Reconstrução da placa - Plate reconstruction

Este artigo descreve técnicas; para obter uma história do movimento das placas tectônicas, consulte História geológica da Terra .

Reconstrução placa é o processo de reconstrução das posições de placas tectônicas em relação ao outro (movimento relativo) ou a outros quadros de referência, tais como a terra é o campo magnético ou grupos de pontos de acesso , no passado geológico. Isso ajuda a determinar a forma e a composição de supercontinentes antigos e fornece uma base para reconstruções paleogeográficas .

Definindo os limites da placa

Epicentros do terremoto de 1963 a 1998

Uma parte importante da reconstrução das configurações anteriores das placas é definir as bordas das áreas da litosfera que atuaram independentemente em algum momento no passado.

Limites de placa presentes

A maioria dos limites das placas atuais são facilmente identificáveis ​​a partir do padrão de sismicidade recente . Isso agora é apoiado pelo uso de dados GPS , para confirmar a presença de movimento relativo significativo entre as placas.

Limites de placa passados

A identificação dos limites das placas passadas (mas agora inativas) dentro das placas atuais geralmente é baseada na evidência de um oceano que agora fechou. A linha onde antes ficava o oceano é normalmente marcada por pedaços da crosta desse oceano, incluídos na zona de colisão, conhecidos como ofiolitos . A linha através da qual duas placas se uniram para formar uma única placa maior é conhecida como sutura .

Em muitos cinturões orogênicos , a colisão não ocorre apenas entre duas placas, mas envolve o acréscimo sequencial de terrenos menores . Terranos são pedaços menores da crosta continental que foram apanhados em uma orogenia, como fragmentos continentais ou arcos de ilha .

Quadros de referência

Os movimentos da placa, tanto aqueles observáveis ​​agora como no passado, são referenciados idealmente a um quadro de referência que permite que outros movimentos da placa sejam calculados. Por exemplo, uma placa central, como a placa africana, pode ter os movimentos de placas adjacentes referidos a ela. Por composição das reconstruções, placas adicionais podem ser reconstruídas na placa central. Por sua vez, a placa de referência pode ser reconstruída, juntamente com as outras placas, para outro referencial, como o campo magnético da Terra, conforme determinado a partir de medições paleomagnéticas de rochas de idade conhecida. Um quadro de referência de ponto de acesso global foi postulado (ver, por exemplo, W. Jason Morgan ), mas agora há evidências de que nem todos os pontos de acesso são necessariamente fixos em suas localizações em relação uns aos outros ou ao eixo de rotação da Terra. No entanto, existem grupos de tais pontos de acesso que parecem estar fixos dentro dos limites dos dados disponíveis, em mesoplacas específicas .

Pólos de Euler

O movimento de um corpo rígido, como uma placa, na superfície de uma esfera pode ser descrito como rotação em torno de um eixo fixo (em relação ao referencial escolhido). Este pólo de rotação é conhecido como pólo de Euler . O movimento de uma placa é completamente especificado em termos de seu pólo de Euler e da taxa angular de rotação em torno do pólo. Os pólos de Euler definidos para os movimentos atuais das placas podem ser usados ​​para reconstruir placas no passado recente (alguns milhões de anos). Em estágios anteriores da história da Terra, novos pólos de Euler precisam ser definidos.

Estimando movimentos anteriores da placa

Idades da litosfera oceânica

A fim de mover as placas para trás no tempo, é necessário fornecer informações sobre as posições relativas ou absolutas das placas que estão sendo reconstruídas de modo que um pólo de Euler possa ser calculado. Esses são métodos quantitativos de reconstrução.

Correspondência geométrica de fronteiras continentais

Certos ajustes entre continentes, principalmente entre a América do Sul e a África, eram conhecidos muito antes do desenvolvimento de uma teoria que pudesse explicá-los adequadamente. A reconstrução antes do rifteamento do Atlântico por Bullard com base em um ajuste de quadrados mínimos no contorno de 500 braças ainda fornece a melhor combinação para os dados do pólo paleomagnético para os dois lados do meio do Paleozóico ao Triássico Final .

