关于超级大陆旋回的探讨

来源:用户上传      作者: 董正阁 丹增卓玛

　　摘 要：超大陆旋回（supercontinent cycle）的含义是指古大陆曾经在地质历史时期经历过多次的聚集和裂解。自新元古代以来，在地球历史进程中先后历经了的罗迪尼亚（Rodinia）-冈瓦纳（Gongdwanalan）-潘基亚（Pangea）等几次超级大陆的拼合与解体。但超级大陆的拼合与解体都是相互关联，相互影响的，并非毫无联系的独立发展与消亡的。每个超级大陆旋回都包括了旧大陆的分裂，裂谷带的发育，单个克拉通的无序偏移导致的多个克拉通随机组合、碰撞、缝合形成新的超级大陆这两个重要阶段。然而这些过程中对板块的运动，矿床的演化，生物的进化成长都有着重要的研究意义。
　　关键词：超级大陆；罗迪尼亚；冈瓦纳；旋回
　　自1910年，德国的气象学家A.Wegener提出的大陆漂移学说以来，关于板块构造运动，大陆的拼合与洋中脊的分离，以致后来的加拿大威尔逊从板块的运动提出了，威尔逊旋回的观点，大洋盆地从产生到消失是有一定旋回性的，为大洋的发展提出了六个阶段。这一切都为超级大陆的学说发展奠定了理论基础。
　　1 Ur超级大陆（3.0Ga）
　　UR超级大陆是出现在大约30亿年前古元古代时期的原始大陆（Rogers，1996），推测其大概有5个克拉通，他们发育了大面积的浅水表壳系盖成（3.0Ga-2.8Ga）（图1）。目前都可以在泛大陆的东冈瓦纳大陆部分发现，另外还有南非的卡普瓦尔（Kaapvaal）克拉通，印度的西达尔瓦尔（Western Dharwar）克拉通Bhandara克拉通、Singhbhum克拉通，西澳的皮尔巴拉（Pilbara）克拉通。不管30亿年前的历史中是否真实存在这样一块超级大陆，但是在18亿年前可以确定就已经结合在一起的大陆块的内核。
　　2 北极古陆（2.5Ga-1.5Ga）
　　属于原生古陆，北极古陆（2.5GA-1.5Ga），包括了北美、西伯利亚及部分格陵兰等地区一些古老的克拉通。早些时期Williams（1991）将加拿大克拉通包括北极古陆以内，统一称为科罗拉多大陆（Kenorland），科罗拉多在2.4GA到2.0GA之间发育广泛裂谷，最终在两条造山带的碰撞下聚合（Rogers et al.，2003）。由于其在东、西、南三面经历汇聚之后有了很大的增生程度，导致最终与北美、格林兰、波罗的形成了后面的nean超大陆。
　　3 哥伦比亚超大陆（1.8Ga-1.2Ga）
　　Columbia超级大陆是地质历史时期第一个聚合在一起的超大陆[1]，根据地球物理地磁数据的推测，它可能是一个古元生代到中元古代时期的一个超级大陆。
　　地质学家Rogers 最初猜想的是哥伦比亚大陆在1.6Ga时期开始聚合，但随后的G.C.Zhao提出了哥伦比亚大陆大概在1.8Ga其间开始汇聚，因为当时同一时代情况下出现了全球造山带的分布。所以最后Rogers再根据岩石学和地质年龄数据修改了当时的论点，提出了哥伦比亚大陆聚合时间与一些影响全球事件相一致，大约时间在1.85Ga-1.9Ga。
　　4 罗迪尼亚（1.0Ga-0.7Ga）
　　“Rodinia”一词出自于俄语，原意是指“初生，诞生”之意，因为是出现在10亿年前在新元古代出现的一个超级大陆，对显生宙的所有超级大陆的出现有着直接影响，对于Rodinia的超级大陆边缘浅海部位沉积也是显生宙初期生物大爆发的重要原因之一。
　　1991年罗迪尼亚超级大陆的提出对研究超级大陆在地质历史时期的聚合和裂解有着重要的推动作用[2]。其中Sweat的假说的提出和研究证明，很有力的推动了前寒武纪的超级大陆恢复再建。
