Influence of the upper-mantle convective cell and related Pacific plate subduction on Arctic tectonics in the late Cretaceous–Cenozoic

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Рұқсат ақылы немесе тек жазылушылар үшін

Аннотация

The paper considers the history of the spreading of the Eurasian basin. The sharp deceleration of the spreading rate in the Eocene about 46 million years ago, which is fixed by the distribution of linear magnetic anomalies, is noted. That jump in velocity is clarified from the perspective of the geodynamic model but shouldn’t be explained by the northern motion of Greenland. The geodynamic processes of the Pacific subduction zone generate an upper mantle convective cell with return flow dragging the Arctic continental lithosphere in the direction of the Pacific subduction zone. The geodynamic mechanism is confirmed by seismic tomographic mantle sections of the northeastern margin of Asia and the numerical model of the upper mantle convection of the active continental margin. It is the activity of the upper mantle convective return cell, which is determined by the runoff volume and, ultimately, the speed and direction of the Kula plate and Pacific plate subduction vectors in the subduction zone, affects tectonics and kinematics of the plates of the Eurasian basin. In the Middle Cretaceous–Middle Eocene and for about 73 Ma the return cell has been active, since the Kula and Pacific plates move north and submerged orthogonally beneath the Central Arctic. After the Middle Eocene geodynamic reorganization about 47.5 million years ago, oceanic plates in the Pacific Ocean begin to move to the northwest. As a result, the transport of the oceanic Pacific Ocean lithospheric substance to the arctic convective return cell has practically ceased. After the restructuring, the spreading of the Eurasian basin slowed down about 46 million years ago to an ultra-slow regime. The main tectonic and geodynamic consequences of applying the proposed geodynamic model for the Arctic in the Late Cretaceous–Cenozoic are considered.

 

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

M. Kononov

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: mvkononov@yandex.ru
Ресей, Moscow