Movimento da placa a partir de faixas magnéticas

As reconstruções de placas no passado geológico recente usam principalmente o padrão de faixas magnéticas na crosta oceânica para remover os efeitos da expansão do fundo do mar . As listras individuais são datadas de magnetoestratigrafia para que seu tempo de formação seja conhecido. Cada faixa (e sua imagem no espelho) representa um limite de placa em um determinado momento no passado, permitindo que as duas placas sejam reposicionadas uma em relação à outra. A crosta oceânica mais antiga é o Jurássico , fornecendo um limite de idade inferior de cerca de 175 Ma para o uso de tais dados. As reconstruções derivadas desta forma são apenas relativas.

Reconstruções de placas do paleomagnetismo

Dados paleomagnéticos: Amostragem

Os dados paleomagnéticos são obtidos tomando amostras orientadas de rochas e medindo suas magnetizações remanescentes em laboratório. Dados de boa qualidade podem ser recuperados de diferentes tipos de rochas . Nas rochas ígneas , os minerais magnéticos cristalizam a partir do derretimento e, quando a rocha é resfriada abaixo de sua temperatura de Curie , ela adquire uma magnetização termomanente ( TRM ) na direção do campo magnético da Terra. Em rochas sedimentares , os grãos magnéticos alinharão seus momentos magnéticos com a direção do campo magnético durante ou logo após a deposição, resultando em uma magnetização remanente detrital ou pós-detrital ( DRM ). Uma dificuldade comum com o uso de sedimentos clásticos para definir direções do campo magnético no passado é que a direção do DRM pode girar em direção ao plano de estratificação devido à compactação do sedimento, resultando em uma inclinação, que é mais rasa do que a inclinação de o campo durante a deposição. O erro de nivelamento de inclinação pode, no entanto, ser estimado e corrigido por meio de experimentos de re-deposição, medições de anisotropia magnética e o uso de modelos teóricos para a dispersão de direções paleomagnéticas. Rochas metamórficas não são normalmente usadas para medições paleomagnéticas devido às complexidades relacionadas à aquisição de remanência, incertezas na idade de magnetização e alta anisotropia magnética.

Um estudo paleomagnético típico iria amostrar um grande número de unidades de rocha independentes de idade semelhante em locais próximos e coletar várias amostras de cada unidade, a fim de estimar os erros de medição e avaliar o quão bem o conjunto de dados paleomagnético obtido mostra a variação secular geomagnética . Técnicas de desmagnetização progressiva são usadas para identificar componentes de magnetização secundária (por exemplo, sobreimpressões magnéticas que poderiam ter sido transmitidas na rocha devido à alteração química ou reaquecimento) e para isolar a magnetização primária, que registra a direção do campo magnético no momento em que o rocha foi formada. Vários testes magnéticos de rocha e paleomagnéticos são normalmente realizados para estabelecer a natureza primária da magnetização remanente isolada. As direções paleomagnéticas recuperadas são usadas para derivar pólos paleomagnéticos, que fornecem restrições sobre a posição latitudinal do bloco crustal do qual as amostras de rocha foram retiradas e sua orientação original em relação às linhas de longitude.

Dados paleomagnéticos de boa qualidade estão disponíveis no Global Paleomagnetic Database , que pode ser acessado no World Data Center A nos EUA em Boulder, Colorado .

Pólos paleomagnéticos

Um pólo paleomagnético é definido tomando a direção média da magnetização remanente primária para as rochas amostradas (expressa como a declinação e inclinação médias ) e calculando a posição de um pólo geomagnético para o campo de um dipolo magnético geocêntrico que produziria a média observada direção na localidade amostrada em suas coordenadas geográficas atuais. Uma maneira alternativa de definir pólos paleomagnéticos é calcular um pólo geomagnético virtual (VGP) para cada unidade de rocha individual e, em seguida, estimar a localização média de todos os VGPs. A estatística de Fisher na esfera é normalmente usada para obter a direção média da magnetização, ou a localização VGP média, e para estimar suas incertezas. Ambas as abordagens são usadas em estudos paleomagnéticos, mas foi reconhecido que a média de direções em vez de vetores de remanência completa pode levar a estimativas tendenciosas da direção média do campo paleomagnético, de modo que o cálculo de pólos paleomagnéticos pela média de VGPs é atualmente a técnica preferida .

