CC BY
25
УДК 551.24.031
HA. Божко1
ТЕКТОНИЧЕСКАЯ УНАСЛЕДОВАННОСТЬ И ПРЕДОПРЕДЕЛЕННОСТЬ В ХОДЕ СУПЕРКОНТИНЕНТАЛЬНОЙ ЦИКЛИЧНОСТИ
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»,
119991, Москва, ГСП-1, Ленинские Горы, 1
Lomonosov Moscow State University, 119991, GSP-1, Leninskiye Gory, 1
На основании анализа результатов современных отечественных, зарубежных и авторских исследований рассматриваются проблемы тектонической унаследованности в ходе суперконтинентальной цикличности, Приводятся примеры в виде неоднократных проявлений циклов Вильсона в пределах конкретных зон, палеомагнитные данные о сходстве реконструкций разновозрастных суперконтинентов. Показаны глубинные, предопределяющие причины такой унаследованности, заключающиеся в существовании ослабленных зон литосферной мантии, контролирующие процессы формирования и распада суперконтинентов.
Ключевые слова: тектоническая унаследованность, предопределенность, суперконтинентальная цикличность, цикл Вильсона, палеомагнитные реконструкции, сборка и распад суперконтинентов, литосферная мантия, гранулитовые пояса.
On the basis of the analysis of the results of modern domestic, foreign and author's research, the problems of tectonic inheritance in the course of supercontinental cyclicity are considered, examples of it in the form of repeated manifestations of Wilson cycles within a specific zones, paleomagnetic data on the similarity of reconstructions of supercontinents of different ages are given. The deep, predetermining causes of this inheritance, consisting in the existence of weakened zones of the lithospheric mantle, controlling the processes of formation and decay of supercontinents, are shown.
Key words: tectonic inheritance, predetermination, supercontinental cyclicity, Wilson cycle, paleomagnetic reconstractions, agglomeration and break-up supercontinents, lithospheric mantle, granulite belts.
Введение. Современное состояние геотектоники характеризуется признанием того, что Пангея — самый молодой суперконтинент, соединявший в себе все континентальные блоки, история Земли определяется сборкой и разборкой нескольких суперконтинентов. Число их дискутируется, но в настоящее время можно говорить о нескольких «общепринятых» суперконтинентах, которые формировались в последние 3 млрд лет. Это суперконтинент Кенорлендия (Кенорленд), образовавшийся в конце архея, выделенный ранее как Пангея-0 [Хаин, Божко, 1988], суперконтиненты Колумбия (Пангея-1) (~1,8 млрд лет), Родиния (~1 млрд лет), Паннотия (~0,6 млрд лет) и Пангея (~0,32 млрд лет).
Вместе с тем, согласно разработанной автором суперконтинентальной цикличности с периодом 400 млн лет (рис. 1), кроме названных предполагается существование еще двух протерозойских суперконтинентов — Ятулия (~2,3 млрд лет) и Готия (~1, 5 млрд лет) [Божко, 2009]. Несмотря на разногласия о числе суперконтинентов в истории Земли, есть основания считать свершившимся фактом обособление в настоящее время суперконтинентальной тектоники в виде самостоятельного
научного направления. Суперконтинентальная тектоника как самостоятельная дисциплина имеет и свои особые проблемы. Так, принципиально ответить на такой вопрос: испытывают ли фрагменты континентальной коры, образовавшиеся после распада суперконтинента произвольные, хаотические перемещения по поверхности Земли до того, как соединиться в новый суперконтинент, или эти события происходят закономерно на фоне относительно устойчивого структурного плана Земли.
На мой взгляд, результаты последних многочисленных исследований свидетельствуют о том, что эти процессы происходят со значительным влиянием тектонической унаследованности и предопределенности.
Тектоническая унаследованность. К числу наиболее весомых аргументов в пользу ее существования относятся следующие.
Неоднократное проявление циклов Вильсона (открытий и закрытий океанов) вдоль одного и того же структурного направления. Циклы Вильсона, отражающие эволюцию конкретных океанов представляют собой составные части Суперконтинентального цикла [Божко, 2009], в котором сборка и распад суперконтинента осуществляются
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра динамической геологии, профессор, докт. геол.-минер. н.; e-mail: [email protected]
Суперконтинент - суперокеан
кульминация
90 млн лет агломерация / (слияние) /
-ж- ЦИКЛ
| 400 млн лет
165 млн лет I
1конвергенция \ (сборка)
континенты и океаны
Рис. 1. Суперконтинентальный цикл 400 млн лет
в возрастных интервалах соответствующих стадий и фаз неодноактно и включают последовательную эволюцию отдельных океанов. Повторное проявление таких циклов вдоль одних и тех же глобальных зон свидетельствует об унаследованном характере процесса.
