川の背斜

河川背斜は、周辺地域に比べて大河川からの侵食率が高いために岩石が集中的に隆起して形成される地質構造です。 ^[1]背斜は下向きに凹んだ褶曲で、その支流は軸から離れて傾斜しており、最も古い単位は褶曲の中央にあります。^[2]これらの特徴は、さまざまな構造環境で形成されます。河川背斜の場合、通常は造山運動環境での侵食率の高さによって形成されます。ヒマラヤやアンデス山脈のような山岳形成環境では、侵食率が高く、河川背斜の褶曲軸は主要な河川と平行になります。河川背斜が形成されると、それを形成する河川に沿って幅 50～80 キロメートルの隆起帯が形成されます。^[3]

形成される地質学的特徴の種類は、水流の力と地殻の曲げ剛性によって決まります。水流の力が増し、曲げ剛性が減少すると、構造は横方向背斜から河川背斜、そして極端な場合には地殻動脈瘤へと進行します。^[1]横方向背斜は、地殻強度が比較的高い小河川の方向に形成されます。^[4]河川背斜は、地殻強度が比較的低い、侵食性の高い大河川の周囲に形成されます。地殻動脈瘤は、侵食が非常に激しく、地殻が非常に弱い場合に形成され、構造的な隆起を形成します。^[1]

深い河川の浸食とそれに伴う地殻の反発によって形成される河川背斜により、地殻深部の岩石はアルン川、インダス川、サトレジ川、ヤルンザンボ川などの大河沿いで優先的に地表に露出します。^[1]孤立した露出により、高圧および超高圧変成岩サンプルが最大年間5mmの持続的な速度で地表に持ち込まれます。^[5]これらの高圧および超高圧変成岩の分析と放射年代測定は、それらを形成した造山帯の地殻構造の進化を再構築するのに役立ちます。^[5]

ヒマラヤでは、インド大陸プレートがユーラシア大陸プレートにほぼ南北方向に衝突しています。そのため、ヒマラヤの岩石の圧縮は南北方向です。したがって、観察されているように、褶曲は東西方向に発生するはずです。しかし、褶曲は南北方向に発生することも指摘されています。これらの褶曲は、アルン川やインダス川などの大河の跡をたどっていることが指摘されています。当初、これらの褶曲は、川が背斜を形成したのではなく、川の流路が偶然これらの地質学的特徴の上にあり、差異侵食によって形成されたと仮定して説明されていました。^[6]これらの南北方向の褶曲に最も適したメカニズムとしてアイソスタティックリバウンドの考えが提案され、現在では広く受け入れられています。 ^[1]

右の図では、アイソスタシー反発による河川背斜の形成が理想的な手順で示されています。アイソスタシーの原理によれば、リソスフェアが垂直方向に自由に移動できる場合、リソスフェアの厚さと密度に基づいて、アセノスフェア内の適切な深さに浮遊します。 ^[2]河川背斜は、地殻の剛性が低い地域で河川侵食によって大量の物質が除去されたときに形成されます。地殻は特に川に沿って跳ね返りますが、地域の他の部分は比較的一定のままです。これにより地殻が曲がり、背斜が形成されますが、これには最大 1 万年かかることがあります。 ^[7]川がその地域を流れると、上にある岩石が大量に浸食され、リソスフェアの質量が減少してアイソスタシー応答が発生します。上にある岩石がない場合、下にある物質は、いかだから重りを取り除くのと同じように跳ね返ります。川が進むにつれて侵食が続き、したがって反発も続き、低くて広い反形式構造が形成されます。この反発が発生するには、川からの侵食がその地域の平均侵食率を超え、造山帯の隆起を超えなければなりません。^{[1]ヒマラヤの平均侵食率は年間約1 mmですが、東ヒマラヤの}アルン川の侵食率は年間最大8 mmです。^{[1] [8]}そのため、アルン川沿いに川の背斜が見られるのは理にかなっています。

