Введение

Формирование и структура европейских Альп

Альпы являются частью кенозойского орогенного пояса горных цепей, называемого Альпидским поясом, который простирается через южную Европу и Азию от Атлантического океана до Гималаев. Этот пояс горных цепей сформировался в ходе альпийской орогенезы. Разрыв в этих горных цепях в центральной Европе отделяет Альпы от Карпат на востоке. Орогенез происходил непрерывно, а тектоническое проседание привело к образованию разрывов между ними. Альпы образовались в результате столкновения Африканской и Евразийской тектонических плит, в результате чего исчезла Альпийская Тетида, которая ранее располагалась между этими континентами. Огромное напряжение было оказано на осадочные породы Альпийского Тетисского бассейна, и его мезозойские и раннекайнозойские слои были нагнетаемы на устойчивый Евразийский массив движущейся на север Африканской массой. Большая часть этого процесса происходила в олигоценовую и миоценовую эпохи. Под давлением сформировались крупные пластовые складки, или напы, которые поднимались из области бывшей Альпийской Тетиды и двигались на север, часто разламываясь и скользя друг над другом, образуя гигантские сбросы. Кристаллический фундамент, обнажающийся в высших центральных районах, составляет горные породы, формирующие Монблан, Маттерхорн и высокие вершины в Пеннинских Альпах и Хохэ Тауэрн. Впоследствии формирование Средиземного моря привело к наслоению террейнов, возникших в пределах Африканской плиты к югу от гор.

Геологические границы

Альпы образуют дугу, выпуклую на север, вокруг их юго-восточного предгорного бассейна – бассейна реки По (точнее говоря, юг фактически является их внутренней областью). Квартерновые и неогеновые отложения в этом бассейне несогласно перекрывают самые южные надвиговые структуры. На северо-востоке встречаются погруженные в южном направлении и внутренне надвинутые осадочные отложения предгорного происхождения (флиш и моласса). Этот бассейн в Баварии и Швейцарии называется Молассовым бассейном. Отложения предгорного бассейна перекрыты с юга фронтом надвигов альпийских пластов. В Швейцарии Молассовый бассейн окаймлен с северо-запада горами Юра – внешним складчато-надвиговым поясом, который геологически можно рассматривать как часть Альп. Западная часть Молассового бассейна формирует плато Миттелланд, расположенное между Альпами и горами Юра. Вопрос о местоположении гор Юра до сих пор остается предметом дискуссий. Возможным тектоническим фактором является простирание Верхнерейнского грабена с севера на юг. Альпы относительно плавно переходят в следующие связанные альпийские горные системы: Апеннины на юго-западе, Динарские горы на юго-востоке и Карпаты на северо-востоке. На востоке Альпы ограничены Венским бассейном и Паннонским бассейном, где происходит растяжение земной коры с востока на запад.

Геологическая структура

Альпы имеют сложную геологию, но общая структура аналогична структуре других горных хребтов, образовавшихся в результате столкновения континентов.

Подразделения

Альпы часто делятся на Восточные, Центральные и Западные Альпы, хотя границы между этими подразделениями условны. Разделение между Восточными и Центральными Альпами приблизительно проходит по линии между Сент-Маргретеном, Чуром и Сондрио; разделение между Центральными и Западными Альпами четко не определено. Главный разлом (крупная зона сдвига) в Альпах называется Периадриатическим швом и простирается через Альпы с востока на запад. Он является границей между материалами из (бывших) Европейской и Адриатической плит. К югу от этой линии расположены складчатые и надвиговые структуры Южных Альп. К северу от Периадриатического шва встречаются породы из трех основных палеогеографических "областей": Гельветической или Дофинской, Пеннинской и Австроальпийской областей. Это деление основано на палеогеографическом происхождении пород: Гельветика содержит материал из Европейской плиты, Австроальпийская область – материал из Адриатической плиты, Пеннинская область – материал из областей, существовавших между этими двумя плитами.

Структурная геология

Склады и надвиги к северу от периадриатического шва, как правило, ориентированы на север, а доминирующая вергенция (направление асимметрии складок) в этих единицах – на север. В Южных Альпах надвиги направлены на юг, поэтому вергенция преимущественно южная. Породы австроальпийских напп составляют большую часть обнажений в Восточных Альпах, в то время как на западе эти наппы, за исключением нескольких мест (единицы Дент Бланш и Сезия), эродированы. В Западных Альпах гельветические наппы можно обнаружить к северу и западу, иногда еще под клиппами пенинских напп, как в Преальпах-дю-Сюд к югу от Женевского озера. Во многих местах центральной зоны к северу от периадриатического шва встречаются крупные антиформы, называемые антиклинориями, которые иногда проявляются в обнажениях в виде окон. На уровне одного из таких окон (окно Хоэ Тауэрн) периадриатический шов изгибается на север, что указывает на большую жесткость Адриатической плиты в этом конкретном месте, действующей как так называемый индентатор. В центральной части Швейцарии поднятие произошло вдоль пластичной зоны нормального разлома, ориентированной с севера на юг, и называемой линией Рона-Симплон. Образовавшаяся структура называется Лепонтинским куполом.

