneath the Cascades, a dense oceanic plate plunges beneath the North American Plate; a process known as subduction. As the oceanic slab sinks deep into the Earth's interior beneath the continental plate, high temperatures and pressures allow water molecules locked in the minerals of solid rock to escape. The water vapor rises into the pliable mantle above the subducting plate, causing some of the mantle to melt. This newly formed magma rises toward the Earth's surface to erupt, forming a chain of volcanoes (the Cascade Range) above the subduction zone. Over of basaltic lava, known as the Columbia River basalts, covers the western part of the province. These tremendous flows erupted between 17 million years ago. Most of the lava flooded out in the first 1.5 million years: an extraordinarily short time for such an outpouring of molten rock. The Basin and Range province has a characteristic topography that is familiar to anyone who ventures across it. Steep climbs up elongate mountain ranges alternate with long treks across flat, dry deserts. This basic topographic pattern extends from eastern California to central Utah, and from southern Idaho into the state of Sonora in Mexico. The forces which created this distinct topography lie deep beneath the surface. Within the Basin and Range Province, the Earth's crust (and upper mantle) has been stretched up to 100% of its original width. The entire region has been subjected to extension that thinned and cracked the crust as it was pulled apart, creating large faults. Along these roughly north–south trending faults mountains were uplifted and valleys down dropped, producing the distinctive alternating pattern of linear mountain ranges and valleys of the Basin and Range province. The Basin and Range province should not be confused with The Great Basin, which is a sub section of the greater Basin and Range physiographic region defined by its unique hydrological characteristics (internal drainage).

Большой бассейн

Большой Бассейн – географический и гидрологический регион, включающий большую часть Невады, южный Орегон и Айдахо, западную Юту и небольшую часть восточной Калифорнии. Для этого региона характерно внутреннее сток, из-за чего поверхностные воды испаряются или просачиваются в грунт, не достигая океана. Величественная красота и яркие цвета осадочных слоев Колорадского плато вдохновляли бесчисленных геологов. Это обширный регион плато, столовых гор и глубоких каньонов, чьи стены обнажают горные породы возрастом от миллиардов до всего нескольких сотен лет. Древние докембрийские породы, обнажающиеся лишь в самых глубоких каньонах, образуют фундамент Колорадского плато. Большинство из них – метаморфические породы, образовавшиеся глубоко в недрах Земли, в то время как масштабные столкновения континентов сформировали ядро Североамериканского континента более миллиарда лет назад. Магматические породы, внедрённые миллионы лет спустя, образуют мраморную сеть в частях более тёмного метаморфического фундамента Колорадского плато. Горные породы, составляющие горы, сформировались до того, как сами горы поднялись. Ядра горных хребтов в большинстве мест состоят из фрагментов континентальной коры, возраст которых превышает один миллиард лет. На юге более древний горный хребет образовался 300 миллионов лет назад, а затем был разрушен. Горные породы этого древнего хребта были переформированы в Скалистые горы. Скалистые горы сформировались в период интенсивной тектонической активности плит, создавшей значительную часть сурового ландшафта западных Соединенных Штатов. Три основных эпизода горообразования перекроили западную часть страны примерно с 170 по 40 миллионов лет назад (от юрского до кайнозойского периодов). Последнее событие горообразования, орогенез Ларамида (около 70-40 миллионов лет назад), последний из этих трех эпизодов, привело к поднятию Скалистых гор. Периоды оледенения происходили с эпохи плейстоцена (1,8 миллиона – 70 000 лет назад) до эпохи голоцена (менее 11 000 лет назад). Ледниковые периоды оставили свой след на Скалистых горах, сформировав обширные ледниковые формы рельефа, такие как U-образные долины и цирки.

