À la fin de la période géologique de l’Ordovicien, la subduction a réuni un arc insulaire volcanique et l’Amérique du Nord ancestrale (Laurentia). Le résultat a été une vaste ceinture de montagnes qui a produit une grande quantité de sédiments érodés. Les géoscientifiques utilisent aujourd’hui les roches sédimentaires ainsi que les roches métamorphiques et ignées qui se sont formées aux racines de la ceinture montagneuse pour examiner cet épisode de construction de montagnes, connu sous le nom d’Orogenèse taconienne (« Taconique »*).

La Terre telle qu’elle est apparue à la fin de l’Ordovicien de l’époque géologique. Trouvez l’Amérique du Nord ancestrale (« Laurentia ») et notez la ceinture montagneuse le long de sa bordure sud. C’est la ceinture de montagne Taconienne. Cette visualisation dynamique a été créée par Ian Webster à l’aide de cartes tectoniques et paléogéographiques par le projet PALEOMAP de C.R. Scotese, et est intégrée ici avec permission. Attrapez-le et faites-le tourner! Zoom avant et arrière! Explorez!

Contexte tectonique

 Photographie montrant une roche méta-plutonique à gros grains, principalement de couleur claire, avec une forte foliation verticale. Un quart (pièce de monnaie) donne une idée de l'échelle.
La Tonalite du gisement Port du comté de Cecil, Maryland, est une roche taconienne classique. Il a un âge de cristallisation magmatique de 515 Ma (U/Pb dans le zircon) et un âge métamorphique de 490-480 Ma (Rb/Sr dans la biotite). Il s’est formé au large, dans une chambre magmatique sous l’un des volcans de l’arc insulaire volcanique taconien, et s’est métamorphosé lorsque cet arc est entré en collision avec l’Amérique du Nord ancestrale pendant l’Orogenèse taconienne.

La cause de l’orogenèse taconienne était une collision entre deux plaques tectoniques : le bord d’attaque continental de la plaque nord-américaine ancestrale, et une autre plaque d’affinité océanique, aujourd’hui décédée. La plaque océanique était l’une des plaques qui a terrassé l’océan Iapetus, et alors qu’elle se dirigeait vers la plaque nord-américaine ancestrale, la lithosphère océanique qui faisait partie de la plaque nord-américaine s’est subduite, vers le bas et sous la plaque supérieure de la lithosphère océanique. Cela a abouti à un arc insulaire volcanique, au milieu de l’océan Iapetus.

Une partie du contexte de l’orogenèse se situe donc sur le continent nord-américain ancestral, et une partie se situe dans l’arc insulaire volcanique. Les roches qui se sont formées dans cet arc insulaire ont voyagé vers l’Amérique du Nord ancestrale et se sont accumulées sur le continent pendant l’orogenèse. Les âges isotopiques reflètent cette histoire en deux parties: une cristallisation initiale à partir du magma dans l’arc, et un âge métamorphique ultérieur à partir de l’orogenèse. Le gisement portuaire de Tonalite, un granitoïde métamorphosé, en fournit un bel exemple. Avant l’orogenèse taconienne, il n’était pas encore métamorphosé : juste un granitoïde, sous un volcan, se déplaçant à quelques cm par an, se rapprochant de plus en plus du versant continental laurentien.

 Dessin montrant la situation antérieure à l'Orogenèse taconienne, avec subduction de la lithosphère océanique sur le bord d'attaque de la plaque nord-américaine ancestrale sous une plaque océanique prépondérante. L'arc d'île volcanique qui en résulte se rapproche de plus en plus, avec un coin d'accrétion se formant au niveau de la tranchée où commence la subduction. La marge de l'Amérique du Nord montre des couches sédimentaires encore horizontales (y compris des carbonates d'eau peu profonde) qui se sont formées dans une mer épéirique.
La situation tectonique qui conduirait à l’orogenèse taconienne: la subduction de la marge océanique de la plaque nord-américaine ancestrale a entraîné un arc insulaire volcanique qui s’est de plus en plus rapproché, créant un coin d’accrétion de fonds océaniques d’Iapetan et de sédiments en eau profonde.
 Photographie montrant des ooïdes, petites sphères de calcite, dans un calcaire. Un quart (pièce de monnaie) donne une idée de l'échelle. Les ooïdes sont de la taille d'un sable.
Ooïdes de la formation Conococheague d’âge cambrien pré-Taconien, comté de Shenandoah, Virginie.