Яркий пример такой унаследованности — тектоническая эволюция восточной континентальной окраины Северной Америки (рис. 2), где в одной и той же полосе субмеридионального направления прошли два полных цикла Вильсона и продолжается развитие третьего. Эволюция мезопротерозойского океана Уранус завершилось формированием Гренвильского гранулитового пояса около 1000 млн лет назад (л. н.), связанного с формированием суперконтинента Родиния. Замыкание палеозойского океана Япетус, заложенного на гренвильском фундаменте, привело к образованию Аппалачского орогена, параллельного Гренвильскому поясу, и суперконтинента
Пангея. Раскрытие Атлантического океана в мезозое, соответствующее началу третьего суперконтинентального цикла, произошло по этому же плану. В таком ключе эволюцию этого региона рассматривали ряд исследователей [Wilson, 1966; Williams et al., 1999; Thomas, 2006; Божко, 2007; Parry, 2013; Meert, 2014].
Явление неоднократных открытий и закрытий океанических бассейнов вдоль зоны, совпадающей с современной континентальной окраиной, было названо Г. Вильямсом [Williams, 1999] «аккордеонным эффектом», а геологами Ньюфаунленда — аккордеонной тектоникой. Смысл термина «аккордеонная тектоника» заключается в постоянстве пространственного расположения зон растяжения и сжатия рифтогенных структур, включая вторичные океаны. Близка по своему содержанию предложенная учеными Китая концепция тектоники открытия и закрытия («open-and-close tectonics») [Jiang, 1996].
Процесс повторных раскрытий океанов в одной зоне не приводит к полному восстановлению конфигурации предыдущего пояса, что находит отражение в поперечной зональности рассматриваемых зон, где каждый пояс расположен на периферии предыдущего и обнаруживает тенденцию к смещению после каждого цикла в определенном направлении.
Подобный стиль тектонического развития отмечается и в других местах. Его иллюстрация — существование океанов Прототетис, Палеотетис и Неотетис в истории Средиземноморского полициклического межконтинентального подвижного пояса. Здесь можно выделить по крайней мере два повторных океанических раскрытия, разделенных периодом существования Пангеи, — в позднем протерозое—палеозое и в мезозое—кайнозое [Keppie et al., 2003; Божко, 2009]. Раскрытиям современной Южной Атлантики и Индийского
Рис. 2. Главные тектонические элементы Атлантической окраины Канады, по [Williams et al., 1999] с упрощениями
океана предшествовало существование в ри-фее—венде океанов Адамастор и Мозамбикского соответственно, завершившихся формированием позднедокембрийских подвижных поясов, связанных с образованием суперконтинента Паннотия [Божко, 2007].
Эволюция гранулито-гнейсовых поясов. Другое свидетельство проявления унаследованности в ходе суперконтинентальной цикличности — полиметаморфическая эволюция гранулито-гнейсовых поясов. Гранулито-гнейсовые (гранулитовые) пояса — протяженные и широкие зоны, распространенные на всех континентах, сложенные породами гранулитовой и высокой степени амфиболитовой фации и несущие в себе важную геодинамическую информацию [Божко, 2007, 2018].
По тектонической природе — это глубоко эродированные коллизионные пояса [Наг1еу, Carswel, 2005]. Для их образования наиболее обоснована коллизионная модель континент-континент гималайского типа. Она предполагает тектоническое скучивание и переутолщение коры вплоть до сдваивания ее мощности (60—80 км), что сопровождается гранулитовым метаморфизмом части погруженных пород. Из этого следует, что если в одном и том же поясе устанавлено несколько этапов гранулитового метаморфизма, разделенных длительными интервалами в сотни миллионов лет, то можно предполагать, что эволюция этого пояса носит унаследованный характер, отмечена неоднократными коллизионными событиями и, соответственно, предшествующими океаническими раскрытиями. Именно такая картина вы-
рисовывается в результате анализа эволюции гра-нулито-гнейсовых поясов, важной отличительной особенностью которых является полицикличность структурно-метаморфических преобразований (таблица).
Гранулитовые пояса в значительной степени контролировали сборку и распад суперконтинентов. Об этом свидетельствует приуроченность большей части из них к окраинам современных молодых океанов (Мозамбикский пояс Восточной Африки и его продолжение — центральная часть Земли Королевы Мод в Восточной Антарктиде, Приатлантический пояс Южной Америки, Восточ-но-Гатский пояс Индии, Гренвильский пояс Северной Америки). Распад Пангеи, таким образом, проходил вдоль указанных гранулитовых поясов.