　　Sweat认为罗迪尼亚以劳伦古陆为中心（图2），分布在其周围的主要有：波罗的古陆、东冈瓦纳古陆、卡拉哈里、刚果、西非及亚马孙等克拉通。如果北美的西部与澳大利亚-南极地盾相拼合的话， 从南极到冈瓦纳的其它部分， 许多特征可以得到延伸， 尤其是元古界造山带，其中Grenville 造山带可以环绕东南极的沿岸延伸直到印度和澳大利亚。加拿大北西Wopmay 造山带可以通过东澳大利亚延入南极，然后经过冰盖与美国西部Yavapai-Mazatzal 造山带连接，造山带中的蛇绿岩带也可以延入东南极。沿美国科迪勒拉冒地槽的前寒武纪-古生代沉积岩相似的岩系也出现在横穿南极的岩系中。因此，他主张，在中元古代末期，劳伦古陆的西缘与澳大利亚-南极的东缘、部分南美及波罗的古陆曾拼合在一起，南美与劳伦古陆的东缘相邻。该假说成了以后的罗迪尼亚泛大陆重建的重要基础。
　　罗迪尼亚聚合于中元古代晚期（1.3Ga～1.0Ga），北美格林威尔造山带标志着这一时期的大陆汇聚作用。而劳伦古陆与东冈瓦纳大陆的裂解形成的早期太平洋，以及劳伦古陆与波罗的克拉通之间裂解形成的早期大西洋，则标志罗迪尼亚超级大陆的解体，这一时期大概发生在0.7Ga，此时劳伦古陆和东冈瓦纳古陆从罗迪尼亚开始分离[3]。
　　罗迪尼亚超大陆的破裂可能涉及两次裂谷事件，其一是在0.75Ga[4]左右沿着劳伦古陆西缘发生裂谷作用，使东冈瓦纳陆块（澳大利亚、东南极、印度、卡拉哈里等陆块）与劳伦古陆分离，东冈瓦纳相对劳伦古陆呈逆时针旋转，由此形成初期太平洋；其二是大概0.6Ga沿着劳伦古陆东缘发生裂谷作用，使巴西、亚马孙、刚果、西非等陆块与之分离。
　　5 冈瓦纳大陆
　　在600-550Ma期间，由于泛非造山运动造成解体于罗迪尼亚超大陆的东西冈瓦纳块体之间的聚集，莫桑巴克洋消亡，形成规模较罗迪尼亚小的的冈瓦纳超大陆（Gondwana）。
　　新元古代末期，罗迪尼亚泛大陆开始裂解作为冈瓦纳旋回的开端，主要表现在，大幅度的拉伸、裂谷作用以及了陆内盆地和洋中脊拉张导致洋盆的形成。罗尼迪亚最先是以东冈瓦纳的裂解为开端，形成了太平洋的雏形，此时的中国华南板块在劳伦古陆和澳大利亚古陆之见。随后西冈瓦纳也随之裂解，在新元古代晚期在泛非造山带时期聚合东冈瓦纳形成了冈瓦纳大陆。东西冈瓦纳的汇聚并不是短期碰撞形成，其中经过多个地质体之间的碰撞。 　　重建冈瓦纳旋回的标志性事件就是两条全球范围的泛非造山带。第一条构造带是介于东、西冈瓦纳之间的莫桑比克带，该带涉及东非、马达加斯加、印度南部、斯里兰卡和东南极，该带的闭合产生的中低压麻粒岩相变质作用，是冈瓦纳形成的标志。大约形成于530Ma（Meert et al.，1996）第二条构造带发育于东、西非之间并延伸到刚果和巴西东南部，其中巴西东南部长达2000km的新元古代晚期岩浆弧的发育特别引人注目。
　　在Gondwana汇聚成一个整体后，其北部开始裂谷化，分裂开的的陆块持续向北运动。首先，在260-250Ma期间，Gondwana北缘裂开，狭窄的特提斯出现；在160Ma，非洲向东裂开与北美分离（北大西洋打开），紧接着中部、南部大西洋在白垩纪时期扩大内海面积；在120-100Ma，印度彻底分离；在60Ma时期，澳大利亚在也与Gondwana分离（Rogers et al，2003）目前，现存的南极大陆是唯一一块Gondwana原始大陆部分被保留下来。
　　6 潘基亚大陆（0.25Ga）
　　潘基亚属于联合古陆，实际并不能称作超大陆，他是由裂解之后的冈瓦纳的南部和北边正在汇聚的劳亚大陆（Laurasia）所拼合而成的。
