Ученые из Северо-Западного университета, Иллинойского университета в Чикаго (UIC), Геттингенского университета в Германии и Университета Оклахомы сообщают, что Мидконтинентальный рифт возрастом 1,1 миллиарда лет является геологическим гибридом, сформировавшимся в три этапа: он начался. как огромная узкая трещина в земной коре; тогда это пространство было заполнено необычно большим количеством вулканической породы; и, наконец, вулканические породы были вытеснены на поверхность, образуя красивый пейзаж, который мы видим сегодня в районе Верхнего озера на Верхнем Среднем Западе.Разлом породил некоторые из самых интересных геологических условий и пейзажей Среднего Запада, но никогда не было хорошего объяснения тому, что его вызвало. Вдохновленные отдыхом на озере Верхнее, Сет и Кэрол А. Штайн, мужья и жена из Северо-Западного округа и МСЖД, в последние годы полны решимости узнать больше.Их исследование, в котором использовалось новейшее геологическое программное обеспечение и сейсмические изображения горных пород, расположенных под поверхностью Земли в областях разломов, будет представлено 20 октября на ежегодном собрании Геологического общества Америки в Ванкувере.
«Мидконтинентальный рифт — очень странный зверь», — сказала ведущий автор исследования Кэрол Штайн, профессор наук о Земле и окружающей среде в UIC. «Разломы — это длинные узкие трещины, расщепляющие земную кору, с некоторыми вулканическими породами в них, которые поднимаются, чтобы заполнить трещины. Крупные вулканические провинции, или LIP, представляют собой огромные бассейны вулканических пород, изливающиеся на поверхность Земли. Разлом Мидконтинента — это и то, и другое из них — как гибридное животное ».«Геологи называют это разломом, потому что он длинный и узкий, — пояснил Сет Штайн, соавтор исследования, — но внутри него гораздо больше вулканической породы, чем в любом другом разломе на континенте, так что это также LIP. Мы долго думал, как такое могло случиться ". Он — профессор геологических наук Уильяма Диринга в колледже искусств и наук Вайнберга.
Этот вопрос — один из тех, на которые пытается ответить EarthScope, крупная программа Национального научного фонда, в которой участвуют геологи со всех концов США. В этом случае команда использовала изображения Земли на глубине, полученные в результате сейсмических экспериментов на озере Верхнее, и исследования EarthScope в других частях разлома Мидконтинента.
Изображения показывают слои горных пород на глубине, так же как рентгеновские снимки показывают кости в телах людей.Изучая изображения, исследователи обнаружили, что Рифт Мидконтинента эволюционировал в три этапа.«Сначала камни разошлись, образуя рифтовую долину», — сказала Кэрол Стейн. «По мере того, как трещина разрывалась, магма вливалась в развивающуюся трещину. Примерно через 10 миллионов лет трещина перестала расти, но все больше магмы продолжало выливаться наверх.
Более старые слои магмы утонули под тяжестью новой магмы, поэтому дыра сохранилась В конце концов, магма иссякла, оставив обширную магматическую провинцию — груду вулканических пород толщиной 20 миль. Миллионы лет спустя рифт сжался, когда снова собрался новый суперконтинент, что сделало земную кору под рифтом более толстой. . "Чтобы проверить эту идею, семья Штайнов обратилась к Йонасу Клею, профессору геологии в Гёттингенском университете Германии, который принимал их во время исследовательского года в Германии, спонсируемого Фондом Александра фон Гумбольдта.Клей использовал программное обеспечение, позволяющее геологическому времени идти в обратном направлении. «Мы начинаем с камней такими, какие они есть сегодня, — объяснил Клей, — а затем отменяем движение при разломах и вертикальных движениях. Это похоже на реконструкцию автокатастрофы.
Когда мы закончим, у нас будет картина того, что произошло и когда. Это позволяет мы проверяем идеи и проверяем, работают ли они ».Анализ Клея показал, что трехэтапная история имеет смысл — разлом Мидконтинент начался как разлом, а затем превратился в большую вулканическую провинцию.
На последнем этапе на поверхность были выведены скалы в районе Верхнего озера.По словам Штейнов, другие части картины прекрасно сочетаются друг с другом.
Дэвид Хиндл, также из Геттингенского университета, использовал компьютерную модель, чтобы показать, что форма разлома, видимая на сейсмических изображениях, является результатом изгиба коры под тяжестью магмы.Рэнди Келлер, профессор и директор Геологической службы Оклахомы, обнаружил, что вес плотной магмы, заполняющей разлом, объясняет более сильное притяжение гравитации, измеренное над разломом. Он указывает, что эти вариации в гравитационном поле — главное свидетельство, используемое для картирования протяженности разлома.
«Это забавно», — размышлял Сет Штайн. «Мы с Кэрол живем в Чикаго более 30 лет. Мы часто ездили на озеро Верхнее на каникулы, но не особо задумывались о геологии. Только в последние несколько лет мы поняли, что там есть замечательная история. и начал работать над этим. Сегодня проводится много исследований, которые дадут больше результатов в ближайшие несколько лет ».
Семья Штейнов сейчас работает с другими геологами, чтобы помочь смотрителям парков и учителям рассказывать эту историю публике. Например, хороший способ подумать о том, как работают трещины, — это понаблюдать, что произойдет, если вы потянете за оба конца шоколадного батончика Mars: верхний слой шоколада разорвется, а внутренний растянется.
«Иногда люди думают, что захватывающая геология бывает только в таких местах, как Калифорния», — сказал Сет Стейн. «Мы надеемся, что такие результаты побудят молодых жителей Среднего Запада изучать геологию и добиться еще большего прогресса».