Avant l’orogenèse, le bord de l’Amérique du Nord ancestrale était un cadre de marge passive: c’était le bord du continent, mais pas le bord de la plaque. À travers le Cambrien et jusqu’à l’Ordovicien, il n’y avait aucune activité tectonique à proximité, et il n’y en avait pas eu depuis très longtemps. Submergé sous une mer épéirique, il a été le site de dépôts de calcaire et de dolostones dans un banc de carbonate de type Bahama. Les structures sédimentaires primaires telles que les ooïdes et les stromatolites témoignent de profondeurs d’eau peu profondes. La proportion de détritus clastiques tels que l’argile et le limon était assez faible. Les calcaires fossilifères abondants de cette époque regorgent de brachiopodes, de bryzoaires et d’autres filtreurs courants du Paléozoïque, indiquant une eau propre: un manque d’excès de ruissellement et de sédimentation.

Mais pas pour longtemps…

Je l’ai eu ?

Lancer le quiz

Question

Votre réponse :

Bonne réponse:

Les racines des montagnes

Puisque la chaîne de montagnes taconienne elle-même a disparu depuis longtemps, nous pouvons considérer l’orogenèse sous deux perspectives différentes: (1) celle des racines érodées des montagnes et (2) celle des bassins sédimentaires « voisins », qui ont reçu des sédiments érodés des montagnes.

Examinons d’abord les racines des montagnes, qui se trouvent dans la province géologique du Piémont de Virginie, Maryland, Washington, D.C., Pennsylvanie, New Jersey et New York, ainsi que diverses provinces de la Nouvelle-Angleterre TKTKTKTK. Les roches en question sont les restes concassés et cuits de l’océan Iapetus et de l’arc insulaire volcanique taconien.

 Photographie montrant un lit gradué dans des méta-turbidites légèrement métamorphisées. Quelques veines de quartz sont également présentes. Un couteau de poche donne une idée de l'échelle: le lit gradué mesure environ 20 cm d'épaisseur.
Lit classé relique dans la formation de Mather Gorge metagraywacke, près de Potomac, Maryland.

Les roches du Piémont ont été métamorphisées à divers degrés, du faciès vert jusqu’à la fonte partielle. Leurs protolithes vont du basalte et du gabbro (croûte océanique) au mudstone, au graywacke et au calcaire (sédiments océaniques), ainsi qu’aux roches volcaniques de l’arc insulaire volcanique (intrusives et extrusives, mafiques et felsiques). Dans certains cas, la recristallisation métamorphique ultérieure a eu une touche suffisamment légère pour que les structures primaires soient encore préservées, à la fois volcaniques et sédimentaires. Les lits gradués de meta-graywacke de la Formation de la Gorge de Mather sont un bel exemple de structure sédimentaire primaire qui parle spécifiquement des processus océaniques. Ces lits gradués se sont formés à partir de dépôts sous-marins profonds de sédiments clastiques par les courants de turbidité dans l’océan Iapetus.

 Photographie d'un affleurement de migmatite d'environ 1m sur 2m, montrant des taches vaporeuses de granit rosâtre au milieu d'une matrice sombre étirée. Un quart (pièce de monnaie) sert de sens d'échelle.
Migmatite exposée dans le parc historique national de Chesapeake & Ohio Canal, près de Potomac, Maryland.

