地質学的リフトモデル

モデルに直接移動 リフトモデルへの導入
過去6億年間、北米の東海岸では2つのリフティング現象、つまり原大西洋（ステージC）と大西洋（ステージL）という二つの海洋盆地が開かれる現象を経験しました。 それ以前にも、おそらく他のリフティング現象があったのだろう。 バージニア州と中部大西洋岸地域には、断片的で、時に後世の出来事によって覆い隠されたとしても、これらのリフティングの良い記録がある。
主要な地質現象を発見し解明するには、これらの出来事がどのように発生し、どのような岩や構造を生み出すかという理論モデルを持ち、それが断片的で覆い隠されたとしても、見たときにそれが何かという証拠を認識することができるようにすることが必要だ。 現代のリフティング現象のモデルは、地球物理学的なものから、現代の事象の証拠、古代の事象の証拠など、幅広い多様な情報に基づいている。 これらのモデルは、事象の順序や時期を特定するだけでなく、古代のリフティング事象を特定するために必要な証拠を正確に教えてくれるのです。
もちろん、できるだけ多くの証拠があるに越したことはありませんが、理論モデルに明確に適合する正しい証拠がほんの少しあれば、古代の出来事を認識し、再構築することができる場合があるのです。 さらに、理論モデルは、解釈を補強するために、どのような証拠をさらにどこで探すべきかを教えてくれるのです。 これは決してそうではありません。 科学者はデータを集めるとき、何を探すべきか理論（モデル）を持っているので、常にかなり良いアイデアを持っています。 そして、もしその理論に合わない証拠が見つかったら、その理論は間違っている可能性が高く、新しい理論を考案しなければならないのです。
要するに、偏りのない観察などあり得ないということです。 私たちは常に、自然界で何を見つけたいか、何を見つけたいかを知っていますが、違うものを見つけてショックを受けたり、楽しく驚いたりすることがあります。
私たちが説明し意味をなすために持っているモデルを知らずにバージニア州の地史（16ページ版）を読むことは可能ですが、モデルの存在とその内容を知っていれば、歴史はより有意義になります。 しかし、モデルはあくまでもモデルであり、合成であり、平均であり、理想であることを覚えておくことが重要です。 自然界がモデルと完全に一致することはほとんどなく、モデルからある程度の乖離があっても対応できるようにしておかなければなりません。 それはリフティングのプロセスによって作られる（ステージBとC）。 発散型プレート境界が完全に発達すると、常に海洋盆地内に位置するようになり、海洋盆地が形成される。 プレートが発散するとき、マフィカスマグマが下のマントルから滲み出て、割れ目や裂け目に入り、新しい海洋リソスフェア、オフィオライト群を形成するのである。 このリフティングモデルでは、完全に発達した海洋乖離縁に沿って起こるプロセスには興味がない。 その代わりに、大陸のリフティングの際に乖離境界がどのように最初に作られるかに注目する。
乖離プレート境界は、プレートの端から離れた、プレート内のどこかで始まる。 そのプレートは大陸のクラトンの塊であったり、海洋盆地の一部であったりする（断面図）。 リフティングが完了すると、新しい発散プレート境界と新しい海盆が形成される。 かつての単一のプレート（または大陸）は、2つのプレート（または大陸）に分割される。
リフティングは、マントル深部から地表に向かって上昇するマグマの噴出によって開始される。 プルームは地球上にランダムに分布しており、多くは大陸や海盆の下で発生するが、一部はプレート境界に存在することもある。 プルームが地表に向かって上昇すると、その上にある岩石圏（地球の硬い外殻）が加熱され、上方に膨れ上がってホットスポットが形成される。 マグマが地表に到達すると、ホットスポットで火山が発生するのが一般的です。 上の断面図は、大陸と海洋のホットスポットを示しています。
ホットスポットを引き起こすプルームは、マントル内で静止しています。 したがって、プレートがホットスポットを横切って移動すると、地表の地殻変動や火山活動は変化し続ける。 最終的には、長い火山列が形成されるかもしれない。 ハワイ諸島は海洋性ホットスポットの例であり、イエローストーン公園は大陸性ホットスポットの例です。 そのほとんどは孤立しており、リフティングを起こすことなくその歴史を終えています。 しかし、時には、いくつかのホットスポットが結合して、リフティング、新しい海盆、新しいプレート境界の分岐といった一連のプロセスを始めることがあります。 このようなプロセスについて、次の4つの段階で説明する。
ホットスポットとサーマルドーミング
マントルプルームが大陸岩石層の基底に達すると、それが広がってマグマの池を作ります（上の断面をご覧ください）。 その上にある岩石層が加熱されて膨張し、直径約1000km、海抜3〜4kmのホットスポットが形成されます。 右の地図は、トリプルジャンクションを持つ2つのホットスポットの平面図です。
ホットスポットドームが膨張すると、その上面は、ホットスポットの中心から放射状に広がる一連の3つのリフトバレーに沿って脆い地殻が割れる（断層）までに広がります。 この3つの谷がトリプルジャンクションです。 理想的には、3つの地溝帯はホットスポットの中心から120度の角度で放射状に伸びていますが、多くの場合、トリプルジャンクションは対称ではなく、腕が変な角度で分岐していることがあります。
マントルプルームの熱は、多くの火山活動を引き起こしますが、それには2つの種類があります。 プルームからの苦鉄質マグマ（玄武岩や斑れい岩）のパイプは岩石圏を通り、最終的には地表に火山を形成します。 しかし、プルームからの熱は大陸の底部も暖め、その一部が溶けてフェルシックマグマ（花崗岩や流紋岩）を形成し、それが地表に到達して火山を形成することもある。 このように苦鉄質マグマとフェルシックマグマが同時に出現することは珍しく、2種類のマグマが多かれ少なかれ同時に出現することから、バイモーダル・アソシエーションと呼ばれている。 下の断面は、右の地図の断面線A-Bに沿って拡大したもので、マフィック（玄武岩質）火山とフェルシック（花崗岩質）バストリスのある膨潤性ホットスポットの段階を示しています。