Aplicações a reconstruções paleogeográficas

Reconstrução paleogeográfica do supercontinente Pangea na fronteira Permo-Triássica (250 Ma). Painel superior: APWP sintético para a África (os pólos paleomagnéticos sul são mostrados com seus ovais de 95% de incerteza). O ponto vermelho destaca o pólo paleomagnético de 250 Ma. Os dados APWP são de Torsvik et al. (2012). Painel do meio: Todos os continentes são montados na configuração Pangea em 250 Ma usando as estimativas de seus movimentos relativos, com a África mantida fixa em sua posição atual. O triângulo vermelho mostra a posição do pólo de Euler e a seta vermelha indica a rotação que reconstruiria o pólo paleomagnético ao pólo geográfico sul. Painel inferior: A rotação de Euler foi aplicada a Pangéia, que agora é reconstruída paleogeograficamente. A longitude é arbitrariamente definida para minimizar o movimento longitudinal da África desde 250 Ma.

Estudos paleomagnéticos de lavas geologicamente recentes (Plioceno a Quaternário, 0-5 Ma) indicam que quando o campo geomagnético é calculado em escalas de tempo de dezenas de milhares a milhões de anos - durante um período de tempo longo o suficiente para amostrar completamente a variação secular geomagnética , o O campo com média de tempo pode ser aproximado com precisão pelo campo de um dipolo axial geocêntrico (GAD) - isto é, um dipolo magnético colocado no centro da Terra e alinhado com o eixo de rotação da Terra. Portanto, se um conjunto de dados paleomagnético amostrou tempo suficiente para a variação secular média, o pólo paleomagnético derivado dele pode ser interpretado como uma estimativa para a localização do pólo geográfico em relação à localidade de amostragem fixada na posição geográfica atual.

A diferença entre o pólo paleomagnético e o pólo geográfico atual reflete a posição paleogeográfica do bloco crustal contendo a área amostrada no momento em que as rochas estudadas foram formadas, incluindo sua latitude original (paleolatitude) e orientação. Partindo do pressuposto de que a direção paleomagnética média corresponde à do campo GAD, a paleolatitude do local de amostragem (λ) pode ser derivada da inclinação (I) da direção média usando uma equação simples:

A declinação média (D) dá a sensação e a quantidade de rotação em torno de um eixo vertical que passa pela área de amostragem, que precisa ser aplicada para restaurar sua orientação original em relação às linhas de longitude. A paleolatitude para qualquer local específico pertencente ao mesmo bloco crustal pode ser calculada como 90 ° menos a distância angular entre este local e o pólo paleomagnético, e a rotação do eixo vertical local pode ser estimada pelo cálculo da declinação esperada da posição do pólo . Assim, um pólo paleomagnético define a posição e orientação paleolatitudinal de todo o bloco tectônico em um momento específico do passado. No entanto, como o campo GAD é azimutalmente simétrico em relação ao eixo de rotação da Terra, o pólo não define nenhuma restrição na longitude absoluta. Do ponto de vista das direções paleomagnéticas, o campo GAD tem os mesmos valores de inclinação e declinação ao longo de uma linha de latitude constante em todas as longitudes, de modo que qualquer longitude concebível seria uma opção igualmente viável para a reconstrução de um elemento tectônico se sua posição paleogeográfica é limitado apenas pelos dados paleomagnéticos.