L. Lobkovsky

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology

Email: mvkononov@yandex.ru
Ресей, Moscow; Moscow Region, Dolgoprudny

Әдебиет тізімі

  1. Вержбицкий Е.В., Кононов М.В. Генезис литосферы северной части Мирового океана. М.: Научный мир, 2010. 480 с.
  2. Вержбицкий Е.В., Кононов М.В., Бяков А.Ф., Дулуб В.П. Особенности эволюции литосферы Гавайско-Императорской системы хребтов (Тихий океан) по геофизическим данным // Геотектоника. 2006. № 6. С. 73–89.
  3. Вержбицкий Е.В., Лобковский Л.И., Кононов М.В., Бяков А.Ф. Возраст и генезис структур Амеразийского бассейна // Физика Земли. 2012. № 11. С. 3–14.
  4. Верниковский В.А., Добрецов Н.Л., Метелкин Д.В. и др. Проблемы тектоники и тектонической эволюции Арктики // Геология и геофизика. 2013. Т. 54. № 8. С. 1083–1107.
  5. Верниковский В.А., Метелкин Д.В., Толмачева Т.Ю. и др. К проблеме палеотектонических реконструкций в Арктике и тектонического единства террейна Новосибирских островов: новые палеомагнитные и палеонтологические данные // ДАН. 2013. Т. 451. № 4. С. 423–429.
  6. Глебовский В.Ю., Каминский В.Д., Минаков А.Н., Меркурьев С.А., Чилдерс В.А., Брозина Д.М. История формирования Евразийского бассейна Северного Ледовитого океана по результатам геоисторического анализа аномального магнитного поля //Геотектоника. 2006. №. 4. С. 21–42.
  7. Добрецов Н.Л., Верниковский В.А., Карякин Ю.В., Кораго Е.А., Симонов В.А. Мезозойско-кайнозойский вулканизм и этапы геодинамической эволюции Центральной и Восточной Арктики // Геология и геофизика. 2013. Т. 54. № 8. С. 1126–1144.
  8. Дубинин Е.П., Галушкин Ю.И., Сущевская Н.М. Спрединговые хребты и трансформные разломы // Мировой океан / Л.И. Лобковский (ред.). М.: Научный мир, 2013. Т. 1. С. 92–170.
  9. Жао Д., Пирайно Ф., Лиу Л. Структура и динамика мантии под Восточной Россией и прилегающими регионами //Геология и геофизика. 2010. Т. 51. №. 9. С.1188–1203.
  10. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Натапов Л.М. Тектоника литосферных плит территории СССР. М.: Недра, 1990. Т.2. 333 с.
  11. Казмин Ю.Б., Лобковский Л.И., Кононов М.В. Геодинамическая модель развития Амеразийского бассейна Арктики (к обоснованию принадлежности хребта Ломоносова, поднятия Менделеева и котловины Подводников к Российской материковой окраине) // Арктика: экология и экономика. 2014. Т.16. № 4. С.14–27.
  12. Казмин Ю.Б., Лобковский Л.И., Кононов М.В. Геодинамическая модель эволюции Арктического бассейна в мелу и кайнозое // ДАН. 2015. Т.462. № 5. С. 565–571.
  13. Кононов М.В. Тектоника плит северо-запада Тихого океана. М.: Наука, 1989. 168 с.
  14. Котелкин В.Д. Численное моделирование термохимической мантийной конвекции и циклическая эволюция континентов и океанов. М.: ИОРАН, 2008. 275 с.
  15. Кулаков И.Ю., Гайна К., Добрецов Н.Л. и др. Реконструкции перемещений плит в Арктическом регионе на основе комплексного анализа гравитационных, магнитных и сейсмических аномалий // Геология и геофизика. 2013. Т. 54. № 8. С. 1108–1125.
  16. Лаверов Н.П., Лобковский Л.И., Кононов М.В. и др. Геодинамическая модель тектонического развития Арктики в мезозое и кайнозое и проблема внешней границы континентального шельфа России // Геотектоника. 2013. № 1. С. 3–35.
  17. Лобковский Л.И., Вержбицкий В.Е., Кононов М.В. и др. Геодинамическая модель эволюции арктического региона в позднем мезозое-кайнозое и проблема внешней границы континентального шельфа России // Арктика: Экология и экономика. 2011. № 1. С. 104–115.
  18. Лобковский Л.И., Инюхин А.В., Котелкин В.Д. Субдукция и цикличность процессов в верхней мантии // ДАН. 2014. Т. 459. № 3. С. 332–337.
