Физика Земли, 2020, № 6, стр. 113-134

Гипотеза “блуждающего экваториального диполя”: к проблеме низкоширотных оледенений и конфигурации геомагнитного поля позднего докембрия

А. В. Шацилло 1*, С. В. Рудько 23, И. В. Латышева 2, Д. В. Рудько 1, И. В. Федюкин 1, В. И. Паверман 14, Н. Б. Кузнецов 2

1 Институт физики Земли РАН им. О.Ю. Шмидта
г. Москва, Россия

2 Геологический институт РАН
г. Москва, Россия

3 Институт геологии и геохронологии докембрия РАН
г. Санкт-Петербург, Россия

4 Институт Земной коры СО РАН
г. Иркутск, Россия

* E-mail: shatsillo@gmail.com

Поступила в редакцию 09.01.2020
После доработки 28.04.2020
Принята к публикации 29.04.2020

Аннотация

Выполнен анализ палеомагнитных данных для поздненеопротерозойских комплексов Сибири и Австралии. Показано, что имеющиеся наборы палеомагнитных данных плохо согласуются с представлениями об аксиально-дипольной конфигурации геомагнитного поля позднего неопротерозоя, а предложенные неактуалистические модели поля также не дают удовлетворительного объяснения распределению палеомагнитных полюсов. Анализ распределения палеомагнитных и виртуальных геомагнитных полюсов с использованием простых геометрических построений позволяет предполагать, что конфигурация геомагнитного поля позднего неопротерозоя определялась совместным существованием слабого долгоживущего источника, имевшего стабильное положение в пространстве, и основного дипольного источника, испытывавшего несистематические разнонаправленные скачки в некоторой предпочтительной области земного шара. С использованием палеоклиматических индикаторов обосновывается преимущественно экваториальная ориентировка основного дипольного источника. Предложена “описательная” неактуалистическая модель геомагнитного поля позднего неопротерозоя – гипотеза “Блуждающего Экваториального Диполя”, позволяющая привести в согласие палеомагнитные и палеоклиматические данные.

Ключевые слова: палеомагнетизм, реконструкции, неопротерозой, оледенения, экваториальный геомагнитный диполь, истинное смещение полюса, гипотеза Snowball Earth.

DOI: 10.31857/S0002333720060083

Список литературы

  1. Бухаров А.А., Виниченко В.Н. Геологическая карта СССР масштаба 1 : 200 000. Серия Прибайкальская. Лист N-49-XIII (ред. В.Д. Мац). Л.: ВСЕГЕИ. 1964.

  2. Гладкочуб Д.П., Станевич А.М., Мазукабзов А.М., Донская Т.В., Писаревский С.А., Николь Г., Мотова З.Л., Корнилова Т.А. Ранние этапы развития Палеоазиатского океана: данные по LА ICP-MS датированию детритовых цирконов из позднедокембрийских толщ южного фланга Сибирского кратона // Геология и геофизика. 2013. Т. 54. № 10. С. 1472–1490.

  3. Кембрий Сибири / А.Ю. Розанов, Л.Н. Репина, М.К. Апполонов и др. Новосибирск: ВО “Наука”. Сибирская издательская фирма. 1992. 135 с.

  4. Кочнев Б.Б., Карлова Г.А. Новые данные по биостратиграфии немакит-далдынского яруса венда юга Сибирской платформы // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2010. Т. 18. № 5. С. 28–41.

  5. Кузнецов Н.Б., Прияткина Н.С., Рудько С.В., Шацилло А.В., Коллинз В.Д., Романюк Т.В. Первые данные о U/Pb-изотопных возрастах и Lu/Hf-изотопно-геохимической систематике детритных цирконов из лопатинской свиты (пограничные уровни венда-кембрия) и тектоническая природа Тейско-Чапского прогиба (СВ Енисейского кряжа) // Докл. РАН. 2018а. Т. 479. № 1. С. 49–53.

  6. Кузнецов Н.Б., Рудько С.В., Шацилло А.В., Рудько Д.В. Новые находки ихнофоссилий из пограничных уровней венда/кембрия западной периферии Сибирской платформы (вести с полей 2017). Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту). Материалы совещания. Вып. 15. Иркутск: Институт земной коры СО РАН. 2017. С. 153–155.

