Geologische Rundschau

, Volume 70, Issue 1, pp 302–315 | Cite as

Continental drift and the global pattern of sedimentation

  • William W. Hay
  • Eric J. Barron
  • James L. SloanII
  • John R. Southam

Abstract

The breakup of Pangaea through rifting and separation of the continents has special implications for the global pattern of sedimentation. The important initial conditions of Pangaea are area, elevation, the nature of the drainage and climate. The development of interior uplifts associated with rifting caused significant reorganization of drainage systems. Rifting and continental breakup result in unique sediment sequences on passive margins.

The initial rift valleys were probably occupied by stratified fresh water lakes due to the equable Mesozoic climate, and during this phase might have accumulated about 7.5×1021 g of organic carbon; this would be 14% of the earth's total organic carbon concentrated on only 0.3% of the earth's surface. The sediments rich in organic carbon are expected to be typically overlain by evaporites.

Sedimentation on the continental shelf is a complex interplay of thermal subsidence, sea level changes, sediment supply and isostatic adjustment.

Beyond the shelf break, sedimentation rates in the world ocean appear to change significantly with time; during the Aptian-Albian, Campanian-Maastrichtian, Middle Eocene and Late Miocene-Quaternary overall sedimentation rates were about an order of magnitude higher than during the intervening periods. This variation is likely to be related to changing sediment supply responding to changes in sea level.

Zusammenfassung

Das Aufbrechen Pangaeas durch Spaltung und Separation der Kontinente hat spezielle Auswirkungen auf die globale Sedimentationsverteilung. Die bedeutenden Anfangsbedingungen Pangaeas sind Größe, Höhe, Abfluß- und Klimasituation. Die Entwicklung innerer Aufwölbungen, zusammen mit Spaltenbildung, hat eine entscheidende Reorganisation der Abflußsysteme bewirkt. Spaltung und Aufbrechen des Kontinents resultieren in einer einzigartigen Sedimentationsfolge an den passiven Rändern.

Die anfänglichen Spaltungstäler waren wahrscheinlich von geschichteten Süßwasserseen eingenommen, hervorgerufen vom ausgeglichenen mesozoischen Klima. Während dieser Zeit können sich dort etwa 7,5 · 1021 g organischer Kohlenstoffe angesammelt haben, d. h. 14 % der weltweiten organischen Kohlenstoffe auf nur 0,3 % der Erdoberfläche. Die kohlenstoffreichen Sedimente sind typischerweise von Evaporiten überlagert.

Sedimentation auf dem kontinentalen Schelf ist ein komplexes Zusammenspiel von Temperatursenkung, Wasserspiegelschwankungen, Sedimentsangebot und isostatischem Gleichgewicht.

Jenseits des Schelfabhanges scheinen die Sedimentationsraten im Weltmeer signifikant mit der Zeit zu schwanken. Während des Aptiums-Albs, des Campaniums-Maastrichts, des Mittleren Eozäns und des Späten Miozän-Quartärs lagen die gesamten Sedimentationsraten um eine Größenordnung höher als in den dazwischenliegenden Zeiträumen. Diese Variation hängt wahrscheinlich mit einem geänderten Sedimentsangebot zusammen, das von Wasserspiegelschwankungen hervorgerufen wird.

Résumé

La dislocation de la Pangée, par fracturation (rifting) et séparation des continents, entraîne des implications particulières en ce qui concerne les modèles de sédimentation à l'échelle du globe. Les conditions initiales importantes de la Pangée sont la surface, l'altitude, la nature du drainage et le climat. Le développement de soulèvements intérieurs en association avec les processus de fracturation (rifting) fut la cause d'une importante réorganisation du système de drainage. Sur les marges continentales passives, des séquences sédimentaires uniqes résultent de ces processus de caussure (rifting), et de dislocation.

Les vallées médianes (rifts) initiales ont été probablement occupées par des lacs à eaux douces stratifiées, dues au climat égal du Mésozoique, et ont pu durant cette période accumuler environ 7.5×2021 g. de carbone organique; cette quantité serait l'équivalent de 14% du carbone organique total du globe, concentrés sur 0.3% de sa surface. Les sédiments riches en carbone organique sont supposés être typiquement recouverts par des dépôts évaporitiques.

