Геологические циклы и мегациклы

Главная > Естественные науки > Науки о Земле > Науки о геосфере > Тектоника > Ритмы Земли

Вариации геологических процессов характеризуются периодичностью нескольких порядков - рангов. Циклы наивысших рангов называют мегациклами.

Мегацикл — наибольшие временные подразделения в тектонической истории Земли, охватывающие важнейшие перестройки ее структуры. Выделены Штилле (Stille, 1944 и др.) под названием "Grosszeit" ("большой период") как крупнейшие циклы, в течение которых происходит развитие от необычайно обширных ортогеосинклинальных областей до состояния почти полной консолидации. Штилле намечены три "больших периода" (мегаэры, объединяющие несколько эр): 1) протерозой — онтарий (архей), 2) дейтерогей — карелий — нижний альгоний и 3) неогей — белтоиотний (верхний альгоний) — кайнозой.

Шатский в 1958 г. (1965) под мегахронами, Мазарович (1952) под геохронами, Хаин (1964) под мегациклами понимали тектонически сходные "большие периоды", более продолжительные в дорифейские времена, менее продолжительные позднее. Штрейс (1964) предложил деление на 3 мегацикла (мегахрона) : протогей, мезогей и неогей.

Разделы страницы о геологических циклах разных рангов:

Следует заметить, что в соответствии с цикличностью Бертрана также связаны крупнейшие биологические кризисы на Земле.

Также читайте авторскую статью о галактических циклах в истории Земли.


Ранги геологических циклов

В  настоящее время нет единого представления о границах мегациклов и их числе. Хаин (1962) относит геоциклы к 3 уровням:

  1. наиболее крупные циклы в развитии геосинклинальных систем (которые он называл мегациклами). имеют продолжительность 500—600 млн. лет. Им отвечает формирование "сложных" геосинклинальных подвижных поясов.
  2. Циклы второго порядка (180—200 млн. лет) соответствуют тектоно-магматическим циклам (по Билибину и др.); они имеют основное значение в формировании "простых" геосинклинальных подвижных поясов, геосинклинальных областей и систем.
  3. Циклы третьего порядка (35—40 млн. лет) отвечают стадиям (этапам) тектоно-магматического цикла (по Билибину и др.).

По мнению В.Д. Котёлкина, циклы Штилле (30–40 млн. лет) обусловлены слиянием конвективных ячеек в верхней мантии, циклы Бертрана (170–200 млн. лет) – региональными аваланшами [?], а циклы Вилсона (650–900 млн. лет) определяются овертоновым режимом мантийной конвекции (переворотами мантии).

"Осевая" цикличность: сутки и их части

Очевидно, что к наиболее короткопериодичной цикличности относится цикличность, связанная с суточным вращением Земли вокруг своей оси - суточная периодичность. К выражениям этой цикличности можно отнести геологические следствия действия морских приливов и отливов, изменения температуры земной поверхности (особенно в пустынях), цикличность биологической продуктивности и фотосинтеза. связанные со сменой дня и ночи и т.д.

"Орбитальная" цикличность: год и сезоны

Цикличность более высокого порядка - сезонная. связана с периодичностью обращения Земли вокруг Солнца. В качестве геологического примера выражения этой цикличности может служить накопление соленосных толщ в современных солеродных бассейнах. Эти соленосные отложения имеют отчетливое слоистое сложение, обусловленное чередованием минералов, кристаллизующихся из рассола или растворяющихся в нем при разной его температуре. Другим примером могут служить ленточные глины. образующиеся в озерах на периферии областей покровного оледенения.

Наноцикличность (10 - 2000 лет)

Разные исследователи выделяют несколько порядков более низкочастотной геологической цикличности с периодами от 9-11 л. до 1-2 тыс. л. В литературе (С.Л.Афанасьев) периодичность с такой продолжительностью периодов называется наноцикличностью.

