Геология Аппалачей: история формирования гор на протяжении 1.2 млрд лет, от столкновения континентов до образования Пангеи. Орогении, осадочные породы.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Геологическое описание Аппалачей
Geologic description of the Appalachian Mountains
Геология Аппалачей насчитывает более 1,2 миллиарда лет и восходит к мезопротерозойской эре, когда два континентальных кратона столкнулись, образовав суперконтинент Родиния за 500 миллионов лет до формирования горного массива в период образования Пангеи. Горные породы, обнаженные в современных Аппалачах, демонстрируют вытянутые пояса складчатых и надвинутых морских осадочных пород, вулканических пород и фрагментов древнего океанического дна – веские свидетельства того, что эти породы были деформированы в результате столкновения литосферных плит. Формирование Аппалачей знаменует собой первое из нескольких столкновений плит, которые завершились образованием Пангеи, при этом Аппалачи и соседние горы Антиатлас (ныне в Марокко) располагались вблизи её центра. Вероятно, эти горные хребты когда-то достигали высот, сопоставимых с Альпами и Скалистыми горами, прежде чем подверглись эрозии.
The geology of the Appalachians dates back more than 1.2 billion years to the Mesoproterozoic era when two continental cratons collided to form the supercontinent Rodinia, 500 million years prior to the development of the range during the formation of Pangea. The rocks exposed in today's Appalachian Mountains reveal elongate belts of folded and thrust faulted marine sedimentary rocks, volcanic rocks, and slivers of ancient ocean floor—strong evidences that these rocks were deformed during plate collision. The birth of the Appalachian ranges marks the first of several mountain building plate collisions that culminated in the construction of Pangea with the Appalachians and neighboring Anti Atlas mountains (now in Morocco) near the center. These mountain ranges likely once reached elevations similar to those of the Alps and the Rocky Mountains before they were eroded.
Обзор
Аппалачские горы сформировались в результате серии горообразовательных событий за последние 1,2 миллиарда лет:
The Appalachian Mountains formed through a series of mountain building events over the last 1.2 billion years:
Гренвильская орогенезия началась 1250 миллионов лет назад (Ma) и продолжалась 270 миллионов лет. Таконическая орогенезия началась 450 миллионов лет назад (Ma) и продолжалась 10 миллионов лет. Акадская орогенезия началась 375 миллионов лет назад (Ma) и продолжалась 50 миллионов лет. Аллеганская орогенезия началась 325 миллионов лет назад (Ma) и продолжалась 65 миллионов лет.
The Grenville orogeny began 1250 million years ago (Ma) and lasted for 270 million years. The Taconic orogeny began 450 Ma and lasted for 10 million years. The Acadian orogeny began 375 Ma and lasted 50 million years. The Alleghanian orogeny began 325 Ma and lasted 65 million years.
Гренвилльская орогенезия
Первое тектоническое столкновение плит, положившее начало формированию современных Аппалачских гор, произошло в мезопротерозойскую эру не менее одного миллиарда лет назад, когда до-североамериканский кратон, известный как Лаврентия, столкнулся с другими континентальными сегментами, в частности с Амазонией. Примерно в это же время столкнулись и все остальные кратоны Земли, образовав суперконтинент Родиния, который был окружен единым океаном. Горное строительство, известное как Гренвильский орогенез, происходило вдоль границ кратонов. В современных Аппалачских горах есть по крайней мере два региона, сложенных горными породами, образовавшимися в ходе этого орогенеза: Голубые горы и Адирондакские горы.
The first mountain building tectonic plate collision that initiated the construction of what are today the Appalachian Mountains occurred during the Mesoproterozoic era at least one billion years ago when the pre North American craton called Laurentia collided with other continental segments, notably Amazonia. All the other cratons of the Earth also collided at about this time to form the supercontinent Rodinia and were surrounded by one single ocean. Mountain building referred to as the Grenville orogeny occurred along the boundaries of the cratons. The present Appalachian Mountains have at least two areas which are made from rock formations that were formed during this orogeny: the Blue Ridge Mountains and the Adirondacks.