La sédimentation sur le plateau continental se trouve en interaction complexe avec la subsidence thermique, les fluctuations du niveau des océans, les apports en sédiments et les ajustements isostatiques.

Au delà de la limite externe du plateau continental, les taux de sédimentation dans les océans semblent varier de manière importante dans le temps; durant l'Aptien-Albien, le Campanien-Maastrichtien, L'Eocène moyen et le Miocène supérieur-Quaternaire, les taux d'ensemble de sédimentation ont été environ d'un ordre de grandeur plus élevé que durant les périodes intermédiaires. Cette variation est vraisemblablement liée aux changements des apports en sédiments, en réponse aux fluctuations du niveau océanique.

Краткое содержание

Два длинных сейсмиче ских профиля (НАСП—1972 и РРИСП—1977) позволили изучить гл убинной строение Исл андии и ее соотношение с хребто м

Рейкьянес и Фареро-Ис ландским порогом. Все глубокие скоростные уровни погружаются от океан а к Исландии, максимал ьные скорости под ней не превышают 7,7 км/с. Невяз ки времен первых всту плений в точке пересечения профилей нозволяют п редположить анизотр опию скоростей.

Полученные скоростн ые разрезы имеют два р азных варианта интерпрета ции.

По первой Исландия ха рактеризуется океан ической корой толщиной 10–15 км, залегающей непо средственно на астен осфере со скоростями 7,0–7,4 км/с. Верхняя часть а стеносферы сложена ч астично расплавленными породами. По второму в арианту, которого придерживаются авто ры, кора

Исландии имеет мощно сть 30 км и подстлается мантией со скоростями 7,5–7,7 км/с. АстеносФера расп оложена глубже 50 км. В с редней части коры на глубинах 12–18 км существ ует зона частичного п лавления, создающая инверсию скоростей п оперечных волн и слой повыщенной проводимости.