Вторжение

В более древних породах нижней коры обнаружены интрузии, образовавшиеся во время или сразу после герцинской орогенезы. Эти интрузии старше Альп и не связаны с их формированием. Радиометрическое датирование показывает возраст около 320 млн лет. Также встречаются немного более молодые фелсические интрузии, сформировавшиеся в пермский и триасовый периоды тектонического растяжения. Интрузии, связанные с образованием самих Альп, относительно редки. Крупнейшие из них приурочены к периадриатическому шву, среди них выделяется гранит Адамелло. В пенинских наслоях можно обнаружить мигматиты и небольшие расплавные образования.

Метаморфизм

Скалы гельветических и австроальпийских чешуй и Южных Альп не подвергались высокоступенчатому метаморфизму в основных альпийских фазах кайнозоя. Любые высокоступенчатые метаморфические породы в этих единицах не образовались в результате формирования Альп. Другие возможности: они изначально происходили из нижних уровней коры и поднялись к поверхности, достигнув, таким образом, амфиболитовой фации. В австроальпийских чешуях встречаются эклогиты, сформировавшиеся в крейдовый период, на ранней стадии горообразования, известной как эоальпийская орогения. Это высокоступенчатые метаморфические породы, но их метаморфизм не связан с (последующим) образованием Альп. Кенозойские эклогиты встречаются в пениновых чешуях, содержащих материал, прошедший через фации голубых сланцев или эклогитов. Эти чешуи демонстрируют полевой градиент Барроу. Этот тип метаморфизма может возникнуть только при давлении и температуре, обычно наблюдаемых в мантии Земли. Это означает, что пениновые чешуи состоят из материала, который был субдуцирован в мантию и впоследствии обдукцирован на кору. Альпийский (кенозойский) контактный или метаморфизм типа Бухана редок в Альпах из-за редкости интрузий.

Тектоническая история

Альпы — это складчато-надвиговый пояс. Складчатость и надвиги являются проявлением укорочения земной коры, вызванного конвергентными движениями Европейской и Адриатической плит.

Раскол Пангеи

В конце карбонового периода (300 млн лет назад) завершилась герцинийская или варрисканская орогенеза, в результате которой сформировался суперконтинент Пангея из Гондваны и Лавразии. К востоку от терранов, составляющих современные Альпы, располагался палеотетисский океан. Под воздействием ветра и воды герцинские горные хребты подвергались химическому и механическому разрушению. В пермский период основными отложениями в Европе являлись песчаник и конгломерат – продукты эрозии герцинских гор. Одновременно происходило растяжение земной коры, поскольку горный хребет был изостатически нестабилен (это явление называется орогенным коллапсом). В результате растяжения вдоль оси горного хребта образовались впадины и активизировался фельзический вулканизм. Это был первый этап рифтинга между Европой и Африкой. В триасовый период, вследствие повышения уровня моря, восточная окраина Пангеи была затоплена. Существовали мелководные шельфовые и эпиконтинентальные моря, в которых накапливались эвапориты и известняки.

Юрский период

В начале юрского периода (180 млн лет назад) между северной (Северная Америка и Евразия) и южной (Африка и Южная Америка) частями Пангеи начал формироваться узкий океан. Океаническая кора, образовавшаяся в этом процессе, известна как океан Пьемонт-Лигурия. Этот океан обычно рассматривается как западное продолжение океана Тетис. Хотя он напрямую с ним не соединялся, полуостровный фрагмент континентальной коры Африканской плиты, называемый Адриатической плитой, располагался между Африканской и Европейской плитами и участвовал в разделении Тетиса и формировании ранних Альп. Иногда для описания ряда небольших океанических бассейнов, образовавшихся к юго-западу от Европейской плиты, используются названия Альпийский Тетис или Западный океан Тетис, чтобы отличить их от Неотетиса, расположенного на востоке. Поскольку в юрский период уровень моря был высоким, все эти океаны были соединены мелководными морями. На континентах в течение всего мезозоя формировались мелководные морские отложения (известняки). В конце юрского периода микроконтинент Иберия откололся от Европейской плиты, и между ними образовался Валезский океан. Ни океан Пьемонт-Лигурия, ни Валезский океан никогда не были такими большими, как современный Атлантический океан. Они могли быть похожи на зону открытия под Красным морем, продолжающуюся на юг через Африку и формирующую Великую Рифтовую долину. В конечном итоге, по мере развития рифта, новый океан прорежет Восточную Африку, отделив обширный участок суши от основного континента. Когда в конце юрского периода Адриатическая плита начала двигаться к Европейской плите, в Восточных Альпах образовались океанические желоба. В них накапливались глубоководные осадочные породы, такие как радиоляриты и лутиты.