Nous pouvons estimer le moment de l’orogenèse taconienne en examinant les âges métamorphiques de ces roches (méthodes K/Ar, Ar/Ar et Rb/Sr), ainsi que les âges de cristallisation des migmatites produites par fusion partielle (U/Pb). Dans les deux cas, la réponse retournée est ~ 460 Ma, un âge ordovicien tardif. Le Piémont abrite également de nombreux plutons de roches ignées felsiques comme le Granite d’Occoquan, la Suite intrusive de Georgetown et la Tonalite de Kensington, qui donnent tous des âges isotopiques compris entre 474 et 450 Ma.

Explorez ce panorama en gigapixels d’un échantillon de migmatite du comté d’Orange, en Virginie, et recherchez des poches de granit moucheté. Ces « leucosomes » représentent la partie autrefois fondue de cette roche, qui est par ailleurs un schiste. Une fonte partielle similaire se produit aujourd’hui sous les ceintures de montagnes modernes actives telles que l’Himalaya.

 Photographie montrant 6 couches pliées: 3 couches de schiste (ancienne boue) et 3 couches de métagraywacke (ancienne métagraywacke). ils sont tous pliés en un grand pli en forme de "V". Un penny (pièce de monnaie) donne une idée de l
Turbidites métamorphisées pliées : schistes alternés & couches de métagraywacke (anciens schistes & graywacke) ont été pliés par construction de montagnes taconiennes. Affleurement dans le parc historique national de Chesapeake & Ohio Canal, près de Potomac, Maryland.

La déformation était une autre signature majeure de la construction de montagnes dans la région du Piémont. Les structures primaires ont été déformées par des plis et perturbées par des failles lorsque l’arc insulaire volcanique taconien s’est amarré à l’Amérique du Nord ancestrale, comprimant les sédiments de l’Iapétan pris entre les deux.

En Nouvelle-Angleterre, les roches du fond marin d’Iapetus, comprenant à la fois la lithosphère océanique et les dépôts sédimentaires en eau profonde sus-jacents, se sont déplacées vers le haut sur les roches continentales et vers l’ouest sur une distance de près de 5o km. Un défaut de poussée majeur a permis ce mouvement relatif. Aujourd’hui, la trace de cette faille est appelée « ligne de Cameron », du nom du géologue qui l’a décrite le premier. Des klippens isolés des roches renversées subsistent dans la région éponyme des montagnes Taconiques, mais la trace de la faille traverse également la Nouvelle-Angleterre et même le centre-ville de New York.

L’ai-je eu?

Lancer le quiz

Question

Votre réponse :

Bonne réponse:

La signature sédimentaire

Lorsque les montagnes sont soulevées, elles s’érodent. L’érosion des montagnes produit des sédiments clastiques, et beaucoup de ceux-ci. Bien que cela ne s’accumule pas sur place (c.-à-d., au sommet de la ceinture montagneuse), les bassins sédimentaires voisins peuvent être suffisamment bas pour recevoir et préserver ces sédiments au cours du temps géologique. Bien avant que les géologues ne comprennent les origines thermiques ou tectoniques des roches métamorphiques et des granites, les orogenèses étaient connues par leur signature sédimentaire clastique. Le gravier, le sable et la boue ne naissent pas comme par magie, après tout – ils ont besoin d’une source. Une grande quantité de sédiments clastiques apparaissant dans une séquence stratigraphique implique qu’il doit y avoir eu beaucoup de roches montagneuses à proximité à éroder.

Le sédiment clastique résultant (mes étudiants aiment l’appeler « pellicules de montagne ») se décline en deux variétés essentielles: un paquet de turbidite marine profonde que les géologues alpins appellent « flysch », et un paquet de lit rouge terrestre surnommé « molasse ». »Bien que ces termes européens soient un peu en vogue dans l’Amérique moderne, ils résument très bien la signature sédimentaire de l’orogenèse taconienne. On trouve à la fois du flysch taconien et de la molasse taconienne dans la séquence stratigraphique des roches sédimentaires de la province de Ridge de la vallée &.

Flysch taconien

 Photographie montrant une séquence de 5 unités rocheuses, devenant de plus en plus foncées au fil du temps. Les plus anciens à gauche sont un gris clair propre. Les plus jeunes, à droite, sont gris foncé.
Au cours de l’Ordovicien supérieur, les calcaires peu profonds de couleur claire ont cédé la place à des calcaires et des schistes d’eau profonde de plus en plus sombres.