Несмотря на большую м ощность кору Исланди и нельзя отнести к континента льному типу, так как в ней прео бладают породы основ ного состава.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Bambach, R. K., C. R. Scotese, andA. M. Ziegler: Before Pangaea: The geographies of the Paleozoic world. Amer. Sci., v. 68, p. 26–38, 1980.Google Scholar
  2. Barron, E. J., C. G. A. Harrison, andW. W. Hay: A revised reconstruction of the Southern Continents. EØS (American Geophysical Union Transactions) v. 58, p. 436–449, 1978.Google Scholar
  3. Barron, E. J., C. G. A.Harrison, J. L.Sloan II, and W. W.Hay, in press: Paleogeography, 180 million years ago to the present. Ecol. Geol. Helvetae, 1980.Google Scholar
  4. Burke, K., andJ. F. Dewey: Plume generated triple junctions: Key indicators in applying plate tectonics to old rocks. Journal of Geology, v. 81, p. 406–433, 1973.Google Scholar
  5. Davies, T. A., W. W. Hay, J. R. Southam, andT. R. Worsley: Estimates of Cenozoic oceanic sedimentation rates. Science, v. 197, p. 53–55, 1977.Google Scholar
  6. Davies, T. A., and T. R.Worsley, in press: Paleoenvironmental implications of oceanic carbonate sedimentation rates.Google Scholar
  7. Degens, E. T., andP. Stoffers: Stratified waters as a key to the past. Nature, v. 263, p. 22–27, 1976.Google Scholar
  8. Du Toit, A. L.: Our Wandering Continents. Edinburgh, Oliver and Boyd, 366 p., 1937.Google Scholar
  9. Frakes, L. A.: Climates throughout Geologic Time. Amsterdam, Elsevier, p. 1–310, 1979.Google Scholar
  10. Habicht, J. K. A.: Paleoclimate, Paleomagnetism and Continental Drift. Amer. Assoc. Petrol. Geol., Studies in Geology, n. 9, p. 1–31, 1979.Google Scholar
  11. Hay, W. W., andJ. R. Southam: Modulation of marine sedimentation by the continental shelves. InN. R. Anderson andA. Malahoff (eds.), The Role of Fossil Fuel CO2 in the Oceans. New York, Plenum Press, p. 569–605, 1977.Google Scholar
  12. Kinsman, D. J. J.: Rift valley basins and sedimentary history of trailing continental margins. InA. G. Fischer andS. Judson (eds.), Petroleum and Global Tectonics. Princeton, N. J., Princeton Univ. Press, p. 83–126, 1975.Google Scholar
  13. Lepichon, X., and J.-C.Sibuet, in press: Passive margins, a model of formation.Google Scholar
  14. McKenzie, D.: Some remarks on the development of sedimentary basins. Earth Planet. Sci. Lett., v. 40, p. 25–32, 1978.Google Scholar
  15. Moore, J. C., J. S. Watkins, T. H. Shipley, S. B. Bachman, F. W. Beghtel, A. Butt, B. M. Didyk, J. L. Leggett, N. Lundberg, K. J. McMillen, N. Niitsuma, L. E. Shephard, J.-F. Stephan, andH. Stradner: Progressive accretion in the Middle America Trench, Southern Mexico. Nature, v. 281, p. 638–642, 1979.Google Scholar
  16. Parsons, B., andJ. G. Sclater: An analysis of the variation of ocean floor bathymetry and heat flow with age. Jour. Geophys. Res., v. 82, p. 803–827, 1977.Google Scholar
  17. Robinson, P. L.: Paleoclimatology and continental drift. InD. H. Tarling andS. K. Runcorn (eds.), Implications of Continental Drift to the Earth Sciences. London, Academic Press, v. 1, p. 451–476, 1973.Google Scholar
  18. Smith, A. G., andJ. C. Briden: Mesozoic and Cenozoic Paleocontinental Maps. Cambridge, Cambridge Univ. Press, 63 pp., 1977.Google Scholar
  19. Smith, A. G., andA. Hallam: The fit of the southern continents. Nature, v. 225, p. 139–144, 1970.Google Scholar
  20. Southam, J. R., and W. W.Hay: Global sedimentary mass balance and sea level changes, in press.Google Scholar
  21. Tarling, D. H.: Another Gondwanaland. Nature, v. 238, p. 92–93, 1972.Google Scholar
  22. Termier, H. andG. Termier: Histoire géologique de la Biosphère. Paris, Masson et Cie., p. 1–721, 1952.Google Scholar
  23. Thiel, E. C.: The amount of ice on planet earth. Amer. Geophys. Union, Geophys. Monogr. n.7, p. 172–175, 1962.Google Scholar
  24. Von Huene, R., N. Nasu, M. Arthur, J.-P. Cadet, B. Carson, G. W. Moore, E. Honza, K. Fukioka, J. A. Bakron, G. Keller, R. Reynolds, B. L. Shaffer, S. Sato andG. Bell: Japan Trench transected. Geotimes, v.23, n. 4, p. 16–20, 1978.Google Scholar
  25. Watts, A. B., and M. S.Steckler: Subsidence and eustasy at the continental margin of eastern North America. In: M.Talwani, W.Hay and W. B. F.Ryan (eds.), Deep Drilling Results in the Atlantic Ocean: Continental Margins and Paleoenvironment, Amer. Geophys. Union, Maurice Ewing Series, v. 3, p. 218–234, 1979.Google Scholar
  26. Wegener, A.: Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. Braunschweig, Vieweg, p. 1–94, 1915.Google Scholar
  27. Worsley, T. R., andT. A. Davies: Sea level fluctuations and deepsea sedimentation rates. Science, v. 203, p. 455–456, 1979.Google Scholar
  28. Ziegler, A. M., C. R. Scotese, W. S. McKerrow, M. E. Johnson, andR. K. Bambach: Paleozoic paleogeography. Ann. Rev. Earth Planet. Sci., v. 7, p. 473–502, 1979.Google Scholar
  29. Zonenshayn, L. P., andA. M. Gorodnitskiy: Paleo-Mesozoic and Mesozoic Reconstructions of the Continents and Ocean. Article 2. Late Paleozoic and Mesozoic Reconstructions. Geotectonics, v. 11, p. 159–172, 1977.Google Scholar

Copyright information

© Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1981

Authors and Affiliations

  • William W. Hay
    • 1
  • Eric J. Barron
    • 2
  • James L. SloanII
    • 2
  • John R. Southam
    • 2
  1. 1.Joint Oceanographic Institutions Inc.Washington, D. C.USA
  2. 2.Division of Marine Geology and Geophysics, Rosenstiel School of Marine and Atmospheric ScienceUniversity of MiamiMiamiUSA

Personalised recommendations