أكثر

3.15: نظرية الصفائح التكتونية - علوم الأرض


الصفائح التكتونية هي مجموعة موحدة من المفاهيم التي تشرح معظم الأشياء الجيولوجية على الأرض ، وكذلك الكواكب والأقمار الأخرى. (ملاحظة: الصفائح التكتونية هي محور الفصل 4). تشرح نظرية الصفائح التكتونية بنية قشرة الأرض والعديد من الظواهر المرتبطة بها على أنها ناتجة عن تفاعل صفائح الغلاف الصخري الصلبة التي تتحرك ببطء فوق الوشاح الأساسي.

الصفائح التكتونية (التعريف) (موضح في الشكل 3.25.)
• تسمى النظرية التي تنص على أن الغلاف الخارجي الصلب للأرض (الغلاف الصخري) يتكسر إلى قطع كبيرة صلبة لوحات التي يمكن أن تتحرك بالنسبة لبعضها البعض عن طريق الانزلاق فوق الغلاف الموري غير الصلب.
• يُعتقد أن الألواح تتحرك بسبب مزيج من الحمل الحراري في الغلاف الموري والجاذبية. تمت مناقشة هذه القوى بمزيد من التفصيل في الفصل 4.
• تحدث معظم البراكين والزلازل حيث تلتقي صفائح الغلاف الصخري الصلبة.


الشكل 3.25. نموذج عام يمثل المفاهيم الأساسية التي قدمها نظرية الصفائح التكتونية (تمت مناقشته في الفصل 4).

تشوه هو فعل أو عملية تغيير في الشكل أو تشويه ، خاصة من خلال تطبيق الضغط. من الناحية الجيولوجية ، يشير التشوه إلى التغيرات في قشرة الأرض المتعلقة بالنشاط التكتوني ، على وجه الخصوص قابلة للطي و خطأ.

تدفع الحرارة من داخل الأرض الحمل الحراري (ارتفاعات المواد الساخنة ، أحواض المواد الباردة ، الشكل 3.19). يخلق صعود وسقوط كتل المواد في الوشاح قوى تحرك الصخور في الغلاف الصخري البارد والهش بالقرب من سطح الأرض. تمارس هذه الحركات قوى كبيرة ، قوية بما يكفي لتمزيق القارات عن بعضها ، لكن معدل الحركة بطيء للغاية على أساس سنوي (يمكن قياسه بالبوصة أو السنتيمتر في السنة).

في حين أن الحالة الشبيهة بالسوائل للصخور في الغلاف الموري تتحرك ببطء ، فإن المادة الصلبة والهشة في الغلاف الصخري تكوِّن ضغطًا كبيرًا (الضغوط) وستتوتر الصخور تحت الضغط حتى النقطة التي تنفجر فيها ، مما يتسبب في حدوث زلازل تنتشر على شكل موجات الصدمة عبر الأرض.


نظرية الصفائح التكتونية ومقال تطورها

تم تقديم نظرية الصفائح التكتونية من قبل الجيوفيزيائي الكندي جون توزو ويلسون (Garrison and Ellis 74). وفقًا لنظرية ويلسون & # 8217s ، تتكون الطبقة الخارجية للأرض من ما يقرب من & # 8220dozen صفائح كبيرة منفصلة من الغلاف الصخري & # 8221 تطفو على الغلاف الموري (Garrison and Ellis 74). عندما يتم تسخين الغلاف الموري المشوه من الأسفل ، فإنه يتمدد ويصبح أقل كثافة ويرتفع (Garrison and Ellis 74).

سنكتب العرف مقال عن نظرية الصفائح التكتونية وتطورها خصيصًا لك
فقط $16.05 11 دولار / الصفحة

301 كاتب معتمد عبر الإنترنت

عندما يصل الغلاف الموري إلى الغلاف الصخري ، فإنه ينحرف جانبًا ، & # 8220 يرفع ويكسر القشرة & # 8221 لإنشاء حواف الصفيحة (Garrison and Ellis 74). ينزلق زوج الألواح المشكل حديثًا لأسفل إلى الحواف المنتفخة التي تنحرف عن مركز الانتشار. في موقع الاختلاف ، يتم تشكيل قاع البحر الجديد (Garrison and Ellis 74). تحتوي الصفائح الأكبر حجمًا على قشرة قارية بالإضافة إلى قشرة محيطية. تتزاحم الصفائح الرئيسية حول & # 8220 مثل ألواح ضخمة من الجليد على بحيرة دافئة & # 8221 (Garrison and Ellis 74).

من الناحية البشرية ، تكون حركة الصفائح بطيئة إلى حد ما ، حيث تصل إلى 5 سم في السنة. يحدث التفاعل بين الصفائح في حدود متباعدة ومتقاربة ومتحركة جانبيًا (Garrison و Ellis 74). في كثير من الأحيان ، قد تجبر إحدى اللوحين تجعدًا آخر في الجبال أو يحركها تحت السطح. هناك قوتان قد تتسببان في حركة الصفائح:

  1. تتشكل الصفائح وتنزلق عن الحواف المرتفعة لمراكز الانتشار
  2. يتم سحب الصفائح إلى أسفل في الوشاح من خلال حوافها الكثيفة والباردة.

تشير الدلائل على مدى قرون عديدة من البحث إلى أن الحركة البطيئة للصفائح التكتونية تعيد تكوين سطح الأرض ، وتشكيل أو تدمير أحواض المحيطات ، وتقسيم القارات أو توسيعها (جاريسون وإيليس 74). القارات الجرانيتية القديمة ، التي تكون كثافتها منخفضة ، ترتفع في ألواح الغلاف الصخري ، متداخلة على الغلاف الموري الذي يتحرك تحتها بوتيرة بطيئة. لقد تقدمت هذه العملية منذ التبريد الأولي والتصلب لقشرة الأرض (Garrison and Ellis 76). تُعرَّف الصفائح التكتونية بأنها الطبقات الخارجية الباردة لتيارات الحمل الحراري في الوشاح العلوي (Garrison and Ellis 74).

يتم تشغيل نظام الألواح بالحرارة. نظرًا لأن بعض أجزاء الوشاح يتم تسخينها أكثر من غيرها ، يتم إنشاء تيارات الحمل الحراري عندما تصعد مادة الوشاح الدافئة وتنخفض المادة الباردة (Garrison and Ellis 75). تتولد حركة الصفائح عن طريق الجاذبية.

تم تطوير مفهوم الصفائح التكتونية من أفكار الانجراف القاري (Garrison and Ellis 74). قدم الباحث الألماني ألفريد فيجنر نظرية الانجراف القاري في بداية القرن العشرين (تيت). لاحظ فيجنر أن البقايا الأحفورية لبعض النباتات أو الحيوانات المنقرضة يمكن اكتشافها في عدة قارات لم تكن متاخمة لبعضها البعض (تيت). سمحت الملاحظات لفاجنر بالتوصل إلى استنتاج مفاده أنه في الماضي البعيد ، لم يكن تكوين القارات هو نفسه في وقت بحثه. حصل اكتشاف Wegener & # 8217s على العنوان & # 8220continental Drift & # 8221 (Tate).