The Great Basin is the geographical and hydrological region comprising most of Nevada, southern Oregon and Idaho, western Utah, and a little of eastern California. Characterized by internal drainage, this region's surface water sources evaporate or percolate before they can flow to the ocean. The sculptured beauty and brilliant colors of the Colorado Plateau's sedimentary rock layers have captured the imaginations of countless geologists. This is a vast region of plateaus, mesas, and deep canyons whose walls expose rocks ranging in age from billions to just a few hundred years old. Ancient Precambrian rocks, exposed only in the deepest canyons, make up the basement of the Colorado Plateau. Most are metamorphic rocks formed deep within the Earth while continental collision on a grand scale produced the nucleus of the North American continent well over a billion years ago. Igneous rocks injected millions of years later form a marbled network through parts of the Colorado Plateau's darker metamorphic basement. The rocks making up the mountains were formed before the mountains were raised. The cores of the mountain ranges are in most places formed of pieces of continental crust that are over one billion years old. In the south, an older mountain range was formed 300 million years ago, then eroded away. The rocks of that older range were reformed into the Rocky Mountains. The Rocky Mountains took shape during a period of intense plate tectonic activity that formed much of the rugged landscape of the western United States. Three major mountain building episodes reshaped the west from about 170 to 40 million years ago (Jurassic to Cenozoic Periods). The last mountain building event, the Laramide orogeny, (about 70 40 million years ago) the last of the three episodes, is responsible for raising the Rocky Mountains. Periods of glaciation occurred from the Pleistocene Epoch (1.8 million–70,000 years ago) to the Holocene Epoch (fewer than 11,000 years ago). The ice ages left their mark on the Rockies, forming extensive glacial landforms, such as U shaped valleys and cirques.

Горная Лавренция

На каждом континенте есть ядро очень древних метаморфических пород. Верхнегорная провинция является южным продолжением Лоурентийской провинции, части ядра Северной Америки, называемого Канадским щитом. Породы фундамента Лоурентийской провинции были метаморфизованы около 2500 миллионов лет назад в результате столкновения тектонических плит, известного как Кеноранская орогения. Скалы Верхнего нагорья в основном состоят из прекамбрийских метаморфических пород и перекрывающих их палеозойских (камбрийских) пород, покрытых тонким слоем ледниковых отложений, оставшихся после таяния ледников в конце плейстоценового оледенения. Если бы мы могли удалить все более молодые породы, отложенные поверх погребенного прекамбрийского фундамента, мы увидели бы ландшафт с небольшим рельефом. Топография прекамбрийских пород очень сглажена, с разницей в высоте всего около 150 метров между самой высокой и самой низкой точками. Очевидно, что этот регион подвергался очень длительной эрозии в отдаленном прошлом, которая сгладила первоначальную гористую поверхность, превратив ее в слабоволнистую. Современная поверхность мало чем отличается. Холмы поднимаются всего на несколько сотен футов над окружающей местностью. Самые высокие из них, такие как Риб-Хилл в Висконсине, в основном состоят из устойчивого кварцита или гранита. На протяжении палеозойской и мезозойской эр в основном низменная область внутренних равнин оставалась относительно нетронутой тектоническими столкновениями, которые привели к образованию гор на западных и восточных окраинах континента. Скалы Аппалачей, Уачита, Озарк древние и имеют общее происхождение. Они в основном состоят из осадочных пород палеозойского возраста, отложенных на морском дне и в настоящее время сложенных в складки и разломы. Аппалачи также содержат вулканические породы и фрагменты древнего морского дна. Эти горы когда-то были частью могучего поднятого горного хребта, простиравшегося от Аппалачей через Техас. В начале палеозойской эры континент, который впоследствии стал Северной Америкой, располагался поперек экватора. Район Аппалачей представлял собой пассивный край плиты, подобный современной Прибрежной равнине Атлантического побережья. В течение этого периода регион периодически погружался под мелководные моря. При затоплении региона на мелководье откладывались толстые слои осадочных пород и карбонатов. При отступлении морей преобладали наземные осадочные отложения и эрозия. В конце триасового периода Пангея начала распадаться, когда между Африкой, Южной Америкой и Северной Америкой образовалась трехветвистая трещина. Разломы начались, когда магма поднималась через слабые места в коре, создавая вулканическую рифтовую зону. Вулканические извержения выбрасывали пепел и вулканический мусор на ландшафт по мере расхождения этих отколовшихся континентальных фрагментов Пангеи. Эти терраны были вызваны субдукцией плиты Фараллон, Кула и Тихоокеанской плит последовательно.