Микроцикличность - колебания орбиты (20-400 тысяч лет)

Далее следует периодичность геологических процессов с продолжительностью циклов от 400 до 20 тыс. л. [?], связанных с изменением параметров земной орбиты, наклоном и прецессией оси ее вращения. Этой периодичности подчиняются чередования ледниковых и межледниковых эпох и связанное с ним изменение уровня Мирового океана, изменения литологического состава и мощности паралических угленосных толщ, эвапоритов и других внеледниковых отложений [+ ритмичность увлажненности и колебания уровня Каспия].

Макроцикличность: ярусы и века (3-5 миллионов лет)

По Тверитиновой - это цикл 3-го порядка (1-5 млн. лет).

Хроностратиграфическая шкала фанерозоя (палеозоя, мезозоя и кайнозоя) расчленена на системы и периоды, состоящие из отделов и эпох, которые в свою очередь разделены на ярусы и века продолжительностью по 3-5 млн л. Эта продолжительность соответствует длине периода следующего ранга цикличности.

Тектонические фазы: циклы Штилле (30-50 миллионов лет)

По Тверитиновой - это цикл 2-го порядка (5-50 млн. лет).

О  существовании более длиннопериодической цикличности в геологической истории отдельных структурных элементов земной коры и Земли в целом, длина периодов которой определяется в 30-45 млн л., стало известно со времени работ американского геолога Джеймса Дэна (1813-1895). Дж. Дэн объединил 1) этапы прогибания земной поверхности в пределах обособленного фрагмента земной коры, одновременного с этим прогибанием, происходившего здесь же осадконакопления и 2) последующего складкообразования вновь накопившихся осадков и более древних пород, 3) затем горообразования в геосинклинальный цикл.

Позднее была показана полицикличность некоторых геосинклинальных систем - образование их в результате нескольких последовательных геосинклинальных циклов. Это привело к тому, что к началу ХХ-го века в геологической науке прочно укоренились представления о повторяемости в пределах отдельных частей земной коры в разные отрезки их геологической истории определенной цепи тектонических процессов. В дальнейшем эти взгляды породили представления о глобальной (планетарной) тектонической цикличности.

Другой вклад в полицикличность (как повторяемость катастроф) внёс Эли де Бомон, который в 1829 г. разработал методику определения возраста складчатости на основании стратиграфических перерывов и угловых несогласий. Суть ее в том, что на определенном возрастном уровне нижележащие отложения бывают более интенсивно смяты (дислоцированы) по сравнению с расположенными выше. Это явление очень легко фиксировалось простыми замерами углов их падения. По его подсчетам в истории Земли было 32 подобные деформации или катастрофы.

В  1924 г. немецкий тектонист Ганс Штиле (1876-1966), проанализировав возрастное положение этих несогласий в разрезах фанерозоя, сформулировал свой «орогенный закон времени» или «канон орогенических фаз», согласно которому в нем может быть выделено порядка 20 таких фаз-несогласий. В этом каноне были установлены тектонические этапы, с которыми связаны соответствующие циклы геологического развития обширных площадей в пределах внутриконтинентальных складчатых поясов. При этом допускалось, что длительные (продолжительные) этапы относительно спокойного развития поверхности Земли, в течение которых доминировали плавные, волнообразные (эпейрогенические) движения земной коры, не приводившие, как правило, к складчатым деформациям слоев (нарушению их первичного залегания), прерывались глобально проявленными и относительно кратковременными эпизодами высокой тектонической активности. В эти моменты, получившие название - "фазы орогенеза", на Земле преобладали высокоамплитудные, резкодифференцированные тектонические движения, выразившиеся в складко- и горообразовании.

Штилле разработал представление о тектонической эре, а позже и о геотектоническом цикле (Stilfe, 1940) - понятиях, близких тектоническому циклу. В геотектоническом цикле Штилле выделял следующие стадии:

  1. геосинклинальную;
  2. орогенез;
  3. квазикратонного состояния;
  4. вполнекратонного состояния.