Разделение Родинии
После оргенеза Гренвиля направление дрейфа континентов изменилось, и Родина начала распадаться. Горы, образовавшиеся в гренвильский период, подверглись эрозии под воздействием выветривания, оледенения и других природных процессов, что привело к выравниванию ландшафта. Эродированные осадочные породы этих гор способствовали формированию осадочных бассейнов и долин. Например, на территории современной южной части Соединенных Штатов образовался бассейн Окои. Бассейн заполнился морской водой. Реки с окружающих территорий несли в бассейн глину, ил, песок и гравий, подобно тому, как сегодня реки переносят осадочные породы из центральной части континента в Мексиканский залив. Осадок распространялся слоями по дну бассейна. Бассейн продолжал опускаться, и в течение длительного периода времени, вероятно, миллионов лет, накопился значительный слой осадков. В конечном итоге тектонические силы, раздвигающие два континента, стали настолько мощными, что у восточного побережья Лаврентийского края образовался океан Япетус. Скалы провинции Долина и Хребет формировались миллионы лет в Япете. Раковины и другие твердые части древних морских растений и животных накапливались, образуя известковые отложения, которые впоследствии превратились в известняк. Этот процесс аналогичен образованию известняка в современных океанах. Выветривание известняка, обнаженного на поверхности земли, приводит к образованию богатых известью почв, широко распространенных на плодородных сельскохозяйственных угодьях провинции Долина и Хребет. Свидетельства подповерхностной активности (дики и силлы, внедряющиеся в вышележащие породы) также присутствуют в Голубом хребте. Например, вдоль разлома Фрис в центральной части Блю-Ридж в округе Монтгомери, штат Вирджиния, были обнаружены мафические породы.
After the Grenville orogeny, the direction of the continental drift reversed, and Rodinia began to break up. The mountains formed during the Grenvillian era underwent erosion from weathering, glaciation, and other natural processes, resulting in the leveling of the landscape. The eroded sediments from these mountains contributed to the formation of sedimentary basins and valleys. For example, in the what is now the southern United States, the Ocoee basin was formed. Seawater filled the basin. Rivers from the surrounding countryside carried clay, silt, sand, and gravel to the basin, much as rivers today carry sediment from the midcontinent region to the Gulf of Mexico. The sediment spread out in layers on the basin floor. The basin continued to subside, and over a long period of time, probably millions of years, a great thickness of sediment accumulated. Eventually, the tectonic forces pulling the two continents apart became so strong that the Iapetus Ocean formed off the eastern coast of the Laurentian margin. The rocks of the Valley and Ridge province formed over millions of years, in the Iapetus. Shells and other hard parts of ancient marine plants and animals accumulated to form limey deposits that later became limestone. This is the same process by which limestone forms in modern oceans. The weathering of limestone exposed at the land surface produces the lime rich soils that are so prevalent in the fertile farmland of the Valley and Ridge province. Evidence of subsurface activity (dikes and sills intruding into the overlying rock) is present in the Blue Ridge as well. For instance, mafic rocks have been found along the Fries Fault in the central Blue Ridge area of Montgomery County, Virginia.
Палеозойская эра
В начале палеозоя континент, впоследствии ставший Северной Америкой, располагался на экваторе. Регион Аппалачей представлял собой пассивный край плиты, аналогичный современной провинции Атлантической прибрежной равнине. В течение этого периода регион периодически погружался под мелководные моря. При затоплении региона на дне мелководья отлагались мощные слои осадочных пород и карбонатов. При отступлении морей преобладали наземные осадочные отложения и эрозия. В среднем ордовике (около 458-470 миллионов лет назад) изменение движения плит подготовило условия для первого палеозойского горообразовательного события (таконического орогенеза) в Северной Америке. Прежде спокойный пассивный край Аппалачей превратился в очень активную границу плит, когда соседняя океаническая кора, Япетус, столкнулась и начала погружаться под североамериканский кратон. С образованием этой новой зоны субдукции появились ранние Аппалачи. Поднятие активизировало речную сеть, которая быстро отреагировала, врезаясь в древний фундамент. Некоторые реки текли вдоль слабых слоев, определяющих складки и разломы, образовавшиеся много миллионов лет назад. Другие реки врезались так быстро, что прорезали устойчивые слои горных пород в ядре гор, формируя каньоны сквозь слои пород и геологические структуры. Северо-западный борт бассейна представляет собой широкую гомоклизу, плавно наклоненную к юго-востоку от Арки Цинциннати. Сложный террейн, сложенный сбросами и складками (Аппалачский складчато-надвиговой пояс или Восточный надвиговой пояс), сформировавшийся в конце палеозоя в результате аллеганского орогенеза, характеризует восточный борт бассейна. Метаморфические и магматические породы пояса Синих гор, ограничивающего восточную часть Аппалачского бассейна, были надвинуты на запад более чем на 150 миль (241 км) на нижнепалеозойские осадочные породы. Открытие нефти в 1859 году на скважине Дрейка в округе Венанго, штат