Геологическое строение Европы: Альпы, Каледониды и Балтийский щит

Геология Европы в основном определяется Альпийской системой на юге — сложной цепью гор, тектонических сооружений и котловин, простирающейся через южную Францию и северную Италию, а затем на восток через Адриатическую и Эгейскую дуги к Чёрному морю. Данная система в конечном счёте соединяется с Гималайской системой через территорию Турции, формируясь в ходе палеозойско-кайнозойской эволюции и закрытия океана Тетис. Каспийское море, расположенное на северной стороне этой Альпийско-Гималайской цепи, вероятно, представляет собой фрагмент океанической коры, захваченный при закрытии Тетиса. Активные границы плит в Юго-Восточной Европе, включая Калабрийскую дугу в Италии, Эллинскую дугу в Греции и Кипрскую дугу, свидетельствуют о продолжающемся смыкании остатков океана Тетис. При этом Турция движется на запад вдоль Северо-Анатолийского разлома в ответ на столкновение между Аравийской плитой и Евразией.

Северо-Западная Европа в значительной степени определяется Каледонидской системой — палеозойским орогенным поясом, протянувшимся через Британские острова (особенно в Шотландском нагорье) и вдоль северо-западного побережья Скандинавии. Этот горный хребет возник во время палеозойской эволюции и закрытия океана Япет, тогда как Балтийский щит образует докембрийский кратон на северо-востоке Европы. Балтийский щит покрыт мощными толщами континентальных и мелководных морских отложений, деформированных по его краям; эти толщи простираются на север до Шпицбергена (Норвегия) и Кольского полуострова (Россия). Геологически восточная граница Европы проходит по Уральским горам, которые образуют чёткую линию с севера на юг на краю обширной Восточно-Европейской равнины, возвышаясь над глубокими участками Балтийского щита.

Альпийская горная цепь. Альпы образуют дугообразную горную систему на юге Центральной Европы, простирающуюся примерно на 497 миль (800 км) в длину и на 93 мили (150 км) в ширину — от Французской Ривьеры через юго-восточную Францию, Швейцарию, юго-западную Германию, Австрию и территории бывшей Югославии. Снежная линия в Альпах проходит на высоте около 8038 футов (2450 м), а многочисленные вершины постоянно покрыты снегом и содержат ледники; самым длинным из них является ледник Алеч. Широкий спектр форм рельефа, включая Маттерхорн, ареты (кары), U-образные долины, эрратические валуны и морены, свидетельствует об обширном плейстоценовом оледенении всего региона.

Альпы образовались в результате столкновения плит, связанного с закрытием океана Тетис в олигоцене и миоцене, хотя горные породы сохранили более длительную историю деформации, продолжавшуюся с мезозоя. Закрытие океана Тетис было сложным процессом, включавшим сокращение более древнего пермско-триасового Палеотетиса, тогда как более молодая ветвь — Нео-Тетис — открывалась в триасовом и более поздних периодах. Карбонатные платформы в позднем триасе перекрывали более древние эвапоритовые отложения, которые в раннем юрском периоде опустились и оказались погребёнными под глубоководными пелагическими сланцами и кремнезёмами. Меловой флиш покрывал предгорные впадины, связанные с конвергентными краями, сопровождаясь кислым магматизмом и высокосортным метаморфизмом фации глаукофановых сланцев (синевато-сланцевой фации).

В эоцене–олигоцене преобладали столкновения континентов, которые привели к образованию гигантских складчатых покровов, надвигов и отложению синорогенного флиша. В конце третичного периода произошли события, характеризующиеся поздним орогенным поднятием, эрозией и отложением посторогенной молассы в предгорных бассейнах. Деформация продолжается и по сей день, в первую очередь связанная с постколлизионным расширением.