В настоящее время можно считать общепризнанным, что проявление тектонической активности в глобальном масштабе непрерывно, а намеченные Г. Штилле тектонические (орогенические) фазы отвечают значительному усилению интенсивности проявления различных форм эндогенной активности Земли и выражаются в существенных перестройках структурного плана складчатых систем. Геологические циклы этого ранга а получили название "циклов Штилле".

Концепция Штилле одно время была почти общепринятой, но затем накопились данные, противоречащие ей:

  1. по мере расширения региональных исследований обнаруживались все новые фазы складчатости вне канона Штилле и, притом, во время “анорогенных” периодов. К концу 30-х гг. промежутки, оставшиеся между фазами складчатости (если их считать универсально распространенными), стали весьма узкими, а в некоторых возрастных интервалах практически исчезли;
  2. уточнение стратиграфии показало асинхронность ряда фаз складчатости, которые представлялись ранее одновременными;
  3. длительность образования несогласий оказалась нередко значительной — по крайней мере порядка целых геол. веков;
  4. выяснилось, что рост складок происходил не только во время перерывов в процессе осадконакопления, но и одновременно с ним (конседиментационные складки).

Критика представлений Штилле развивалась в СССР (Наливкин, 1936, Шатский, 1937, 1951 и др.) и за рубежом (Gilluly, 1949) и др. В дальнейшем выяснилось, что тектонический процесс идет с переменной скоростью, причем, по Хаину (1950), более или менее отчетливо выделяются своего рода вспышки, усиления движений, создающие наибольшие качественные изменения тект. структуры. Поэтому Хаин предлагает отказаться от наименований фаз складчатости, по Штилле, а при описании регионов именовать фазы складчатости по стратиграфическому интервалу проявления (например, предэйфельская фаза складчатости). Однако, по его мнению, существуют сближенные по времени группы фаз складчатости, или эпохи складчатости, имеющие в целом более широкое распространение (например, ларамийская).
Другие термины: тектоническая эпоха, эпоха великих обновлений, тектоническая эра. (В. А. Унксов)

Тектонические эпохи: циклы Бертрана (150-200 миллионов лет)

По Тверитиновой - здесь 2 цикла: цикл 3-го порядка (50-150 млн. лет) и мегацикл (250-350 млн. лет).

Более низкочастотные геологические циклы с продолжительностью 150-200 млн л. в честь выделившего их французского геолога Марселя Бертрана (1847-1907) получили наименование - "циклы Бертрана". В конце в XIX века работами этого исследователя, содержащими результаты изучения последовательности характерных древних осадочных комплексов формаций, было показано, что территория современных Альпийских гор в течение мезозойской и кайнозойской эры прошла несколько в целом однотипных стадий (этапов) своего развития, и что те же или аналогичные стадии (этапы), причем в той же последовательности, проявлялись во время палеозойской эволюции складчатых систем Центральной Европы и протерозойского развития Северной Америки. Так были выделены гуронский, каледонский, герцинский (варисский) и альпийский тектонические циклы. В настоящее время реальность существования этой глобальной геолого-тектонической ритмичности (циклов Бертрана) подтверждена, в частности, результатами выполненного К.Б.Сеславинским полуколичественного анализа вариаций различных форм проявления тектонической и вообще эндогенной активности Земли отдельно для каледонского цикла, палеозоя и всего фанерозоя.

Эту цикличность порядка 150-200 млн. лет В.Е. Хаин назвал в честь ее первооткрывателя, французского геолога М. Бертрана (Хаин, 1992), который установил ее в конце XIX в. по повторяемости в разрезе разновозрастных складчатых систем Западной Европы и Северной Америки одной и той же последовательности осадочных формаций: сланцевой, флишевой, молассовой. Бертран выделил 4 цикла - гуронский, каледонский, герцинский, альпийский. Из них в литературе фигурируют три последних, дополненные, правда, еще киммерийским, проявившемся в мезозое; гуронский же цикл Н.С. Шатский заменил байкальским (ассинтским Г.Штилле).