　　从晚古生代开始，劳亚古陆就开始拼合，主要组成部分有西伯利亚克拉通，塔里木克拉通和天山古陆，可以说劳亚大陆是个古亚洲模型。（Xia等，2012）最先开始的是250Ma西伯利亚克拉通和华北克拉通的联合再到西伯利亚与波罗的联合（Rino等，2008）最后是华南古陆和印支古陆的联合，到中生代初期，劳亚古陆开始基本形成。但此时的潘基亚古陆的南部地区还处在冈瓦纳大陆裂谷裂解时期。相对的，从冈瓦纳裂解的部分陆块不断的向北边运动，并引起了对当今都有着深远影响的三大造山运动；喜马拉雅造山运动、阿尔卑斯造山运动、和扎格罗斯造山运动。
　　7 结束语
　　超大陆旋回（supercontinent cycle），超大陆包括大部分或所有的大陆地壳，除显生宙的泛大陆（Pangea，0.2 Ga）之外，在元古代还可能存在的Nean超大陆、哥伦比亚超大陆、罗迪尼亚超大陆。每个超大陆旋回包括古老超大陆的裂谷和裂解作用，单个克拉通的形成，以及克拉通随后的重新组合、碰撞、缝合形成新的超大陆两大阶段。超大陆拼合的标志主要表现为全球性洲际规模造山带的形成或陆块广泛拼合、碰撞，出现造山作用高峰期，如中元古代末期的格陵威尔（Grenville）造山带。超大陆存在期裂谷期的标志为大陆保存大面积的沉积盖层变质基底的二元结构。
　　这些大陆的消亡与汇聚都影响着下一个地球板块运动的变化趋势，大陆的旋回性分裂与汇聚动力主要来自于地幔热对流动力和大规模的增生、造山带的形成、不同克拉通之间的碰撞为动力。
　　参考文献
　　[1]ROGERS J J W， SANTOSH M， YOSHIDA M .Mesoproterozoic Supercont inent （Call for papers）[J].Gondwana Research，2000（4）：590-591.
　　[2]McMENAMINMAS.McMENAMIN D L S. The Emergence of Animals： the Canbrian Breakthrough[M].NewYork：Columbia University Press，1990：1-12.
　　[3]KRONER A. The Pan-African belt of Northeastern and eastern Africa，Madagascar， Southern India， Sri Lanka and East Antarctic：Terrane amalgamation during formation of the Gondwana superconti-nent[A]. THORWEIHE U， SCHANDELMEIER H. GeoscientificResearch in Northeast Africa[M]. Rotterdam： Balkema，1993：3-9.
　　[4]Powell C M ， Li Z X， Mcelhinny M W.Paleomanatic constraints o n timing of the Neoproterozoi breakup of Rodinia and the Cabrian formation o f Go ndw ana.Geology，1993，21（10）：889-892.
　　[5]POWELL C M. Are Neoproterozoic glacial deposits served on the margin of Laurentia related to fragmentation of two super-continents[J]. Geology，1995，23：1053-1054.
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