تتناسب نظرية الانجراف القاري مع مناقشة الصفائح التكتونية لأن هاتين الظاهرتين تؤديان إلى تغييرات كبيرة في سطح الأرض & # 8217s. رفض النقاد إمكانية الانجراف القاري بسبب النظرة الجيولوجية لغطاء الأرض و # 8217s (Garrison and Ellis 62). ومع ذلك ، استمر العلماء في تطوير نظرية Wegener & # 8217. على وجه الخصوص ، يجادل العالمان اليابانيان Kiyoo Wadati و Hugo Benioff بأن البراكين والزلازل بالقرب من اليابان قد تكون مرتبطة بالانجراف القاري (Garrison and Ellis 73).


3.15: نظرية الصفائح التكتونية - علوم الأرض

اصدار جديد

مارك شوارتز ، خدمة الأخبار (650) 725-0224
البريد الإلكتروني: [email protected]

علماء الجيولوجيا يعيدون تعريف & quot؛ المنطقة المحرمة & quot؛ للأرض

بالنسبة لعلماء العصور الوسطى ، كانت الجحيم مثل الفرن الناري - مكان حار ومنهي في أعماق أحشاء الأرض.

وفقًا لعلماء الجيولوجيا المعاصرين ، هناك بالفعل منطقة تحت الأرض & quot؛ ممنوعة & quot؛ ليست النسخة التوراتية من الجحيم بل منطقة جوفية يبدو أن وجودها نفسه محظور بموجب قوانين الطبيعة.

"من المبادئ الجيولوجية المقبولة أن درجات الحرارة المنخفضة جدًا عند الضغوط العالية تشكل" منطقة محظورة "لم تتحقق أبدًا في الأرض ،" كتب البروفيسور يوهن جي ليو وشريك البحث رو يوان زانغ من قسم العلوم الجيولوجية والبيئية.

ولكن الآن ، كما يقول المؤلفون ، يشكك الدليل الجيولوجي الجديد والاقتباسات في هذا النموذج ، & quot ؛ مع آثار كبيرة لفهم القوى التي تشكل كوكبنا.

يصف ليو وتشانج والجيولوجي برادلي آر هاكر من جامعة كاليفورنيا-سانتا باربرا النتائج التي توصلوا إليها في عدد حديث من المجلة. علم.

يشير المؤلفون إلى قانون أساسي للجيوفيزياء: كلما ابتعدت عن الأرض ، ازدادت سخونة وزاد الضغط.

على الرغم من أنه قد يكون 75 درجة فهرنهايت على بعد ثلاثة أميال من السطح ، إلا أنه في الأعماق القصوى ستواجه درجات حرارة جهنم وضغوط شديدة لدرجة أن الكربون العادي يتحول إلى ماس ثمين.

يحسب الجيولوجيون أنه مقابل كل ميل تحفره تحت سطح الأرض ، ترتفع درجة الحرارة بمقدار 15 درجة فهرنهايت ويزداد الضغط في نفس الوقت بمعدل حوالي 7300 رطل لكل بوصة مربعة.

انتهاكات قاعدة 15 درجة لكل ميل غير معروفة وتشكل المنطقة المحرمة سيئة السمعة.

على الأقل هذا ما كان يعتقده الجيولوجيون.

لكن الباحثين في جميع أنحاء العالم يجدون صخورًا غير عادية تنتهك العقيدة الجيولوجية.

توجد في الصخور أجزاء مجهرية من معدن يعرف باسم العقيق تبلور منذ ملايين السنين في ظل ظروف قاسية.

كشف التحليل الكيميائي أن شظايا العقيق تشكلت على عمق 120 ميلاً تحت الأرض ، حيث يكون الضغط أكثر من 800000 رطل لكل بوصة مربعة ودرجة الحرارة عادة 2200 درجة فهرنهايت.

لكن Liou و Zhang قررا أن العقيق ربما تبلور عند 1620 درجة فهرنهايت لا يزال ساخنًا وفقًا لمعظم المعايير ولكنه أبرد بنحو 600 درجة من درجة الحرارة المتوقعة عند هذا العمق.

كيف يمكن أن تحدث مثل هذه درجة الحرارة المنخفضة نسبيًا عند مثل هذا الضغط العالي جدًا؟

ربما لا تكون المنطقة المحرمة محظورة بعد كل شيء ، كما يقول المؤلفون ، خاصةً عندما يتعلق الأمر بتكتونية الصفائح.

نظرية الصفائح التكتونية هي النظرية القائلة بأن قشرة الأرض تتكون من صفائح صلبة كبيرة تتحرك أفقيًا وتتصادم مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى حدوث صدوع زلزالية وتسبب ارتفاع الجبال.

اتضح أن عينات العقيق المكتشفة في جبال دابي بوسط الصين كانت جزءًا من قطعة هائلة من الأرض تسمى صفيحة يانغتسي القارية. (انظر الرسم التوضيحي).

عندما اصطدمت صفيحة اليانغتسي بالصفيحة الصينية الكورية الهائلة بنفس القدر منذ حوالي 250 مليون سنة ، تم دفع نهر اليانغتسي تحت الأرض في عملية تسمى & quotsubduction. & quot

نظرًا لأن الصفائح المندمجة هي جزء من قشرة الأرض ، فهي أبرد بكثير من المواد الصخرية الساخنة الموجودة أسفل السطح.

لطالما تكهن الجيولوجيون أنه عندما يتم دفع الألواح تحت الأرض ، فإنها تظل أكثر برودة - حتى عند الضغوط العالية للغاية مثل تلك الموجودة على عمق 120 ميلًا تحت السطح.

& quot في مناطق الانغماس ، يتم نقل المواد الصخرية إلى أسفل أسرع مما يمكن أن تسخن ، كما يقول هاكر ، وهو ما يفسر سبب تكوين بلورات العقيق بعمق شديد تحت السطح في درجات حرارة منخفضة نسبيًا.

يقول هاكر إن الصخور المغطاة بالعقيق لم تتشكل على أعماق كبيرة فحسب ، بل ارتدت أيضًا إلى السطح بواسطة آلية غير معروفة. يعتقد علماء الجيولوجيا أن درجة الحرارة ارتفعت بمعدل لا يقل عن 5 درجات مئوية لكل كيلومتر (15 درجة فهرنهايت لكل ميل) تحت الأرض ، ويضيف ، & quot ؛ لكننا نقول إن الصخور في بعض مناطق الاندساس ترتفع درجة حرارتها بمعدل أبطأ. الطريقة الوحيدة التي يمكننا من خلالها السير على هذه الصخور اليوم هي أن تظل "باردة" أثناء رحلتهم نحو مركز الأرض. & quot

أظهرت الدراسات أنه يمكن دفع الصفائح القارية على عمق 30 ميلاً تحت الأرض دون تدميرها في الوشاح الناري أدناه. لكن العقيق الصيني يقدم & quote أول دليل على أن الصخور القارية قد انزلقت إلى أعماق تصل إلى 200 كيلومتر (120 ميلاً) ، ووفقًا للمؤلفين.

& quot؛ لدينا الآن دليل على أن مناطق الاندساس الباردة هذه تتعمق بشكل أعمق وتتصاعد بشكل أسرع مما أدركنا ، & quot؛ يقول Hacker ، على الرغم من أن & quot؛ & quot؛ & quot؛ مصطلح نسبي.

ربما استغرق الأمر خمسة ملايين سنة للسفر من أعماق الأرض إلى السطح - سريعًا نسبيًا وفقًا للمعايير الجيولوجية.