Every continent has a core of very ancient metamorphic rocks. The Superior Upland Province is the southern extension of the Laurentian Upland Province, part of the nucleus of North America called the Canadian Shield. The basement rocks of the Laurentian Upland Province were metamorphosed about 2500 million years ago in a mountain building collision of tectonic plates called the Kenoran Orogeny. The rocks of the Superior Upland are mostly Precambrian metamorphic rocks and overlying Paleozoic rocks (Cambrian) covered by a thin veneer of glacial deposits left behind when glaciers melted at the end of the Pleistocene Ice Age. If we could strip away all of the younger rocks deposited on top of buried Precambrian basement, you would see a landscape of low relief. The topography of the Precambrian rocks is very subdued, with barely 500 feet difference between the highest point and the lowest. Clearly, this region was exposed to a very long period of erosion in the very distant past which beveled the original mountainous surface to a gently undulating surface. The present surface is not much different. Hills rise just a few hundred feet above the surrounding countryside. The highest of these, such as Rib Hill, Wisconsin, are made up mostly of resistant quartzite or granite. Throughout the Paleozoic and Mesozoic Eras the mostly low lying Interior Plains region remained relatively unaffected by the mountain building tectonic collisions suffered by the western and eastern margins of the continent.]] The rocks of the Appalachian, Ouachita, Ozark Mountains are old and share a common origin. They largely consist of sedimentary rocks of Paleozoic age that were deposited on the sea floor and are presently folded and faulted. The Appalachians also have volcanic rocks and slivers of ancient sea floor. These mountains were once part of a mighty uplifted mountain range that stretch from the Appalachian Highlands through Texas. During the earliest Paleozoic Era, the continent that would later become North America straddled the equator. The Appalachian region was a passive plate margin, not unlike today's Atlantic Coastal Plain Province. During this interval, the region was periodically submerged beneath shallows seas. Thick layers of sediment and carbonate rock was deposited on the shallow sea bottom when the region was submerged. When seas receded, terrestrial sedimentary deposits and erosion dominated. During the Late Triassic, Pangea began to be torn apart when a three pronged fissure grew between Africa, South America, and North America. Rifting began as magma welled up through the weakness in the crust, creating a volcanic rift zone. Volcanic eruptions spewed ash and volcanic debris across the landscape as these severed continent sized fragments of Pangea diverged. These terranes were caused by the subduction of the Farallon, Kula, and Pacific plates sequentially.

Гавайи

Гавайские острова – это цепочка островов, или архипелаг. Архипелаг сформировался по мере того, как Тихоокеанская плита медленно двигалась в северо-западном направлении над горячей точкой в мантии Земли со скоростью приблизительно 51 километр в миллион лет (32 мили). Таким образом, юго-восточный остров (Гавайи) вулканически активен, в то время как острова на северо-западном конце архипелага старше и, как правило, меньше из-за более длительного воздействия эрозии. Возраст архипелага был оценен с использованием методов калий-аргонового датирования. По данным этого и других исследований, самый северо-западный остров, атолл Куре, является самым старым – около 28 миллионов лет (млн лет); в то время как возраст Гавайев составляет приблизительно 0,4 млн лет (400 000 лет). Активная вулканическая деятельность за последние 200 лет наблюдалась только на Гавайях и на подводном, но растущем вулкане в крайнем юго-восточном направлении – Камаэхуаканоалоа (ранее Лоихи). Почти вся магма горячей точки имеет базальтовый состав, поэтому гавайские вулканы почти полностью состоят из этой магматической породы. В них содержится очень мало грубозернистых габбро и диабаза. Нефелинит встречается на островах, но он крайне редок. Большинство извержений на Гавайях – это извержения гавайского типа, поскольку базальтовая магма относительно текуча по сравнению с магмами, обычно участвующими в более взрывных извержениях, таких как андезитовые магмы, которые вызывают некоторые впечатляющие и опасные извержения по краям Тихоокеанского бассейна.