古代的雨滴通过下沉法拉隆板块揭示了向南发送的山脉浪潮

5000万年前,不列颠哥伦比亚省南部开始出现群山。根据斯坦福大学的地球化学家的说法,在接下来的2200万年中,一波山地建筑(从地质学角度)席卷了北美西部,直至南至墨西哥,至远至内布拉斯加州。他们的发现使人们认为山峰大多来自一个类似西藏的广阔高原,大约在美国西部大部分地区同时崛起,然后崩塌并侵蚀成我们今天所看到的。

数据提供了对山脉的洞察力—以耐用性而闻名—来自最短暂的来源之一:雨滴。或更具体地讲,同位素残基—有效的指纹—在65至2千8百万年前之间,古老的降雨降落在美国西部。

具有相同元素但原子核中子数量不同的原子称为同位素。越来越多的中子形成一个较重的原子,并且随着云层的上升,包含较重的氢和氧同位素的水分子往往会首先下降。通过测量长久以来雨水中重同位素与轻同位素的比率,研究人员可以推断出雨滴落下时土地的海拔高度。

水会混入表面或火山玻璃中的粘土和碳酸盐矿物中,然后在沉积物中保存一段时间。

斯坦福大学(Stanford)环境地球系统科学博士学位候选人Hari Mix研究了大约2,800个样品—他和他的同事收集了数百个,其余的来自已发表的研究—并使用同位素比值计算古代雨的成分。大部分样品来自古代土壤和湖泊沉积物中的碳酸盐矿床,这些矿床取自美国西部数十个盆地。

利用数据中显示的海拔趋势,Mix能够解读山脉的历史。“在同位素比率出现巨大飞跃的地方,我们认为这是一个巨大的进步,” he said.

“在大约4900万年前,我们在蒙大拿州西南部看到了一次重大的同位素变化,” he said. “另一个在内华达州北部的39 mya”随着隆起向南移动。张伯伦以前的作品’小组发现了来自两个盆地的数据发生这些偏移的证据,但是’运用较大的数据集进行的研究表明,整个美国西部地区的隆升模式

人们普遍认为隆起是在法拉隆板块(一种构造板块,被推到北美板块下)开始缓慢地从该大陆的下面剥离时开始的。

“剥皮板看起来像是一个卷曲的舌头,”混合环境地球系统科学教授Page Chamberlain说’s advisor.

当来自下层地幔的热物质流入剥皮板之间的缝隙中时,物质的热量和浮力使上覆土地的海拔升高。剥落的舌头继续脱落,热幔继续向后流动,向南方发出缓慢移动的造山运动。

“我们知道Farallon板块脱落了,但是发生这种情况的几何形状以及对该板块的地形响应一直存在争议,” Mix said.

Mix和Chamberlain估计,地形波将比其横过的景观至少高出一到两公里,并将产生海拔超过4公里(约14,000英尺)的山脉,与今天的海拔相当。

Mix说,他们的同位素数据与已记录的其他证据类型非常吻合。

“正是在同一时间,整个美国西部发生了由北向南的大范围火山爆发,” he said.

地球也同时扩张了’地壳,当地壳从下方加热时会产生这种结皮,就像北美板块下方的热岩浆流一样。

“我们发现,在火山学和扩展方面,地形隆起的模式与其他人所记录的相符,” Mix said.

“这三件事,这些模式,都表明法拉隆板块正在发生的事情,负责西部山脉科尔迪勒拉的建设。”

张伯伦说,虽然肯定有高架地面,但它不像西藏。

“它不是平均海拔15,000英尺。那是更加柔和的东西,” he said.

“这项工作的主要含义是,不是高原崩塌,而是在地幔中发生的某种事情导致了这座山的生长,” Chamberlain said.

Mix将在12月17日星期五上午11:50在旧金山Moscone South 310室在旧金山举行的美国地球物理联盟年会上介绍这项研究的结果。

Andreas Mulch也为这项研究做出了贡献。他是德国法兰克福生物多样性与气候研究中心BiK-F的研究员,以及歌德大学的教授。



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