إن فهم الآلية التي تتسبب في غرق الصفائح القارية حتى الآن تحت الأرض ثم ارتدادها مرة أخرى إلى السطح سيوفر للجيولوجيين فهمًا أفضل للقوى الهائلة التي تبني الجبال وتخلق زلازل وبراكين مدمرة وغير متوقعة.

إن اكتشاف الصخور من المنطقة المحرمة ، كما كتب المؤلفون ، & quotnow يوفر نافذة ثورية جديدة على اندساس الحواف القارية. & quot

& نسخ جامعة ستانفورد. كل الحقوق محفوظة. ستانفورد ، كاليفورنيا 94305. (650) 723-2300. شروط الاستخدام | شكاوى حقوق النشر


أستينوسفير: جزء من الوشاح تحت الغلاف الصخري يتكون من مادة ذائبة جزئيًا.

تيار الحمل: حركة دائرية للسائل استجابة للتبريد والتسخين.

التقارب: حركة لوحين تجاه بعضهما البعض.

قشرة: جزء خارجي رقيق وصلب من الأرض.

تشعب: فصل لوحين أثناء تحركهما في اتجاهين متعاكسين.

ليثوسفير: الجزء العلوي الصلب من الوشاح متحد مع القشرة.

عباءة: طبقة سميكة وكثيفة من الصخور التي تشكل أساس قشرة الأرض.

خندق المحيط: انخفاض عميق في قاع البحر ، ناتج عن دفع صفيحة محيطية إلى أسفل السطح بواسطة صفيحة أخرى مهيمنة.

هامش اللوحة: الحدود حيث تلتقي الصفائح.

لوحات: مناطق كبيرة من سطح الأرض & # x0027s ، تتكون من القشرة والغطاء العلوي ، والتي تتحرك حول الأرض وتشكل العديد من السمات الجيولوجية الرئيسية للسطح الأرضي.

انتشار قاع البحر: العملية التي يتشكل فيها قاع البحر الجديد كصخور منصهرة من باطن الأرض وترتفع نحو السطح ، مما يدفع قاع البحر الحالي بعيدًا عن طريقه.

الاندساس: عملية تكتونية تتضمن دفع صفيحة واحدة إلى أسفل الوشاح عند خندق محيطي ، حيث تخضع في النهاية للذوبان الجزئي.

تحويل الحركة: حركة أفقية للوحة تنزلق فيها إحدى اللوحات فوق الأخرى.

الجزء الخارجي الرقيق من الكوكب هو القشرة. أسفل ذلك الوشاح ، وهو صلب بالقرب من القمة و & # x0022soft & # x0022 أو ذاب جزئيًا بدءًا من عمق حوالي 40 ميلاً (65 كيلومترًا) تحت السطح. تشكل القشرة والجزء الصلب من الوشاح الغلاف الصخري. الجزء الناعم من الوشاح يسمى الغلاف المائي.

إنه الغلاف الصخري الذي ينقسم إلى صفائح ، والتي تتحرك حولها بينما تطفو على الغلاف الموري الأساسي. هناك حوالي ثماني أطباق رئيسية والعديد من اللوحات الصغيرة التي على اتصال دائم مع بعضها البعض. عندما تتحرك إحدى اللوحين ، يتسبب ذلك في تحريك اللوحات الأخرى. هذه اللوحات لها أشكال وأحجام مختلفة. بعضها ، مثل صفيحة خوان دي فوكا قبالة الساحل الغربي لولاية واشنطن ، تبلغ مساحتها بضعة آلاف من الأميال المربعة. أكبرها ، صفيحة المحيط الهادئ ، تقع تحت معظم المحيط الهادئ وتغطي مساحة مئات الآلاف من الأميال المربعة.


6. حدود اللوحة المتباعدة

هذا هو أحد الحدود المحتملة التي يمكن أن تحدث بين لوحين. يحدث هذا عندما تبدأ الصفائح في التحرك في اتجاهين متعاكسين عن بعضها البعض. إنه أحد الأنواع الأربعة الرئيسية لحركات الصفائح التكتونية. بمجرد أن تبدأ الصفائح في التحرك بعيدًا عن بعضها البعض ، يتم إنشاء مناطق الصدع ، وهي أماكن ذات نشاط بركاني مرتفع. تم تشكيل العديد من التلال الشهيرة بهذه الطريقة ، بما في ذلك الصدع الأفريقي الشرقي والبحر الأحمر.


قشرة القمر [عدل | تحرير المصدر]

يخبرك أن كوكبًا أوليًا نظريًا يُدعى "ثيا" يُعتقد أنه اصطدم بالأرض المكونة ، وجزءًا من المادة قذف في الفضاء بسبب الاصطدام تراكم ليشكل القمر. مع تشكل القمر ، يُعتقد أن الجزء الخارجي منه كان منصهرًا ، "محيط الصهارة القمرية". تبلور الفلسبار بلاجيوجلاز بكميات كبيرة من هذا المحيط الصهاري وطفو باتجاه السطح. تشكل الصخور المتراكمة الكثير من القشرة. من المحتمل أن يبلغ متوسط ​​الجزء العلوي من القشرة حوالي 88٪ بلاجيوجلاز (بالقرب من الحد الأدنى 90٪ المحدد لأورثوسيت): قد يحتوي الجزء السفلي من القشرة على نسبة أعلى من المعادن الحديدية المغنيسية مثل البيروكسين والزبرجد الزيتوني ، ولكن حتى ذلك أقل ربما يبلغ متوسط ​​الجزء حوالي 78 ٪ بلاجيوجلاز. & # 918 & # 93 الوشاح الأساسي أكثر كثافة وغني بالزيتون.

يتراوح سمك القشرة بين حوالي 20 و 120 & # 160 كم. يبلغ متوسط ​​سماكة القشرة على الجانب الآخر من القمر حوالي 12 & # 160 كيلومترًا من تلك الموجودة على الجانب القريب. تقديرات متوسط ​​السماكة تنخفض في حدود حوالي 50 إلى 60 & # 160 كم. تشكلت معظم هذه القشرة الغنية بالبلاجيوجلاز بعد فترة وجيزة من تكوين القمر ، منذ حوالي 4.5 إلى 4.3 مليار سنة. ربما يتكون 10٪ أو أقل من القشرة من الصخور النارية المضافة بعد تكوين المادة الأولية الغنية بالبلاجيوجلاز. أكثر هذه الإضافات تميزًا وضخامة هي البازلت الفرس التي تشكلت منذ حوالي 3.9 إلى 3.2 مليار سنة. استمرت البراكين الصغيرة بعد 3.2 مليار سنة ، ربما قبل مليار سنة. لا يوجد دليل على حركة الصفائح التكتونية.

