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The break-up of Rodinia, birth of Gondwana, true polar wander and the snowball Earth

1999; Elsevier BV; Volume: 28; Issue: 1 Linguagem: Francês

10.1016/s0899-5362(99)00018-4

1879-1956

Paul F. Hoffman,

Geology and Paleoclimatology Research

A major global plate reorganisation occurred between ∼750 and ∼550 Ma. Gondwana was assembled following the dispersal of Rodinia, a supercontinent centred on Laurentia in existence since ∼1050 Ma. The reorganisation began when tectonic elements, later composing East Gondwana, rotated piecemeal away from the Pacific margin of Laurentia. These elements swept across the ancestral Pacific (Mozambique) Ocean that lay between Laurentia and the combined African cratons of Congo and Kalahari, which were loosely joined after ∼820 Ma. Simultaneously, the Adamastor (Brasilide) Ocean closed by subduction bordering the West Gondwana cratons, drawing virtually all of Gondwana together by ∼550 Ma. The final assembly of Gondwana occurred contemporaneously with the separation of Laurentia from West Gondwana. It has been postulated that the imprint of Rodinia's long-lived existence on lower mantleconvection produced a prolate ellipsoidal geoid figure. This could give rise to episodic inertial interchange true polar wander (IITPW), meaning that the entire silicate shell of the Earth (above the core-mantle boundary) rolled through 90° with respect to the diurnal spin axis in ∼15 Ma (equivalent to an apparent polar wander velocity of ∼66 cm a−1. Although empirical arguments for IITPW of Cambrian age appear to be flawed, evidence for an ultra-fast ( > 40 cm a−1) meridional component of apparent polar wander for Laurentia between 564 and 550 Ma suggests that IITPW might have occurred at that time. The break-up of Rodinia increased the continental margin area and preferential organic C burial globally, which is reflected by high δ13C values in seawater proxies. The consequent drawdown of CO2 is implicated in a succession of runaway ice-albedo catastrophes between ∼750 and ∼570 Ma, during each of which the oceans completely froze over. Each “snowball” Earth event must have lasted for millions of years because their terminations depended on extreme CO2 levels, built up by subaerial volcanic outgassing in the absence of sinks for C. A succession of ice-albedo catastrophes, each terminated under ultra-greenhouse conditions, must have imposed an intense environmental filter on the evolution of life. They may have triggered the radiation of Ediacaran fauna in the aftermath of the final snowball event. It is increasingly recognised that the Late Neoproterozoic was one of the most remarkable periods in Earth history, and it appears to exemplify the interplay of tectonics, the environment and biology in deep time. Les plaques se sont réorganisées à l'échelle globale entre ∼750 et ∼550 Ma. LeGondwana s'est assemblé à la suite de la dispersion de Rodinia, un supercontinent centré sur la Laurentia depuis ∼1050 Ma. La réorganisation a commencé lorsque les éléments tectoniques qui composeront plus tard le Gondwana Oriental ont tourné par morceaux à partir de la bordure pacifique de la Laurentia. Ces éléments se sont avancés à travers l'Océan Pacifique ancestral (Mozambiquel, situé entre la Laurentia et les cratons africains du Congo et du Kalahari, ensemble assemblé de façon lâche après ∼820 Ma. En même temps, l'Océan Adamastor (Brasilide) s'est fermé par subduction le long des cratons du Gondwana Occidental et tout le Gondwana était pratiquement assemblé vers ∼550 Ma. L'assemblage final du Gondwana s'est produit en même temps que la Laurentia se séparait du Gondwana Occidental. II a été suggéré que la longévité de Rodinia a influé sur la convection du manteau inférieur pour produire un géoïde ellipsoïdal allongé. Le résultat pourrait se traduire par des épisodes de dérive apparente des pôles par inertie et changement interne (IITPW), ce qui signifie que la totalité de la couche silicatée de la Terre (au-dessus de la limite manteau-noyau) a tourné jusqu'à 90° par rapport à l'axe de rotation diurne en ∼15 Ma (équivalant à une vitesse de dérive apparente des pôles de ∼66 cm a−1). Bien que les arguments empiriques proposés pour un épisode IITPW au Cambrien semblent faux, les arguments montrant que le composant méridien de la dérive apparente des pôles de la Laurentia a été ultra-rapide (>40 cm a−1) entre 564 et 550 Ma suggèrent qu'un épisode IITPW a pu se produire à cette époque. La dislocation de Rodinia a augmenté la surface des marges continentales et favorisé l'enfouissement global du carbone organique, ce qui se reflète par de fortes valeurs de δ13C dans les échantillons représentant l'eau de mer. La chute de CO2 qui en résulte provoque une succession de catastrophes par emballement du système glace-albédo entre ∼750 et ∼570 Ma, durant chacune desquelles les océans ont gelé complètement. Chaque événement terrestre de ‘boule de neige’ doit avoir duré quelques millions d'années parce que, pour qu'il se termine, il faut des teneurs extrêmes en CO2 issues du dégazage des éruptions volcaniques subaériennes en l'absence de facteurs favorisant la chute des teneurs en C. Une succession de catastrophes glace-albedo, chacune s'achevant dans des conditions d'ultra-effet de serre, a dû se traduire par un filtrage intense par l'environnement de l'évolution de la vie. Elle a pu déclencher l'expansion de la faune d'Ediacara à la suite du dernier événement de ‘boule de neige’. Le Néoprotérozoïque tardif, comme on le reconnaît de plus en plus, fut l'une des périodes les plus remarquables de l'histoire de la Terre et peut servir d'exemple d'interaction entre tectonique, environnement et biologie dans les temps reculés.