  7. Кузнецов Н.Б., Рудько С.В., Шацилло А.В., Рудько Д.В., Дуденский А.С., Шешуков В.С., Каныгина Н.А., Романюк Т.В. Первые геохронологические доказательства оледенения Стерт в Сибири – U-Pb датировки цирконов из диамиктитов р.Вороговка на севере Енисейского Кряжа (вести из лаборатории). Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту). Материалы совещания. Вып. 16. Иркутск: Институт земной коры СО РАН. 2018б. С. 142–145.

  8. Кузнецов Н.Б., Шацилло А.В., Павлов В.Э., Прияткина Н.С., Данилко Н.К., Козионов А.Е. Первые находки ихнофоссилий и арумбериеморфных отпечатков в породах чингасанской и чапской серий Тейско-Чапского прогиба (северо-восток Енисейского Кряжа). Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту). Материалы совещания. Вып. 11. Иркутск: Институт земной коры СО РАН. 2013. С. 143–147.

  9. Павлов В.Э., Галле И., Шацилло А.В., Водовозов В.Ю. Палеомагнетизм нижнего кембрия долины нижнего течения р. Лена – новые ограничения на кривую кажущейся миграции полюса Сибирской платформы и аномальное поведение геомагнитного поля в начале фанерозоя // Физика Земли. 2004. № 2. С. 28–49.

  10. Павлов В.Э., Пасенко А.М., Шацилло А.В., Паверман В.И., Щербакова В.В., Малышев С.В. Систематика палеомагнитных направлений раннего кембрия северных и восточных районов Сибирской платформы и проблема аномального геомагнитного поля вблизи границы протерозоя и фанерозоя // Физика Земли. 2018. № 5. С. 122–146.

  11. Павлов В.Э., Шацилло А.В., Петров П.Ю. Палеомагнетизм верхнерифейских отложений Туруханского и Оленекского поднятий и Удинского Присаянья и дрейф Сибирской платформы в неопротерозое // Физика Земли. 2015. № 5. С. 107–139.

  12. Палеомагнитные направления и полюса. Материалы мирового центра данных Б. Данные по СССР. Вып. 5 / отв. ред. А.Н. Храмов. М. 1982. 47с.

  13. Петров П.Ю. Постледниковые отложения дальнетайгинской серии: ранний венд Уринского поднятия Сибири. Сообщение 1. Баракунская свита // Литология и полезные ископаемые. 2018. № 5. С. 459–472.

  14. Покровский Б.Г., Буякайте М.И., Кокин О.В. Геохимия изотопов C, O, Sr и хемостратиграфия неопротерозойских отложений севера Енисейского Кряжа // Литология и полезные ископаемые. 2012. № 2. С. 197–220.

  15. Рогов В.И., Карлова Г.А., Марусин В.В., Кочнев Б.Б., Наговицин К.Е., Гражданкин Д.В. Время формирования первой биостратиграфической зоны венда в сибирском гипостратотипе // Геология и геофизика. 2015. Т. 56. № 4. С. 735–747.

  16. Родионов В.П. Палеомагнитная характеристика разреза рубежа венда–кембрия (река Чая, северное Прибайкалье). Палеомагнетизм и магнетизм горных пород. Материалы международной школы-семинара “Проблемы палеомагнетизма и магнетизма горных пород”. СПб.: СОЛО. 2014. С. 147–152.

  17. Рудько С.В., Петров П.Ю., Кузнецов А.Б., Шацилло А.В., Петров О.Л. Уточненный тренд δ13С в дальнетайгинской серии Уринского поднятия (венд, юг средней Сибири) // Докл. РАН. 2017. Т. 477. № 5. С. 590–594.

  18. Семихатов М.А., Кузнецов А.Б., Подковыров В.Н., Бартли Дж., Давыдов Ю.В. Юдомский комплекс стратотипической местности: С-изотопные хемостратиграфические корреляции и соотношение с вендом // Стратиграфия. Геологическая корреляция. 2004. Т. 2. № 5. С. 3–28.