أثبتت دراسة القمر أن القشرة يمكن أن تتشكل على جسم كوكبي صخري أصغر بكثير من الأرض. على الرغم من أن نصف قطر القمر لا يتجاوز ربع قطر الأرض ، إلا أن متوسط ​​سمك القشرة القمرية أكبر بكثير. تشكلت هذه القشرة السميكة على الفور تقريبًا بعد تشكل القمر. استمرت الصهارة بعد انتهاء فترة التأثيرات النيزكية الشديدة منذ حوالي 3.9 مليار سنة ، لكن الصخور النارية التي يقل عمرها عن 3.9 مليار سنة لا تشكل سوى جزءًا صغيرًا من القشرة. & # 919 & # 93


كيف يؤثر تحديد المواقع القارية على المناخ: الجزء الأول & # 8211 الصفائح التكتونية ، والبيدو ، وفرضية كرة الثلج الأرضية

حوالي 700-800 MYA ، خلال عصر Neoproterozoic (في أواخر ما قبل الكمبري) ، تم اقتراح أن شبه القارة الكبرى ، Rodinia احتلت موقعًا استوائيًا على الأرض. ربما يكون هذا الترتيب الاستوائي للقارات على عكس الحدس قد مهد الطريق لجليد هائل يُعرف باسم "كرة الثلج الأرض" خلال الفترة المبردة ، على الرغم من المناطق الاستوائية التي تتلقى معظم ضوء الشمس بسبب اتجاه الأرض فيما يتعلق بالشمس . في الواقع ، حقيقة أن المناطق الاستوائية تتلقى معظم ضوء الشمس هي جزء من سبب وجود المناطق الأحيائية للغابات المطيرة الاستوائية حيث توجد. فكيف حدث هذا؟ لماذا الترتيب القاري الاستوائي يجعل مثل هذا الجليد أكثر احتمالا؟ المزيد عن فرضية Snowball Earth في لحظة: بشكل عام ، ما هي العوامل القادرة على إحداث تغييرات في المناخ؟

هناك العديد منها. بادئ ذي بدء ، ماذا نعني بالمناخ ، وكيف يختلف عن الطقس؟

يشير الطقس إلى التقلبات المحلية قصيرة المدى في درجات الحرارة ، والتساقط ، والرطوبة ، وضوء الشمس ، والضغط الجوي ، والغطاء السحابي ، وأنماط الرياح ، بينما يشير المناخ إلى متوسط ​​توزيع أنماط الطقس على فترات زمنية أطول (عادة لعقود أو أكثر).

ليس سرا أن متوسط ​​درجات الحرارة العالمية قد ارتفع بشكل ملحوظ منذ بداية الثورة الصناعية. إنه موضوع جدل سياسي لا نهاية له وشديد ، لا سيما فيما يتعلق بموضوع السببية البشرية من خلال زيادة تركيزات غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي & # 8211 في المقام الأول من خلال حرق الوقود الأحفوري # 8211 وما قد يعنيه ذلك لصانعي السياسات.

تتلاقى سجلات درجات حرارة محطة الطقس ، وبيانات المناخ القديم من قلب الجليد وعلم المناخ الشجري (بيانات حلقة الأشجار) ، وفقدان الأنهار الجليدية في القطب الشمالي والجليد البحري ، وارتفاع مستويات سطح البحر ، مع استنتاج مفاده أن درجات حرارة سطح الأرض والبحر قد ارتفعت بشكل كبير في الـ 150 عامًا الماضية أو نحو ذلك ، وتحطيم أرقام قياسية جديدة حتى وأنا أكتب هذا.

يمكنني الخوض في ظاهرة الاحتباس الحراري الحالية ، وأسبابها ، وسبب اعتبارها مشكلة ، والنقاش العام المرتبط بها في منشور لاحق. لكني اليوم أريد أن أتحدث عن شيء آخر. لذا في الوقت الحالي ، يكفي القول إن الاحترار العالمي من المتوقع أن يؤدي إلى تغير مناخي أوسع نطاقًا بشكل عام. لكننا نعلم أن المناخ قد تغير بشكل طبيعي في الماضي ، فما هي العوامل التي يمكن أن تسببه؟

هناك العديد من المتغيرات القادرة على تغيير مناخ الأرض ، بما في ذلك ما يلي: حركة الصفائح التكتونية (الحركة القارية) ، والتغيرات في مدار الأرض و # 8217 (دورات ميلانكوفيتش) ، والتغيرات في الناتج الشمسي (البقع الشمسية والتوهجات الشمسية) ، والبراكين ، والكويكبات ، والمذنب و آثار النيازك ، وكذلك التغيرات في تكوين الغلاف الجوي (أي تأثير الاحتباس الحراري).

الصفائح التكتونية:

الصفائح التكتونية هي النظرية العلمية القائلة بأن الغلاف الخارجي للأرض يتكون من شبكة من الصفائح الصلبة التي تنزلق ببطء فوق وشاح الأرض ، وتتفاعل مع بعضها البعض بطرق مختلفة ، وهي مسؤولة عن الحركة القارية. يشمل الغلاف الصخري القشرة الخارجية الصلبة للأرض بالإضافة إلى الطبقة العليا من الوشاح. تنزلق الصفائح فوق الطبقة الموجودة تحتها ، وهي طبقة لزجة مرنة تُعرف باسم الغلاف الموري ، وهي مرنة وقابلة للسحب تحت ضغط قصير المدى ، وقادرة على الحمل الحراري والتدفق تحت ضغط طويل المدى. تنتج حركة صفائح الغلاف الصخري عن مجموعة من التأثيرات مثل الجاذبية وتيارات الحمل والقوى المختلفة المرتبطة بدوران الأرض.

يمكن أن تتفاعل الصفائح التكتونية عن طريق الدفع معًا على طول الحدود المتقاربة ، حيث يمكن أن تنزلق إحدى الصفائح تحت الأخرى في عملية تسمى الاندساس. يمكنهم أيضًا التفكك عند حدود متباينة وهذا ما يحدث في قاع البحر المنتشر على طول التلال المحيطية. يمكنهم أيضًا الخضوع لحركة جانبية فيما يسمى حدود التحويل ، وهو عندما تنزلق لوحتان متجاورتان على بعضهما البعض أفقيًا. ترتبط حدود التحويل عادةً بأرضيات المحيط حيث تعوض قاع البحر المتباين المنتشر عند تلال المحيط. ومع ذلك ، يمكن أن تحدث أيضًا على الأرض ، مثل صدع سان أندرياس في كاليفورنيا ، على سبيل المثال. في الواقع ، يمكن للألواح أيضًا أن تتشوه وتتفاعل بطرق أكثر تعقيدًا ، ولكن هذه هي تفاعلات الصفائح التكتونية الكلاسيكية التي تمت تغطيتها في علاجك النموذجي 101.

هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية / خريطة بقلم خوسيه إف فيجيل

شكلت الصفائح التكتونية جغرافية الأرض لمليارات السنين عبر الحركة القارية ، وهي مسؤولة عن التخطيط الحالي للقارات (مشاهدة عمليات إعادة البناء المتحركة هذه هنا و هنا). يمكن أن تؤثر الحركة القارية عبر حركة الصفائح التكتونية على مناخ الأرض عن طريق تغيير أحجام ومواقع كل من كتل اليابسة والقلنسوات الجليدية ، وعن طريق تغيير أنماط دوران المحيط ، المسؤولة عن نقل الحرارة حول الأرض ، والتي بدورها تؤثر على عمليات دوران الغلاف الجوي. . على سبيل المثال ، يمكن أن تؤدي التغييرات في المنطقة القارية على خط عرض أعلى إلى تغييرات مقابلة في منطقة الغطاء الجليدي الدائم ، والتي يمكن أن تؤدي إلى ما يسمى بملاحظات البياض الجليدي (أو تعليقات بياض الثلج). البياض الأرضي هو ببساطة نسبة الضوء المنبعث من الشمس الذي ينعكس مرة أخرى في الغلاف الجوي. البياض من 0 يتوافق مع الجسم الأسود المثالي (امتصاص الضوء الكلي) ، بينما البياض 1 يتوافق مع الجسم الأبيض المثالي (الانعكاس الكلي).