Спутниковый снимок Западной и Центральной Европы со спутника Landsat 5

Каспийское море: захваченная океаническая кора. Каспийское море — это крупный, мелководный, солёный внутренний водоём, граничащий с югом России, Казахстаном, Туркменистаном, Ираном и Азербайджаном. Его площадь составляет 144 444 квадратных мили (373 000 км²), а поверхность находится на 92 фута (28 м) ниже уровня моря. Максимальная глубина достигает всего 3280 футов (1000 м) на юге, тогда как северная часть чрезвычайно мелководна (средняя глубина — 16,5 футов, или 5 м). Исторические изменения уровня моря значительно меняли положение береговой линии, о чём свидетельствует продолжение Прикаспийской низменности в Калмыкии на северо-западе. На долю реки Волга приходится более 75 % притока воды, которая стекает с Западного Урала и Европейских равнин; дополнительный приток дают реки Урал, Эмба, Кура и Темек, однако у моря нет естественного стока.

Каспийское море исключительно богато полезными ископаемыми, содержа значительные залежи нефти и газа в нескольких регионах, что делает его одним из наиболее активно разрабатываемых районов в мире с запасами нефти, оцениваемыми в 200 миллиардов баррелей. Богатые месторождения у берегов Апшеронского полуострова на западном побережье привели к развитию города Баку (Азербайджан), где семья Нобелей, включая Альфреда Нобеля, сколотила своё состояние в конце XIX века. Десятилетия государственной добычи нефти в советское время вызвали масштабное загрязнение окружающей среды, хотя в последнее время начались работы по восстановлению, направленные на решение этих экологических проблем.

Происхождение Прикаспийской впадины остаётся дискуссионным, однако многие геологи интерпретируют этот бассейн как состоящий в основном из океанической коры, захваченной при закрытии океана Тетис и впоследствии погребённой под мощной толщей осадочных пород, содержащих обширные залежи нефти. Море также богато залежами соли и обеспечивает значительный промысел осетровых, хотя с начала 1990-х годов уловы резко сократились из-за потери нерестилищ, браконьерства, перелова и загрязнения. Одна крупная самка белуги (осетра) может достигать 15 футов в длину, весить 1300 фунтов и нести 200 фунтов икры стоимостью до 250 000 долларов в США.

Упрощённая геологическая карта Европы, показывающая расположение Альп, Каледонид, Восточно-Европейского (Русского) кратона, Урала, Шпицбергена и Каспийского моря

Каледониды. Каледониды представляют собой раннепалеозойский орогенный пояс, простиравшийся через северную и восточную Гренландию, Скандинавию и северные Британские острова и являвшийся непрерывной системой с Аппалачскими горами до открытия Атлантического океана. Эта система протягивается более чем на 4101 милю (6600 км) и хранит историю открытия и закрытия океана Япет и моря Торнквиста, что делает её одним из наиболее тщательно изученных палеозойских орогенных поясов в мире. Название происходит от Каледонии — римского обозначения региона к северу от заливов Клайд и Форт, который ныне ассоциируется с Шотландией и Шотландским нагорьем.

Палеозойский океан Япет отделял Лаврентию (прото-Северную Америку) от Балтики и Авалонии, тогда как море Торнквиста разделяло Балтику и Авалонию; на каждом континенте сохранились различные фаунистические сообщества и палеомагнитные признаки. На восточной окраине Лаврентии расположены неопротерозойские и кембрийские рифтовые бассейны, перекрытые кембро-ордовикскими карбонатными платформами, представляющими собой последовательность от рифтогенеза к пассивной окраине. В Балтике представлены аналогичные неопротерозойские рифтовые бассейны с кембро-ордовикскими шельфовыми отложениями, тогда как на авалонской окраине (в Германии и Польше) зафиксированы неопротерозойский вулканизм и деформации, перекрытые кембро-силурийскими шельфовыми толщами с аккрецией ордовикской дуги.

Среднеордовикские офиолиты и флишевые впадины как на Лаврентии, так и на Балтике отражают события аккреции дуг с вероятным изменением полярности субдукции, что привело к вулканизму и тонкокожему надвиганию, предшествовавшему закрытию океана в силуре. Тектоническая эволюция Аппалачско-Каледонидского орогена началась с рифтогенеза позднепротерозойского суперконтинента Родиния примерно 750–600 миллионов лет назад, когда Гондвана и Балтика отошли от Лаврентии, преобразовав разломы в пассивные окраины. Океанические дуги сталкивались в пределах Япета в кембрии, а с окраинами Лаврентии и Авалона — в ордовике, что привело к таконскому орогенезу, обдукции офиолитов и образованию мощных отложений предгорного (форландового) бассейна.