  19. Мац В.Д. Байкальский рифт: плиоцен (миоцен) – четвертичный эпизод или продукт длительного развития с позднего мела под воздействием различных тектонических факторов. Обзор представлений // Геодинамика и тектонофизика. 2015. Т.6. № 4. С. 467–489.
  20. Парфенов Л.М., Натапов Л.М., Соколов С.Д., Цуканов Н.В. Террейны и аккреционная тектоника северо-востока Азии // Геотектоника.1993. Т.1. С. 68–78.
  21. Пучков В.Н. «Великая дискуссия» о плюмах: так кто же все-таки прав? // Геотектоника. 2009. №1. С. 3–22.
  22. Соколов С.Д., Бондаренко Г.Е., Морозов О.Л., Григорьев В.Н. Зона перехода Азиатский континент-Северо-Западная Пацифика в позднеюрско-раннемеловое время // Теоретические и региональные проблемы геодинамики / О.Ю. Гаврилов, С.А. Куренков (ред.). М.: Наука,1999. С. 30–84. (Тр. ГИН РАН. Вып. 515.).
  23. Соколов С.Д., Тучкова М.И., Ганелин А.В., Бондаренко Г.Е., Лейер П. Тектоника Южно-Анюйской сутуры (Северо-Восток Азии) // Геотектоника. 2015. № 1. С.5–30.
  24. Ставский А.П., Чехович В.Д., Кононов М.В., Зоненшайн Л.П. Тектоника плит и палинспастические реконструкции Анадырско-Корякского региона // Геотектоника.1988. № 6. С.32–42.
  25. Шипилов Э.В., Верниковский В.А. Строение области сочленения Свальбарской и Карской плит и геодинамические обстановки ее формирования // Геология и геофизика. 2010. Т. 51. № 1. С. 75–92.
  26. Шрейдер А. А. Линейные магнитные аномалии Северного Ледовитого океана // Океанология. 2004. Т.44. №.5. С.768–777.
  27. Alvey A., Gaina C., Kusznir N.J., Torsvik T.H. Integrated crustal thickness mapping and plate reconstructions for the high Arctic // Earth Planet. Sci. Lett. 2008. Vol. 274. No. 3-4. P. 310–321.
  28. Anderson D.L. The thermal state of the upper mantle; No role for mantle plumes // Geophys. Res. Lett. 2000. Vol. 27. P. 3623–3626.
  29. Apel E.V., Bürgmann R., Steblov G., Vasilenko N., King R., Prytkov A. Independent active microplate tectonics of northeast Asia from GPS velocities and block modeling // Geophys. Res. Lett. 2006. Vol. 33. No. 11. P. 1–5.
  30. Borgia A., Treves B. Volcanic plates overriding the ocean crust: structure and dynamics of Hawaiian volcanoes // Geol. Soc. London, Spec. Publ. 1992. Vol. 60. No.1. P. 277–299.
  31. Brozena J.M., Childers V.A., Lawver L.A., Gahagan L.M., Forsberg R., Faleide J.I., Eldholm O. New aerogeophysical study of the Eurasia Basin and Lomonosov Ridge: Implications for basin development //Geology. 2003. Vol. 31. No. 9. P. 825–828.
  32. Christensen U. Fixed hotspots gone with wind // Nature. 1998. Vol. 293. P. 729–740.
  33. Clague D.A., Dalrymple G.B. The Hawaiian-Emperor volcanic chain. Part1. Geologic evolution // Volcanism in Hawaii / R.W. Decker, T.L. Wright, P.H. Stauffer (eds.). Washington, USA: US Government Print. Office, 1987. Vol. 1. P. 5–54.
  34. Clouard V., Bonneville A. Ages of seamounts, islands, and plateaus on the Pacific plate // Geol. Soc. Am. Spec. Paper. 2005. Vol. 388. P. 71–90.
  35. Courtillot V., Davaille A., Besse J., Stock J. Three distinct types of hotspots in the Earth’s mantle // Earth Planet. Sci. Lett. 2003. Vol. 205. P. 295–308.
  36. Dalrymple G.B., Clague D.A. Conventional and 40Ar/ 39Ar K–Ar ages of volcanic rocks from Ojin (Site 430), Nintoku (Site 432) and Suiko (Site 433) seamounts and the chronology of volcanic propagation along the Hawaiian-Emperor chain // Initial Rep. DSDP. 1980. Vol. 55. P. 659–676.
  37. Davies G.F., Richards M.A. Mantle convection // J. Geol. 1992. Vol. l00. P. 151–206.
  38. Delescluse M., Funck T., Dehler S.A. et al. The oceanic crustal structure at the extinct, slow to ultraslow Labrador Sea spreading center // J. Geophys. Res. 2015. Vol. 120. P. 5249–5272.