إذن ، كيف يرتبط هذا بفرضية رودينا سوبيركونتيننت وفرضية كرة الثلج الأرضية؟ الفكرة هنا هي أن القارات الاستوائية تعكس ضوءًا أكثر من المحيط المفتوح ، وبالتالي تمتص حرارة أقل. اليوم ، على النقيض من ذلك ، تمتص المحيطات الاستوائية معظم الحرارة. نظرًا لأن خط الاستواء يتلقى المزيد من ضوء الشمس مقارنة بخطوط العرض الأخرى ، فإن هذا يعني أن جزءًا كبيرًا من ضوء الشمس الوارد قد ينعكس بدلاً من امتصاصه.

يحتوي الثلج والجليد على نسبة أعلى من البيدوس مقارنة بالصخور والتربة ، لذلك كان كل ما هو مطلوب هو نوع من آلية التحفيز لإحداث تأثير العصر الجليدي الجامح في الحركة: يؤدي التبريد إلى مزيد من الثلج والجليد ، مما يعكس مزيدًا من الضوء ، مما يؤدي إلى المزيد التبريد ، مما يؤدي إلى مزيد من الثلج والجليد ، وهكذا دواليك.

الائتمان: MIT Artist مفهوم العصر الجليدي على مستوى الكوكب على الأرض. الائتمان: iStockphoto

يجب أن أذكر أنه على الرغم من عدم وجود نزاع حول وجود الأنهار الجليدية خلال العصر الكريوجيني ، إلا أن فرضية كرة الثلج الأرضية بعيدة كل البعد عن العلم المستقر. حتى أن هناك متغير أقل تطرفًا أطلق عليه اسم فرضية Slush Ball Earth. بغض النظر عن تفاصيله ، أو ما إذا كان صحيحًا ، فإن الهدف من هذا القسم هو أن التوزيع الاستوائي للقارات يجعل حلقة التغذية الراجعة ذاتية التعزيز ممكنة ، وهي بمثابة مثال على التأثير الدرامي الذي يمكن أن تحدثه المواقع القارية على المناخ. التغيير على المدى الطويل.

في الجزء الثاني ، سأُنهي مثال Rodinia Supercontinent و Snowball Earth من خلال مناقشة المرشحين لآلية إطلاق محتملة يمكن أن تكون قد بدأت حلقة ردود فعل البياض المعززة ، ومناقشة كيف يمكن أن يتأثر المناخ ربما نتيجة أكثر شيوعًا للوحة التكتونية: السلاسل الجبلية.

مراجع:

CNRS (Délégation Paris Michel-Ange). (2011 ، 12 أكتوبر). & # 8216Snowball Earth & # 8217 تحدى فرضية. علم يوميا. تم الاسترجاع 2 أكتوبر ، 2016 من

فيرتشايلد ، آي جي ، وأمبير كينيدي ، إم جي (2007). التجلد النيوبروتيروزويك في نظام الأرض. مجلة الجمعية الجيولوجية, 164(5), 895-921.

هوفمان ، ب. (2005). 28 ديبيرس الاسكندرية. محاضرة دو تويت التذكارية ، 2004. عن ديناميات الصفائح الجليدية المبردة (النيوبروتيروزويك) والقيود المفروضة على السجل الرسوبي الجليدي. مجلة جنوب افريقيا للجيولوجيا, 108(4), 557-577.

جاكوبسن ، س. (2001). علوم الأرض: هيدرات الغازات.طبيعة, 412(6848), 691-693.

لي ، زي. and Bogdanova، S. and Collins، A. and Davidson، A. and De Waele، B. and Ernst، R. and Fitzsimons، I. et al. 2008. تاريخ التجميع والتشكيل والتفكك لرودينيا: توليف. بحوث ما قبل الكمبري. 160: ص 179 - 210.

Riguzzi ، F. ، وآخرون ، هل يمكن لدوران الأرض ودوران المد والجزر أن يقودوا حركة الصفائح التكتونية؟ الفيزياء التكتونية (2009).

Tsvetsinskaya، E.A.، C. B. Schaaf، F. Gao، A.H Strahler، R.E Dickinson، X. Zeng، and W. Lucht ، ربط MODIS المشتق من سطح البياض بالتربة وأشكال الأرض فوق شمال إفريقيا وشبه الجزيرة العربية ، الجيوفيز. الدقة. Lett.، 29 (9) ، دوى: 10.1029 / 2001GL014096 ، 2002.


3.15: نظرية الصفائح التكتونية - علوم الأرض

الجيولوجيا 161- مدخل إلى الجيولوجيا (ربيع 2013)

مسار: الجيولوجيا الفيزيائية
رقم الدورة: GEOL 161 قسم 5
مدرب:
جيم دوربين
يفي (محاضرة): MWF
1: 00-1: 50 مساءً SC2243
المعامل:
الإثنين 2: 00-4: 20 مساءً (في الغرفة SC2230)
مكتب: غرفة مركز العلوم 2218 (داخل الغرفة SC2219)
ساعات العمل: الاثنين والثلاثاء 11-12 الأربعاء 10-11 4-5 الخميس 9-10

بريد إلكتروني:
[email protected]
هاتف (مكتب)
: (812) 465-1208
صفحة على الإنترنت: http://www.usi.edu/science/geology/jdurbin/geol161/index.html

كتاب مدرسي: أساسيات الجيولوجيا الطبعة الثالثة أو الرابعة ، 2009 ، بواسطة S. Marshak ، W.W. Norton & amp Company ، Inc. ، نيويورك ، ISBN # 0-393-93238-6 ، 518 ص. بالإضافة إلى الملاحق.

دليل المعمل: دليل المختبر للجيولوجيا التمهيدية,2012 بواسطة A. Lundman & amp S. Marshak ، W. W. Norton & amp Company ، Inc. ، نيويورك ، ISBN # 0-393-91328-6 ، طبعة مخصصة متوفرة في متجر لبيع الكتب.

اهداف الدورة: تم تصميم هذه الدورة لتزويدك بفهم المواد والعمليات الجيولوجية للأرض ، وتعرّفك على الوسائل التي يتم من خلالها استخلاص الاستنتاجات العلمية المتعلقة بالعديد من المواد والأنظمة والتاريخ الخاص بالأرض ، وتعريفك بالعديد من الأحداث التي شكلت الأرض على مدى 4.6 مليار سنة الماضية. تشمل الموضوعات تحديد المعادن وأنواع الصخور الرئيسية ، وتحديد وتفسير التشوهات الأساسية مثل الصدوع والطيات والجبال ، ونظرية الصفائح التكتونية ، ومفاهيم الوقت النسبي والتسلسل الزمني ، والمقياس الزمني الجيولوجي ، وإعادة بناء البيئات من الأدلة الجيولوجية ، والمحيطات ، والأنهار ، الصحارى والمياه الجوفية.