Позднеордовикский и силурийский вулканизм отражает изменение полярности дуг и субдукцию как под Лаврентией, так и под Гондваной, в результате чего Авалония отделилась от Гондваны, а океан Япет сократился. Столкновение Авалонии и Балтики произошло в силурийский период (430–400 млн лет назад), за которым последовало столкновение Гондваны с Авалоном и южными Аппалачами 300 млн лет назад во время каменноугольного Аппалачского орогенеза. Это совпало с закрытием южного Рейского океана, зафиксированным в Варисцийском орогенезе Европы.

Каледониды в Шотландском нагорье. Шотландия представляет собой разнообразную совокупность террейнов нижнего ордовика и архея, расчленённых многочисленными разломами северо-восточного направления, образующими глубокие долины, с крайне неровной береговой линией из узких и широких заливов (озёр и лиманов). Гебридские, Оркнейские и Шетландские острова расположены у северного побережья, тогда как Южное нагорье состоит из холмистых травянистых возвышенностей, под которыми залегают складчатые ордовикские и силурийские отложения, отделённые от долины Мидленд Южно-Шотландским разломом. Долина Мидленд содержит мощные толщи старого красного песчаника девонско-каменноугольного возраста, накопленные в континентальных условиях, и отделена от Грампианского нагорья Граница-разломом Хайленд. Грейт-Глен — позднепалеозойский левосторонний сдвиг — отделяет Грампианское нагорье от Северного нагорья, где обнажаются породы гренвильского возраста (комплекс Мойн) и архейские гнейсы Льюис; самой высокой вершиной является Бен-Невис (4406 футов; 1343 м).

Самыми древними породами Шотландского нагорья являются гнейсы от архея (возраст 3 млрд лет) до нижнего протерозоя, образовавшиеся в ходе скурийского тектонического цикла и встречающиеся главным образом на Гебридских островах и в Северном нагорье. Эти позднеархейские гнейсы включают тоналитовые и габброидные типы с редкими ультраосновными плутоническими телами, которые, вероятно, сформировались в условиях вулканической дуги и сопровождались метаосадочными породами мелкого шельфа, преобразованными в гранулитовую фацию примерно 2,7 млрд лет назад. Инверийский тектонический цикл в раннем протерозое преобразовал скурийские гнейсы в крутосклонные линейные структуры простирания запад-северо-запад с ретроградным метаморфизмом амфиболитовой фации, за которым 2,2 и 1,91 млрд лет назад последовало внедрение роев основных даек. События лаксфордского цикла (1,9 млрд лет назад) включают формирование зоны сдвига и внедрение гранитного плутона около 1,72 млрд лет назад.

Комплекс Мойн состоит из среднепротерозойских (возраст >730 млн лет) пелитов и псаммитов, сложенных в интерференционные складки и метаморфизованных в амфиболитовую фацию. Породы позднего протерозоя (возраст 970–790 млн лет) включают группы Стоер, Слит и Торридон, состоящие из конгломератов, алевролитов и песчаников мощностью до четырёх миль (6 км), отложившихся в речных или дельтовых обстановках в пределах впадин, ограниченных разломами, вдоль континентальной окраины. Супергруппа Дальрад мощностью более 12 миль (20 км) делится на четыре группы, расположенные в пределах Каледонского орогена к югу от разлома Грейт-Глен. Самая нижняя Грампианская группа включает мелководные и глубоководные песчаники и граувакки, перекрытые шельфовыми породами Аппинской группы, за которыми следуют дельтовые отложения Лохаберской группы, а в верхней части находится Аргайлская группа, содержащая ледниковый тиллит, известняки и глубоководные граувакки, залегающие на позднепротерозойских (595 млн лет) базальтах.

