11.4: Як швидко зношуються континенти

Last updated
Save as PDF

Page ID: 36820

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Геоморфологи використовують термін денудація для загального, регіонального опускання континентальної поверхні суші процесами вивітрювання, ерозії та транспортування основного матеріалу до океанів. Річки, звичайно, є найважливішими агентами денудації, хоча крижані покриви були дуже ефективними в певні часи та місця в геологічній історії.

Довгий час геологи намагалися розробити оцінки темпів денудації. Є кілька способів зробити це - жоден з них не ідеальний.

Вимірювання осадового навантаження річок. Оскільки майже всі продукти денудації переносяться річками, вам повинно здатися природним вимірювати осадові навантаження всіх річок слова, щоб отримати щорічну загальну суму осаду, що доставляється до океанів, а потім уявити, що обсяг повинен бути розподілений по площі материків, щоб отримати річна ставка денудації. Складено багато таких оцінок. Однак є деякі серйозні проблеми. Одна з них полягає в тому, що, як відомо, важко виміряти осадове навантаження річок, особливо навантаження на русло. Крім того, систематичні вимірювання загального навантаження (підвішене навантаження, навантаження на ліжко та розчинене навантаження) поширені на відносно небагатьох річках у всьому світі. Більш широка проблема: наскільки репрезентативна торішня осадове навантаження, скажімо, денудації на часових масштабах мільйонів років? Загальноприйнята думка, що людство значно прискорило денудацію, значною мірою завдяки сільському господарству. І тут справа в природних коливаннях клімату, в масштабах від століть до мільйонів років. Незважаючи на всі ці песимістичні коментарі, однак, ось деякі цифри. Світові оцінки знаходяться в діапазоні декількох сантиметрів на тисячоліття, але значення коливаються широко, від декількох сантиметрів на тисячоліття, для тектонічно стабільних регіонів без високого рельєфу, до набагато більш високих значень, навіть до декількох метрів на тисячоліття, в тектонічно активних районах з високим рельєфом і рясні опади (широко наведений приклад - східні гори Тайваню).

Швидкість осадження в океані. Очевидною альтернативою вимірюванню осадових навантажень річок є оцінка обсягу осаду, який був відкладений в океанах за певний період геологічного часу. Велика частина твердого навантаження річок осідає уздовж континентальних околиць (але розчинене навантаження таким чином врахувати нелегко). Геофізичні методи вимірювання товщини осаду разом з керном для визначення стратиграфії призводять до регіональних оцінок денудації. Перевага цього методу полягає в тому, що він повинен забезпечувати оцінки денудації протягом геологічно тривалого часу, а також показувати зміни темпів у часі. Оцінки для східного узбережжя Північної Америки складають кілька сантиметрів на тисячоліття, в тому ж бальному парку, що і оцінки, зроблені на основі осадових навантажень річок.

Темпи ерозії земельних ділянок. Якщо товщину континентальних порід, видалених в певний проміжок геологічного часу, можна виміряти або оцінити, це дає найбільш пряме вказівку на швидкість денудації. У деяких місцях можна було зробити пряме вимірювання - наприклад, коли базальтовий потік відомого віку покривав існуючу поверхню землі, а потім був видалений разом з деякою товщиною основного матеріалу. У багатьох регіонах вивчення метаморфічних фацій та термічної історії призвело до оцінки товщини породи без даху внаслідок тривалого підйому, особливо в орогенних регіонах. Знову ж таки, ставки сильно різняться, але, як правило, знаходяться в діапазоні від декількох сантиметрів на тисячоліття до декількох десятків сантиметрів на тисячоліття.

Вражаючий висновок із зазначених вище даних полягає в тому, що, враховуючи рівень денудації навіть у кілька сантиметрів на тисячоліття, що, здається, є консервативною оцінкою, такий континент, як Північна Америка, буде зношений до низинної місцевості в геологічно короткий час, близько десяти мільйонів років!

Просто розділіть середню висоту Північної Америки близько п'ятисот метрів (\(5 \times 10^5\, cm\)) на швидкість денудації, скажімо, п'ять сантиметрів на тисячоліття (\(5 \times 10^{-3}\, cm/yr\)). Результат: десять мільйонів років. Чому ж тоді всі материки не просто низинні рівнини? (Одним з факторів є те, що темпи сповільнюються, оскільки висота та рельєф зменшуються.) Ми змушені звернутися до тривалого підняття: орогенного, у випадку підняття гірських хребтів, що є відносно швидким і відносним обмеженням за площею, або епейрогенним, який є відносно повільним, але охоплює відносно великі площі. (Прикметник орогенний використовується для опису будівництва гір у місцевому регіоні; прикметник epeirogenic, менш легко зрозуміти, використовується для опису широких вертикальних рухів, які впливають на великі частини континенту.)

Це призводить до проблеми конкуренції між високими ставками та ставками денудації. Ви можете подумати з точки зору двох випадків кінцевих членів:

Швидкість підняття набагато більше, ніж рівень денудації. Це було б у тектонічно активному, але посушливому регіоні з швидким підйомом кори: земля швидко піднімається, але опадів для вивітрювання скелі та видалення продуктів вивітрювання мало. Максимальна висота в такій місцевості буде контролюватися міцністю гірських порід. Тут, здається, відбувається самообмежувальний процес: коли піднята маса стає досить високою, вона буквально витікає набік, на глибині, в регіональному масштабі багато сотень кілометрів, комплексом тектонічних процесів нам тут не потрібно займатися, обмежуючи тим самим максимальну висоту. Це, здається, відбувається в Альтіплано, в Андах, і на Тибетському плато, в Південній Азії.
Коефіцієнти денудації такі ж великі, як і підняття. Завдяки великій кількості опадів у вологому кліматі, що сприяє швидкому вивітрюванню гірських порід, темпи денудації можуть йти в ногу з навіть дуже високими темпами підняття, обмежуючи гірські висоти лише кількома тисячами метрів, незважаючи на дуже швидке підняття. Однією з класичних районів такого роду є східні гори Тайваню.