Мезопротерозойский Гренвильский грану-литовый пояс контролировал раскрытие палеозойского океана Япетус и Северной Атлантики, неопротерозойский океан Адамастор в Южной Америке возник вдоль палеопротерозойского гранулитового пояса Рибейра, палеопротерозойский гранулитовый пояс контролировал сборку и распад древнего мегаконтинента Атлантика. Следовательно, история развития полиметаморфических гранулито-гнейсовых поясов свидетельствует о тектонической унаследованности на уровне межконтинентальных коллизий и о контролирующей роли этих структур в суперконтинентальной цикличности.
Данные палеомагнетизма, Уже из сказанного можно предположить, что расположение континентов в суперконтинентальных реконструкци-
Полицикличность континентально-коллизионных гранулито-гнейсовых поясов по [Божко, 2018] с сокращениями
Название пояса Эпохи межконтинентальных коллизий и сопутствующего гранулитового метаморфизма, млн лет
мезоархей неоархей палеопротерозой мезопротерозой неопротерозой
Гренвильский 2640 1650 1080-980 1520-1460
Беломорско-Лапландский ~2700
Приазовский 3450 2900-2800 2300-2200
Побужский 3400-365 2800 2060-2000 2380-2500
Шарыжалгайский 2600 1880-1850
Джугджуро-Становой 2830-2850 2600-2650 1935
Транссеверо-Китайский ~2500 ~ 1800
Восточно-Гатский 3000 1200-950 500-600
Итабуна—Сальвадор—Курака 2675 2086
Рибейра (Атлантический) 2000-1900 610-490
Южно-Камерунский 2900 2050 600
Убендийский 1830-1820 1180-1090 600-570
Лимпопо 3200-3100 ~2650-2520 ~2000
Мозамбикский 2654-2598 ~1000 640-550
Земли Королевы Мод 1090-1030 565-530
Масгрейв 1230-1150 1540
ях разного возраста должно характеризоваться определенным сходством. Единственный метод получения палеореконструкций — палеомагнит-ный. В последние десятилетия точка зрения об определенной упорядоченности при сборке суперконтинентов среди палеомагнитологов наиболее последовательно и неизменно отстаивается, пожалуй, только Дж. Пайпером. Свои взгляды о том, что суперконтиненты не хаотические агломераты континентальной коры, он изложил в ряде статей, например в [Piper, 2000], выделив при этом протерозойский суперконтинент Палеопангея. В то же время в работах многих палеомагнитологов, допускающих свободные перемещения континентальных фрагментов при образовании суперконтинентов, описаны значительно отличающиеся реконструциии.
В этом отношении знаковым событием, на мой взгляд, стало появление работы известного палеомагнитолога Дж. Мирта [Meert, 2014], отметившего весьма значительное сходство между реконструкциями Колумбии, Родинии и Пангеи (рис. 3). При этом указанный автор выделяет три группы континентальных фрагментов, участвовавших в этих суперконтинентах, употребляя образные термины. Фрагменты, сохраняющие почти идеально подобие геометрических форм, на всех
реконструкциях названы термином «странные центры притяжения» («strange attractors»). Такую группу образуют Балтика, Лаврентия и Сибирь, а также элементы Восточной Гондваны: Индия, Австралия, Антарктида, Мадагаскар. Блоки Западной Гондваны на реконструкциях Колумбии, Родинии и Пангеи занимают более свободные позиции. Относительно небольшие континентальные массы (Южный Китай, Северный Китай, Калахари, Тарим находятся на этих реконструкциях в разных местах и только для них допускаются произвольные перемещения. Приведенные данные в указанной статье свидетельствуют в пользу унаследованного характера суперконтинентальной цикличности.
Предопределенность (детерминированность) тектонической унаследованности. Встает естественный вопрос: существуют ли факторы, предопределяющие указанную тектоническую унасле-дованность или это явление не детерминировано? Тектоническая унаследованность существует только в коре или она является отражением глубинной структуры литосферы?
