Введение

Явление, при котором горы могут образовываться на границах сходящихся тектонических плит. Общий контекст.

В геологии континентальное столкновение – это явление тектоники плит, происходящее на конвергентных границах. Континентальное столкновение является разновидностью фундаментального процесса субдукции, в ходе которого зона субдукции разрушается, формируются горы и два континента срастаются. Континентальные столкновения, насколько известно, происходят только на Земле. Столкновение континентов – это не мгновенное событие, а процесс, который может занимать несколько десятков миллионов лет, прежде чем прекратятся разломы и складчатость, вызванные столкновением. Столкновение Индии и Азии продолжается около 50 миллионов лет и не демонстрирует признаков ослабления. Столкновение между Восточной и Западной Гондваной, приведшее к образованию Восточно-Африканского орогена, заняло около 100 миллионов лет – от начала (610 млн лет назад) до конца (510 млн лет назад). Столкновение Гондваны и Лавразии, в результате которого образовалась Пангея, произошло в относительно короткий промежуток времени, около 50 миллионов лет.

Зона субдукции: место столкновения

Процесс начинается, когда два континента (различные блоки континентальной коры), разделенные участком океана (и океанической коры), сближаются, а океаническая кора медленно поглощается в зоне субдукции. Зона субдукции протягивается вдоль края одного из континентов и погружается под него, вызывая поднятие вулканических горных цепей на некотором расстоянии, как, например, Анды в Южной Америке сегодня. Субдукция затрагивает всю литосферу, плотность которой в значительной степени определяется составом ее коры. Океаническая кора тонкая (~6 км) и плотная (около 3,3 г/см³), состоящая из базальта, габбро и перидотита. Поэтому большая часть океанической коры легко субдуцируется в океанической впадине. В отличие от нее, континентальная кора толстая (~45 км) и обладает плавучестью, в основном состоит из гранитных пород (средняя плотность около 2,5 г/см³). Субдукция континентальной коры затруднена, но она может опускаться на глубину 90–150 км и более, что подтверждается метаморфическими комплексами ультравысокого давления (UHP). Нормальная субдукция продолжается до тех пор, пока существует океан, но система субдукции нарушается, когда континент, уносимый опускающейся плитой, входит в впадину. Поскольку он содержит толстую континентальную кору, эта литосфера менее плотная, чем нижележащая астеносферная мантия, и нормальная субдукция прекращается. Вулканическая дуга на налегающей плите постепенно угасает. Сопротивляясь субдукции, кора изгибается и опускается, образуя горы на месте бывшей впадины. Положение впадины становится зоной, отмечающей сшивание между двумя континентальными блоками. Зоны сшивания часто характеризуются фрагментами ранее существовавшей океанической коры и мантийных пород, известных как офиолиты.

Глубокая субдукция континентальной коры

Континентальная кора на опускающейся плите глубоко субдуцируется как часть этой плиты во время коллизии, определяемой как плавучая кора, входящая в зону субдукции. Неизвестная доля субдуцированной континентальной коры возвращается на поверхность в виде метаморфических областей сверхвысокого давления (UHP), содержащих метаморфический коэзит и/или алмаз, а также, возможно, необычные гранаты, богатые кремнием, и/или пироксены, содержащие калий. Присутствие этих минералов свидетельствует о субдукции континентальной коры на глубину не менее 90–140 км. Примеры UHP-областей известны из пояса Даби-Сулу в восточно-центральном Китае, Западных Альп, Гималаев (Индия), массива Кокчетау (Казахстан), Богемского массива (Европа), Северного Кайдама (северо-западный Китай), Западной гнейсовой области (Норвегия) и Мали. Большинство UHP-областей состоят из наслоенных плит или чешуй. Тот факт, что большинство UHP-областей представлены тонкими плитами, указывает на то, что гораздо более мощные и объемно преобладающие участки континентальной коры субдуцируются на большую глубину.

Орогенез и коллапс

Орогенез начинается, когда в зоне столкновения начинают расти горы. Существуют и другие механизмы формирования гор и орогенеза, но континентальное столкновение, безусловно, является одним из наиболее важных. По мере поднятия гор увеличивается количество осадков в виде дождя и снега, возможно, со скоростью в несколько миллиметров в год (при скорости роста 1 мм/год гора высотой 5000 м может сформироваться за 5 миллионов лет – период, составляющий менее 10% от продолжительности жизни типичной зоны столкновения). На самых высоких вершинах могут формироваться ледники. По мере поднятия гор ускоряется эрозия, и большие объемы осадочного материала сбрасываются в реки, которые уносят его с гор и откладывают в осадочные бассейны в окружающих низменностях. Породы коры надвигаются на осадочные отложения, а горный пояс расширяется по мере увеличения высоты. В соответствии с изостазией развивается также корневая часть коры; горы могут быть высокими, если подстилаются более толстой корой. Утолщение коры может происходить в результате укорочения коры или когда одна кора наезжает на другую. Утолщение сопровождается нагревом, поэтому кора становится слабее по мере утолщения. Нижняя кора начинает течь и проваливаться под растущей массой гор, образуя рифты вблизи гребня горного хребта. Нижняя кора может частично расплавляться, образуя анатектические граниты, которые затем поднимаются в вышележащие слои, формируя гранитные интрузии. Утолщение коры обеспечивает одну из двух отрицательных обратных связей, ограничивающих рост гор в зонах столкновения; другая – эрозия. Распространенное представление о том, что эрозия ответственна за разрушение гор, лишь отчасти верно – вязкий поток слабой нижней мантии также со временем уменьшает рельеф, особенно после завершения столкновения и полного сшивания двух континентов. Сближение континентов продолжается, поскольку кора все еще притягивается вниз погружающейся в зону субдукции океанической литосферой с обеих сторон столкновения, а также под наталкивающийся континент. Скорость горообразования, связанного со столкновением, измеряется радиометрическим датированием магматических пород или слоев, подвергшихся метаморфизму во время столкновения, а также изучением отложений, смываемых с растущих гор в окружающие бассейны. Скорость древнего сближения можно определить с помощью палеомагнитных измерений, а современную скорость сближения – с помощью GPS.

Эффекты дальнего поля

Последствия столкновения ощущаются далеко за пределами непосредственного места столкновения и горообразования. По мере продолжения схождения двух континентов, область утолщения и поднятия коры будет расширяться. Если рядом имеется незакреплённый океанический край, прилегающие блоки коры могут смещаться к нему. Например, столкновение Индии с Азией привело к перемещению обширных участков коры на юг, сформировав современную Юго-Восточную Азию. Другой пример – столкновение Аравии с Азией, которое сжимает Анатолийскую плиту (современная Турция). В результате Турция движется на запад и юг в сторону Средиземного моря, удаляясь от зоны столкновения. Эти эффекты, проявляющиеся на значительном удалении, могут приводить к образованию рифтов и рифтовых долин, таких как долина, занятая озером Байкал – самым глубоким озером на Земле.

Зона столкновения ископаемых

Столкновения континентов — важнейшая часть цикла суперконтинентов, и они происходили неоднократно в прошлом. Древние зоны столкновений глубоко эродированы, но всё ещё могут быть идентифицированы, поскольку они отмечают участки интенсивной деформации, метаморфизма и плутонической активности, разделяющие области континентальной коры с различной геологической историей, предшествующей столкновению. Геологи обычно называют старые зоны столкновений "зонами сцепления", так как именно в них два ранее существовавших континента были соединены или сцелены вместе.