هيكل الدورة: الدورة بها محاضرة وقسم معمل. يجب عليك اجتياز المحاضرة والمختبر لاجتياز الفصل. تتألف درجة المختبر

25٪ من الدرجة الإجمالية للمقرر. في معظم الحالات ، سيتم نشر المواد المعروضة أثناء المحاضرة على صفحة الويب الخاصة بالفصل الدراسي المذكورة أعلاه ، والتي يمكن مراجعتها في الوقت الذي يناسبك. سيتم نشر المواد الموجودة على صفحة الويب بعد وقت قصير من يوم مناقشتها ، وفي بعض الحالات قبل فترة الفصل الدراسي. سيركز المختبر على تطبيق المعلومات التي نناقشها في المحاضرة على تمارين محددة مصممة لتمكنك من فهم مواد الأرض والأرض ، والعمليات التي تؤثر على طريقة ظهور كوكبنا وتصرفه.

تحذير: صفحة الويب ليست بديلاً عن الحضور إلى الفصل!
هذه دورة على مستوى الكلية تحتوي على كمية هائلة من المواد التي لم يتعرض لها العديد من الطلاب من قبل. أحتاج إلى أكثر من مجرد حفظ المواد التي أطلب منك التفكير فيها و قم بتطبيق ما تعلمته على المشكلات المعروضة عليك. يتمثل محتوى صفحة الويب في تزويدك بإمكانية الوصول إلى بعض المواد حتى تتمكن من مراجعة المواد ودراستها بعد الفصل ، بدلاً من محاولة استمع لما يجب أن أقوله و اكتب ما هو على الشريحة و نظرة في المادة المرئية التي أعرضها. على الرغم من أنك قد تكون قادرًا على القيام بواحدة أو اثنتين من المهام الثلاث ، إلا أنه شخص نادر جدًا يمكنه القيام بكل هذه المهام الثلاث في نفس الوقت دون أن يفوتك أي شيء!

سياسة: لا تحضر الهواتف الخلوية أو أجهزة التنبيه إلى الفصل ما لم يكن لديهم ملف اهتزاز الوضع. إذا اخترت إحضار هذه العناصر إلى الفصل مع تشغيل وضع المسابقة العادي ، فستتلقى تحذيرًا واحدًا ، وفي المرة القادمة ، سيتم إسقاطك من الفصل! لا أمانع أن يأتي الطلاب متأخرًا إلى الفصل ، لأنني أفضل أن تأتي متأخراً قليلاً بدلاً من تفويت الفصل. لا تُحدث الكثير من الضجيج عند القدوم متأخرًا ، وحاول ألا تتأخر عن الحضور في العادة لأنك ستفقد المواد القيمة والمفيدة. لا تتحدث في الفصل أثناء حديثي ، إلا إذا كان الأمر يتعلق بطرح سؤال يتعلق بالصف. لا تحضر الأطفال إلى الفصل أو المختبر. يوجد بالجامعة مرافق ممتازة لرعاية الأطفال وطرق لاستيعاب أي ظرف تقريبًا. يمكنك أن تأكل أو تشرب في قاعة المحاضرات ، بشرط ألا تمانع الجامعة وألا تُصدر ضوضاء "تتناثر" عند فك تغليف المواد الغذائية أو أصوات "تنفجر" عند الانتهاء من مشروبك. إذا كنت تعلم مسبقًا أن هناك تعارضًا مع موعد الامتحان المقرر ، فيجب أن تراني مقدما لاتخاذ الترتيبات المتعلقة بموعد إجراء الاختبار. إذا فاتك امتحان لأي سبب من الأسباب ، يجب أن تراني لترى ما إذا كان سيسمح لك بتعويضه. سيتم تقييم المهام المتأخرة ، ولكن سيتم معاقبة 20٪ في اليوم. لقد حددت ساعات عمل محددة خلال الأسبوع ، لكنني سأكون في مكتبي بين 8:00 صباحًا و 6:30 مساءً من الاثنين إلى الجمعة ويمكنك القدوم لرؤيتي في أي وقت مع أو بدون موعد لمناقشة أي مسألة اختار أنت. إذا لم أكن متواجدًا (أي لست موجودًا في مكتبي) ، فيمكنك ترك رسالة مع سكرتير القسم أو ترك رسالة بريد صوتي أو مراسلتي عبر البريد الإلكتروني وسأرد عليك في أسرع وقت ممكن.

نهج الدرجات: تعتمد الدرجات في قسم المحاضرات على 4 امتحانات ، 3 بقيمة 100 نقطة لكل منها ، وتحدث كل أربعة أسابيع تقريبًا ، والنهائي ، وهو شامل بقيمة 175 نقطة. تنحني امتحانات المحاضرات حتى 10 نقاط ، بناءً على أن تصبح أعلى درجة 100. الاختبارات المعملية ليست منحنية. يشكل جزء المعمل من الدورة التدريبية 25٪ من درجتك ، و يجب عليك اجتياز كل من المعمل والمحاضرة لاجتياز الفصل! هذا يعني أنك يجب أن تكسب على الأقل 285 نقطة معملية (105 نقاط بمجرد تحويلها إلى درجات الدورة) في المختبر و 320 نقطة في المحاضرة ليتم تقييمها لدرجة النجاح في الفصل.

الامتحانات: مواعيد الامتحانات ثابتة ولن تتغير. ستشكل الموضوعات التي يتم تناولها في كل اختبار من الاختبارات الثلاثة الأولى جميع المواد التي تمت تغطيتها منذ الاختبار السابق. الامتحان النهائي شبه شامل ، حيث يغطي 55٪ المواد الجديدة ، و 45٪ يغطي المواد القديمة. الامتحانات هي الاختيار من متعدد ، صح أو خطأ ، مطابقة ، وإجابة قصيرة. وهي تتضمن شرائح من الميزات التي ناقشناها في الفصل. الامتحانات منحنية بناءً على أعلى درجة يتم تعديلها إلى 100 ، حتى 10٪ من إجمالي النقاط. أمثلة - 1) أعلى نتيجة هي 92 من 100. لذلك يحصل كل شخص على 8 نقاط مضافة إلى درجاتهم ، وتصبح أعلى درجة 100 2) أعلى درجة هي 88 من 100. لذلك يحصل كل شخص على 10 نقاط مضافة إلى مجموعهم ، 98. التمارين المعملية والامتحانات المعملية ليست منحنية. At the end of the semester, the total points you have earned in lab will be converted to a percentage, and that percentage will be multiplied by the 175 points that the Lab is worth out of the total of 700 possible points. All decimals will be rounded up to the next highest full point in that conversion.

Point Breakdown for Lecture, Lab, and course (Table 1, 2, and 3)


Understanding the theory of plate tectonics can help people better understand Earth's movements. How can knowledge of plate tectonics help people living in areas prone to earthquakes and volcanic eruptions?

Plate tectonics helps us understand the forces that have shaped Australia and the Pacific.

Plate tectonics is the theory that explains how huge blocks of Earth’s crust called “plates” move. Hundreds of mil- lions of years ago, the region was part of a giant continent. This ancient continent also included the land that now makes up South America, Africa, and India. Over time, Earth’s plates separated. The giant continent slowly broke apart.

The movement of tectonic plates also helps explain the region’s unique plant and animal populations. After the region broke away from other areas millions of years ago, its plants and animals were cut off from the rest of the world.

plate tectonics provides an explanation of how earthquakes, mountains, and oceans are formed .

A good theory provides explanations of why things happen. Also the a good theory provides predictions based on the explanations.

