地球科学

重构的海西链

地球表面上的各大洲的芭蕾舞团每2亿年就发生了几次碰撞,这些碰撞使山脉出现了。从300到4亿年前雕刻了地球表面的海西链,是从散布在各大洲的遗迹中重建而成的。

菲利普·马特和Maurice Mattauer 对于科学N°311
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地球是一颗每2亿年以脉动速度跳动的心脏。按照这种周期性,海洋在承载各大洲的板块之间开放。这些分隔板在另一个地方碰撞,为地球表面提供了新的配置。当两块板块汇合在一起时,在一亿年间,山峦起伏,在几千米的高度蜿蜒数千公里。这些山脉是地球上流动性的壮观见证。

根据年龄,我们已经确定了地球心脏的大约十次跳动以及许多山​​脉。我们将在这里描述倒数第二个山峰化身(在修建阿尔卑斯链之前),雄伟的海西链我们踩着反例裂的台阶行走,遗迹在布列塔尼和地块中部受到侵蚀。我们将首次以3亿年前的板块构造在全球范围内重新构建链条路线。

山脉的起源引起了科学家的兴趣 十八e 世纪。 1760年左右,瑞士地质学家德索绪尔(De Saussure)注意到,在阿尔卑斯山,“原先是水平的地层已经垂直拉直,折叠甚至运输了……”;地层对应于已折叠的沉积物沉积物。

地质学家自然会首先观察到现有的链条,即阿尔卑斯链,该链是从欧洲到亚洲最壮观的浮雕。它诞生于将近1亿年前,并且仍处于隆升状态,是当今研究最深入的链条:它是一条狭窄的地带(200至1,000公里),而其长度(数千公里)却位于一个大陆的内部或边缘,高浮雕(从2000到8000多米),岩石强烈变形。但是,如果我们想了解“地球机器”,就不能将自己限制在最近的2亿年内,这几乎不构成其历史的二十分之一。

从结束 十八e 世纪,该领域的一些博物学家和观察家了解到,造山运动的关键(形成山地浮雕)不仅在高山链中发现,而且在原始时代,高山链早于较旧的链。因此,詹姆斯·赫顿(James Hutton)在1795年的作品中 地球理论 结果表明,在苏格兰南部的加里东链中,志留纪地形(4.2亿年前)在泥盆纪水平沉积(4亿年前)之前已经被折叠。这些主要的不连续性被称为“不一致”,被赫顿(Hutton)解释为“成功的侵蚀上升周期”,向我们揭示了古代造山运动周期的特征和年龄。

海西宁一词在古老的欧洲心脏地带唤起了古老的结晶地,于1825年由利奥波德·冯·布赫(Leopold von Buch)受洗,描述了德国中部(Harz)的古老褶皱,即罗马人的“西尔瓦·海西尼察”。从葡萄牙到波兰,海西人的土地构成了整个西欧的基石。该地下室露头成大块状不连贯的地块,并因高山构造(比利牛斯,贝蒂克,阿尔卑斯山,喀尔巴阡山脉)产生的推力而重新铺开。在地块之间,海西基底消失了,被第二和第三纪的沉积盆地所覆盖。

海西露头

在古生代末期(270至2.8亿年前),海西山脉失去了所有的地形,所有与其形成同时期的古生代海洋都消失了。此外,要研究和重建这一全球延伸的化石链,有必要:(1)定位由于差异而在上古生代或中生代(290-2.2亿年前)之前被折叠的区域 (见图2) ; (2)将这些折叠带连接到最近的盆地下和整个海洋,首先是在欧洲,然后是世界; (3)描述海西结构并重建最近过去大陆漂移之前的链的总体形状; (4)通过古构造论和古生物地层学来了解伴随海西星链形成的各大洲的运动。

在整个西欧,从葡萄牙南部到德国北部,我们观察到海西基底层剧烈折叠的地形与上古生界(290-2.5亿年前)或中生代最近的地形(240-2.2亿年)之间的不一致。 )很少或没有褶皱。这些差异表明,在这些时期之前,链条的浮雕已经拉平。让我们指出,人们在变质的古生代岩石的不整合面中发现了,也就是说,在温度和压力的作用下进行了转化(再结晶)。这些岩石的完全融合可以通过重结晶产生花岗岩。

折叠和非折叠沉积物之间的差异使得表征海西变形成为可能。最美丽的例子之一是从葡萄牙南部到圣维森特角附近的不整合 (见图2)。当海洋层不整合时,它们表明链条已被侵蚀至零水平。在链中的其他地方,有较旧的地形(石炭纪超过290-3亿年),它们位于折叠或变质的地形上。因此,在地块中部的北部或西班牙中部,下石炭纪(3.3亿年前)的大陆层直接位于变质地形上,在侵蚀之前,该地层的深度超过20公里。3.7亿年前。因此,这条链的核心受到了非常严重的侵蚀。再往南,在黑山或西班牙的坎塔布连山脉中,朝链的外侧,海相下石炭统强烈变形,而大陆上石炭纪(290-3亿年的历史)与折叠后的石炭纪。注意到一个重要的事实:折叠的年龄在整个链条中不是恒定的。变形和变质在空间和时间中迁移,并从链的内部向外部重新焕发活力。