Палеозойская эра в Шотландском нагорье отмечена базальной трансгрессией дернесской толщи мелководно-морских кварцитов со следами сколитов и известняков на торридонские и льюисские гнейсы, что коррелирует с базальной кембрийско-ордовикской толщей шельфовых отложений в Аппалачских горах. На регион повлияли основные фазы Каледонского орогенеза, известного как атоллийский орогенез, в позднем кембрии или раннем ордовике, когда складчатость и региональный метаморфизм были связаны с закрытием океана Япет вдоль Граница-разлома Хайленд. Аккреционный клин Южного нагорья состоит из перемежающихся слоёв ордовикско-силурийских глубоководных турбидитов, глинистых сланцев и подушечных лав, связанных с продолжающимся закрытием океана Япет. Надвиговая зона Муан в Северном нагорье — одна из классических в мире зон тектоники с чередующимися надвигами — сформировалась в конце силурийского периода, когда Каледонский орогенный клин надвигался на породы форленда с хорошо выраженными подошвенными выступами, переплетениями, клиппенами и окнами.

Старый красный песчаник представляет собой силурийско-девонскую толщу конгломератов, песчаников, алевролитов, глинистых сланцев и битуминозных известняков мощностью до 10 000 футов (3048 м); это речно-дельтовые и озёрные отложения, интерпретируемые как молассовые толщи, образовавшиеся при эрозии Каледонид. Отложения каменноугольного периода в Шотландии включают сланцы, угли, базальты и известняки, накапливавшиеся в речных дельтах, главным образом в долине Мидленд. От девона до карбона многие части Шотландского нагорья прорезаны левыми сдвиговыми разломами, связанными с герцинскими тектоническими событиями в Европе и акадийско-аппалачским орогенезом.

Балтийский щит. Балтийский (Фенноскандинавский) щит представляет собой архейский кратон, разделённый на три отдельные части. Северная Лапландско-Кольская провинция состоит из рассеянных архейских террейнов земной коры, вовлечённых в коллизионный орогенез 2,0–1,9 млрд лет назад. Центральный Беломорский подвижный пояс содержит скопления гнейсов и амфиболитов, переживших два основных орогенных периода в неоархее и палеопротерозое; неоархейский период включал события формирования коры между 2,9 и 2,7 млрд лет назад, интерпретируемые как связанные с субдукцией, за которой последовала коллизионная орогения. Свекофеннское горообразование (1,9–1,8 млрд лет назад) привело к сильным структурным и термическим изменениям в результате складчатости и надвигания коры, вызванным надвигом Лапландского гранулитового пояса на Беломорский пояс. В Карельской провинции нет изотопных свидетельств интенсивной палеопротерозойской переработки; она сформировала ядро щита из вулканических и осадочных пород (зеленокаменные пояса) и гранитов/гнейсов, образовавшихся между 3,2 и 2,6 млрд лет назад и подвергшихся низкосортному метаморфизму.

Балтийский щит на Кольском полуострове. Кольский полуостров занимает 50 000 квадратных миль (129 500 км²) на северо-западе России и является восточным продолжением Скандинавского полуострова, расположенным на берегу Баренцева моря; большая часть полуострова находится к северу от Полярного круга. На северо-востоке полуострова расположена тундра, а на юго-западе — тайга. Зимы здесь необычно тёплые и снежные благодаря близлежащим тёплым водам Атлантического океана, тогда как летом световой день длинный. Полуостров является частью архейского Балтийского щита, содержащего средне- и высокосортные основные и гранитные гнейсы, включая диорит, тоналит, трондьемит, гранодиорит и гранит. Метаосадочные сланцы, метапелитовые гнейсы, кварциты и железисто-полосчатая формация (комплекс Кейви) образуют линейные пояса обнажений в восточной части полуострова, где присутствуют основные и ультраосновные зеленокаменные пояса и несколько поколений интрузий. Метаморфизм происходит главным образом в амфиболитовой фации, но локально достигает гранулитовой фации, сопровождаясь сложной деформацией с многочисленными интерференционными складками и ранними изоклинальными складками, возможно связанными с ранними надвигами.