  39. Døssing A., Stemmerik L., Dahl-Jensen T., Schlindwein V. Segmentation of the eastern North Greenland oblique-shear margin — regional plate tectonic implications // Earth Planet. Sci. Lett. 2010. Vol. 292. P. 239–253.
  40. Doubrovine P.V., Tarduno J.A. Late Cretaceous paleolatitude of the Hawaiian hot spot: New paleomagnetic data from Detroit Seamount (ODP Site 883) // Geochem. Geophys. Geosyst. 2004. Vol. 5. No. 11. Q11L04. P. 1–16.
  41. Duncan R.A., Clague D.A. Pacific plate motion recorded by linear volcanic chains // Ocean Basins and Margins / A.E.M. Nairn (ed.). N.Y.: Plenum Press, 1985. Vol. 7A. P. 89–121.
  42. Duncan R.A., Tarduno J.A., Scholl D.W. Leg 197 Synthesis: Southward motion and geochemical variability of the Hawaiian Hotspot //Proceedings ODP Sci. Results. 2006. Vol. 197. P. 1–39.
  43. Engebretson D.C., Cox A.V., Gordon R.G. Relative motions between oceanic and continental platеs in the Pacific Basin // GSA Spec. Pap. 1985. Vol. 206. P. 1–59.
  44. Forsyth D.W., Uyeda S. On the relative importance of the driving forces of plate motion // Geophys. J. Royal Astr. Soc. London. 1975. Vol. 43. P. 163–200.
  45. Gaina C., Nikishin A.M., Petrov E.I. Ultraslow spreading, ridge relocation and compressional events in the East Arctic region: A link to the Eurekan orogeny? // Arktos. 2015. Vol. 1. No. 1. P. 1–16.
  46. Garcia M.O., Smith J.R., Tree J.P. et al. Petrology, geochemistry, and ages of lavas from Northwest Hawaiian Ridge volcanoes // Geol. Soc. Am. Spec. Paper. 2015. Vol. 511. P. 1–25.
  47. Gion A.M., Williams S.E., Müller R.D. A reconstruction of the Eurekan Orogeny incorporating deformation constraints // Tectonics. 2017. Vol. 36. No 2. P. 304–320.
  48. Golonka J. Phanerozoic palaeoenvironment and palaeolithofacies maps of the Arctic region // Geol. Soc. London. Memoirs. 2011. Vol. 35. No. 1. P. 79–129.
  49. Gordon R.G., Cox A. Calculating palaeomagnetic poles for oceanic plates // Geophys. J. Int. 1980. Vol. 63. No 3. P. 619–640.
  50. Grantz A., Hart P.E., Childers V.A. Geology and tectonic development of the Amerasia and Canada Basins, Arctic Ocean // Geol. Soc. London Memoirs. 2011. Vol. 35. No. 1. P. 771–799.
  51. Horner-Johnson B.C., Gordon R.G. True polar wander since 32 Ma BP: A paleomagnetic investigation of the skewness of magnetic anomaly 12r on the Pacific plate // J. Geophys. Res. 2010. Vol.115. B09101. P. 1–16.
  52. Ishizuka O., Tani K., Reagan M.K. et al. The timescales of subduction initiation and subsequent evolution of an oceanic island arc // Earth Planet. Sci. Lett. 2011. Vol. 306. P. 229–240.
  53. Jackson H.R., Gunnarsson K. Reconstructions of the Arctic: Mesozoic to present // Tectonophysics. 1990. Vol. 172. No. 3. P. 303–322.
  54. Koivisto E.A., Gordon R.G., Dyment J., Arkani-Hamed J. The spreading-rate dependence of anomalous skewness of Pacific plate magnetic anomaly 32: Revisited // Lithosphere. 2011. Vol. 3. P. 371–378.
  55. Koppers A.A.P., Duncan R.A., Steinberger B. Implications of a nonlinear 40Ar/39Ar age progression along the Louisville seamount trail for models of fifixed and moving hot spots // Geochem. Geophys. Geosyst. 2004. Vol. 5. Q06L02. P.1–22.
  56. Koppers A.A.P., Yamazaki T., Geldmacher J., Gee J.S., Pressling N., Hoshi H. et al. Limited latitudinal mantle plume motion for the Louisville hotspot // Nature Geosci. 2012. Vol. 5. P. 931–917.
  57. Koppers A.A.P. Mantle plumes persevere // Nature Geosci. 2011. Vol. 4. P. 816–817.