Вопросы предопределенности поднимались мной еще в 1970-х гг. [Божко, 1975] применительно к локализации континентального риф-тогенеза. Было отмечено, что континентальные
^ Родиния [Li et al., 2008|
Орогенические пояса
Рис. 3. Сибирь, Балтика и Лаврентия в суперконтинентах Колумбия, Родиния и Пангея, по [МееЛ, 2014] с упрощениями
рифты закладываются на субстрате докембрийских мобильных поясов или параллельно им, рифты строго избегают стабильных элементов земной коры, таких, как архейские кратоны. Тектонический контроль приуроченности континентального рифтогенеза и пассивных окраин к древним структурным элементам подтвержден в ряде современных исследований [Piper, 2000; Katumwehe et al., 2015; Misra, Mukherjee, 2015; Smets et al., 2016]. Предопределяющая роль гранулито-гнейсовых поясов в сборке и распаде суперконтинентов была отмечена выше.
Последние детальные работы выявили глубинный контроль этих явлений унаследованности не только коровыми структурами, но ослабленными зонами в литосферной мантии.
Происхождение этих зон связано с ориентировкой кристаллов и агрегатов оливина, составляющего до 70% в составе мантии, что вызывает крупномасштабную механическую и сейсмическую анизотропию. Определенная ориентировка в кристаллической решетке оливина приводит к образованию ослабленных зон размягчения вещества мантии, благоприятных для возникновения зон рифтогенеза и последующего распада суперконтинентов [Tommasi,Vauchez, 2001].
Детальные исследования [Thomas, 2006] подтвердили эту тектоническую унаследованность и выявили роль трансформных разломов в ее проявлении. Трансформные разломы обнаруживают устойчивую унаследованность во всех указанных циклах Вильсона, выступая как главные контролирующие структуры на континентальных окраинах при сборке и распаде суперконтинентов. При этом выявлено, что литосфера вдоль трансформных разломов обладает особыми свойствами и ослаблена. В ее строении присутствуют ориентировки сейсмической анизотропии, параллельные трансформным разломам и соответствующие зонам сдвиговых деформаций. Следовательно, динамика трансформных разломов предопределяется литосферной мантией, а учитывая их роль в тектонической унаследованности, можно сказать, что в итоге и последняя предопределяется глубинными процессами.
К близким результатам привело глобальное высокоточное картирование по специальной методике эффективной мощности упругой литосферы на континентах, выполненное П. Одэ и Р. Берг-манном [Audet, Bürgmann, 2011]. Ими дана оценка анизотропии в эффективной мощности упругой литосферы и установлено, что жесткость литосферы распределяется по разным направлениям. Показано, что механически ослабленные зоны
совпадают с крупными градиентами мощности упругой литосферы и тектоническими границами и что во время суперконтинентального цикла напряжение концентрируется в ранее существовавших ослабленных зонах.
В этом контексте рассматривается роль сред-нелитосферной границы, глубина которой влияет на эволюцию континентов после их образования [КагаЬ et а1., 2015].
Глубинные корни суперконтинентальной унаследованности отражены в результататах высокопрецизионных исследований [^а1еп et а1., 2015] крупнейшей магматической Центрально-Атлантической провинции, возраст которой совпадает с распадом Пангеи. Установлено, что особенности магматизма в ней определяются различиями тектонической эволюции отдельных сегментов, что в свою очередь связано с числом субдукций, которое испытали эти сегменты в процессе их формирования. Это объясняется тем, что согласно геохимическим данным источником магматизма в ней служит материал верхней мантии, модифицированный процессами метасоматизма во время субдукции. При формировании Пангеи Северные Аппалачи испытали больше субдукций в процессе таконской и акадской орогений, чем южные, где проявилась лишь аллеганская орогения, что отразилось в различных субдукционных метках мантийного источника и составе вулканитов. В то же время указанное различие определило характер и время распада Пангеи. Процесс деструкции континентальной коры на юге начался раньше, чем на севере. Указанные авторы продолжают эту линию унаследованности ко времени формирования Родинии, вскрывая глубинную природу суперконтинентальной унаследованности. Возможно, определенную роль играют также еще малоисследованные космические и ротационные факторы [Панкуль, 1968: Хаин, Божко,1988], однако эти вопросы требуют отдельного самостоятельного рассмотрения.
Выводы. 1. Приведенные данные далеко не исчерпывают ход сложнейшего суперконтинентального процесса, но свидетельствуют о том, что суперконтинентальная цикличность развивалась на фоне тектонической унаследованности, детерминированной глубинными коровыми, мантийными и, возможно, космическими факторами.
2. Изложенное выше исключает хаотическую перетасовку континентальных блоков в процессе формирования и распада суперконтинентов, свидетельствуя в пользу существования упорядоченности в структурном плане Земли.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Божко Н.А. Историко-геологическое изучение субстрата континентальных рифтовых зон и предопределенность рифтогенеза // Проблемы рифтогенеза. Иркутск, 1975. С. 32-33.
