Особливості геологічної будови та історії формування природи
На прикладі Північної Америки найбільш чітко простежується особливість, котра й іншим материкам – концентричний характер розташування основних геологічних структур. Центральні частини материка більш однорідні і, разом з тим більш давні, ніж крайові. Це не є випадковістю, а обумовлено специфікою історії розвитку материка.
Докембрійські структури. В основі Північної Америки лежить древня структура – архейсько-протерозойське ядро – Північно-Американська платформа з Канадським щитом (рис. 1).
За літологічним складом Канадський щит близький до Скандинавського. Його породи відрізняються сильною метаморфізацією, завдяки чому всюди мають кристалічну текстуру. Це, так званий, гранітно-гнейсовий комплекс, який містить велику кількість мінералів, багато з яких мають важливе промислове значення.
Вивчення абсолютного віку порід платформи показало, що найбільш древньою її частиною є район Великих озер, де вивержені та метаморфічні породи мають вік понад 2500 млн. років. Навколо цього ядра існували геосинклінальні басейни, розвиток яких закінчився ще в докембрії, але значно пізніше, ніж утворилися центральні частини щита. Молодші структури поступово приєднувалися до центрального ядра, все більше збільшуючи його розміри. Складчасті структури району Великого Ведмежого озера мають вік 1250-1450 млн. років, а району, розташованого на північний схід від долини річки Св. Лаврентія, - 950-1100 млн. років. Таким чином, історія формування кристалічного щита Північної Америки була не менш тривалою, ніж історія утворення всіх інших, більш молодих її частин.
На початок палеозою Північно-Американська платформа мала більші розміри, ніж це показується на тектонічній карті (її західний край проходив західніше території, зайнятої на сучасному етапі Скелястими горами). Згодом західна частина платформи була залучена в геосинклінальні басейни і піддалася складчастості.
Складчасті структури палеозою і мезозою. Вже в палеозої південні, західні та північні частини платформи зазнали трансгресії, що призвело до накопичення на кристалічному фундаменті осадових порід – пісковиків, доломітів і вапняків. Особливо потужні товщі осадових порід від кембрію до девону відклалися за межами платформи, де в цей час існували геосинклінальні басейни.
Як і в докембрії, нижньопалеозойські геосинкліналі розташовувались по краю материкового ядра, утворюючи своєрідний кільцевий пояс: на півдні і південному сході перебувала Аппалачська, на півночі і північному сході – Гренландська і, нарешті, на заході - Кордильєрська геосинклінальні області.
У Аппалачської геосинкліналі потужність осадових порід склала до кінця кембрію – 4000 м, до кінця силуру – 6600 м, а до кінця девону – 8500 м. Приблизно такими ж цифрами характеризувалася потужність відкладень і в інших північноамериканських геосинклінальних басейнах. Вже в силурійському періоді в геосинкліналях починається інтенсивне складкоутворення, що тривало потім в девонському періоді (каледонська складчастість). Каледонські структури збереглися лише в небагатьох місцях; на значній території вони або поховані, або перероблені більш молодими рухами. Вони чітко виражені в Аппалачах (східний край гір на південь від м. Нью-Йорк і весь гірський пояс на північ від цього міста), і особливо в північно-східній та північній Гренландії, а також на острові Елсмір.
Дані складчасті гірські ланцюги, згодом вирівняні, приєднались до краю Північно-Американської платформи, утворивши разом з нею єдине ціле.
Рис. 1. Схематична тектонічна карта Північної Америки (по В. Є. Хаіну):
Область архейських та протерозойських складчастостей (докембрійська платформа): 1 – виступи фундаменту, складеного архейськими і протерозойськими складчастими комплексами (щит); 2 – плита і схили древніх платформ, занурених в палеозої; 3 – те ж в палеозої; мезозої, кайнозої; 4 – райони платформених піднятів (антиклізи); 5 – райони платформених впадин (синеклізи). Область каледонської складчастості: 6 – райони з поверхневим заляганням каледонського складчастого фундаметну. Області герцинської складчастості: 7 – райони з поверхневим заляганням герцинського складчастого компексу; 8 – те ж з інтенсивним проявленням каледонських рухів. Області епігерцинських платформ: 9 – схили впадин (синеклізи) епігерцинських лпатформ. Області мезо-кайнозойських складчастостей: 10 – райони з поверхневим заляганням ранньомезозойського (невадійського) складчастого комплексу; 11 – райони з пеоверхневим заляганням пізньомезозойського та палеогенового (ларамійського) складчастого комплексу; 12 – передові прогини районів мезозойської та палеогенової складчастості; 13 – райони кайнозойської складчастості (міжгірні прогини); 14 – окраїна древньої платформи, охоплена пізньомезозойською – палеогеновою (ларамійською) складчастістю; 15 – гранітоїдні інтрузії; 16 – зони молодого вулканізму.
