Архейская субдукция
Возможное существование и характер субдукции в архее

Архейская субдукция является спорной темой, касающейся возможного существования и природы субдукции в архее , геологическом эоне, простирающемся от 4,0 до 2,5 миллиардов лет назад. До недавнего времени было мало доказательств, однозначно поддерживающих одну сторону над другой, и в прошлом многие ученые либо верили в неглубокую субдукцию, либо в ее полное отсутствие. Однако последние два десятилетия стали свидетелями потенциального начала изменения в геологическом понимании, поскольку новые доказательства все больше указывают на эпизодическую, неглубокую субдукцию. [1]

Важность архейской субдукции

Субдукция — это процесс, обусловленный плотностью, при котором одна тектоническая плита движется под другой и погружается в мантию на конвергентной границе . Гравитационное притяжение плотных плит обеспечивает приблизительно 90% движущей силы для тектоники плит , [2] и, следовательно, субдукция имеет решающее значение для изменения макета Земли, направляя ее термическую эволюцию [3] и создавая ее композиционную структуру. [1] В частности, зоны субдукции являются основными местами формирования современной континентальной коры , [4] еще одним процессом современной Земли, имеющим загадочное прошлое. Кроме того, субдукция является основным механизмом, посредством которого поверхностные материалы попадают в глубины Земли [5] , а также в значительной степени ответственна за образование руд . [6] Учитывая важность субдукции во многих геологических процессах, очевидно, что изучение ее прошлой и настоящей природы имеет важное значение для развития нашего понимания Земли как динамической системы.

Аргументы против архейской субдукции

Те, кто выступает за несуществующую субдукцию в архее, указывают на устоявшуюся модель, согласно которой архейская Земля была значительно горячее, чем сегодня, что повлияло бы на плотность литосферы таким образом, что, возможно, запретило бы субдукцию. Более высокие температуры архейской Земли можно объяснить высвобождением огромного количества энергии из-за аккреции материала Солнечной системы и последующей дифференциации на ядро ​​и мантию . [1] Эта энергия в сочетании с большей концентрацией теплопроизводящих элементов [7] привела к тому, что в архее Земля была на 200 К горячее, чем сегодня. [3] Если предположить, что расширение морского дна привело к образованию океанической литосферы в архее, более высокие температуры привели к большему плавлению материала мантии, поднимающегося в центрах океанического спрединга. [8] Это, в свою очередь, привело к образованию более толстой океанической коры и более толстых областей подстилающей истощенной литосферной мантии. [8] Таким образом, плотность литосферы была уменьшена как из-за дифференциации коры от мантии, так и из-за последующего относительного обеднения остаточной мантии Fe и Al . [9] Эти ожидаемые свойства привели к предположениям о том, что океаническая литосфера была настолько легкой, что она субдуцировалась очень неглубоко или не субдуцировалась вообще. [10] Ученые, которые поддерживают эту гипотезу, утверждают, что фельзитовый материал образовался в результате частичного плавления утолщенной океанической коры в корневых зонах океанических плато , [11] а не в зонах субдукции, как обычно считается.

Аргументы в пользу архейской субдукции

Сторонники архейской субдукции утверждают, что недавнее моделирование выявило следующие фундаментальные особенности архея, которые, по их мнению, можно использовать для описания того, почему происходила субдукция:

1) Температура мантии действительно была на 200 К выше, чем сегодня. [9]

2) Толщина океанической коры составляла приблизительно 21 км, по сравнению с сегодняшней толщиной в 7 км. [9]

3) Глубина, на которой мантия была частично расплавлена , составила 114 км, по сравнению с 54 км сегодня. [9]

4) Тепловой поток в основание тектонических плит был в 1,3–2,0 раза выше, чем сегодня. [9]

Математические рассуждения, основанные на этих ограничениях, привели к выводу, что охлаждение было достаточным для обеспечения движущей силы субдукции. [9] Фактически, считается, что низкая изгибная жесткость архейских плит, возможно, сделала начало субдукции более легким, чем сегодня. [9] С одной стороны, более низкая плотность океанических плит уменьшила натяжение плиты , но этот эффект, вероятно, был уравновешен расслоением коры низкой плотности , а также прохождением толстой коры через переход эклогита . [9] В дополнение к моделированию были обнаружены геологические свидетельства, которые дополнительно подтверждают существование архейской субдукции. Многие архейские магматические породы показывают обогащение крупноионными литофильными элементами (LILE) по сравнению с элементами с высокой напряженностью поля (HFSE), что является классической характеристикой субдукции, обычно наблюдаемой в породах вулканических дуг . [1] Кроме того, наличие структурных поясов надвигов и парных метаморфических поясов также являются отличительными признаками динамики субдукции и последующих изменений окружающей среды. [1]