Considerando que um pólo paleomagnético se aproxima da posição do pólo geográfico em relação ao continente ou terreno geológico do qual foi determinado, a paleolatitude e a orientação podem ser restauradas encontrando uma rotação ( pólo de Euler e ângulo de rotação ) que reconstrói o pólo paleomagnético para o pólo geográfico, e aplicando esta rotação ao continente ou terreno. Ao fazer isso, o bloco crustal e seu pólo paleomagnético são reconstruídos usando a mesma rotação de Euler, de modo que não se movam em relação um ao outro, o pólo paleomagnético é colocado no pólo geográfico, e o bloco crustal é corretamente restaurado na latitude e orientação (ou seja, com relação ao pólo geográfico). Observando que uma nova rotação em torno do pólo geográfico apenas mudará a longitude do bloco, mas sua latitude e orientação em relação às linhas de longitude não serão afetadas, a paleolongitude absoluta não pode ser determinada em reconstruções baseadas no paleomagnetismo. No entanto, longitudes relativas de diferentes blocos crustais podem ser definidas usando outros tipos de dados geológicos e geofísicos que restringem os movimentos relativos das placas tectônicas, incluindo as histórias de propagação do fundo do mar registradas minhas anomalias magnéticas marinhas, correspondência de fronteiras continentais e terranos geológicos e dados paleontológicos.

Trajetórias de vagas polares aparentes

Artigo principal: Vaga polar aparente

Pólos de diferentes idades em um único continente, placa litosférica ou qualquer outro bloco tectônico podem ser usados ​​para construir um caminho de vagar polar aparente (APWP). Se os caminhos de fragmentos crustais adjacentes forem idênticos, isso é considerado para indicar que não houve movimento relativo entre eles durante o período coberto pelo caminho. A divergência de caminhos APW indica que as áreas em questão atuaram de forma independente no passado, com o ponto de divergência marcando o momento em que elas se juntaram. APWPs combinados ou sintéticos podem ser construídos girando pólos paleomagnéticos de placas diferentes no quadro de referência fixado a uma única placa, usando estimativas de movimentos de placa relativos. Para os tempos posteriores à montagem da Pangéia (320 Ma), APWPs sintéticos são frequentemente construídos no quadro de referência fixado à placa africana porque a África ocupou uma posição central na configuração da Pangéia e foi dominantemente cercada por cristas extensas após a divisão da Pangéia , que começou no início do Jurássico (ca. 180 Ma).

Restrições de longitude

Para uma única placa litosférica, o APWP reflete o movimento da placa em relação ao pólo geográfico (mudanças na latitude) e mudanças de sua orientação em relação aos paleomeridianos. As longitudes das reconstruções paleogeográficas baseadas em APWPs são incertas, mas tem-se argumentado que a incerteza pode ser minimizada selecionando uma placa de referência que deverá se mover o mínimo em longitude a partir da consideração da teoria das placas tectônicas e ligando as reconstruções de as placas restantes a esta placa de referência usando as estimativas do movimento relativo da placa. Por exemplo, e foi mostrado que assumindo nenhum movimento longitudinal significativo da África desde o tempo da montagem da Pangéia resulta em um cenário tectônico de placas razoável, no qual nenhum movimento leste-oeste grande e coerente da litosfera continental é observado em reconstruções paleogeográficas.

APWPs podem ser interpretados como registros de um sinal combinado de duas fontes de movimento das placas: (1) movimento das placas litosféricas em relação ao manto da Terra e (2) movimento de toda a Terra sólida (manto e litosfera) em relação à Terra eixo de rotação. O segundo componente é comumente referido como wander polar verdadeiro (TPW) e em escalas de tempo geológicas resulta da redistribuição gradual de heterogeneidades de massa devido a movimentos convectivos no manto da Terra. Ao comparar as reconstruções de placas baseadas no paleomagnetismo com as reconstruções no referencial do manto definido por pontos quentes para os últimos 120 Ma, os movimentos TPW podem ser estimados, o que permite amarrar reconstruções paleogeográficas ao manto e, portanto, restringi-las na paleolongitude. Para os primeiros tempos no Mesozóico e Paleozóico , as estimativas TPW podem ser obtidas através da análise de rotações coerentes da litosfera continental, o que permite ligar a paleogeografia reconstruída às estruturas de grande escala no manto inferior, comumente referido como Grande Baixo Cisalhamento -wave Velocity Provinces (LLSVPs). Tem sido argumentado que os LLSVPs têm estado estáveis ​​pelo menos nos últimos 300 Ma, e possivelmente mais, e que as margens do LLSVP têm servido como zonas de geração para as plumas do manto responsáveis ​​pelas erupções de Grandes Províncias Ígneas (LIPs) e quimberlitos . Correlacionar os locais reconstruídos de LIPs e kimberlitos com as margens de LLSVPs usando as rotações TPW estimadas torna possível desenvolver um modelo autoconsistente para os movimentos da placa em relação ao manto, verdadeira derrapagem polar e as mudanças correspondentes de paleogeografia restrita em longitude por todo o Fanerozóico , embora a origem e a estabilidade de longo prazo das LLSVPs sejam o assunto do debate científico em andamento.