孤立したホットスポットは、これらのすべてのプロセスを経て、……そして、ただ死んでいくかもしれません。 マントルプルームは消滅し、大陸は冷えて再び沈み、火山活動は停止し、堆積物が地溝帯を埋めます。 しかし、いくつかのホットスポットが密接に関連している場合、それらが結合して非常に長い地溝帯を形成することがあります。 たとえば、上の地図は、2つのトリプルジャンクションが結合しようとしているところを示しています。
トリプルジャンクションが結合するとき、それぞれのトリプルジャンクションの3本の腕のうち2本だけが、隣接するホットスポットに接続します。 3本目の腕は活動しなくなるので、失敗腕（またはアウラコゲン）と呼ばれます（上の地図の青色）。 オーラソーマは、リフティングが完了し、新しい海盆が形成された後、大陸の端からほぼ直角に切れ込んだ溝のように存在する。 多くの古代のオーラソーマが知られているが、そのほとんどは堆積物で埋まってしまい、地表で観察することはできない。 これらは、かつてホットスポットが存在したことを示す良い証拠である。 アウラコーゲンを満たす堆積物と火山は、活動的なリフトで働くプロセスと似ています。
リフトバレーの形成と海洋侵入
形成とは、地表の一部が下に崩れて窪みを形成することをいいます。 軸流リフトは、通常数十キロメートルの大きさで、リフト床から両側の山頂までの標高が4〜5キロメートルにもなる創建物です。

構造的には、地溝帯はブロック断層のグラベン（地球のブロックが沈むときにできる谷）で、両側をホルスト山（ホルストはグラベンに対して移動する地球のブロック）で囲まれています。ホットスポットのメカニズムを考えると、地球が上向きに膨張して、頂上が伸びたり離れたりしています。 地球が引き離されるときに亀裂が入り、空間ができるので、当然、地球のブロックはその空間（グラベン）に滑り落ちます。 滑り落ちなかった部分（ホルスト）は、今度は高くなります。 地球はすでにホットスポットで上に膨れ上がっているので、ホルストが上に移動する必要はありませんが、グラベンが下に滑り落ちるのは簡単です。 ホルストとグラベンの間の断層は正断層で、グラベンが重力で下に落ちるのは「普通」なので、正断層なのです。 断層の表面は湾曲しているので、グラベンのブロックは沈むときに回転し、小さな盆地が閉じ込められ、湖が断層の下のブロックと断層の後ろの壁の間に形成されます。 湖の多くは非常に深く、現代の地溝湖を基準にすると、非常に塩分が多いかアルカリ性である可能性がある。 湖底には、深層水の循環や酸素がないため、有機物を多く含む黒い粘土が蓄積する。
一般に、大小さまざまな多数のホルストとグラベンが形成される。 軸勾配に接する主要なホルストの縁は、大陸棚（ヒンジゾーンとも呼ばれる）である。 軸状勾配の内側には、多数の小さなホルストやグラベンがある。
また、軸状勾配または軸状地溝（この用語は互換性がある）の両側に数百キロメートルにわたって、より小さい半勾配（片側だけが正断層）が形成されるのが典型的である。
当初、軸距溝の谷底は水面下にあるが（湖を除く）、軸距溝が沈下するにつれて海が侵入し、狭い海盆が形成される（水面下となる）。
地溝帯に接するホルスト山地の高地は、フェルシック火成岩の大陸性岩石（花崗岩）からなり、急速に侵食されて粗いアルコシック（長石の多い）堆積物になる。 堆積物の多くは、陸上から深海へと環境が急激に変化する短い系で堆積したものである。 盆地縁の断層基部では、堆積物は急勾配の沖積扇状地に集積し、それが急速に編砂河川に変化し、さらに海底扇状地に投棄される。 盆地中央部は深くて無酸素状態であることが多く、薄く積層した黒色粘土やシルトが堆積する。 この段階では、数千メートルの堆積物が蓄積されることもある。
この段階では火山活動が非常に一般的で、火山物や溶岩流（マフィック、フェルシックの場合もある）が堆積物と層間していることがある。 火山物は、火砕物（爆発した火山から吹き出したもの）であったり、より静かな流れであったりする。 火山流は、数千フィートの厚さで堆積することがあります。 地質学的に短い期間（約1000万年）で、ホーストは侵食され、グラブンは堆積物で満たされる。
Early Divergent Margin