Хотя существование архейской субдукции подразумевает, что континентальная кора, вероятно, в какой-то степени образовалась посредством субдукции, это не требует, чтобы субдукция была единственным способом формирования континентальной коры. Таким образом, продолжающиеся дебаты о происхождении континентальной коры не могут быть полностью разрешены только аргументами о субдукции.

Заключение и будущие направления

Хотя тема архейской субдукции долгое время была спорной, появление инновационного моделирования и геологических свидетельств начало склонять часть научного сообщества в пользу существования немелководной, эпизодической субдукции. Двигаясь вперед, реология ранних земных материалов должна быть подчеркнута в будущих исследованиях, поскольку она недостаточно изучена, и, следовательно, динамика субдукции плохо ограничена. [1] Более того, скудность архейских данных требует еще лучшего понимания связей между внутренними частями Земли и ее поверхностными процессами, если мы планируем получить дополнительное представление об архейской субдукции. [1]

Ссылки

  1. ^ abcdefg Ван Хунен, Дж.; Мойен Дж. Ф. (2012). «Архейская субдукция: факт или вымысел?». Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 40 (1): 195–219. Bibcode : 2012AREPS..40..195V. doi : 10.1146/annurev-earth-042711-105255.
  2. ^ Форсайт, Д.; Уеда, С. (1975). «Об относительной важности движущих сил движения плит». Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society . 43 (1): 163–200. Bibcode :1975GeoJ...43..163F. doi : 10.1111/j.1365-246X.1975.tb00631.x .
  3. ^ ab Jaupart, C; Labrosse S; Mareschal JC (2007). «Температуры, тепло и энергия в мантии Земли». Трактат по геофизике : 253–303. Bibcode : 2007mady.book..253J.
  4. ^ Дэвидсон, Дж. П.; Аркулус, Р. Дж. (2006). «Значение фанерозойского дугового магматизма в формировании континентальной коры». Эволюция и дифференциация континентальной коры : 135–172.
  5. ^ R̈upke, LH; Morgan JP; Hort M; Connolly JAD (2004). «Серпентин и водный цикл зоны субдукции». Earth and Planetary Science Letters . 223 (1–2): 17–34. Bibcode : 2004E&PSL.223...17R. doi : 10.1016/j.epsl.2004.04.018.
  6. ^ Бирлейн, Ф.П.; Гровс, Д.И.; Кавуд, П.А. (2009). «Металлогения аккреционных орогенов – связь между литосферными процессами и запасами металлов». Обзоры геологии руд . 36 (4): 282–292. Bibcode : 2009OGRv...36..282B. doi : 10.1016/j.oregeorev.2009.04.002.
  7. ^ Leitch, AM (2004). «Архейская тектоника плит». Американский геофизический союз, весеннее заседание .
  8. ^ ab Sleep, NH; Windley BF (1982). «Архейская тектоника плит: ограничения и выводы». Журнал геологии . 90 (4): 363–379. Bibcode :1982JG.....90..363S. doi :10.1086/628691. S2CID  129466505.
  9. ^ abcdefgh Хайнс, А (2014). «Насколько осуществима была субдукция в архее?». Канадский журнал наук о Земле . 51 (3): 286–296. Bibcode : 2014CaJES..51..286H. doi : 10.1139/cjes-2013-0111.
  10. ^ Эбботт, Д. Х.; Друри Р.; Смит У. Х. Ф. (1994). «Переход от плоского к крутому в стиле субдукции». Геология . 22 (10): 937–940. Bibcode : 1994Geo....22..937A. doi : 10.1130/0091-7613(1994)022<0937:ftstis>2.3.co;2.
  11. ^ Condie, KC (2011). «Образовалась ли ранняя архейская континентальная кора без тектоники плит?». Осеннее заседание Геологического общества Америки . 43 (5).
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Archean_subduction&oldid=1180648361"