Эо-альпийская фаза в меловом периоде

Различие в движении Европейской и Африканской плит было относительно недолгим. Когда Атлантический океан сформировался между Африкой и Южной Америкой (около 100 миллионов лет назад), Африка начала двигаться в северо-восточном направлении. В результате этого процесса мягкие слои океанических отложений в океанах Альпийской Тетиды сжимались и образовывали складки, медленно поднимаясь вверх. Область Тетисского моря, оказавшаяся между сближающимися континентами Африкой и Евразией, начала сокращаться по мере того, как океаническая кора погружалась под Адриатическую плиту. Огромные силы, действующие в основании континентальной коры, приводили к изгибу и смягчению европейской платформы в горячей мантии. Затем южная (Африканская) часть суши продолжила движение на север примерно на 1000 км. Считается, что медленное складывание и складчатость отложений при их подъеме из глубин первоначально сформировали серию протяженных вулканических островных дуг, ориентированных с востока на запад. Вулканические породы, образовавшиеся в этих островных дугах, встречаются среди офиолитов пенинских настилов. В конце мелового периода произошло первое континентальное столкновение, когда северная часть Адриатической субплиты столкнулась с Европой. Это называется эоальпийской фазой и иногда рассматривается как первая фаза формирования Альп. Часть Адриатической плиты, деформированная в этой фазе, впоследствии образовала австроальпийские настилы и Южные Альпы. В некоторых фрагментах Пьемонт-Лигурийского океана, ныне входящих в состав пенинских настилов, также можно выделить фазу деформации эоальпийского периода. Помимо эоальпийского складчатого и разрывного пояса, другие регионы в крейдовый период все еще находились в морской среде. На южных окраинах Европейского континента в мелководье формировались известняковые отложения, которые впоследствии (в Альпах) вошли в состав гельветических настилов. Одновременно в глубоководных областях Пьемонт-Лигурийского и Валезийского океанов происходило осаждение аноксичных глин. Эти глины впоследствии образовали сланцы Бюнднера из пенинских пород.

Палеоцен и эоцен

Когда океаническая кора Пьемонт-Лигурии полностью субдуцировала под Адриатическую плиту в палеоцене, микроконтинент Брайансон, по некоторым данным фрагмент Иберийской плиты, достиг зоны субдукции. Микроконтинент Брайансон и Валайский океан (с островными дугами) субдуцировали под Адриатическую плиту. В течение эоцена они оставались на глубине около 70 км (45 миль) под поверхностью, достигая эклогитовых фаций и подвергаясь внедрению мигматитов. Этот материал впоследствии сформировал пенинские чехлы, однако значительная часть терраны Брайансон погрузилась глубже в мантию и была утеряна. В то же время на поверхности верхняя кора Адриатической плиты (будущие австроальпийские чехлы) надвинулась на европейскую кору. Это была главная фаза коллизии в процессе формирования Альп.

Олигоцен и миоцен

Когда субдукционная плита откололась (известно как отрыв плит, тяговое воздействие плит) и отвалилась, субдуцированная кора начала подниматься вверх. Это привело к поднятию утолщенной континентальной коры, что в миоцене вызвало растяжение. В случае Альп, растяжение могло происходить только в западном-восточном направлении, поскольку Адриатическая плита продолжала сходиться с юга. В результате образовалась огромная зона надвигов, которая впоследствии стала Периадриатическим швом. В этой зоне также происходил правосторонний сдвиг, вызванный западно-восточным растяжением. За исключением австроальпийского аллохтона, эта зона надвигов развивалась на границе Адриатической и Европейской плит. Центральные части Альп поднялись и впоследствии подверглись эрозии. Так образовались тектонические окна и купола, такие как окно Хохэ Тауэрн. Тем временем фронт надвигов пенинических и австроальпийских чешуй продолжал продвигаться, сдвигая все на своем пути к северу. Под этим давлением развилась плоскость отслоения, по которой происходили надвиги. Материал надвигов сформировал гельветические чешуи. Адриатическая плита начала вращаться против часовой стрелки. Эти области все еще поднимаются до 2,5 мм в год в некоторых районах. Считается, что это в основном связано с изостатическим восстановлением после потери веса из-за таяния ледниковых щитов после последнего ледникового периода, интенсивной эрозии во время оледенения и некоторых процессов в литосфере и мантии. Адриатическая плита, подталкиваемая Африканской плитой, продолжает вращаться против часовой стрелки вокруг оси вблизи Ивреи на северо-западе Италии, субдуцируется в Восточных Альпах и вызывает там тектоническое поднятие (надвиг).

Геологические исследования

Альпы стали первой горной системой, подвергшейся всестороннему изучению геологами, и многие геологические термины, связанные с горами и ледниками, возникли именно там. Термин «Альпы» применяется к горным системам по всему миру, демонстрирующим сходные характеристики.

Геофизика

В 1980-х и 1990-х годах ряд групп начали изучать строение нижней коры методами сейсмологии. Результатом стало создание ряда детальных геологических профилей глубоких структур под Альпами. Комбинирование сейсмических данных с результатами гравиметрических исследований и мантийной томографии позволяет картировать субдуцирующую плиту Европейской плиты. Томография также выявляет более древние, отделившиеся плиты на большей глубине в мантии.