Циклы Бертрана находят свое подтверждение а) в трансгрессивно-регрессивной цикличности, б) в периодических изменениях интенсивности островодужного вулканизма, в) гранитообразования и г) регионального метаморфизма, выявленных на полуколичественной основе В.Е. Хаиным и К.Б. Сеславинским (Хаин, Сеславинский, 1991).

Близкие понятия к тектоническому циклу (рассматриваются ниже): а) тектоно-магматический цикл (тектоно-магматическая эпоха); б) орогенический цикл, также - горообразовательный цикл; в) тектоническая эпоха.

Некоторые термины морфологической тектоники о тектонических периодах

(Л. И. Красный)

Тектонический Цикл

Цикл тектонический (геотектонический цикл) — совокупность геологических явлений в поступательно-направленном развитии тектоносферы [?], характеризующихся закономерной эволюцией подвижной (геосинклинальной складчатой) обл. от заложения геосинклинали до завершения в ее пределах складчатых и складчато-глыбовых процессов и связанного с ними или непосредственно следующего за ними горообразования. Тектонический цикл нередко обозначается терминами: цикл складчатости, эпоха складчатости, или, сокращенно, складчатость (по завершающей складчатости).

Имеется и более узкое толкование тектонического цикла, когда под последним понимается процесс превращения геосинклинали в складчатую систему. Учение о тектоническом цикле наиболее разработано для позднего протерозоя и фанерозоя (байкальская, каледонская, герцинская, мезозойская, альпийская складчатости). Представления о более древних архейских и раннепротерозойских складчатостях неполные.

Наиболее дискуссионными в понятии о планетарной периодичности тектонических движений являются следующие вопросы: 1) равнопромежуточность циклов или сокращение их длительности в ходе общего развития планеты; 2) степень качественного изменения тектонического режима; 3) совпадает или сдвигается начало, кульминация и конец тектонического цикла в пределах складчатых областях одного материка и разных материков.

Эпоха складчатости

Понятие об эпохе складчатости первоначально связывалось с возрастом складчатых систем определенного простирания (фон Бух, де Бомон, Бертран, Or), на основе которого в 20-х гг. Штилле разработал представление об эре тектонической, а позже и о геотектоническом цикле (Stilfe, 1940), понятиях, близких тектоническому циклу. В геотектоническом цикле Штилле выделял следующие стадии: 1) геосинклинальную; 2) орогенез; 3) квазикратонного состояния; 4) вполнекратонного состояния.

Более подробно стадии тектонического цикла позднее были разработаны советскими и зарубежными тектонистами. Так, Богданов в 1969 г. выделил тектонические эпохи (понятие, близкое тектоническому циклу), обнимающие значительные отрезки времени, измеряемые сотнями млн. лет (от 200 до 400—500 млн. лет). По его представлению каждая тектоническая эпоха характеризуется собственным планом размещения геосинклинальных и консолидированных областей и накоплением осадочных и вулканогенных форм. Представление о тектонических циклах широко используется при составлении тектонических и металлогенических карт обширных территорий (СССР, Европы, Евразии и Мира).

Тектоническая эра

Эры тектонические — длительные периоды в развитии земной коры, начинающиеся заложением геосинклиналей и заканчивающиеся формированием складчатых структур на обширных площадях земного шара. Штилле (Stille, 1924, 1940) выделил 4 тектонические эры: ассинтскую, каледонскую, варисдийскую (герцинскую) и альпийскую. Термин малоупотребителен. В российской литературе чаще применяется в том же смысле, что и цикл тектонический.