地殻動脈瘤は、隆起と露出の速度が極端に速い孤立した地帯である。これは、局所的な地殻変動による隆起が、非常に弱い地殻と河川の背斜による隆起と組み合わさって形成される。大河が地殻変動の隆起地帯を流れると、河川の浸食によって隆起した物質が浸食される。これにより、大河沿いの露出は年間最大10 mmという極めて急速な速度となる。^[5]ヒマラヤには2つの地殻動脈瘤があり、それぞれ造山帯の2つのシンタックスのいずれかに位置している。西はナンガ・パルバット、東はナムチェ・バルワである。 ^{[9] [10]}これらの地殻動脈瘤は河川の背斜と同様に形成されるが、浸食速度が極端に速く、地殻が非常に弱く延性がある。シンタクシスはヒマラヤ造山帯の両側の終点を示し、インダス川とヤルンツァンポ川という2つの大きな川の位置を定めている。ヒマラヤの両側のシンタクシスは、造山帯の他の部分のような圧縮逆断層ではなく、横ずれ断層帯が支配的である。 ^[10]西ではインダス川がナンガ・パルバットを流れ、東ではヤルンツァンポ川がナムチェ・バルワを流れる。これら2つの川の非常に高い浸食率は、弱く、高温で、薄く、乾燥した地殻^[9]と相まって、極端な隆起と隆起の地域を形成している。

地殻動脈瘤によって引き起こされる変形は、血管の動脈瘤に似ており、血管瘤では拘束力が弱まることで局所的な成長や隆起が起こる。しかし、地質学的な設定では、変形は数百万年かけて起こり、1メートルあたり数十から数百キロワットに及ぶ著しい持続的な侵食力が働く。^[11]背景の地殻の厚さに比べて地表の領域が削られたり地殻が薄くなったりすると、動脈瘤の形成を可能にする2つのことが起こります。第一に、地殻の岩石の脆い性質と圧力に依存する強度により、上部の物質が減少すると、周囲と比較して地殻の強度が低下します。これは、地殻が除去されると表土が減り、強度に影響を与える圧力が減少するために起こります。第二に、地熱勾配が垂直方向に増加します。局所的な深い谷は最も弱い領域を作り出し、ひずみを集中させ、それによって深部の延性物質の動きを引き起こします。

局所的な領域で地殻を弱めると、物質の流れを集中させる優先的な歪み領域が発達する可能性がある。地殻深部の延性岩石は電位勾配に向かって移動できるが、地表近くの脆性岩石は歪みが増加すると破壊する。脆性変形と延性変形の間の遷移は温度によって決まり、温度は一般に深度とレオロジーによって制御される。延性遷移以下の弱い高温鉱物は、著しく部分的に溶融しており、薄い領域で圧力勾配が減少する結果として、薄い地殻の下の領域に移動する。ある時点で、収束する基盤岩から薄い地殻に移動すると、圧力が大幅に減少する。これにより、比較的安定して上昇した等温線で急速な減圧が発生する。減圧溶融が発生し、物質内の部分溶融の割合が増加し、表面に向かって急速な熱移流が発生する。収束するプレート運動が続くと、物質の流れがシンタックス領域に集中し、局所的な弱さが適応メカニズムとして上方への脱出を可能にする。このプロセスは、出口を作ることで、物質が限られた空間に押し込まれるという根本的な問題を解決する。その結果、侵食が隆起に集中し、より多くの弱い岩石が垂直に運ばれ、侵食能力が強化されるという正のフィードバックが生まれる。比較的若い弱い岩石の高い露出率によって、起伏のある川の谷や山の一貫した標高の領域が維持される。その地域の鉱物の年代は、浅い深さで温度勾配が急な領域で冷却が起こるため、周囲の地殻よりも若い。ナンガ・パルバットなどの成熟した地殻隆起システムでは、侵食領域の標高を維持する一貫した侵食と、近位端に沿って物質を押し上げる垂直方向のひずみにより、若い岩石の非常に高い局所的な起伏が生じる可能性がある。^[要出典]