Каледонська складчастість проявилася не тільки в геосинкліналях, а й на платформі, однак, не так інтенсивно. Утворилися синеклізи і антеклізи. Найбільші з них – Передаппалачський прогин (синекліза), Внутрішньоматерикова синекліза, що складається з двох басейнів, і антеклізи – Адірондак, Озарк та інші. Ці структури продовжували розвиватися і у наступні періоди. В даний час більшість антекліз добре виражені в рельєфі, утворюючи увалисті височини.
У наступні періоди розвиток поверхні материка продовжується в тому ж напрямку. В середині палеозою Аппалачська геосинкліналь ще існує, але область прогину зміщується на схід від каледонської складчастої структури. Накопичення осадків відбувається на більшій частині Північно-Американської платформи і особливо в Передаппалачському прогині. Для цієї епохи був характерний м'який вологий клімат. Інтенсивне накопичення органічних речовин в синеклізах призвело до утворення в них великих родовищ вугілля.
В середині кам'яновугільного періоду відбувається інтенсивна герцинська складчастість. Цього разу гірські ланцюги охоплюють платформу головним чином з півдня та сходу, продовжуючись, можливо, через Атлантичний океан до Європи. Східна частина гірської дуги за межами сучасного материка і південна гілка, що займала значну територію на північ від Мексиканської затоки, не збереглися. Їх складчасті структури були затоплені, і на них відклалася товща більш молодих порід.
У герцинську складчастість каледонські структури Аппалачів були підняті, дислоковані і насунені на захід. Потужна товща осадових порід у східній частині Передаппалачського прогину була зім'ята в складки, що утворили складчастий пояс (нині – пояс хребтів і долин). У результаті цих процесів утворилася єдина, але різновікова гірська система Аппалачів, що простяглася майже від узбережжя Мексиканської затоки до Ньюфаундленду.
У Кордильєрській геосинкліналі також відбувалися інтенсивні тектонічні процеси, що супроводжувалися вулканізмом, але створені ними структури, як і структури попередньої каледонської складчастості, майже не збереглися.
Протягом палеозою Північна Америка неодноразово з’єднувалася каледонідами і герцинідами з Європою, а гірськими ланцюгами, періодично виникаючими в Кордильєрській геосинклінальній області, – з Азією та Південною Америкою.
Значна активність тектонічних процесів характерна і для арктичних районів. В кінці палеозою тут також виникають складчасті структури, які утворюють північно-західні частини Канадського Арктичного архіпелагу.
На протязі мезозою поступово відбувається відділення Північної Америки від Європи, внаслідок швидкого розвитку западини Атлантичного океану. На сході материка залишки герцинської складчастості зустрічаються ще в тріасі, але високі гірські хребти в цей час не утворюються. Аппалачі руйнуються, вирівнюються і в середині мезозою частково затоплюються океаном. На заході Північно-Американської платформи трансгресії тривали до кінця мезозою.
Дуже бурхливо протікає в мезозої розвиток Кордильєрської геосинкліналі. В юрському періоді утворюються складчасті структури, що збереглися і до нашого часу. Гірські ланцюги, що сформувалися в процесі цієї складчастості, відповідали за часом кіммерійській складчастості Азії, названої в Північній Америці «невадійською», простяглися від Аляски (і навіть від Північно-Східної Азії) до Мексики. Складчастість відрізнялася винятковим розвитком інтрузивних процесів. Великі гранодіоритові батоліти, що вийшли в даний час на поверхню в хребтах Аляскінський, Береговий, Сьєрра-Невада та інші, складають ядра високих гірських ланцюгів.
Утворення складок і інтрузій відбувається також на території плато Фрейзер і Колумбійському, а також на нагір'ї Великого Басейну. Потім невадійські хребти швидко руйнуються. Продукти денудації зносяться на схід і захід. Особливо багато наносів відкладається на західному краю Північно-Американської платформи, чому значною мірою сприяє занурення цієї частини кристалічного фундаменту. Область прогину поступово захоплюється морем, яке покриває значну частину материка в межах Північно-Американської платформи.
В кінці крейди починається другий потужний орогенез (ларамійський),. який охоплює всю Кордильєрську геосинкліналь, але найбільш яскраво проявляється у східній частині, на місці зазначеного вище прогину. Тут піднімаються потужні гори, серед яких Скелясті, Маккензі і хребет Брукса. На півдні, в Мексиці, Центральній Америці та на Великих Антильських островах, за межами платформи, вже в звичайній геосинкліналі, складчастість супроводжується інтенсивним вулканізмом. Однак в умовах сильного прогинання краю платформи складчастість була дуже своєрідною. Для Скелястих гір США, наприклад, характерна наявність переривчастих коротких складок, що утворюють групу невеликих по довжині роз'єднаних хребтів.