  19. Советов Ю.К. Седиментология и стратиграфическая корреляция вендских отложений на юго-западе Сибирской платформы: выдающийся вклад внешнего источника кластического материала в образование осадочных систем // Литосфера. 2018. Т. 18. № 1. С. 20–45.

  20. Советов Ю.К., Комлев Д.А. Тиллиты в основании оселковой серии Присаянья и нижняя граница венда на юго-западе Сибирской платформы // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2005. Т. 13. № 4. С. 3–34.

  21. Хоментовский В.В. Ангарий Енисейского Кряжа как стандартное подразделение неопротерозоя // Геология и геофизика. 2014. Т. 55. № 3. С. 464–472.

  22. Хоментовский В.В., Шенфиль В.Ю., Якшин М.С., Бутаков Е.П. Опорные разрезы отложений верхнего докембрия и нижнего кембрия Сибирской платформы. М.: Наука. 1972. 355 с.

  23. Храмов А.Н. Геомагнитные инверсии в палеозое: переходное поле, полярная асимметрия и мантийная конвекция // Физика Земли. 2007. № 10. С. 4–14.

  24. Храмов А.Н., Иосифиди А.Г. Асимметрия геомагнитной полярности: экваториальный диполь, Пангея и земное ядро // Физика Земли. 2012. № 1. С. 30–43.

  25. Чумаков Н.М. Оледенения Земли: История, стратиграфическое значение и роль в биосфере. Труды Геологического института. Вып. 611. М.: ГЕОС. 2015. 160 с.

  26. Шацилло А.В. Палеомагнетизм венда юга Сибирской платформы и некоторые аспекты позднедокембрийской геодинамики. Дисс. канд. геол-мин. наук. М.: ИФЗ РАН. 2006. 238 с. https://drive.google.com/drive/folders/0B1kxy81cxWN3X1FwYlBQN0UxRm8

  27. Шацилло А.В., Латышева И.В., Колесникова А.А. Тиллиты основания байкальской серии – новое местонахождение и предварительные хемостратиграфические и палеомагнитные данные по карбонатным постгляциальным толщам (Прибайкалье, разрез Риты). Проблемы тектоники континентов и океанов. Материалы LI Тектонического совещания. М.: ГЕОС. 2019б. Т. 2. С. 346–351.

  28. Шацилло А.В., Кузнецов Н.Б., Павлов В.Э., Федонкин М.А., Прияткина Н.С., Серов С.Г., Рудько С.В. Первые магнитостратиграфические данные о стратотипе верхнепротерозойской лопатинской свиты (северо-восток Енисейского кряжа): проблемы ее возраста и палеогеографии Сибирской платформы на рубеже протерозоя и фанерозоя // Докл. РАН. 2015. Т. 465. № 4. С. 464–468.

  29. Шацилло А.В., Кузнецов Н.Б., Рудько С.В. Новые палеомагнитные данные по терминальному докембрию Енисейского Кряжа (чингасанская и чапская серии Тейско-Чапского прогиба): дрейф Сибири, истинное смещение полюса или специфика геомагнитного поля неопротерозоя? Проблемы тектоники и геодинамики земной коры и мантии. Том 2. Материалы L Тектонического совещания. М.: ГЕОС. 2018. С. 311–316.

  30. Шацилло А.В., Павлов В.Э. Систематика палеомагнитных направлений раннего-среднего девона Минусинских впадин: новые данные и старые проблемы // Физика Земли. 2019. № 3. С. 97–116.

  31. Шацилло А.В., Писаревский С.А., Кочнев Б.Б. Результаты палеомагнитных исследований неопротерозоя разреза “Елохин мыс” (юго-запад Сибирской платформы). Палеомагнетизм и магнетизм горных пород; теория, практика, эксперимент. Материалы семинара. Борок. 19–22 октября 2006 г. М.: ГЕОС. 2006. С. 162–165.

