赵国春：超大陆演化与东亚大陆形成-2017-5-5公开版

超大陆演化与东亚大陆形成赵国春香港大学&西北大学第三次中国地质大讲堂一、超大陆研究背景二、Columbia超大陆聚合、增生和裂解三、Rodinia超大陆聚合、增生和裂解四、Pangea聚合与东亚大陆形成报告提纲地球表层由大陆和大洋组成，其洋陆的演变主要是通过大陆的聚合和裂解来完成一、超大陆研究背景地球演化到某一阶段，几乎所有大陆板块聚合而形成一个大陆：超大陆(supercontinent)•Howdidasupercontinentform?-PlateTectonicsTheoretically,aprobabilitythatallcontinentalblocksonEarthmovetogethertoformonelandmassshouldbeextremelylow,whichmaybeareasonwhyonlyafewsupercontinentscomprisingnearlyallcontinentalblocksformedinthe4.6GalongEarth’shistory.一、超大陆研究背景~18亿年Columbia超大陆(Zhao,2002)地球在近46亿年的漫长演化过程中，只形成少数几个超大陆~10亿年Rodinia超大陆(Dalziel,1997)~2.5亿年Pangea超大陆(Unrug,1992)NAAMBGSAUSEAINDMKCEurosiaSouthAmericaAfricaIndiaEastAntarcticaAustraliaLaurentia??7SSCBWASAGNATKAEAINCM~1.8GaNuna(Zhaoetal.,2002)每个7-8亿年，全球各个大陆就汇聚在一起形成一个超大陆~1.0GaRodinia(Lietal.,1997)~250MaPangea(Unrug,1992)EurosiaSouthAmericaAfricaIndiaEastAntarcticaAustraliaLaurentia~2.5GaKenorland(?)(Williams,1991)NAAMBGSAUSEAINDMKC??7SSCBWASAGNATKAEAINCMSupercontinentPangea(~250Maago)Atpresent~250MillionYearsAgoAlfredWegenerContinentalDriftHypothesis大陆漂移说大陆漂移说（德国气象学家魏格纳，1912年）2.5亿年前Pangea超大陆1.35亿年前0.65亿年前现今的洋-陆格局魏格纳FossilsmatchingrocktypesandfitofcontinentsDistributionofPaleozoicglaciersandstriationsforglacialflowEvidenceforContinentaldrift大陆漂移说和Pangea超大陆的概念提出后并没有被人们所接受因为Wegener没有给出合理的动力学机制Wegenerproposedthatcontinents“plowed”throughoceans•Violatedwhatwasknownaboutthestrengthofrockscontinentaldriftwasrejectedforlackof“drivingmechanism”欧亚北美南美非洲南极澳大利亚印度劳亚古陆冈瓦纳古陆Pangea超大陆(2.5亿年前)格陵兰Pangea主体★是重建大陆演化历史、发展板块构造理论、催生地球动力学新理论的切入点超大陆研究意义大陆漂移板块构造Pangea超大陆•帮助我们了解地球不同时期大陆周期性聚合、增生和裂解历史•超级大陆重建有助于在不同大陆上寻找地质矿产资源•超级大陆聚合和裂解对地球水圈、大气圈、生物圈等具有极其重要影响。例如：超级大陆的聚合可能引起:1.全球海平面下降：总的陆地面积减少;低的洋壳产出量۩2.气候变冷、气候干燥-‘Icehouse’3.生物灭绝–P/TBoundaryEvent۩陆-陆俯冲碰撞导致大陆总的面积减少印度欧亚印度欧亚•超级大陆聚合和裂解对地球水圈、大气圈、生物圈等具有极其重要影响。例如：超级大陆的聚合可能引起:1.全球海平面下降：总的陆地面积减少;低的洋壳产出量2.气候变冷、气候干燥-‘Icehouse’3.生物灭绝–P/TBoundaryEvent۩★是研究地球内部因素对全球环境变化、生物爆发、辐射与灭绝控制的关键超大陆超大陆大陆裂解大陆裂解大陆聚合95%的种灭绝85%的灭绝生物辐射生物辐射大陆聚合大陆裂解大陆裂解超级大陆的裂解可能引起:（1）全球海平面上升：高的洋壳产出量（2）大气中CO2含量增加：大陆和大洋裂谷（3）气候变暖、气候潮湿-‘Greenhouse’（4）寒武纪生物大爆炸•后来，地质学家们相信，类似的超大陆在地球史上其它时期也可能出现过。•美国Ohio大学R.D.Nance教授甚至推断每隔400-500百万年地球上就会出现一个超大陆！•按照这个推断，下一个超大陆应该在250百万年之后出现.一、超大陆研究背景•自上世纪80年代以来，越来越多的人相信地球上曾经存在一个中-晚元古代超大陆。•1990年，MarkMcMenamin&DiannaMcMenamin首次提出存在一个10亿年前形成的超大陆：Rodinia一、超大陆研究背景MountHolyokeCollegeMcMenamin,M.A.S.andMcMenamin,D.S.1990.TheEmergenceofAnimals:theCambrianBreakthrough.ColumbiaUniv.Press;NewYork.217pp.MarkMcMenaminDiannaMcMenaminPaulHoffmanHarvardUniversityIanW.D.DalzielUniversityofTexasAtAustinEldrigeMooresUniversityofCaliforniaAtDavisMoores,E.M.,1991.SouthwestU.S.