海西盆地在所谓的稳定地块中出现在中生代之下:伊比利亚中层地块,中部地块,阿莫里坎地块,莱茵河-阿登山脉片岩地块,孚日-黑森林,波西米亚地块和其他小地块,例如莫里斯-Esterel或Corso-Sardinian街区。它重新出现在Baetics,比利牛斯山脉,阿尔卑斯山和喀尔巴阡山脉的高山链的中心。我们在图3中看到,在罗纳河谷中消失的海西基底层是如何重新出现在高山链条中的,而该链条是由阿尔卑斯山脉的重叠带长大的。

重建

为了重新构造海西链的形状,由于地球物理学的原因,有必要确定每个块体中海西结构的方向(褶皱,断层),并将其延伸到盆地下方,然后“剥离中生代盖层”,然后放置在漂移之前将各个块体(伊比利亚,科索-撒丁岛)返回中生代之前的位置,并考虑到高山构造。然后,我们看到一条弯曲的Hercynian链出现,具有两条强烈的曲线,即Ibero-Armorican和Bohemian拱门。

土地的性质和年龄各不相同。我们知道在310至2.9亿年前沉积在湖泊或泻湖中的煤床(煤)。这些层在德国和法国北部非常皱纹,而南部则很少。在这个石炭纪之下,在寒武纪(5.4亿年的历史)和泥盆纪(3.6亿年的历史)之间有化石古生代沉积物。在链条最受侵蚀的内部,沉积物变质了(板岩,云母片岩,片麻岩),化石消失了。沉积物被无数的花岗岩刺穿,可追溯到360至2.9亿年前。

链条的结构的特点是,扇形的排列是由相对的俯冲(一个板在另一个板的凹痕)形成的。在法国,其特征是南部和西南部,北部与西北部之间有大量的重叠和褶皱。在链条的中心,在侵蚀最严重的部分,例如在地块中部,最深的岩石上升了。在上古生界不整合面下发现的大多数海西岩石经历的温度超过500°C,压力超过5千巴,这对应于距深度15-20公里的大陆壳的压力和温度。这意味着覆盖不了它们的地壳的厚度在沉积不协调的地形之前就被去除了。有一些岩石,例如榴辉岩,其深度更大(60-100公里)。富含水的沉积物在压力和温度的作用下融化,形成大量的花岗岩。在地块中部,它们构成了海西岩石表面的一半。富含矿物质的热水循环产生的许多含金属矿床(金,银,铜,锌,铅,铀)与这些花岗岩有着密切的联系,它们存在于360至2.9亿年前。大约3亿年前的这场“金属危机”在整个西欧广为人知,使其成为工业财富。

西欧海西山脉只是全球造山运动的一小部分。褶皱的,变质的和花岗岩地形在所有大洲都广为人知,年龄范围为400至2.5亿年。最有名的是在北美的阿巴拉契亚山脉和在欧洲与亚洲之间的边界的乌拉尔山脉,在俄罗斯,但是我们在中国中部研究的蒙古链或秦岭链也很多。

为了在2.9亿年前的海西造山运动结束时重建链条的整体形状,必须考虑到其随后的行程,将不同的大陆粘合在一起。因此,我们最终得到了一个名为Pangea的超大陆,在这里,欧洲的海西链仅是一条巨大的链的一小部分,该链从南美延伸到中国,全长近8000公里,有时甚至超过1000公里。该链条与赤道对齐,因为到处都有壮观的煤炭沉积,表明赤道森林茂密。因此,全球海西链的延伸与当前的阿尔卑斯链的延伸相当。在大块地段-冈瓦纳和劳拉西亚(北美+欧亚大陆)之间,以及从南美洲到南极洲和澳大利亚与安第斯大陆接壤的链条之间,也有碰撞链。

在海西连锁店之前?