Plate tectonics explains why and where earthquakes occur. This makes it possible to make predictions about earthquakes.

Plate tectonics explains why and where mountains are formed.

The oceans according to plate tectonics are formed by divergent boundaries.

Plate tectonics changes and challenges ideas about geology. This makes Plate tectonics important to the study of geology.


When did Plate Tectonics begin on Earth, and what came before?

Two of my favorite topics of geoconversation are how new subduction zones get started and when in Earth’s history did plate tectonics begin? Both are fascinating geoscientific questions but we seem to be making more progress on the first topic than on the second. The plate tectonic revolution changed our science forever but in the excitement of the late 1960’s when the paradigm shifted, the question of what makes the plates move was neglected. Yes it was mantle convection, but was convection driven by hot deep mantle rising or cold dense lithosphere sinking? Geodynamicists soon began investigating and now they tell us that it is mostly the sinking of dense lithosphere in subduction zones, pulling the plates and moving them. The most important consideration is that hotter asthenospheric mantle is slightly (

1%) less dense than colder overlying lithospheric mantle, so these want to change places. This sometimes happens during detachment and delamination of lithospheric mantle but generally happens by subduction, the end-on sinking of lithosphere beneath asthenosphere.

Our modern understanding of what drives the plates shows us that the key to understanding how subduction zones form is by understanding the density and strength of oceanic lithosphere. It also tells us that we should be thinking about lithospheric strength and density when we try to answer the question “When did plate tectonics start on Earth?” Certainly the Archean mantle 2.5 to 3.8 Ga was hotter than is the modern mantle. Consequently, Archean lithosphere would have thinner and more buoyant, and on this basis alone a reasonable person would conclude that plate tectonics must have been more difficult back then. In spite of this, most geoscientists think that plate tectonics was underway in Archean time. Regardless of your opinion on this matter, the question of when did plate tectonics start (WDPTS?) is one of the most important – and exciting – unresolved questions in the history of the solid Earth. I find this to be a particularly interesting question because EVERYONE can get involved: graduate students, undergraduate students, K-12 students, professors, amateurs, the media. We can’t agree on the answer yet so let’s discuss it!

The key to answering WDPTS? must be to reconstruct Earth’s tectonic history, using both first-order understanding of how large silicate bodies cool and proper interpretation of the rock record, particularly those mineral and rock assemblages that are diagnostic of plate tectonic records of independent plate motions, subduction and collision. One possibility is that Earth has always had plate tectonics. This follows from a strict interpretation of the Principle of Uniformity, which basically states that “the present is the key to the past”. Following strict Uniformitarianist logic, because we definitely have plate tectonics today, Earth must have always had plate tectonics. But strict adherence to Uniformitarianism is ridiculous, as Stephen Jay Gould pointed out in his first peer-reviewed paper (Gould, 1965). Uniformitarianism is very useful when you are trying to explain how the Earth came to be to a bunch of religious nuts who think the Earth is 6000 years old and that humans and dinosaurs coexisted, but it is not useful when trying to understand Earth’s tectonic history for the simple reason that it inhibits inquiry.

Earth is the only known silicate planet that has plate tectonics, so plate tectonics is probably a special way that viscous, rocky planets cool. Once we escape the Uniformitarianist straitjacket, we can see that a hotter early Earth may have cooled in a different way than the present Earth. Certainly we all know that there were different conditions in the Precambrian, which makes up 88% of all geologic time. We know that the interior of the early Earth was much hotter than that of today, for a number of reasons. For example, heat production due to radioactive decay at 4 Ga was

3x that of today. Other causes of early heating include heat of accretion, the Sun’s T-tauri event (beginning of H fusion), core differentiation, and the Mars-size impact events. How much hotter was the early Earth? We don’t know but we do know that there are vanishingly few rocks from the first 800 Ma of Earth’s history, as expected for a hot early Earth.

Earth cooled sufficiently that 3.8 Ga rocks are fairly common (e.g. Greenland, Africa) but still, Earth must have been much hotter in the Archean than it is today. How did a hotter mantle affect our planet’s style of heat loss, i.e. tectonic style? Some conclude that a hotter mantle would have resulted in a greater total length of global spreading ridges, which means smaller plates and faster moving plates. Certainly a hotter Earth would have caused more extensive melting and thicker oceanic crust – komatiitic oceanic crust seems likely. It is also likely the oceanic lithosphere would have been thinner and more depleted and that the underlying asthenosphere would have been hotter. I surmise that Archean lithosphere would have been hotter, thinner, and less dense it also would have been weaker and more prone to necking and breaking. These characteristics would have made it easier for sufficiently dense Archean lithosphere to trade places with buoyant Archean asthenosphere but this would have made subduction – which requires coherent plates – more difficult. We can (and should) stake out an opinion, but who knows for sure? Each of us should consider what we know about how our planet operates today and mentally explore how the hotter early Earth would have been similar or different than the plate tectonic Earth of today.

I discussed some of these issues with an eminent geoscientist, who argued that plate tectonics has always been operating on Earth. I asked him why he thought this and he replied “How else can you generate magmas and deform rocks?” There is no doubt that the Archean Earth witnessed a lot of igneous activity and deformation, maybe more than experienced by the modern Earth, but this does not require plate tectonics. This is vividly demonstrated by the examples of Venus and Mars, which today suffer intense deformation and magmatic activity but without plate tectonics.

For me, the most important evidence that Plate Tectonics operated at a given time interval is the preservation of ophiolites, blueschists, and ultra-high pressure (UHP) metamorphic terranes from a given time period somewhere on the globe. For those unfamiliar with what I call the “Smoking guns”* of Plate Tectonics’ (Fig. 1): ophiolites are fragments of oceanic crust and upper mantle (lithosphere) emplaced on continental crust (where geologists can study them). Ophiolites should have but sometimes lack extensive gabbros or sheeted dike complexes, but at a minimum an ophiolite should include tectonized harzburgitic mantle and pillowed tholeiite.

Figure 1: Histograms showing ages of preserved plate tectonic indicators for the last 3 Ga
of Earth history. Histograms are grouped into three types of plate-tectonic indicators: (a)
oceanic lithosphere (ophiolites), (b) subduction zone metamorphic products (jadeitites,
blueschists, and lawsonite eclogites), and (c) continental margins and collision zones
(gem corundum, UHP metamorphic rocks, and passive continental margins. Modified from Stern et al. (in press).

Blueschists are fragments of oceanic crust that have been metamorphosed 40-60 km deep in the distinctive high-P, low T environment of a subduction zone. This produces the diagnostic Na-amphibole known as glaucophane. UHP terranes are slivers of continental sediments which have been subducted even deeper than blueschists, to depths of 100 km. Pressures like this are required to produce UHP-diagnostic phases of diamond or a high-P polymorph of SiO2 known as coesite. Both blueschists and UHP terranes require a two way ticket, down to be metamorphosed in a subduction zone, and back to the surface to be greeted by enthusiastic geologists. Excepting a few 1.9 Ga ophiolites, all three ‘smoking guns’ first appear in Neoproterozoic time, less than 1 billion years ago. I am very impressed by the fact that the vast majority of these three primary indicators of plate tectonics are so young, other geoscientists are less impressed (Fig. 2). More details about the nature of these three petrotectonic indicators can be found in Stern (2005) and Stern (2008).