–EastAntarctic(SWEAT)connection:Ahypothesis.Geology,19,425–428.Hoffman,F.P.,1991.DidbreakoutofLaurentiaturnGondwanainside-out?Science252,1409–1411.Dalziel,I.W.D.,1991.PacificmarginsofLaurentiaandEastAntarctic–Australiaasaconjugateriftpair:EvidenceandimplicationsforanEocambriansupercontinent.Geology,19,598–601.LaurentiaAmazonCongoSiberiaBalticaAustraliaIndiaEastAntarcticaKalahariWestAfricaGrenville-AgeOrogen(Hoffman,1991)NorthAmericaGSiberiaAustraliaIndiaAntarcticaBalticaAmazonCongoWAFSFRPK2BARR(Dalziel,1997)Rodinia(~1.0Ga)TectonicsSpecialResearchCentreChrisPowellUniversityofWesternAustraliaIanW.D.DalzielUniversityofTexasatAustinPeterA.CawoodCurtinUniversityofTechnologyPaulHoffmanHarvardUniversityDavidA.EvansYaleUniversityLaurentiaAmazonCongoSiberiaBalticaAustraliaIndiaEastAntarcticaKalahariWestAfricaGrenville-AgeOrogenRodiniaIGCP440:Assemblyandbreak-upofRodinia•RaphaelUnrug(WrightStateUniversity)•ChrisPowell(UniversityofWesternAustralia)•H.Kampunzo(UniversityofBotswana)•S.V.Bogdanova(UniversityofLund)H.Kampunzo(1952-2004)ChrisPowell(1943-2001)S.V.Bogdanova（1）Rodinia许多组成陆块并非是由10亿年前的格林威尔期造山带连在一起的，他们在Rodinia形成之前就已聚合在一起；三个与“Rodinia是地球历史上第一个超大陆”不符的地质事实:西伯利亚劳伦(北美+格陵兰）印度澳大利亚东南极波罗的刚果西非南美南非格林威尔造山带Rodinia超大陆重建图（Hoffman,1991)（3）在18-11亿年（长达7亿年）期间，地球上没有发生大规模的陆-陆碰撞事件。（2）所有Rodinia组成陆块内部都含有比格林威尔期造山带更老的大陆碰撞带，且主要形成于21-18亿年期间；Prof.RaphaelUnrugDr.MartinKranendonkGondwanaResearch(Vol.5,No.1,2002)SpecialIssueOn“Paleo-MesoproterozoicSupercontinent”Contents1.Mesoproterozoicsupercontinent:IntroductionJ.J.W.RogersandM.Santosh..................................................3-42.ConfigurationofColumbiaJ.J.W.RogersandM.Santosh..................................................5-233.ThehypotheticalMesoproterozoicsupercontinentColumbia:ImplicationsoftheSiberia-WestLaurentiaconnectionJ.W.SearsandR.A.Price.......................................................35-404.BreakupofaPalaeoproterozoicsupercontinentK.C.Condie..............................................................................41-455.AMesoproterozoicsupercontinent:evidencefromIndiaV.V.RaoandP.R.Reddy........................................................63-726.PaleomagneticevidenceforaPaleo-MesopoterozoicsupercontinentJ.G.Meert...............................................................................207-216HudsonTheHudsonSupercontinentRogersandSantosh(2002)namedthispre-Rodiniasupercontinent“Columbia”becausetheythinkthebestevi-denceforthissuper-continentcomesfrommatchingp