Розвиток природи в кайнозойський час. У зв'язку з нечисленною кількістю даних важко судити про типи ландшафтів Північної Америки до кінця мезозою. До того ж обриси суші тоді були дуже далекі від сучасних.
У крейдовий і третинний час для більшої частини Північної Америки характерні були більш вологі і теплі кліматичні умови, ніж для сучасної епохи. У палеогені і міоцені на більшій частині материка панували вічнозелені ліси, подібні з сучасними лісами вологих субтропіків і тропіків. Північні частини материка (до Гренландії і Канадського Арктичного архіпелагу) покривали широколистяні ліси з каштанів, буків, ліквідамбара, тюльпанового дерева з домішкою деяких вічнозелених видів (так звана тургайська флора). У гірських областях Аляски в неогені формувався рослинний покрив з альпійських, тундрових і тайгових видів. Південніше на схилах Кордильєр виростали надзвичайно пишні хвойні теплолюбиві ліси. Материк в цей час поєднувався з Азією через Берингію (суходіл, що включав Аляску і Чукотку з прилеглими островами), завдяки чому рослини безперешкодно мігрували з одного материка на інший.
Теплі і вологі кліматичні умови сприяли діяльності текучих вод, що призвело до формування поверхонь вирівнювання, що збереглися до нашого часу на рівнинах, плоскогір’ях і окремими фрагментами в гірських областях – Аппалачах і Кордильєрах.
У той же час в Кордильєрах активно тривають складко- і гороутворення. У неогені на заході гірського пояса, частково в областях розвитку невадійських складчастих структур, виникає система внутрішніх прогинів. Одночасно відбувається підняття ряду хребтів, великі виливи базальтів у внутрішніх частинах гірського пояса (на Мексиканському нагір'ї і на кордоні США та Канади), впровадження значних батолітів в Скелястих горах і в різних частинах платформи.
Окремі ділянки платформи також відчувають вертикальні рухи. З кінця крейди починається підняття Аппалачів, північний-схід Лабрадора, Гренландії. Частина суші, особливо на півночі материка, опускається. Утворюється Девісова протока і протоки Канадського Арктичного архіпелагу. Область енергійного занурення виникає в герцинських структурах (в епігерцинській платформі) на півдні материка, що поступово захоплюється водами Мексиканської затоки. Аналогічний процес відбувається на північному заході Канадського Арктичного архіпелагу. У неогені скорочується площа суходолу в районі нинішнього Берингового моря. Материк набуває сучасних обрисів, але з'єднання з Азією зберігається до кінця плейстоцену.
Новий етап розвитку Землі пов'язаний з материковим зледенінням. Гренландія покрилася льодом вже в неогені, Північна Америка – в плейстоцені. Центрами формування льодовикового покриву на материку були Кордильєри на заході та Баффінова Земля і Лабрадор – на сході материка. Кордильєрський льодовик, товщиною близько 3 км, не поширювався далеко на схід від гірського пояса, що обмежував перенесення атмосферної вологи з Тихого океану в центральні частини материка. Зате східний льодовик, названий гляціологами Лаврентійським, отримував багато вологи і завдяки повітряним масам, які надходили з Атлантики, енергійно розростався. У періоди найбільшого розвитку обидва льодовика з'єднувалися, утворюючи крижаний щит, що простягався від східного до західного узбережжя материка. За Р. Флінтом, найбільша площа Лаврентійського льодовика дорівнювала 13 135 тис. км2, Кордильєрського – 2500 тис. км2. Загальна площа, що піддавалася заледенінню, складала, 15,6 млн. км2 (без Гренландії), тобто в 2,5 рази перевищувала площу заледеніння Європи. Крижаний щит Північної Америки спускався до 40° пн. ш. (до широти краю Апеннінського півострова). Як і в Європі, тут було кілька зледенінь. Вони отримали назви по штатах, в яких зустрічались їх відкладення – небрасське, канзасське, іллінойсське і вісконсинське.
Найбільш добре збереглися, звичайно, сліди останнього вісконсинського зледеніння, яке досягало максимального розвитку близько 20 – 40 тис. років до н. е.. У Північній Америці, на відміну від Європи, кордон останнього льодовика майже збігається з межами максимальних зледенінь (рис. 2). Деградація Вісконсинського льодовика почалася близько 20 тис. років до н. е.. і закінчилася на материку 6500 років до н. е.. Реліктами льодовикової епохи є Гренландський і інші великі льодовики арктичних островів.
При відступі Лаврентійський льодовик розпався на два самостійних льодовика, розділених Гудзоновою затокою: Лабрадорський (на сході) і Ківатінський (на заході). По відношенню до їх центрів чітко орієнтовані льодовикові форми рельєфу, поширені на території північного сходу материка.