Fig. 2: Different views about Plate Tectonic Smoking guns. My views are on the
left, the views of some/many other geoscientists are on the right.
Thanks to Julian Pearce for cartoon on right.

WTPTS? does not take up much of my research time but it is fun because it keeps me thinking about all the ways that Earth’s tectonic history can be interrogated. I wonder if there is some type of ore deposit or other rock association that could be used as a new plate tectonic indicator. Eclogites are also potential plate tectonic indicators. One type of eclogite forms when oceanic crust is metamorphosed at 50 km or more deep in a subduction zone but the term also can be used to describe any garnet-pyroxene rock produce by non-plate tectonic processes, for example in the lower continental crust as high-P cumulates or accompanying crustal thickening. Bob Coleman and colleagues wrote an interesting review entitled “Eclogites and Eclogites” that discussed some of these issues (Coleman et al., 1965). Subduction-related eclogites are a particular variety of clinopyroxene-garnet that contain Pyrope (Mg-Al) garnet and omphacite (jadeite-rich garnet). We need some kind of a “discrimination diagram” to distinguish subduction-related eclogites from those of other origins and then we could compile the distribution in time of subduction-related eclogites and use this as an independent petrotectonic indicator to help answer the question WDPTS? A few years ago, Tatsuki Tsujimori and co-authors looked at another subgroup of eclogites which must be subduction-related, those containing lawsonite (Tsujimori et al., 2006). Lawsonite is a hydrous calcium aluminum silicate that is typical of blueschist facies environments, and all known lawsonite-bearing eclogites are Phanerozoic (Fig. 1).

Another rock association that needs to be looked into for the purpose of addressing WTPTS? is the distribution of calc-alkaline batholiths through time. Batholiths mark the exhumed roots of magmatic arcs, exposed by a few km of erosion to remove the volcanic cover, and can be expected to persist as distinctive hallmarks of subduction until they are covered up by sediments. How can we recognize subduction-related batholiths in the rock record? We shouldn’t be happy with just a few trace element diagrams as sufficient to identify arc-like igneous rocks. Someone should develop a more robust set of characteristics and use these to define subduction-related batholiths. These characteristics should include a combination of geographic extent (how many km long and wide?), magmatic geochemical characteristics (e.g., K and isotopic gradients, and position relative to where the forearc basin and trench were (inferred from ophiolites, blueschists, and subduction-related eclogites), temporal features (subduction zones and thus magmatic arcs should be active for tens to hundreds of millions of years), and of course igneous rock compositions.

I continue to look for ways to interrogate the rock record for information about WDPTS? This investigation should be as broad as possible. I recently co-authored a Geology paper on the topic Plate Tectonic Gemstones (Stern et al., in press), which identified gemstones that are diagnostic of plate tectonic processes of subduction and collision. The subduction gemstone is Jade, which consists of nephrite (amphibole) and jadeite (pyroxene). Nephrite can form in other tectonic environments but jadeite only forms 25-70 km deep (0.8 – 2 GPa) under the cool (300-500°C) conditions found in subduction zones. All 19 known localities of jadeite are Phanerozoic in age (Fig. 1). The collision gemstone is ruby, which is gem corundum containing

1% Cr2O3, an impurity that gives the gemstone its deep red color. Rubies form by hot metamorphism (500°- 800°C, 0.2 – 1.0 GPa), especially when passive margin sediments (esp. aluminous shales) get involved in continental collision. We summarized 32 ruby deposits and all but two are Neoproterozoic (Fig. 1). These gemstones are particularly useful because they form so deeply that erosion should reveal, not remove these. Our understanding of the global distribution of the gemstones ruby and jadeite are further indicators that subduction and collision – and therefore plate tectonics – are geologically young phenomena.

There should also be a way to use the temporal distribution of certain ore deposits to answer the question WDPTS? We haven’t made much progress in this aspect yet, but maybe someone will figure something out about this record. A while back I thought that porphyry copper deposits, which are clearly related to subduction, might be ‘smoking guns’ but now I understand that erosion is likely to remove all evidence of these deposits after a few tens of millions of years.

By now you have probably reached a point where you either think that there is some merit in these digital scribblings, or you may have concluded that I am full of unlithified coprolites. Regardless of what you think about WDPTS?, it must have begun at some time after Earth formed. I have shared my opinion about when this was, and some of the reasons for this opinion. Whenever “the great tectonic revolution” happened, there must have been a different tectonic style that it replaced. What was Earth’s pre-plate tectonic style?

To better understand Earth’s early tectonic style we must start from first principles. We know that the farther we go back in time, the hotter Earth’s mantle must have been. The lithosphere must have been correspondingly thinner and weaker and the asthenosphere must have been weaker and melted more extensively. Abundant mafic outpourings have loaded weak lithosphere, depressing it into the eclogite stability field (T>580°C, P>1.3 GPa) where the increase in density due to eclogitization would have stimulated further sinking, ultimately forming detached sinking diapirs, much as happens today during delamination. Archean greenstone belts must have been dominated by downwellings where weak lower crust delaminated and sank. The downwelling zones must have been flanked by mantle upwelling zones (Fig. 3). Hamilton (2007) concluded that dense mafic and ultramafic lavas erupted atop mobile felsic crust during the Archean produced a density inversion that led to the downfolding of volcanic rocks at the same time as domes of felsic middle crust flowed up and around the keel, resulting in the characteristic (keel-and-dome) structure of Archean greenstone belts. The lower panel on Fig. 3 summarizes one idea of what may have happened in the mostly “weak lithosphere vertical tectonics” of the early Earth.

Figure 3: Upper panel shows a simplified version of modern plate tectonics, driven
by the edgewise sinking of strong, dense lithosphere in subduction zones. Lower
panel shows a cartoon of how Earth’s tectonic regime might have been before plate
tectonics began. In a hotter Earth, thin, weak lithosphere sank vertically, similar to
modern scenarios of delamination or “drip tectonics”.

OK, enough ramblings. This brief essay has hopefully stimulated the reader’s interest in the grand question of when Earth’s modern tectonic regime was established. I encourage the reader to join the fun and excitement of this investigation. It’s easy to join and contribute to the discussion we are just feeling our way around this problem. One route forward is to identify those rocks that, in your opinion, most likely formed by plate tectonic processes, and make these your “smoking guns” for plate tectonics. The occurrence of these through time may be an important indicator. It will also be fun to watch how this line of inquiry evolves and what new ideas are advanced over the next few years.

*’The term “smoking gun” was originally, and is still primarily, a reference to an object or fact that serves as conclusive evidence of a crime. In addition, its meaning has evolved in uses completely unrelated to criminal activity: for example, scientific evidence that is highly suggestive in favor of a particular hypothesis is sometimes called smoking gun evidence. Its name originally came from the idea of finding a smoking (i.e., very recently fired) gun on the person of a suspect wanted for shooting someone, which in that situation would be nearly unshakable proof of having committed the crime (from Wikipedia).

Coleman, R.G., Lee, D.E., Beatty, L.B., and Brannock, W.W., 1965. Eclogites and Eclogites: Their Differences and Similarities. Bull. Geological Society America 76, 483-508.

Gould, S. J. 1965. Is Uniformitarianism Necessary? American Journal of Science 263, 223-238.


شاهد الفيديو: حركة الصفائح الارضية علوم عامة الصف الثامن الاساسي (شهر اكتوبر 2021).