Рис. 26. График зависимости трековых возрастов апатита от высоты отбора проб для Альп (Wagner et al., 1977). Наклон прямых отражает скорость воздымания (график к левом верхнем углу). Данные отражают остывание вследствие денудации. Процесс отжига треков не учитывался. Измерения длины треков не использовались до середины 80-х. 

Оценка скоростей воздымания горных сооружений базируется на некоторых допущениях и упрощениях (Gallagher et al., 1998): 1. Остывание пород происходит вследствие подъема, связанного с эрозией; 2. Не учитывается влияние зона частичного отжига; 3. Подразумевается, что породы перемещаются вверх перпендикулярно изотермам; 4. Современное положение образцов в вертикальном разрезе соответствует палеоположению в земной коре. Рассмотрим ограничения, которых связаны с допущениями, упомянутыми выше.

1. Остывание пород, происходящее вследствие подъема, связанного с эрозией, - это лишь частный случай. Хорошо известно, что выведение (эксгумация) пород и, следовательно, их остывание, может происходить в условиях растяжения за счет сбросовых движений согласно модели эволюции метаморфических ядер кордильерского типа (Wernicke, 1981; Miller et al., 1983; Lister, Davis, 1989; Скляров и др., 1997). Общая картина термальной эволюции в этих случаях (Dokka et al., 1986; Johnson et al., 1997) значительно отличается от картины, связанной с денудационным подъемом. В случае эксгумации комплексов сбросовыми движениями происходит не эрозионная денудация, а тектоническая. Образцы, отобранные в лежащем крыле сброса, дают сходное распределение возрастов, но крутой наклон прямой на графике возраст – высота (см. рис. 26) не означает высоких скоростей эрозии и что существовал горный рельеф. Однако, при изучении тектонических процессов связанных с растяжением трековый анализ часто применяют для реконструкции геотермального палеоградиента, скоростей сбросовых движений, иногда геометрии первичного детачмента (например, Foster et al., 1993; Miller et al., 1999).

2. При ускорении эрозии образцы, которые находились в зоне частичного отжига треков (PAZ), могут быть быстро выведены на поверхность. Таким образом, в горном рельефе может оказаться эксгумированной и «запечатанной» палеозона частичного отжига (рис. 27). Так как перегиб кривой на графике возраст – высота обычно интерпретируется как изменение скорости воздымания, то в случае эксгумированной зоны частичного отжига, интерпретация усложняется. На рис. 27 показано, что образцы, расположенные выше перегиба кривой (помечен звездочкой), имеют треки, сформированные как до, так и после эрозионной денудации, так как они находились в палео-зоне частичного отжига. Образцы ниже перегиба накапливали треки после начала денудации. Только данные ниже перегиба кривой (помечен звездочкой) реально отражают скорости остывания и воздымания. Таким образом, данные о длине треков и их распределении в апатите являются необходимыми для корректной интерпретации материалов при изучении скоростей воздымания горных сооружений.

Рис. 27. Эксгумация зоны частичного отжига треков (Fitzgerald et al., 1995). На левой верхней картинке показано распределение трековых возрастов апатита в земной коре с увеличением глубины (пример из бассейна Отвай (Gleadow, Duddy, 1981), см. рис. 9). t₀ – начальный возраст. Денудация в момент времени t₁ обнажает разные уровни профиля остывания. На правой верхней картинке показана, предполагаемая зависимость трековых возрастов от высоты в вертикальном профиле. Характерные распределения длин треков демонстрируются на нижнем рисунке. Распределение длин треков бимодально – один пик сформирован до остывания, второй после. Важно, что только данные ниже перегиба кривой (помечен звездочкой) реально отражают событие остывания и воздымания.

Эксгумированная палео-зона частичного отжига была идентифицирована в Центральном хребте Аляски (Fitzgerald et al., 1995), и этот пример стал классическим (рис. 28).

Рис. 28. График зависимости трековых возрастов апатита от высоты отбора проб, распределение длин треков для некоторых образцов. Пример из Центрального хребта Аляски (Fitzgerald et al., 1995). Перегиб (отмечен звездочкой) соответствует 6 млн. лет, с этого момента начинается быстрое остывание. Выше перегиба данные отражают палео-зону частичного отжига треков.

В некоторых исследованиях применяется методика реконструкции эродированной части разреза (“backstacking”, Brown, 1991). Эта методика основана на нахождении нижней границы палео-зоны частичного отжига. Если из независимых геологических данных известна начальная средняя высота поверхности, то разница между изостатически уравновешенной средней высотой поверхности и рассчитанной высотой будет отражать тектоническую компоненту воздымания.

3. При денудационных процессах происходит адвекция теплового потока и подъем изотерм, это приводит к переоценке скоростей денудации (Brown, Summerfield, 1997). Так же трудности с интерпретацией данных низкотемпературной термохронологии возникают в связи с разным положением изотерм в горных областях (рис. 29). Известно, что изотермы ближе к поверхности под речными долинами и глубже под горными вершинами. Величина этого эффекта убывает с увеличением глубины. Другой осложняющий фактор это скорость эксгумации и эрозии. Быстрые скорости эксгумации вызывают смещения изотерм. Оценить эффекты, связанные с этим бывает очень трудно.

Рис. 29. Ожидаемые возраста остывания для трех геохронометров в зависимости от рельефа (Burbank, Anderson, 2000). Скорость эрозии одинакова для разных частей и составляет 2 мм/год, рельеф находится в стадии устойчивости, расчеты проведены для нескольких миллионов лет. Zr – циркон (температура закрытия принята как 220°С), апатит (110°С), U-Th/He система (60°С). А. Термальная структура в горной области. В. Ожидаемые возраста остывания. С. Температурная эволюция и разница в возрастах остывания апатита в долине и на хребте. Более низкотемпературные системы более чувствительны к вариациям рельефа.

 4. Современное положение образцов в вертикальном разрезе может не соответствовать их палео-положению в земной коре. Это может происходить при горизонтальных перемещениях (надвигообразовании), вращения блоков, образовании складок.

  Однако, не смотря на все изложенные ограничения и трудности интерпретации, трековый анализ активно используется для оценок скоростей воздымания, эксгумации, эрозии и является одним из немногих методов, позволяющих давать количественные оценки.

далее> наверх^