Parametrizações geométricas de caminhos de deriva polar aparente

Os pólos de Euler paleomagnéticos derivados pela geometrização de caminhos de vagas polares aparentes (APWPs) potencialmente permitem restringir paleolongitudes a partir de dados paleomagnéticos. Este método pode estender as reconstruções de movimento absoluto da placa profundamente na história geológica, desde que existam APWPs confiáveis.

Faixas de pontos quentes

A cadeia de montes submarinos do imperador havaiano

A presença de cadeias de ilhas vulcânicas e montes submarinos interpretados como formados a partir de pontos quentes fixos permite que a placa em que se assentam seja restaurada progressivamente, de modo que um monte submarino seja movido de volta sobre o ponto quente no momento da sua formação. Este método pode ser usado desde o Cretáceo Inferior , a idade das evidências mais antigas de atividade em pontos críticos. Este método fornece uma reconstrução absoluta de latitude e longitude, embora antes de cerca de 90 Ma haja evidência de movimento relativo entre grupos de pontos ativos.

Restrições de laje

Uma vez que as placas oceânicas se subduzam no manto inferior (lajes), supõe-se que elas afundem de maneira quase vertical. Com a ajuda da tomografia de ondas sísmicas, isso pode ser usado para restringir reconstruções de placas de primeira ordem de volta ao permiano.

Outras evidências para configurações de placas anteriores

Reconstrução do Gondwana oriental mostrando a posição dos cinturões orogênicos

Algumas reconstruções de placas são apoiadas por outras evidências geológicas, como a distribuição de tipos de rochas sedimentares , a posição de cinturões orogênicos e províncias faunísticas mostradas por fósseis específicos. Esses são métodos semiquantitativos de reconstrução.

Tipos de rochas sedimentares

Alguns tipos de rocha sedimentar são restritos a certos cinturões latitudinais. Os depósitos glaciais, por exemplo, geralmente estão confinados a altas latitudes, enquanto os evaporitos geralmente são formados nos trópicos.

Províncias faunísticas

Os oceanos entre os continentes fornecem barreiras à migração de plantas e animais. Áreas que se separaram tendem a desenvolver sua própria fauna e flora. Esse é particularmente o caso para plantas e animais terrestres, mas também é verdadeiro para espécies marinhas de águas rasas, como trilobitas e braquiópodes , embora suas larvas planctônicas signifiquem que eles foram capazes de migrar para áreas menores de águas profundas. À medida que os oceanos se estreitam antes que ocorra uma colisão, as faunas começam a se misturar novamente, fornecendo evidências do fechamento e seu momento.

Cinturões orogênicos

Quando os supercontinentes se rompem, as estruturas geológicas lineares mais antigas, como cinturões orogênicos, podem ser divididas entre os fragmentos resultantes. Quando uma reconstrução efetivamente une cinturões orogênicos da mesma idade de formação, isso fornece mais suporte para a validade da reconstrução.

Veja também

  • Em geral
    • Consiliência , evidências de fontes independentes e não relacionadas podem "convergir" para conclusões fortes

Referências

links externos