Зміна клімату і заледеніння дуже вплинули на розвиток природи. Під вагою льоду північні частини материка, ймовірно, зазнали занурення і, незважаючи на наступне потім підняття; досі не відновили колишні висоти. Морські тераси на узбережжі Лабрадора, Канадського Арктичного архіпелагу і Гренландії зустрічаються тепер на висоті до 330 м, причому в багатьох місцях спостерігаються сліди триваючого підняття. Форма поверхні Канадського щита, сильно прогнутого в центрі, можливо, зобов'язана тяжкості материкового льоду.
У межах Канадського щита виникли переважно льодовиково-екзараціонні, а в прилеглих до нього частинах платформи, особливо в районі Великих озер, льодовиково-акумулятивні форми рельєфу.
У період відступу останнього льодовика біля його країв утворилися великі озера – Альгонкське, Агассіц та інші (назви умовні); реліктами їх є найбільші з сучасних озер материка. В цей же час океан, рівень якого підвищився внаслідок припливу талих вод, у багатьох місцях наступав, на суходіл. Найбільш значними були трансгресії по долині річки Святого Лаврентія, на південь від Гудзонової затоки, по долині річки Маккензі, на Берегових низовинах біля південно-східного краю материка.
Ще більш істотні зміни відбулися в органічному світі материка. Область льодовикового покриву була майже зовсім безжиттєва. Лише на частинах Аляски і на арктичних островах, які не піддавались зледенінню, в умовах континентального холодного клімату розвивалася бідна рослинність тундри.
Аналогічна рослинність існувала і біля південних країв льодовика. Лісові масиви південної частини Кордильєр і Аппалачів дуже скоротились. Тропічні та субтропічні види в них поступово витіснялись бореальними. У Каліфорнії з'явилися ялини, ялиці; в Аппалачах – берези, тополі і багато видів хвойних. Ряд тропічних родин, такі,. як фікуси, мирти та інші, вимерли, але деякі, як наприклад,. тюльпанове дерево, секвоя, лаври, збереглися в південно-східній або в південно-західній частинах материка. Обидва лісових райони – Каліфорнійський і Аппалачський – виявилися роз'єднаними. Між ними знаходилися території, які мали або занадто холодний, або занадто сухий клімат, що перешкодило «змішуванню» флор.
Рис. 2. Четвертинне зледеніння Північної Америки:
1 – сучасні льодовики; 2 – кордон максимального зледеніння; 3 – кордон вісконсинського зледеніння; 4 – льодорозділ Кордильєрського і Лаврентійського льодовиків у вісконсині; 5 – північна межа поширення плейстоценових льодовиків; 6 – гірське зледеніння в плейстоцені; 7 – післяльодовикові трансгресії; 8 – післяльодовикові озера; 9 – оазис («Безвалунна область Вісконсина»); 10 – напрям руху льоду в заключну фазу вісконсинського зледеніння; 11 – Ківатинський центр вісконсинського зледеніння; 12 – Лабрадорський центр вісконсинського зледеніння; 13 – сучасні озера.
У плейстоцені зволоження було рясніше, ніж нині. Пустельні плоскогір'я на півдні Кордильєр отримували більше опадів, про що свідчать реліктові озера, викопні залишки деревної рослинності і червоно-бурі кори вивітрювання. Судячи з останніх, можна вважати, що процеси латеритизації ґрунтового покриву, характерні тепер лише для південно-східної частини, в минулому були типові і для південного заходу материка.
Після відступу льодовика рослинний покрив став формуватися головним чином з видів бореальної флори. При цьому переважного поширення набули елементи флори хвойних лісів і аркто-альпійські види, що мігрували із заходу. Поряд з цим, деякі рослини проникли із Європи. Значну територію зайняли ландшафти тундри, тайги, степів, змішаних і широколистяних: лісів.
У південній частині зміни були менш значні, і тут краще збереглися стародавні елементи рослинності, що мають схожість, завдяки існуванню сухопутних зв'язків, з рослинністю Центральної і Південної Америки.
Льодовиковий покрив знищив ґрунти в північних частинах материка, тому тут вони стали формуватися по суті наново. У відповідності із характером ландшафтів на більшій частині території основними процесами ґрунтоутворення стали тундрово-глейові, підзолисті і дернові. У південних районах триває процес латеритизації.
Еволюція тваринного світу схожа з історією рослинного покриву. У цьому відношенні також важливу роль відіграли зв'язки з Азією, звідки впродовж кайнозою проникли багато видів тварин. Більш древні види збереглися у вологих і теплих районах Кордильєр і: Аппалачів.
Наприкінці плейстоцену із Азії до Північної Америки проникла людина.