Геодинамические периоды: циклы Вилсона (600 - 800 миллионов лет)

Следующий ранг геолого-тектоническои цикличности представлен так называемыми "циклами Вилсона" (англ. – Wilson cycle), мегациклами продолжительностью 500-600 млн л. [600-800], в течение которых проявляется основной сценарий эволюции верхних геосфер Земли, заключающийся в периодическом "собирании" всех континентальных блоков (континентов), дрейфующих по поверхности Земли, в единый суперконтинент - Пангею. В отрезки геологического времени, на протяжении которых существовала Пангея, остальная часть поверхности планеты представляла собой океаническое пространство - суперокеан Панталасса.

На протяжении послеархейской истории Земли выделяются четыре глобальных мегацикла (2,5-1,6 млрд л.; 1,6-0,8 млрд л.; 0,8-0,24 млрд л.; 0,24 млрд л. ). Каждый мегацикл начинался с распада суперконтинента на отдельные континенты, разделенные новообразованными вторичными океаническими пространствами.

Окончание этих мегациклов знаменуется закрытием разделявших континентальные массивы вторичных океанических бассейнов и обратным стягиванием континентов в суперконтинент.

Циклы Вилсона называют также геодинамическими циклами, циклами полного обновления земной коры, периодами эволюции литосферы. Также их можно назвать эпохами коренных преобразований литосферы, коренных перестроек земной коры. Эти эпохи великих обновлений (великих обрушений) (Stille, 1944, 1958; Umbruch, 1964) — важнейшие переломные эпохи в истории Земли, коренным образом изменяющие ее тектоническое состояние. Намечаются 2 (или 3) такие эпохи (мегациклы) [400, 800 млн. лет?], когда ортогеосинклинальные области, дошедшие до состояния полной или почти полной консолидации, вновь восстанавливают свою подвижность. Эти главнейшие общепланетарные переломы (?-регенерация) приводят к формированию новых ортогеосинклинальных областей. Шейнманн (1960) на основании анализа структур Лавразии и Гондваны устанавливает неодновременность эпох великих обновлений на Земле [возможно, это связано с тем, что активными факторами являются не океаническая, а континентальная кора, или тектонические процессы распространяются медленно и волнообразно].

Геодинамический цикл Уилсона - основа концепции геомобилизма. Он описывает развитие океанических бассейнов и континентального горообразования в виде следующих стадий:

  1. континентального рифтогенеза (эмбриональная – континентальная кора раскалывается над мантийной струей) [внутриконтинентальное рифтообразование];
  2. раннюю (юности – два континента уже разделены морем);
  3. зрелую (зрелости – дальнейшее раздвижение и образование океана);
  4. угасания (упадка – начало сокращения [другого?] океана) [поглощение океанической коры];
  5. заключительную (конечную – сближение континентов и образование горных цепей) [столкновение литосферных плит];
  6. реликтовую (соединение континентов, образование реликтового рубца – геосутуры) [стабилизационная].

Вторая и третья стадия раньше были одной, которая называлась "расширение океанического дна. "

Раньше писали, что этот цикл обычно охватывает промежуток 200-250 миллионов лет. Потом этот короткий период назвали циклом Бертрана, а за циклом Уилсона закрепили периодичность континентообразования, которую считали равной 500-600 миллионов лет.

Вот более подробное описание этих стадий эволюции литосферы (этапов развития и формирования геотектур):