  32. Шацилло А.В., Рудько С.В., Латышева И.В., Рудько Д.В., Федюкин И.В., Малышев С.В. Палеомагнитные, седиментологические и изотопные данные по неопротерозойским перигляциальным отложениям Сибири: новый взгляд на проблему низкоширотных оледенений // Физика Земли. 2019. № 6. С. 34–58.

  33. Abrajevitch A., Pillans B.J., Roberts A.P., Kodama K. Magnetic properties and paleomagnetism of Zebra Rock, Western Australia: Chemical remanence acquisition in hematite pigment and Ediacaran geomagnetic field behavior // Geochemistry, Geophusics, Geosustems. 2018. V. 19. № 3. P. 732–748.

  34. Abrazhevich A., Van der Voo R. Incompatible Ediacaran paleomagnetic directions suggest an equatorial geomagnetic dipole hypothesis // Earth and Planetary Science Letters. 2010. V. 293. P. 164–170.

  35. Aubert J., Wicht J. Axial vs. equatorial dipolar dynamo models with implications for planetary magnetic fields // Earth and Planetary Science Letters. 2004. V. 221. P. 409–419.

  36. Bilardello D., Kodama K.P. Rock magnetic evidence for inclination shallowing in the early Carboniferous Deer Lake Group red beds of western Newfoundland // Geophysical J. International. 2010. V. 181. № 1. P. 275–289.

  37. Bono R.K., Tarduno J.A., Nimmo F., Cottrell R.D. Young inner core inferred from Ediacaran ultra-low geomagnetic field intensity // Nature Geoscience. 2019. V. 12. № 2. P. 143–147.

  38. Driscoll P.E. Simulating 2 Ga of geodynamo history // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43. P. 5680–5687.

  39. Driscoll P. Geodynamo recharged // Nature Geoscience. 2019. V. 12. № 2. P. 83–84.

  40. Embleton B.J.J., Williams G.E. Low palaeolatitude of deposition for late Precambrian periglacial varvites in South Australia: implications for palaeoclimatology // Earth planet. Sci. Lett. 1986. V. 79. P. 419–430.

  41. Evans D.A.D., Raub T.D. Neoproterozoic glacial palaeolatitudes: a global update. The Geological Record of Neoproterozoic Glaciations / Eds E. Arnaud, G.P. Halverson, G. Shields-Zhou. Ldn: Geol. Soc. London Mem. 2011. № 36. P. 93–112.

  42. Gissinger C., Petitdemange L., Schrinner M., Dormy E. Bistability between Equatorial and Axial Dipoles during Magnetic Field Reversals // Phys. Rev. Lett. 2012. V. 108. № 23. P. 234501.

  43. Halls H.C., Lovette A., Hamilton M., Söderlund U. A paleomagnetic and U–Pb geochronology study of the western end of the Grenville dyke swarm: Rapid changes in paleomagnetic field direction at ca. 585 Ma related to polarity reversals? // Precambrian Research. 2015. V. 257. P. 137–166.

  44. Hill A.C., Haines P.W., Grey K. Chapter 67 Neoproterozoic glacial deposits of central Australia. Geological Society. London: Memoirs. 2011. V. 36(1). P. 677–691.

  45. Hoffman P.F., Schrag D.P. The snowball Earth hypothesis: testing the limits of global change // Terra Nova. 2002. V. 14. P. 129–155.

  46. Ishihara N., Kida S. Equatorial magnetic dipole field intensification by convection vortices in a rotating spherical shell // Fluid Dynamics Research. 2002. V. 31. P. 253–274.

  47. King R.F. The remanent magnetism of artificially deposited sediment // Mon. Not.R. Astron. Soc. Geophys. Suppl. 1955. № 7. P. 115–134.

  48. Kirschvink J.L. Late Proterozoic low-latitude global glaciation: the snowball earth. The Proterozoic Biosphere / Eds J. W. Schopf and C. Klein. Cambridge: Cambridge University Press. 1992. P. 51–52.

  49. Kirschvink J.L., Ripperdan R.L., Evans D.A. Evidence for a large-scale reorganization of Early Cambrian continental landmasses by inertial interchange true polar wander // Science. 1997. V. 277. P. 541–545.