Божко Н.А. Высокобарические гранулито-гнейсо-вые пояса, аккордеонная тектоника и упорядоченный структурный план Земли // Гранулитовые комплексы в геологическом развитии докембрия и фанерозоя. СПб.: ИГГД РАН, 2007. С. 52-54.
Божко Н.А. Суперконтинентальная цикличность в истории Земли // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2009. № 2. С. 13-27.
Божко Н. А. Гранулито-гнейсовые пояса: геодинамический аспект // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4, Геология. 2018, № 2. С.13-23.
Панкуль Л.И. Фазы и циклы планетогенеза. Алма-Ата: Наука КазССР, 1968, 144 с.
Хаин В.Е., Божко Н.А. Историческая геотектоника. Докембрий. М.: Недра, 1988. 382 с.
Хаин В.Е., Гончаров М.А. Геодинамические циклы и геодинамические системы разного ранга: их соотношение и эволюция в истории Земли // Геотектоника. 2006. № 5. С. 3-24.
Audet P., Burgmann R. Dominant role of tectonic inheritance in supercontinent cycles // Nature Geosci. 2011. Vol. 4. P. 184-187.
Harley S.L., Carswell D.A. Ultradeep crustal meta-morphism: A prospective view // J. Geophys. Res. 2005. Vol. 100. Р. 8367-8380.
Jiang C. From the polycyclicity theory to open-and-close tectonics // J. Southeast Asian Earth Sci. Vol. 13, N 3, March 1996, Р. 279-286.
Karato S., Olugboji T., Park J. Mechanisms and geologic significance of the mid-lithosphere discontinuity in the continents // Nature geosci. 2015. Vol. 8. P. 509-514.
Katumwehe A.B., Abdelsalam M G., Atekwana E.A. The role of pre-existing Precambrian structures in rift evolution: The Albertine and Rhino grabens, Uganda // Tectonophysics. 2015. Vol. 646. P. 117-129.
Keppie J.D., Nance R..D., Murphy J.B. Dostal J. Tethyan, Mediterranean and Pacific analogues for the Neoprotero-zoic-Paleozoic birth and development of peri-Gondwanan terranes and their transfer to Laurentia and Laurussia // Tectonophysics. 2003. Vol. 365, iss. 1-4. P. 195-219.
Meert J.G. Strange attractors, spiritual interlopers and lonely wanderers: The search for pre-Pangean supercon-tients // Geosci. Frontiers. 2014. N 5. P. 155-166.
Misra A.A., Mukherjee S. Tectonic Inheritance in Continental Rifts and Passive Margins. Springer Briefs in Earth Sciences: Springer, 2015. P. 88.
Parry C. Tectonic Inheritance and the Atlantic Ocean. AAPG Search and Discovery Article #90177©3P Arctic, Polar Petroleum Potential Conference & Exhibition, Stavanger, Norway, October 15-18, 2013.
Piper J.D.A.. The Neoproterozoic supercontinent: Rod-inia or Paleopangaea? // Earth and Planet. Sci. Lett. 2000. Vol. 176. P. 131-146.
Smets B., Delvaux D., Ann Ross K. et al. The role of inherited crustal structures and magmatism in the development of rift segments: Insights from the Kivu basin, western branch of the East African Rift // Tectonophysics. 2016. Vol. 683. P. 62-76.
Thomas W.A. Tectonic inheritance at a continental margin // GSA Today. 2006. Vol. 16, N 2. P. 4-11.
Tommasi A., Vauchez A. Continental rifting parallel to ancient collisional belts: an effect of the mechanical anisot-ropy of the lithospheric mantle // Earth and Planet. Sci. Lett. 2001. Vol. 185, iss. 1-2. P. 199-210.
Whalen L., Gazel E., C. Vidito J. et al. Supercontinental inheritance and its influence on supercontinental breakup: The Central Atlantic Magmatic Province and the break up of Pangea // Geochem. Geophys. Geosyst. 2015. Vol. 16. doi:10.1002/2015GC005885
Wilson J.T. Did the Atlantic closed and then re-opened again? // Nature 1966. Vol. 211. P. 676-681.
Williams H., Dehler S.A,. Grant A.C., Oakey G.N. Tectonics of Atlantic Canada // Geosci. Canada. 1999. Vol. 26. N 2. P. 51-70.
Поступила в редакцию 03.10.2019 Поступила с доработки 10.10.2019
Принята к публикации 16.10.2019