Les calcaires de pré-orogenèse deviennent de plus en plus sales à l’approche de la fin de l’Ordovicien. Leur teneur accrue en argile et en limon est considérée comme la première indication de l’assaut clastique à venir, comme une bouffée de fumée avant un feu de forêt. Au fil du temps, en remontant la séquence stratigraphique, ces carbonates de marge passifs cèdent la place à des schistes calcaires, puis à des schistes clastiques sans calcite, et enfin à des turbidites de graywacke intercalées avec des schistes. L’interprétation de ce motif « salissant vers le haut » est la proximité et la proéminence croissantes de la chaîne de montagnes taconienne, rejetant de plus en plus de sédiments à mesure qu’elle grossissait. Ce flysch dans les archives sédimentaires marines de la construction de montagnes taconiennes (et de l’érosion).

 Une coupe transversale de dessin animé montrant l'approfondissement du bassin sédimentaire adjacent à la jeune ceinture montagneuse taconienne, alors que le bord de l'Amérique du Nord ancestrale fléchit vers le bas. Des courants de turbidité s'écoulent dans ce bassin approfondi.
L’approfondissement du bassin sédimentaire adjacent à la jeune ceinture montagneuse taconienne a été réalisé alors que le bord du continent nord-américain ancestral fléchissait vers le bas. Des courants de turbidité se sont écoulés dans ce bassin approfondi, déposant des schistes et des graywacke: le « flysch » taconien. »

L’enregistrement de ces courants de turbidité est une série de lits gradués à graywacke, séparés par des couches de schiste. Ces séquences de Bouma sont des séquences sédimentaires d’eau profonde distinctives qui parlent d’avalanche sous-marine après avalanche sous-marine, livrant d’énormes quantités de sable et de boue dans les profondeurs océaniques:

Voici un échantillon manuel de roche montrant une séquence de Bouma:

La transition des carbonates d’eau peu profonde pré-Taconiens aux turbidites d’eau profonde pendant le Taconien suggère que l’eau est devenue plus profonde. Il y a peut-être eu un rôle pour la flexion de la croûte ici: là où la charge tectonique de l’arc taconien et son coin d’accrétion sur le bord de l’Amérique du Nord ancestrale ont provoqué l’affaissement de la croûte sous ce poids supplémentaire, approfondissant le bassin sédimentaire voisin.

Dans la région médio-atlantique de la Vallée & Province de Ridge, la principale unité géologique montrant un flysch complet est la Formation de Martinsburg. Les fossiles de la Formation de Martinsburg nous permettent de limiter le moment de la construction de la montagne du point de vue biostratigraphique et paléoécologique. À mesure que les sédiments de la plate-forme calcaire de l’Ordovicien deviennent plus sales et plus riches en argile, les filtreurs d’eau peu profonde sont remplacés par des espèces mieux adaptées aux conditions plus boueuses et plus profondes. Voici deux exemples montrant des faunes d’eau plus profondes, l’un montrant des graptolites et l’autre montrant des brachiopodes, des crinoïdes et un nautiloïde; les deux présentés comme des panoramas gigapixels:

 Photographie montrant un affleurement de bentonite (marqué) entre les couches calcaires. La bentonite est de couleur beige jaunâtre et très friable. Il a été érodé plus rapidement que les couches au-dessus et au-dessous, créant un creux en retrait dans l'affleurement. Les couches sont toutes inclinées modérément vers la droite. Un géologue regarde l'affleurement et donne une idée de l'échelle.
Couche de bentonite de l’Ordovicien supérieur entre les couches calcaires de la vallée & Ridge province de Virginie du Nord.