地殻動脈瘤は、周囲に比べて比較的若い岩石が局所的に隆起している地域で発見されます。最も研究されている活発に観測されているシステムは、ヒマラヤの 2 つの主要地域、東端と西端にそれぞれ存在するナンガ パルバット-ハラモシュ山塊とナムチェ バルワ-ギャラ ペリにあります。インダス川はナンガ パルバット地域で地殻の除去を引き起こし、ツァンポ川はナムチェ バルワ地域で活発に活動しています。^[要出典]

提案されている地殻動脈瘤は、アラスカのセント・エリアス地域、中国のコングル・シャンとムスターグ・アタ、スイスアルプスのレポンティーヌ・ドームにあります。これらの場所は、活発に観測されているシステムの初期段階または類似した、それほど重要ではない特徴を示しています。セント・エリアス・システムを含む多くのアルプス地域では、氷河の侵食と輸送のメカニズムが原因と考えられています。^{[引用が必要]}

ナンガ・パルバット-ハラモシュは、地殻変動の観点から最も研究されている地域です。この地域は、インダス川流域の標高が山頂より約 7 キロメートル低いため、非常に短い距離で極端な起伏があります。研究地域内では、黒雲母の冷却年代 (280 °C ± 40 °C) が一貫して 1,000 万年未満であり、この地域の急速な地表上昇率を示しています。^[11]この地域の岩石の組成と構造の研究は、20 キロメートルより深いところで地表上昇が起こっていることを示唆しています。^[11]山塊と谷からの地表上昇率は、背景率よりも大幅に高くなっています。ピーク地表上昇率の計算値は、場所によって年間 5 ～ 12 mm の範囲です^[11]。山頂の地表上昇率は谷底よりも低いですが、どちらも構文外の背景率と比較すると大幅に高くなっています。中央の動脈瘤領域内の露出したグラニュライトは、圧力が低下する領域に物質が移動したため、低圧溶融と移流を表しています。サンプルの年代が100万年から300万年の範囲にあることから、非常に短期間で最大20キロメートルのドーム状の屋根が剥がれたと推測されています。^[11]

ナムチェ・バルワ- ガイラ・ペリ構造動脈瘤はヒマラヤの東側に位置し、活発なツァンポ川が山脈の間の谷を流れ下っています。多くの研究者は、構造動脈瘤モデルがこの地域の観察された構造と地殻構造の配置を最もよく説明するものだと結論付けています。この地域の岩石のアルゴン-アルゴン黒雲母年代とジルコンのフィッション・トラック年代は1000万年以下であり、^[11]周囲の岩石に比べて若いものです。ナンガ・パルバットで見られるのと同様の高起伏はナムチェ・バルワ地域でも明らかで、短い水平距離で約4キロメートルの垂直標高変化があります。^[11]この地域では高低変成岩が見つかっており、ひずみの中心から端までの地域間で変成活動に変化があったことを示す証拠があります。隆起は円形の領域で発生し、若い高品位の減圧メルトが中心に集中しています。^[11]焦点の外側のルビジウムとストロンチウムの比率は、流体が存在する状態で溶融していることを示唆している。^[12]溶融物内の流体の存在は、長期間にわたって大量の降水量によって水が浅い地殻の岩石に浸透した結果として発生するとモデル化されている。岩石の年代と気圧状態を使用して、除去された表土の体積を計算し、過去1000万年間の年間3ミリメートルの削り込みを決定するために使用された。^[11]

アラスカのセントイライアス山脈にある、400万年前のテクトニック動脈瘤システムとされるものは、北米大陸縁の下のヤクタットマイクロプレートのアンダースラストによって発達した山々の氷河浸食によって形成された。動脈瘤は、右横ずれ運動からスラスト方向の運動に移行して歪みを集中させる北プレートコーナーで発生する。侵食と山の発達との関係の解釈は、システムの古さや氷河に覆われることによる現地調査の制約のため、ヒマラヤシステムよりも研究者間でばらつきが大きい。セントイライアス山脈では、衝突とアンダースラストによって地表が隆起し、山々が形成された。標高が上昇する気候条件によって氷河が発達し、極度の氷河浸食の可能性が生じた。氷河浸食は始まって以来、堆積物を西の太平洋と大陸縁に運んできた。その後、約200万年前にデコルマンが形成され、歪みの場所が南に広がった。ひずみの焦点が移動した結果、南の山岳地帯が発達し、気候システムが乱れてセントエリアス山脈の北部の降水量が減少しました。^[13]現在、侵食と地表の露出は山脈の南部に集中しており、現在の地殻変動の中心に関連する若い冷却年代を生み出しています。

