Около 300 миллионов лет назад территория, которая сейчас является Северной Америкой, столкнулась с Гондваной, суперконтинентом, состоящим из современной Африки и Южной Америки. Это столкновение континентов подняло тонны скал высоко над окружающей местностью, чтобы сформировать южную оконечность Аппалачей, которые сейчас можно увидеть в Алабаме, Теннесси и Джорджии. Группа геофизиков реконструировала конечную фазу этого столкновения и разработала новую картину его развития.
Исследование, проведенное исследователями из Университета Брауна, использовало станции сейсмического мониторинга для создания похожего на сонограмму изображения земной коры под южной частью Ю. С., недалеко от южной базы Аппалачей. Исследование показывает, что кора Гондваны была надвинута на Северную Америку, когда два континента столкнулись, соскользнув на север на целых 300 километров, прежде чем два континента разделились и разошлись около 200 миллионов лет назад. Процесс, выявленный исследованием, очень похож на процесс, который сегодня строит Гималаи, поскольку Евразийский континент давит на Индийский субконтинент.
«Мы показываем, что столкновение континентов, которое произошло 300 миллионов лет назад, очень похоже на столкновение, которое мы наблюдаем сегодня в Гималаях», - сказала Карен Фишер, профессор Брауновского факультета наук о Земле, окружающей среде и планетарных науках. соавтор исследования. «Это наиболее хорошо задокументированный случай, когда последний шов между древними континентальными корами имеет геометрию, аналогичную современному контакту земной коры между Индией и Евразией под Гималаями».
Исследование возглавила Эмили Хоппер, получившая докторскую степень в Университете Брауна в 2016 году и в настоящее время занимающая постдокторскую степень в Земной обсерватории Ламонта-Доэрти Колумбийского университета. Исследование опубликовано онлайн в журнале Geology.
Для исследования исследовательская группа разместила 85 станций сейсмического мониторинга на юге Джорджии и в некоторых частях Флориды, Северной Каролины и Теннесси. Исследователи также использовали данные переносного массива Earthscope, передвижного массива сейсмических станций, которые перемещались по территории США в период с 2005 по 2015 год. В общей сложности 374 сейсмических станции зафиксировали слабые вибрационные волны от далеких землетрясений, когда они проходили через скалы. внизу.
Акустическая энергия землетрясений может распространяться по Земле в виде различных типов волн, включая поперечные волны, которые колеблются перпендикулярно направлению распространения, и продольные волны, которые колеблются в том же направлении, что и они. Анализируя степень преобразования поперечных волн в волны сжатия, когда они сталкиваются с контрастными свойствами горных пород, исследователи смогли создать сейсмическое изображение подповерхностной коры..
В ходе исследования был обнаружен тонкий непрерывный слой горных пород, который начинается у поверхности и плавно спускается на юг до глубины примерно 20 километров, в котором волны землетрясений распространяются быстрее, чем в окружающих породах. Этот слой простирается на юг примерно на 300 километров от центральной Джорджии до северной Флориды. Он простирается примерно на 360 километров с востока на запад, от центральной части Южной Каролины, через всю Джорджию и в восточную Алабаму..
Наиболее вероятное объяснение этого аномального слоя, говорят исследователи, заключается в том, что это зона сдвига - контакт, по которому гондванская плита скользила поверх прото-Североамериканской плиты.
«Там, где эти два блока земной коры соприкасались, должна была произойти огромная деформация, которая выровняла минеральные зерна в горных породах и изменила скорость распространения сейсмических волн», - сказал Фишер. «Таким образом, наше предпочтительное объяснение этого сплошного слоя состоит в том, что мы наблюдаем выравнивание минералов в зоне сдвига между этими двумя плитами».
Присутствие этой широко распространенной пологой зоны сдвига рисует новую картину последних стадий столкновения двух континентов. Исследователи долгое время считали, что прото-Североамериканская и Гондвана столкнулись в зоне сдвига с гораздо более крутым склоном, что привело некоторых к мнению, что две плиты скользили в поперечном направлении друг мимо друга. Но такая крутая зона сдвига резко контрастирует с 300-километровой почти горизонтальной зоной сдвига, обнаруженной в этом новом исследовании.
Геометрия контакта, обнаруженного в ходе исследования, аналогична процессу, который в настоящее время поднимает Гималаи. В этом столкновении, говорит Фишер, евразийская кора возвысилась над Индийским субконтинентом на расстояние, подобное тому, которое было найдено в Аппалачах. Этот процесс продолжается и сегодня, поднимая Гималаи на 4-10 миллиметров в год.
Сходство между этими двумя событиями говорит ученым о том, что со временем в том, как строятся горы, есть постоянство, говорит Фишер.
"Когда мы думаем о горообразовании, Гималаи являются архетипом", - сказала она. «Интересно, что столкновение, которое произошло 300 миллионов лет назад, очень похоже на то, что происходит сегодня».
И это имеет значение для понимания того, как эволюционировала земная кора.
«Это говорит нам о том, что то, как деформируется земная кора - где она слабее, где сильнее и как она приспосабливается к деформации, - было довольно однородным во времени», - сказал Фишер. «Кора не могла быть намного горячее, она не могла быть намного холоднее, и в ней не могло быть совсем другого распределения жидкости, поскольку все это влияет на то, как кора деформируется».