  58. Lane L.S. Canada Basin, Arctic Ocean: evidence against a rotational origin // Tectonics. 1997. Vol. 16. No. 3. P. 363–387.
  59. Larson K.M., Freymueller J.T., Philipsen S. Global plate velocities from the Global Positioning System // J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102. No. B5. P. 9961–9981.
  60. Lawver L.A., Grantz A., Gahagan L.M. Plate kinematic evolution of the present Arctic region since the Ordovician // Geol. Soc. Amer. Spec. Papers. 2002. P. 333–358.
  61. Lawver L.A, Scotese C.R. A review of tectonic models for the evolution of the Canada Basin / Vol. L. The Arctic Ocean Region, In The Geology of North America. Boulder, Colorado: Government Print. Office, 1990. P. 593–618.
  62. Le Breton E., Cobbold P.R., Dauteuil O., Lewis G. Variations in amount and direction of seafloor spreading along the northeast Atlantic Ocean and resulting deformation of the continental margin of northwest Europe // Tectonics. 2012. Vol. 31. TC5006. P. 1-16.
  63. Lithgow-Bertelloni C., Richards M.A. The dynamics of Cenozoic and Mesozoic plate motions // Rev. Geophys. 1998. Vol. 36. P. 27–78.
  64. Lobkovsky L.I., Kononov M.V., Verzhbitsky V.E. et al. 3D geodynamics of Arctic region and model of Amerasia Basin formation // Proceed. ICAM VI. Fairbanks, USA. 2011. 2014. P. 287–320.
  65. Meffre S., Fallon T.J., Crawford T.J. et al. Basalts erupted along the Tongan fore arc during subduction initiation: Evidence from geochronology of dredged rocks from the Tonga fore arc and trench // Geochem. Geophys. Geosyst. 2012. Vol. 13. Q12003. P. 1–17.
  66. Miller E.L., Toro J., Gehrels G. et al. New insights into Arctic paleogeography and tectonics from U–Pb detrital zircon geochronology // Tectonics. 2006. Vol. 25. No. 3. TC3013. P. 1–13.
  67. Morgan W.J. Convection plumes in the lower mantle // Nature. 1971. Vol. 230. P. 42–43.
  68. Natland J.H., Winterer E.L. Fissure control on volcanic action in the Pacific // Geol. Soc. Am. Spec. Paper. 2005. Vol. 388. P. 687–710.
  69. Neall V.E., Trewick S.A. The age and origin of the Pacific islands: a geological overview // Philosoph. Transact. Royal Soc. Ser. B. Biol. Sci. 2008. Vol. 363. No. 1508. P. 3293–3308.
  70. Nikishin A.M., Gaina C., Petrov E.I., Malyshev N.A., Freiman S.I. Eurasia Basin and Gakkel Ridge, Arctic Ocean: Crustal asymmetry, ultra-slow spreading and continental rifting revealed by new seismic data // Tectonophysics. 2018. Vol. 746. P. 64–82.
  71. Niu Y. Origin of the 43 Ma Bend Along the Hawaiian-Emperor Seamount Chain: Problem and Solution // Oceanic Hotspots / R. Hekinian, P. Stoffers, J.-L. Cheminée (eds.). Berlin, Heidelberg: Springer, 2004. P. 143–155.
  72. Nokleberg W.J., Parfenov L.M., Monger J.W.H. et al. Phanerozoic tectonic evolution of the Circum-North Pacific // US Geol. Survey. Prоfes. Paper. 2000. Vol. 1626. 230 p.
  73. Oakey G.N., Chalmers J.A. A new model for the Paleogene motion of Greenland relative to North America: Plate reconstructions of the Davis Strait and Nares Strait regions between Canada and Greenland // J. Geophys. Res. 2012. Vol. 117. B10401. P. 1–28.
  74. O’Connor J.M., Steinberger B., Regelous M. et al. Constraints on past plate and mantle motion from new ages for the Hawaiian-Emperor Seamount Chain // Geochem. Geophys. Geosyst. 2013. Vol. 14. P. 4564–4584.
  75. Piepjohn K., von Gosen W., Tessensohn F. The Eurekan deformation in the Arctic: an outline //J. Geol. Soc. London. 2016. Vol. 173. No. 6. P. 1007–1024.
  76. Plates, Plumes and Planetary Processes // G.R. Foulger, D.M. Jurdy (eds.) / Geol. Soc. Am. Spec. Paper. 2007. Vol. 430. 998 p.