  1. На материке образуется обширное сводово-вулканическое поднятие, в его пределах начинается развитие новой дивергентной границы плит в виде системы рифтовых трещин [разломов континентальной земной коры]. Возможно также образование внутриконтинентальных «щелевых» рифтовых трещин вне сводового поднятия (например, Рейнский грабен, Байкальская рифтовая система, грабен Шаньси, Восточно-Африканская рифтовая зона, провинция Бассейнов и Хребтов Северной Америки).
  2. Континентальная литосфера разрывается и начинается разрастание вновь образованной океанической впадины. По мере наращивания океанической литосферы рифтовая трещина постепенно отодвигается от континентальной окраины и становится осью симметрии разрастающегося бассейна. При этом вся область перехода от материка к океану вступает в пассивный период развития. В этот период происходит остывание, увеличение толщины и постепенное опускание молодой океанической впадины.
  3. Происходит погружение литосферы в мантию за счет появления комплекса глубоководного желоба зоны субдукции. Благодаря трению подвигающаяся плита удерживает надвинутый край литосферной плиты и избегает его, при этом сама опускается под действием веса надвинутого края. Идет формирование вала и желоба. Разогрев материала под погружающейся литосферной пластиной приводит к разрушению верхней части ведущего (переднего) края плиты на континентальной стороне желоба и образование там оротектонического орогена (вулканической и невулканической гряд).
  4. Процесс сокращения размеров зрелой океанической впадины приводит к тому, что начинается процесс столкновения континента с островной дугой или с другим континентом. Важной стадией в цикле эволюции литосферы является стадия отторжения микроконтинентов. Она отражает начало закрытия океана, когда закладываются круто падающие зоны субдукции древней (тяжелой) океанической литосферы под пассивные или активные окраины континентов, и от последних отторгаются их краевые части – сегменты континентальной коры. В тылу микроконтинентов развиваются спрединговые (активные) окраинные моря. Полное закрытие океанической впадины – это начало нового этапа формирования и развития горно-складчатого планетарного сжатия материковой литосферы. Следует иметь ввиду, что при увеличении линейной скорости сжатия возрастает средняя высота горных сооружений, в местах максимального сжатия в последующем формируются тектонические структуры щитов.
  5. Стадия динамической и термической релаксии.

Резюме о ритмах в истории Земли

Таким образом, мегацикличность геологической истории есть важнейшее проявление ритма эволюции Земли. Ее следует воспринимать как замкнутую цепь событий от начала сокращения Панталассы (раскола Пангеи) до ее максимального расширения (образования очередной Пангеи). На эту мегацикличность накладываются вариации более высоких порядков, представленные циклами Бертрана с периодами 150-200 млн л., циклами Штилле с периодами 40-45 млн л., циклами с периодом 3-5 млн л., продолжительность которых соответствует ярусному расчленению глобальной стратиграфической шкалы фанерозоя, циклами нескольких порядков с периодами от 400-100 тыс. л. [?] до 1-2 тыс. л., наноцикличностью с периодами колебаний от 452 до 11-9 л., а так же годовая и суточная цикличности, сопряженные со сменой времен года, а также дня и ночи.

Подводя итог вышеизложенному, можно заключить, что эволюция верхних геосфер, и в первую очередь земной коры, представляет собой периодически проявляющиеся вариации фоновых геологических процессов, протекание которых эпизодически нарушается катастрофами - процессами, в целом сходными по типу, но резко отличными по интенсивности (скорости и т.п.) от фоновых. При этом эти катастрофы существенно не искажают периодичность вариаций фоновых процессов, зависящих от других причин.

Без сомнения, интенсивность протекания фоновых геологических процессов должна подчиняться всем этим многоуровенным вариациям. Однако при изучении изменения эндогенной (тектонической) активности Земли в глобальном масштабе в фанерозое по очевидным причинам невозможно корректное выделение высокочастотных вариаций с периодичностью менее 3-5 млн л., а зачастую и более продолжительных периодов. Это обусловлено реальной точностью региональных стратиграфических шкал и недостаточно высокой детальностью межрегиональных стратиграфических корреляций, а также недостаточной точностью радиогеохронологических (изотопных) датировок.


Главная
Геотектоника : Геоциклы | Геомобилизм | Структурная геология | Закономерности месторождений золота
Близкие по теме страницы: География | Карты | Музеи и библиотеки
На правах рекламы (см. условия):    


© «Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005. Пишите письма (Письмо И.Гаршину).
Страница обновлена 17.09.2017
Я.Метрика: просмотры, визиты и хиты сегодня