Des couches de cendres sont également conservées, probablement provenant de l’arc insulaire volcanique qui approche. Ces couches de cendres se transforment aujourd’hui en un matériau argileux jaunâtre et friable appelé bentonite, mais elles comprennent des zircons qui peuvent être datés, ce qui contribue à limiter l’âge des couches sédimentaires au-dessus et au-dessous des bentonites. Deux lits de bentonite répandus, nommés bentonite De Deicke (457 Ma) et bentonite de Millbrig (454 Ma), se trouvent dans une vaste bande des Appalaches et du Midwest. Ils peuvent être corrélés du sud du Minnesota et du Texas à l’Alabama et à la Géorgie jusqu’au nord de l’État de New York.

Molasse taconienne

Une fois le bassin du flysch rempli, les rivières drainant la ceinture montagneuse taconienne se sont étendues à travers le flysch, atteignant vers l’ouest vers la mer epeirique de Tippecanoe. Au fur et à mesure qu’ils coulaient, ils transportaient des sédiments. Les sédiments se sont accumulés dans les canaux des rivières et les dépôts des plaines inondables. Dans la région médio-atlantique, elles se trouvent principalement dans la formation de Juniata.

 Coupe transversale de bande dessinée montrant le développement du coin clastique de Queenston à l'ouest de la ceinture de montagnes taconiennes. La molasse est la plus épaisse et la plus grossière près de la ceinture montagneuse à l'est, et s'amincit et s'amincit à l'ouest.
Le coin clastique de Queenston a été déposé à l’ouest de la ceinture de montagne taconienne. La molasse est la plus épaisse et la plus grossière près de la ceinture montagneuse à l’est, et s’amincit et s’amincit à l’ouest.

Voici une vue de rue Google Maps d’une telle exposition:

Notez le bord du canal rempli de grès qui s’élève de l’herbe sur le côté droit de l’écran, comme un demi-visage souriant. Il y a une demi-douzaine de couches de grès rouge / schiste à sa gauche. Un peu plus à gauche encore, vous pouvez voir juste du schiste rouge (pas de grès). Voici un petit aperçu de la relation entre une rivière et sa plaine inondable. La rivière est le grès du canal avec la forme d’un visage souriant, et le schiste rouge représente sa plaine inondable. La zone de transition avec les nombreux petits couplets de grès / schiste est interprétée comme des dépôts d’évasements de crevasses, des endroits où la rivière a débordé de ses rives lors d’une inondation et s’est déversée sur sa propre digue naturelle.

La formation de Juniata fait partie d’un dépôt arqué plus massif de dépôts terrestres, appelé coin clastique de Queenston. Certains géologues le surnomment le « delta de Queenston », bien que ce ne soit probablement pas littéralement exact. Il s’agissait probablement plus d’une plaine alluviale alimentée par de nombreuses rivières drainant la ceinture montagneuse taconienne. En vue de carte, il a une grande forme en éventail, mais en coupe transversale, le nom de « coin » a plus de sens: il est le plus épais (et le plus grossier) à l’est, puis s’amincit systématiquement à l’ouest, se pinçant jusqu’à un bord de plume dans le Michigan.

On estime que le coin clastique de Queenston représente environ la moitié des sédiments qui ont été rejetés au large des montagnes Taconiennes (l’autre moitié étant partie à l’est de la ceinture de montagnes, dans l’Iapetus). Si cela est correct, une estimation du volume des montagnes peut être faite: 600 000 km cubes de roche. Comme nous connaissons la largeur de la ceinture métamorphique (les « racines » des montagnes, comme indiqué dans la section précédente), cela permet à up de convertir notre estimation de volume en une interprétation de la hauteur. Comme pour les estimations des pressions métamorphiques, ce calcul suggère des pics taconiens de l’ordre de 4000 m de haut.

Après l’usure des montagnes du Taconien, au Silurien, les conditions sont revenues à une sédimentation passive de la marge, et une nouvelle couche de carbonate a été déposée au Silurien et au Dévonien. Il s’agissait d’un répit temporaire des conditions de marge active, qui reprendraient avec l’Orogenèse acadienne au Dévonien moyen à tardif.

L’ai-je eu?

Lancer le quiz

Question

Votre réponse :

Bonne réponse:

Pour un aperçu détaillé des sédiments rejetés au large de la ceinture montagneuse taconienne, voir le Synclinorium de Massanutten VFE.