氷河集水域の堆積物の若い砕屑性ジルコンの フィッション・トラック年代測定（240 °C ± 40 °C）とアパタイトのフィッション・トラック年代、およびウラン-トリウム/ヘリウム（110 °C ± 10 °C）冷却年代^[13]は、セント・イライアス構造システムへの侵食の影響の理論を支持している。堆積物の砕屑性ジルコンとアパタイトの年代の差を計算することで、地表への上昇速度を推測した。ジルコンとアパタイトの年代の差が小さいほど、等温線を通る物質の移動が速く、冷却が速いことを表す。プレート間の接触部の北隅では、ジルコンとアパタイトの年代に大きな差はなく、急速な地表上昇の証拠となっている。海岸沿いやフィヨルド内の堆積環境に近いため、堆積速度の記録が保存されており、これは元々0.3 mm/年、過去100万年間で約1.3 mm/年という隆起速度を解釈するのに使用されています。^[13]堆積物の年代と厚さは、北から南への侵食の中心の移動を追跡するために使用されます。

この地域に明確な地殻変動システムが存在するかどうかは広く議論されており、多くの研究者は、仮説を裏付けるには集中的な地殻変動が不十分であると結論付けています。氷河に覆われているため、地表で直接採取できるフィールドサンプルや地質学的観察の数が限られ、解釈に不確実性が加わります。別の理論では、地殻変動は地殻変動の制御によるもので、システム全体への侵食の影響はほとんどないと主張しています。より若い年代は、断層運動によって生じた集中的なひずみ領域によって説明されます。

特定の鉱物が結晶化する地球の深さと、それらが採取された標高を比較することにより、鉱物の年代を使用して、歪み帯が物質を垂直に動かした速度を判定できます。特定の流体包有物と鉱物のさまざまな年代測定法が、その地域の岩石の露出速度の時系列データを提供するために使用されました。年代測定は、鉱物の圧力と温度の結晶化境界と比較することにより、露出と温度レジームの歴史を再構築するために使用されました。アパタイトサンプルのウラン-トリウムおよびウラン-ヘリウム^{[11] [14] [12] [13]冷却年代は、70℃冷却のタイミングを示しています。より高い}閉鎖温度は、黒雲母サンプルのアルゴン-アルゴン年代測定法（300℃）^[11]とジルコンのフィッショントラック年代測定法（230℃-250℃）^[11]を使用して測定されました。様々な閉鎖温度で鉱物の年代を分析することにより、研究者は鉱物が等温線を移動した速度を推測することができます。高温で冷却された鉱物と低温で冷却された鉱物の年代の差が比較的似ている場合、露出は急速であると推測されます。地質温度圧力測定は、高圧変成作用を制限するために、ざくろ石-黒雲母斜長石を使用して行われます。 ^[12]深部の等温勾配の変化は浅い深さに大きな影響を与えない可能性があるため、浅い露出速度（低温冷却年代）のみを使用して地殻動脈瘤を説明することは現実的ではありません。さらに、浅い低温冷却は、地殻運動によって引き起こされる隆起よりも、侵食が支配的な露出に大きく関連している可能性があります。より高い冷却温度の鉱物のサンプルの年代は、より深い物質の露出を意味し、これが地殻動脈瘤のモデル化された機能です。

地震波速度プロファイルは、等温不規則性の可能性を特定するために、大規模な研究領域でよく使用されます。^[11]低速度データは、周囲と比較してP波を遅くする部分溶融の程度が高い、より高温の岩石を示しています。マグネトテルリックサンプリングは、岩石の抵抗率をテストするために行われ、岩石内の流体の量を推測するために使用されます。^[11]