古代造山带中的地形恢复机制是什么?

汽笛撩科学 2023-08-29 22:41:58

在古代造山带中,例如阿巴拉契亚山脉,随着构造力的失活,地形起伏可能会继续增加。尽管气候作用力和地幔引起的动态抬升可能推动地形的形成,但对于阿巴拉契亚山脉来说,缺乏明确的证据。为了探索这个问题,研究人员使用了北美动态地形的数值模拟,并结合墨西哥湾沉积历史的重建。据研究,自古近纪以来,阿巴拉契亚山脉地形起伏的恢复可能是由俯冲的法拉隆板块下沉引起的地幔诱发的动态沉降所致。

具体来说,科学家发现墨西哥湾大陆侵蚀和沉积物沉积中心东移的模式与预测的动态沉降轨迹密切相关。此外,墨西哥湾和大西洋西部的快速沉积物沉积脉冲与中新世阿巴拉契亚山脉的侵蚀增强有关,这是由大陆的动态倾斜引起的。根据研究人员的模型,这种通过沉降引起的地面侵蚀导致阿巴拉契亚地形的弯曲均衡调整,形成了高达400米的起伏和200米以上的海拔。究人员研认为,动力学引起的大陆倾斜可能为古代造山带的地形恢复提供了一种机制。

在人们普遍认为活跃的构造力造就了地球上大多数造山运动的同时,古代造山运动的地形恢复问题仍然存在。以阿巴拉契亚山脉形成为例,在构造活动停止很久之后,该山脉地形的恢复仍然是个谜。一种观点认为,地幔引起的动力抬升促使了阿巴拉契亚山脉现今的地形发展。

地幔的大尺度对流过程可以造成地表的变形,即动态地形。可以通过计算浮力引起的地幔流来估计这种变形。然而,由于地幔浮力和粘性结构估计的不确定性,这些估计仍然存在较大差异,这两个变量都是计算地幔流所必需的。有一种很有前途的方法将地震异常转化为密度,从而估计地幔浮力,这已被广泛用于估计大陆的垂直运动史。然而,关于地幔粘度剖面的深度依赖性,尚未达成共识。

事实上,只有当预测结果与当前观察结果以及地质约束条件相一致时,模型才能产生有意义的动态地形历史。

对于动力沉降和造山变形之间关系的理解,可以从研究大陆周围被动边缘盆地的沉积和沉降历史中获得。墨西哥湾是一个始于侏罗纪的被动边缘盆地,其经度范围与美国东部相似。在新生代,墨西哥湾积累了大量沉积物,主要来自北美大陆的侵蚀。根据古近系、新近系和第四纪地层的厚度,可以计算假设均衡的残余沉降剖面。从地理位置上看,三个年龄组的沉积物相互抵消,清楚地表明沉积中心随着时间的推移逐渐向东移动。这种迁移表明了一个盆地规模的动态过程。

综上所述,通过对阿巴拉契亚山脉地形起伏的数值模拟和墨西哥湾沉积历史的重建,可以推测阿巴拉契亚山脉地形起伏的恢复可能是由俯冲的法拉隆板块下沉引起的地幔诱发的动态沉降所致。科学家的研究为古代造山带的地形恢复机制提供了一种新的理解。

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