Пенсильвания, ознаменовало начало нефтегазовой промышленности в Аппалачском бассейне. Открывающая скважина открыла продуктивную тенденцию нефтегазовых месторождений, извлекаемых из песчаников верхнего девона, миссисипского и пенсильванского возраста, которые простираются от южного Нью-Йорка через западную Пенсильванию, центральную Западную Вирджинию и восточный Огайо до восточного Кентукки. Провинция Синих гор занимает часть восьми штатов от центральной Алабамы до южной Пенсильвании. Вдоль своего западного края Синие горы надвинуты на сложенный и разломленный край Аппалачского бассейна, так что широкий сегмент палеозойских слоев простирается на восток на десятки миль, погребенный под этими почти горизонтальными кристаллическими надвигами. На поверхности Синие горы состоят из горной и холмистой местности, основным компонентом которой являются Синие горы, простирающиеся от Джорджии до Пенсильвании. Поверхностные породы в основном состоят из ядра кристаллических метаморфических или магматических пород средней и высокой степени метаморфизма, которые благодаря своей превосходной устойчивости к выветриванию и эрозии обычно возвышаются над прилегающими областями низкосортных метаморфических и осадочных пород. Провинция ограничена с севера и запада палеозойскими слоями Аппалачского бассейна, а с юга – меловыми и более молодыми осадочными породами Прибрежной равнины залива. На востоке она ограничена метаморфическими и осадочными породами провинции Пьемонт. Провинции Адирондак и Новая Англия включают осадочные, метаосадочные и плутонические магматические породы, в основном кембрийского и ордовикского возраста, литологически сходные с породами провинций Синих гор и Пьемонт на юге. Поднятые, почти округлые горы Адирондак состоят из ядра древних докембрийских пород, окруженных перевернутыми кембрийскими и ордовикскими осадочными породами.
During the earliest part of the Paleozoic, 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 shallow seas. Thick layers of sediment and carbonate rock were deposited on the shallow sea bottom when the region was submerged. When seas receded, terrestrial sedimentary deposits and erosion dominated. During the middle Ordovician (about 458 470 million years ago), a change in plate motions set the stage for the first Paleozoic mountain building event (Taconic orogeny) in North America. The once quiet Appalachian passive margin changed to a very active plate boundary when a neighboring oceanic crust, the Iapetus, collided with and began sinking beneath the North American craton. With the creation of this new subduction zone, the early Appalachians were born. Uplift rejuvenated the streams, which rapidly responded by cutting downward into the ancient bedrock. Some streams flowed along weak layers that define the folds and faults created many millions of years earlier. Other streams downcut so rapidly that they cut right across the resistant folded rocks of the mountain core, carving canyons across rock layers and geologic structures. The northwestern flank of the basin is a broad homocline that dips gently southeastward off the Cincinnati Arch. A complexly thrust faulted and folded terrane (Appalachian Fold and Thrust Belt or Eastern Overthrust Belt), formed at the end of the Paleozoic by the Alleghanian orogeny, characterizes the eastern flank of the basin. Metamorphic and igneous rocks of the Blue Ridge Thrust Belt that bounds the eastern part of the Appalachian Basin Province were thrust westward more than 150 mile (241 km) over lower Paleozoic sedimentary rocks. Discovery of oil in 1859 in the Drake Well, Venango County, Pennsylvania, marked the beginning of the oil and gas industry in the Appalachian Basin. The discovery well opened a prolific trend of oil and gas fields, producing from upper Devonian, Mississippian, and Pennsylvanian sandstone reservoirs that extend from southern New York, across western Pennsylvania, central West Virginia, and eastern Ohio, to eastern Kentucky. The Blue Ridge Thrust Belt Province underlies parts of eight states from central Alabama to southern Pennsylvania. Along its western margin, the Blue Ridge is thrust over the folded and faulted margin of the Appalachian basin, so that a broad segment of Paleozoic strata extends eastward for tens of miles, buried beneath these subhorizontal crystalline thrust sheets. At the surface, the Blue Ridge consists of a mountainous to hilly region, the main component of which are the Blue Ridge Mountains that extend from Georgia to Pennsylvania. Surface rocks consist mainly of a core of moderate to high rank crystalline metamorphic or igneous rocks which, because of their superior resistance to weathering and erosion, commonly rise above the adjacent areas of low grade metamorphic and sedimentary rock. The province is bounded on the north and west by the Paleozoic strata of the Appalachian Basin and on the south by Cretaceous and younger sedimentary rocks of the Gulf Coastal Plain. It is bounded on the east by metamorphic and sedimentary rocks of the Piedmont Province. The Adirondack and New England Provinces include sedimentary, meta sedimentary, and plutonic igneous rocks, mainly of Cambrian and Ordovician age, similar lithologically to rocks in the Blue Ridge and Piedmont Provinces to the south. The uplifted, nearly circular Adirondack Mountains consist of a core of ancient Precambrian rocks that are surrounded by upturned Cambrian and Ordovician sedimentary rocks.