  50. Kravchinsky V.A., Konstantinov K.M., Cogne J.P. Palaeomagnetic study of Vendian and Early Cambrian rocks of South Siberia and Central Mongolia: was the Siberian platform assembled at this time? // Precamb.Res. 2001. V. 110. P. 61–92.

  51. Kuznetsov A.B., Ovchinnikova G.V., Gorokhov I.M., Letnikova E.F., Kaurova O.K., Konstantinova G.V. Age constraints on the Neoproterozoic Baikal Group from combined Sr isotopes and Pb–Pb dating of carbonates from the Baikal type section, southeastern Siberia // Journal of Asian Earth Sciences. 2013. V. 62. P. 51–66.

  52. Lan Z.-W., Chen Z.-Q. Possible animal body fossils from the Late Neoproterozoic interglacial successions in the Kimberley region, northwestern Australia // Gondwana Research. 2012. V. 21. № 1. P. 293–301.

  53. McElhinny M.W., Powell C.M., Pisarevsky S.A. Paleozoic terranes of eastern Australia and the drift history of Gondwana // Tectonophysics. 2003. V. 362(1–4). P. 41–65.

  54. Meert J. A paleomagnetic analyses of Cambrian true polar wander // Earth Planet. Sci. Let. 1999. V.168. P.131-144.

  55. Ogg J.G., Ogg G.M., Gradstein F.M. A Concise Geologic Time Scale. Chapter 4. Cryogenian and Ediakaran. Elsevier. 2016. P. 29–39.

  56. Pavlov V., Bachtadse V., Mikhailov V. New Middle Cambrian and Middle Ordovician palaeomagnetic data from Siberia: Llandelian magnetostratigraphy and relative rotation between the Aldan and Anabar-Angara blocks // Earth and Planetary Science Letters. 2008. V. 276. № 3–4. P. 229–242.

  57. Piper J.D.A. Palaeomagnetism of the Loch Doon Granite Complex, Southern Uplands of Scotland: The Late Caledonian palaeomagnetic record and an Early Devonian episode of True Polar Wander // Tectonophysics. 2007. V. 432. P. 133–157.

  58. Pisarevsky S.A., Komissarova R.A., Khramov A.N. New paleomagnetic result from Vendian red sediments in Cisbaikalia and the problem of the relationship of Siberia and Laurentia in the Vendian // Geophys. J. Int. 2000. V. 140. P. 598–610.

  59. Pisarevsky S.A., Li Z.X., Grey K., Stevens M.K. A palaeomagnetic study of Empress 1A, a stratigraphic drillhole in the Officer Basin: evidence for a lowlatitude position of Australia in the Neoproterozoic // Precambrian Research. 2001. V. 110. P. 93–108.

  60. Pisarevsky S.A., Wingate M.T.D., Stevens M.K., Haines P.W. Palaeomagnetic results from the Lancer 1 stratigraphic drillhole, Officer Basin, Western Australia, and implications for Rodinia reconstructions // Australian J. Earth Sciences. 2007. V. 54. P. 561–572.

  61. Priyatkina N., Collins W.J., Khudoley A.K., Kusnetsov N.B. Hui-Qing Huang. Detrital zircon record of Meso- and Neoproterozoic sedimentary basins in northern part of the Siberian Craton: characterizing buried crust of the basement // Pecambrian Research. 2016. V. 285. P. 21–38.

  62. Rajagopalan S., Schmidt P.W., Clark D.A. Magnetic overprinting of the Brachina Formation/Ulupa Siltstone, Southern Adelaide Foldbelt, prior to Delamerian deformation // Australian Journal of Earth Sciences. 2011. V. 58(4). P. 407–416.

  63. Raub T.D., Kirschvink J.L., Evans D.A.D. True Polar Wander: Linking Deep and Shallow Geodynamics to Hydro- and Biospheric Hypotheses. In: Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences. Treatise on Geophysics (Second Edition). 2007. V .5. Amsterdam: Elsevier. P. 511–530.

  64. Schmidt P.W., Williams G.E. Ediacaran palaeomagnetism and apparent polar wander path for Australia: no large true polar wander // Geophysical Journal International. 2010. V. 182. P. 711–726.