  77. Roest W.R., Srivastava S.P. Sea-floor spreading in the Labrador Sea: A new reconstruction // Geology. 1989. Vol. 17. No.11. P. 1000–1003.
  78. Rowley D.B., Lottes A.L. Plate-kinematic reconstructions of the North Atlantic and Arctic: Late Jurassic to present // Tectonophysics. 1988. Vol. 155. No. 1. P. 73–120.
  79. Sandwell D., Fialko Y. Warping and cracking of the Pacific plate by thermal contraction // J. Geophys. Res. 2004. Vol. 109. B10411. P. 1–12.
  80. Sandwell D.T., Winterer E.L., Mammerickx J. et al. Evidence for diffuse extension of the Pacific plate from Pukapuka ridges and cross-grain gravity lineations // J. Geophys. Res. 1995. Vol. 100. P.15 087–15 099.
  81. Seidman L.E. New Evidence that the Emperor Chain Records Motion of the Pacific Plate Relative to the Deep Mantle // MSc. Thesis. Rice Univ. USA. 2015. 58 p.
  82. Seton M., Muller R.D., Zahirovic S. et al. Global continental and ocean basin reconstructions since 200 Ma // Earth Sci. Rev. 2012. Vol. 113. P. 212–270.
  83. Sharp W.D., Clague D. 50-Ma initiation if Hawaiian-Emperor bend records major change in Pacific plate motion // Science. 2006. Vol. 313. P. 1281–1284.
  84. Sleep N.H. Origins of the plume hypothesis and some of its implications // GSA Spec. Papers 2007. Vol. 430. P. 29–45.
  85. Sokolov S.D. Tectonics of Northeast Asia: An overview // Geotectonics. Vol. 44. No 6. P. 493–509.
  86. Srivastava S.P. Evolution of the Labrador Sea and its bearing on the early evolution of the North Atlantic // Geophys. J. Royal Astron. Soc. 1978. Vol. 52. No. 2. P. 313–357.
  87. Stavsky A.P., Chekhovich V.D., Kononov M.V., Zonenshain L.P. Plate tectonics and palinspastic reconstructions of the Anadyr-Koryak region, Northeast USSR // Tectonics. 1990. Vol. 9. P. 81–101.
  88. Tegner C., Storey M., Holm P.M. et al. Magmatism and Eurekan deformation in the High Arctic Large Igneous Province: 40Ar– 39Ar age of Kap Washington Group volcanics, North Greenland // Earth Planet. Sci. Lett. 2011. Vol. 303. P. 203–214.
  89. Tessensohn F., Piepjohn K. Eocene compressive deformation in Arctic Canada, North Greenland and Svalbard and its plate tectonic causes. // Polarforschung. 2000. Vol. 68. P. 121–124.
  90. Torsvik T.H., Doubrovine P.V., Steinberger B. et al. Pacific plate motion change caused the Hawaiian-Emperor Bend // Nature Communications. 2017. Vol. 8. P. 15660–15672.
  91. Vogt P.R.. Taylor P.Т., Kovacs L.C., Johnson G.L. Detailed aeromagnetic investigation of the Arctic Basin // J. Geophys. Res. 1979. Vol. 84. P. 1071–1089.
  92. Wessel P., Kroenke L.W. Pacific absolute plate motion since 145 Ma: An assessment of the fixed hot spot hypothesis // J. Geophys. Res. 2008. Vol. 113. No. B6. B6101. P. 1-21.
  93. Whittaker J.M., Muller R.D., Leitchenkov G. et al. Major Australian–Antarctic plate reorganization at Hawaiian–Emperor bend time // Science. 2007. Vol. 318. P. 83–86.
  94. Wilson J.T. A possible origin of the Hawaiian Islands // Canadian J. Phys. 1963. Vol. 41. P. 863–870.
  95. Zhao D., Yamamoto Y., Yanada T. Global mantle heterogeneity and its influence on teleseismic regional tomography // Gondwana Research. 2013. Vol. 23. No. 2. P. 595–616.
  96. Zonenshain L.P., Kononov M.V., Savostin L.A. Pacific and Kula/Eurasia relative motions during the last 130 Ma and their bearing on orogenesis in northeast Asia // AGU Geodynam. Ser. 1987. Vol. 21. P. 29–48.
  97. Topographic/bathymetry base by [http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/image/2minrelief.html]. Accessed May 29, 2019.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Russian academy of sciences, 2019