如果由于板块构造而众所周知的大陆相对运动已经有2亿年,那么3亿年以前的情况就不是这样了。确实,这些时代的海洋(当地质学家提到海洋这个词时,他们想到了岩石的海床,根本就没有水对它们感兴趣)已经消失,并且伴随着它们的磁性异常使追踪运动成为可能。的盘子。因此,在三亿多年前,“做板块构造”变得困难。尽管如此,我们知道如何通过定义海洋缝合带和研究古磁性来定义大块大陆的界限并重新构造它们的相对运动:海洋缝合线是大陆之间的疤痕,它们在海洋完全消失后发生了碰撞。 。人们通常在这些狭窄的区域中发现,有时会缩小到几十米,有一点地壳或海洋地幔,有时还有高压变质作用。在某些岩石(榴辉岩)中,存在纤锌矿(二氧化硅的晶体学形态超过25千巴)表明这些岩石形成于俯冲带近100公里的深度。因此,我们重点介绍了欧洲海西链中至少两个主要的海洋缝合线。

火山岩和沉积岩的古磁性,也就是说,磁矢量的方向和倾角的确定,使得将古倾角与古纬度联系起来成为可能,因此可以通过比较显示大陆的运动。假设固定的磁极。

例如,我们知道,现在位于北纬43度的Montagne Noire(地块中部的南部)的奥陶纪三叶虫片岩在4.8亿年前沉积时位于南极附近。在同一地点,一亿年后,泥盆纪石灰石沉积在南纬30度左右,大约2.9亿年前,上石炭统沉积在同一地区的赤道。因此,我们观察到了由板块携带的沉积物,这些板块在2亿年的时间内走了几千公里。古气候学和古生物地理学为重建近似的全球古地理学提供了更多的依据。例如,在奥陶纪,冈瓦纳,北美洲(劳伦西亚),欧洲和西伯利亚被大片海洋隔开,中间有中小洲(阿瓦隆,阿莫里卡)。他们的逐步碰撞以及分隔它们的各个海洋的封闭创造了所谓的加里东和海西链,就像非洲-印度-亚洲碰撞已建立了五千万年的高山链一样。

佩内洛普(Penelope)和海格力(Hercule Poirot)

重建像Hercynian链这样的古老链条对直觉和耐心是一个挑战:我们失去了救济,我们失去了海洋,但地质学家能够重建大位移的日历,他设法重新构造了缺失的体积。时空的三维。他显然是基于当前的链条:他知道折叠和重叠意味着山脉。海西连锁店的浮雕?甚至在大约290-3亿年前,上石炭纪山区的山洪所带动的庞大集团也有间接证据。还表明,当时的地壳厚度约为50公里,这意味着要补偿数千米的地壳厚度。如同阿尔卑斯链一样,古老的俯冲作用,也就是从一个板块传到另一个板块之下的通道,都被变质了。重建古生代海洋的范围更加困难:尽管有地质学家,古生物学家和古磁性学家合作,但不确定性仍然很大。无论哪种方式,旧的链条都向我们展示了最近的链条将如何在数千万年的时间内发生变化。

海西大陆的巨大位移彻底破坏了海西链,并使其破碎,从而导致大洋的开放和高山链的形成。所有的救济都消失了,我们必须从目前的平坦国家想象它们。此外,某些部分被深埋在最近的沉积物之下,并将永远无法进入。尽管有这些困难,我们还是通过与阿尔卑斯山脉进行比较得出一些一般性的教训。在区域尺度上,我们发现在高铁链条中已知的不同类型的结构和事件(大的褶皱,逆冲,压缩并转变为片岩,缝合线,高压和超高压变质的厚沉积系列)。由板块构造的主要机理得出:

-裂谷和海洋的开放,

-海洋俯冲,

-吞没了数百公里的大陆岩石圈地幔中的大陆俯冲。

如果存在高度差异,例如海西花岗岩的稀有性和海西山脉中花岗岩的极度丰富,则可能是由于尚未完全侵蚀高山山脉这一事实。海西链的极深侵蚀使观察高山链中仍然难以接近的结构成为可能,而对这些深层的研究给造山作用机理带来了新的限制。

我们如何从海西链发展到高山链?为什么海西链死了?经过长时间的平静后,为什么出现了阿尔卑斯山脉?要回答这些问题,我们不仅必须考虑刚性板块构造,而且还必须对“板块下的构造”感兴趣。实际上,在2800公里的粘性地幔中发生的大运动中,我们必须寻找导致从一条链条传递到另一条链条的巨大机械不稳定性的根源。可以提出以下假设:当所有大陆筏汇聚成Pangea时,地球发现自己处于特殊情况。由古老的岩石组成的单一大陆板块,主要是花岗岩和片麻岩(1至35亿年的历史),厚(200至400公里),寒冷且比稀薄的海洋岩石圈的导电性低得多。与深地幔热流相比,这块巨大的板块将起到覆盖作用。

热量的积累会导致Pangea破裂,其脆弱程度由泛非洲链段(700-600百万年)分隔旧盾牌以及沿着海西链段形成。和喀里多尼亚。大西洋和印度洋的开口随后造成了建造阿尔卑斯链的各个板块(非洲,大印度)的位移。因此,伟大的大陆木筏永不停止运动。他们不稳定的聚集导致

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