  65. Schmidt P.W., Williams G.E. The Neoproterozoic climatic paradox: equatorial palaeolatitude for Marinoan glaciation near sea level in South Australia // Earth planet. Sci. Lett. 1995. V. 134. P. 107–124.

  66. Schmidt P.W., Williams G.E., McWilliams M.O. Palaeomagnetism and magnetic anisotropy of late Neoproterozoic strata, South Australia: implications for the palaeolatitude of late Cryogenian glaciation, cap carbonate and the Ediacaran System // Precambrian Res. 2009. V. 174. P. 35–52.

  67. Schmidt P.W., Williams G.E. Palaeomagnetism of the ejectabearing Bunyeroo Formation, late Neoproterozoic, Adelaide fold belt, and the age of the Acraman impact // Earth planet. Sci. Lett. 1996. V. 144. P. 347–357.

  68. Shatsillo A.V., Didenko A.N., Pavlov V.E. Paleomagnetism of Vendian Deposits of the Southwestern Siberian Platform // Rus. J. Earth Sci. 2006. V. 8. ES2003, https://doi.org/10.2205/2005ES000182

  69. Shatsillo A.V., Didenko A.N., Pavlov V.E. Two Competing Paleomagnetic Directions in the Late Vendian: New Data for the SW Region of the Siberian Platform // Russian Journal of Earth Sciences. 2005. V. 7. № 4.

  70. Shcherbakova V.V., Biggin A.J., Veselovskiy R.V., Shatsillo A.V., Hawkins L.M.A., Shcherbakov V.P., Zhidkov G.V. Was the Devonian geomagnetic field dipolar or multipolar? Palaeointensity studies of Devonian igneous rocks from the Minusa Basin (Siberia) and the Kola Peninsula dykes, Russia // Geophysical J. International. 2017. V. 209. № 2. P. 1265–1286.

  71. Shcherbakova V.V., Bakhmutov V.G., Thallner D., Shcherbakov V.P., Zhidkov G.V., Biggin A.J. Ultra-low palaeointensities from East European Craton, Ukraine support a globally anomalous palaeomagnetic field in the Ediacaran // Geophysical J. International. V. 220. № 3. P. 1928–1946.

  72. Sohl L.E., Christie-Blick N., Kent D.V. Paleomagnetic polarity reversals in Marinoan (ca. 600 Ma) glacial deposits of Australia: implications for the duration of low-latitude glaciation in Neoproterozoic time // Geol. Soc. Am. Bull. 1999. V. 111. P. 1120–1139.

  73. Sovetov J.K., Le Heron D.P. Birth and evolution of a Cryogenian basin: Glaciation, rifting and sedimentation in the Vorogovka Basin, Siberia // Sedimentology. 2016. V. 63(2). P. 498–522.

  74. Sovetov J.K., Kulikova A.E., Medvedev M.N. Sedimentary basins in the southwestern Siberian Craton: Late Neoproterozoic-Early Cambrian rifting and collisional events. In: The Evolution of the Rheic Ocean: From Avalonian-Cadomian Active Margin to Alleghenian-Variscan Collision (Eds U. Linnemann, R.D. Nance, P. Kraft and G. Zulauf), Geol. Soc. Am. Spec. Pap. 2007. V. 423. P. 549–578.

  75. Tauxe L., Kodama K.P., Kent D.V. Testing corrections for paleomagnetic inclination error in sedimentary rocks: A comparative approach // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2008. V. 169. № 1–4. P. 152–165.

  76. Torsvik T.H., Meert J.G., Smethurst M.A. Smethurst Polar Wander and the Cambrian // SCIENCE. 1998. V. 279. P. 9a.

  77. Torsvik T.H., Van der Voo R., Doubrovine P.V., Burke K., Steinberger B., Ashwal L.D., Trønnes R.G., Webb S.J., Bull A.L. Deep mantle structure as a reference frame for movements in and on the Earth // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014. V. 111(24). P. 8735–8740.

Дополнительные материалы отсутствуют.