Балтийский щит и Каледониды на Шпицбергене. Шпицберген — самый крупный остров (15 000 квадратных миль; 40 000 км²) архипелага Шпицберген (норвежская территория в Северном Ледовитом океане), ограниченный Гренландским морем и Северным Ледовитым океаном; примерно половина острова покрыта вечными льдами и ледниками. Глубоко изрезанные фьорды поднимаются примерно на 3200 футов (1000 м), что соответствует современной высоте пенеплена, который со времени кайнозоя претерпел послеледниковый подъём. Архипелаг Шпицберген хранит сложную историю архейских и более молодых событий, разделённых на три основных террейна, разделённых разломами меридионального простирания. Восточный террейн имеет фундамент из гнейсов и амфиболитов от архея до протерозоя, перекрытый псаммитовыми и пелитовыми сланцами и мрамором возрастом около 1750 млн лет, которые, в свою очередь, перекрыты пелитами, псаммитами и кислыми вулканитами возрастом 970 млн лет; вендская группа пелитов и ледниковых тиллитов сформировалась во время Варангерского оледенения.

Среднепалеозойский тектонизм, связанный с закрытием океана Япет во время Каледонского орогенеза (локально Фрисландского орогенеза), привёл к образованию западно-ориентированных складчатых и надвиговых структур в среднем и позднем ордовике, а позднетектонические батолиты внедрились в силурийском периоде и раннем девоне. Центральный террейн содержит фундамент, состоящий в основном из протерозойских и, возможно, архейских магматических гнейсов, перекрытых долостонами, тиллитами Варангера и эдиакарскими филлитами, за которыми следуют карбонаты кембро-ордовика. Девонские пласты, обнажённые только в центральном террейне, включают фации старого красного песчаника, датируемые по останкам ископаемых рыб, связанные с горизонтальной транспрессивной тектоникой, формирующей раздвигающиеся бассейны, заполненные конгломератами, песчаниками и сланцами в речных системах.

Западный террейн имеет протерозойский гнейсовый фундамент, перекрытый тиллитами Варангера, перемежающимися с основными вулканитами, и эдиакарскую фауну, которая в большей степени коррелирует с последовательностями на острове Элсмир, чем где-либо ещё на Шпицбергене или в Гренландии. Раннеордовикская деформация в западном террейне связана с субдукцией, которая, возможно, продолжалась и в позднем ордовике, а более поздняя девонская деформация, возможно, связана с эллесмерийским орогенезом. Некоторые тектонические модели предполагают более чем 600 миль (1000 км) горизонтального сдвига в силурийско-позднедевонском периоде, в результате чего восточный террейн пришёл в контакт с центральной Гренландией и образовались разрывные котловины, заполненные старым красным песчаником в центральном террейне.

С каменноугольного периода до раннего эоцена на большей части Шпицбергена происходило относительно стабильное платформенное осадконакопление, продолжавшееся в северной Гренландии и бассейне Свердруп на севере Канады. Отложения раннего каменноугольного периода включают ангидриты, брекчии, конгломераты, отложения сабхи и карбонаты, образующие базальную часть разреза высотой 3000 футов (1000 м), которая выше переходит в 1500 футов (450 м) мелкозернистых кремнекластических пород, кремнезёмов и глауконитовых песчаников. Мезозойские пласты превышают 8000 футов (2500 м) дельтовых и морских отложений, за которыми следует позднемеловой перерыв и последующее отложение почти 5000 футов (1500 м) дельтовых песчаников, сланцев и морских отложений в палеоцене и раннем эоцене. В эоцене западный Шпицберген в результате правого сдвига столкнулся с северо-восточной окраиной Гренландии, образовав складки, надвиги и более поздние нормальные разломы вдоль западного побережья, с небольшими раздвигающимися впадинами, заполненными отложениями, снесёнными с современного поднятого складчатого пояса.

Эрозия и пенепленизация в период от олигоцена до голоцена сформировали плоскую поверхность, которая сегодня видна по всему архипелагу, а четвертичные оледенения разрушили земную кору, за которыми последовали послеледниковый подъём и термические поднятия, связанные с открытием Северного Ледовитого океана, Норвежской и Гренландской впадин. Четвертичные паводковые базальты в северной части Шпицбергена связаны с этими событиями формирования спрединговых бассейнов.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Тимоти Куски

Источник: Энциклопедия наук о Земле и космосе

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам естественнонаучных направлений (геологии, географии, геофизики, астрофизики и космологии), начинающим специалистам в области структурной геологии, тектоники, космологии и астрофизики, а также всем, кто интересуется фундаментальными загадками устройства Вселенной и процессами формирования Земли.