活発なリフティングの間、マントルプルームによって熱せられた大陸地殻は、引き伸ばされた飴（またはバカパテ）のように伸びて薄くなる一方で、もろい上層部は断層して軸方向の溝を形成している。 全体がプルームの熱に支えられているため、溜まったマフィックのマグマは地表に近づき、噴火しやすくなっています。
その結果、海が軸状溝に浸水した直後に、軸状溝の片側に沿って苦鉄質火山活動の大きなサージが始まりました。 マグマはまず花崗岩質の大陸地殻に注入され、無数の玄武岩質のダイクとなる。 このように多くのダイクが形成されるため、元の岩石が何であったかを判断することは困難である。 この花崗岩と注入された玄武岩の混合物は、大陸地殻と海洋地殻の間にあるため、遷移地殻と呼ばれます（上の図参照）。 これは、元々一つの大陸が最終的に二つに分裂し、新しい海盆が形成される始まりである。
火山活動が続くと、新たに分岐した2つの大陸縁の間のギャップが分離するにつれて広がり、海洋リソスフェアの形成が始まる。 このとき、新たに形成された対流セルからマグマが次々と上昇し、開口した隙間に注入される。 この新しい火成岩は、玄武岩や斑れい岩などの苦鉄質で、密度が高いため、海面下のマントルに「浮遊」する。 これが、オフィオライト群と呼ばれる新しい海洋リソスフェアの形成につながる。 平均的なリフティング速度が約5cm/年であれば、2,000万年後には2つの新しい大陸縁が1,000kmも離れていることになる。 海洋地殻の形成は、軸状溝の片側または反対側で行われる。 一方の大陸は軸状溝を維持し、他方の大陸は軸状溝を失う。 その結果、新しい大陸の縁は非対称になる。 軸状溝を持つ大陸縁は、軸状溝とその小ホルストとグラブンを越えて、海洋地殻に徐々に移行する傾向がある。 軸索溝を持たない大陸は、海洋地殻に急激に落下する。
対流セルから地表に上昇する熱とマグマは、新しい海洋盆地中央のリフティング地点に集中したままである。 海盆が広がるにつれて、新しく形成された大陸縁は熱源から遠ざかり、冷えていきます。 冷えた地殻は暖かい地殻よりも密度が高く、やがて大陸棚は海面下に沈下する。 これらの初期段階は、最も急速に冷却し、沈下する時期である。
海洋地殻の形成が順調に進む頃には、軸方向と横方向のグラブンは堆積物でほぼ埋まっている。 新しい大陸縁が沈下するにつれて、相対的に海面が上昇し、海岸線は大陸縁を横断するか移動し始める。 その海が、純度の高い石英砂の層を海浜堆積物として地域全体を覆っているのだ。 この石英砂は、大陸棚が海面下に沈下して安定化しつつあることを示す、岩石記録上最初の明確な証拠である。
海が侵食されるにつれて海は深くなり、海岸は近海の棚環境へと変化し、その後深い棚環境となる。 この堆積によって、海に向かって急速に厚くなる乖離性大陸縁（DCM）堆積物のくさびができ、棚、傾斜、上昇する（上の断面を参照）。
Full Divergent Margin

熱崩壊による沈下（地殻から熱が失われ、その結果として密度が増加）は最初は急速だが、時間と共に指数関数的に減少する。 発散した大陸縁が安定（等方性平衡）に達するには約1億2千万年かかる。 この間も土砂は蓄積され続け、地盤沈下が最も大きい海に向かって最も厚くなり、大陸に向かって薄くなる。 最終的には、最大で厚さ17kmの堆積楔（くさび）が存在する。 断面図では、ホットスポットの段階では海面上にあった火山が、今では地中深くにあることに注目してください。
沈降と堆積がほぼ同じ速度で進むため、分岐した大陸縁に堆積した堆積物はほとんどが浅海性のままになっています。 安定したクラトンに隣接する温暖な気候では、これらはほとんど炭酸塩（石灰岩とドロマイト）であるかもしれないが、そうでなければ砂岩と頁岩である。 他のことが起こる前に大陸縁が安定すると、堆積物は蓄積し続けるが、今度は海底に積み上がる（progrades）。
このリフティングの最終段階は、無限に続くか、他の地殻変動が侵入して、静かな発散縁を破壊するまで続くだろう。
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