Conclusion

Plusieurs éléments de preuve indiquent l’accrétion d’un arc insulaire volcanique avec (ce qui est aujourd’hui) l’Amérique du Nord ancestrale orientale pendant la période géologique de l’Ordovicien supérieur (environ 460 Ma dans la région médio-atlantique). Cette collision tectonique, appelée Orogenèse taconienne, a entraîné une vaste ceinture métamorphique marquant les racines d’une chaîne de montagnes de plusieurs milliers de km de long. Comme ils ont été usés par l’érosion, ces montagnes anciennes ont déversé de grandes quantités de sédiments, qui se sont accumulés dans les bassins de basse altitude voisins (marins et terrestres).

* Qu’y a-t-il dans un nom ?

L’Orogenèse taconienne est aussi appelée « Orogenèse taconique » par suffisamment de géologues pour qu’il soit probablement intéressant d’explorer les différents noms ici. Les auteurs de ce texte pensent que « Taconien » est le meilleur terme, et que « Taconique » est trompeur. Expliquons brièvement pourquoi

Les montagnes Taconiques sont une petite chaîne de montagnes moderne du nord de l’État de New York, situées à l’est d’Albany, à la frontière avec le Massachusetts, près du coin sud-ouest du Vermont:

Les travaux fondamentaux sur la compréhension de la construction des montagnes de l’Ordovicien ont d’abord été achevés dans ces montagnes (modernes), et les monuments locaux ont donc donné le nom à l’épisode orogénique. Cependant — et c’est le point clé — toute la chaîne de montagnes de l’Ordovicien ne se limitait pas à la zone des montagnes taconiques modernes. Au lieu de cela, les anciennes montagnes s’étendaient de Terre-Neuve dans l’est du Canada jusqu’en Alabama.

Non seulement les anciennes montagnes Taconiennes étaient beaucoup plus longues que les Montagnes Taconiques modernes, mais elles étaient également plus hautes. Le plus haut sommet de la chaîne Taconique ne mesure aujourd’hui qu’environ 600 mètres de haut. En revanche, les estimations des minéraux métamorphiques formés au cours de l’Orogenèse taconienne suggèrent que les pics de la chaîne taconienne d’âge Ordovicien devaient être beaucoup plus hauts. Les pressions métamorphiques maximales de 1,5 GPa impliquent quelque chose de l’ordre de 20 km de matière crustale sus-jacente. Les montagnes Taconiennes, en d’autres termes, auraient été une chaîne à l’échelle alpine. Dans les Alpes modernes, le plus haut sommet mesure plus de 4000 mètres.

Ces montagnes anciennes ont disparu maintenant, érodées au cours du temps géologique. Nous pouvons observer leurs racines érodées, et nous pouvons observer les sédiments qui ont résulté de cette érosion, mais les montagnes elles-mêmes en tant que caractéristiques topographiques ont disparu depuis longtemps. Cette gamme ancienne mérite son propre nom, et ce nom devrait être distinct du nom appliqué à la gamme moderne. Si la chaîne moderne est les montagnes Taconiques, alors les montagnes ordoviciennes ont besoin d’un nom différent: Taconien.

Résumons par une comparaison et un contraste rapides: Les montagnes Taconiennes étaient une caractéristique du paysage ancien, des milliers de kilomètres de long, avec des sommets qui dépassaient probablement autrefois 4000 m d’altitude, et sont maintenant complètement érodés. Les montagnes Taconiques sont une caractéristique du paysage moderne, d’environ 20 kilomètres de long, avec une altitude maximale de seulement 400 m, et les montagnes ne sont pas encore complètement érodées.

Les montagnes Taconiques sont l’endroit où l’Orogenèse taconienne a été décrite pour la première fois, mais il ne faut pas confondre la chaîne de montagnes pieusement moderne avec son puissant prédécesseur datant de l’Ordovicien. Très différents en âge, taille et étendue, ils méritent des noms différents.

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.