Nel tardo periodo ordoviciano del tempo geologico, subduzione tirato un arco isola vulcanica e ancestrale Nord America (Laurentia) insieme. Il risultato è stata una vasta cintura di montagna che ha prodotto una grande quantità di sedimenti erosi. Sia le rocce sedimentarie risultanti che le rocce metamorfiche e ignee che si sono formate alle radici della fascia montuosa sono oggi utilizzate dai geoscienziati per esaminare questo episodio di costruzione di montagne, noto come Orogenesi taconiana (“Taconic”*).

Terra come appariva nel tardo periodo ordoviciano del tempo geologico. Trova il Nord America ancestrale (“Laurentia”) e nota la cintura montuosa lungo il suo bordo meridionale. Questa è la cintura di montagna di Taconian. Questa visualizzazione dinamica è stata creata da Ian Webster utilizzando mappe tettoniche e paleogeografiche del progetto PALEOMAP di C. R. Scotese, ed è incorporata qui con il permesso. Afferralo e giralo! Zoom avanti e indietro! Esplora!

Contesto tettonico

 Fotografia che mostra una roccia meta-plutonica a grana grossa, per lo più di colore chiaro, con una forte foliazione verticale. Un quarto (moneta) fornisce un senso di scala.
La Tonalite del deposito portuale della contea di Cecil, nel Maryland, è una classica roccia taconiana. Ha un’età di cristallizzazione magmatica di 515 Ma (U / Pb in zircone) e un’età metamorfica di 490-480 Ma (Rb/Sr in biotite). Si formò al largo, in una camera magmatica sotto uno dei vulcani del Taconian volcanic island arc, e fu metamorfosato quando quell’arco entrò in collisione con il Nord America ancestrale durante l’Orogenesi Taconiana.

La causa dell’Orogenesi Taconiana fu una collisione tra due placche tettoniche: il bordo d’attacco continentale della placca ancestrale nordamericana e un’altra placca di affinità oceanica, ora deceduta. La placca oceanica era una delle placche che pavimentavano l’Oceano Giapeto, e mentre si muoveva verso la placca nordamericana ancestrale, la litosfera oceanica che faceva parte della placca nordamericana subdotta, verso il basso e sotto la placca dominante della litosfera oceanica. Ciò ha provocato un arco di isola vulcanica, nel mezzo dell’Oceano Giapeto.

Parte del contesto dell’orogenesi si trova quindi nell’ancestrale continente nordamericano, e parte si trova nell’arco delle isole vulcaniche. Le rocce che si formarono in quell’arco di isola viaggiarono verso il Nord America ancestrale e si accretarono nel continente durante l’orogenesi. Le età isotopiche riflettono questa storia in due parti: una cristallizzazione iniziale dal magma nell’arco e un’età metamorfica successiva dall’orogenesi. La Tonalite del deposito portuale, un granitoide metamorfosato, ne fornisce un bell’esempio. Prima dell’Orogenesi Taconiana, non era ancora metamorfosa: solo un granitoide, sotto un vulcano, che si muoveva a pochi cm all’anno, avvicinandosi sempre più al versante continentale laurenziano.

Cartone animato che mostra la situazione precedente all'orogenesi Taconiana, con subduzione della litosfera oceanica sul bordo anteriore della placca nordamericana ancestrale sotto una placca oceanica dominante. L'arco dell'isola vulcanica risultante si avvicina sempre di più, con un cuneo di accrescimento che si forma nella trincea dove inizia la subduzione. Il margine del Nord America mostra strati sedimentari orizzontali (compresi i carbonati di acque poco profonde) che si sono formati in un mare epeirico.
La situazione tettonica che porterebbe all’orogenesi taconiana: la subduzione del margine oceanico della placca ancestrale nordamericana ha portato a un arco di isola vulcanica che si è avvicinato sempre di più, costruendo un cuneo di accrescimento del fondo oceanico iapetano e dei sedimenti di acque profonde.
Fotografia che mostra ooidi, piccole sfere di calcite, in un calcare. Un quarto (moneta) fornisce un senso di scala. Gli ooidi sono di dimensioni sabbia.
Ooids dalla formazione Conococheague pre-taconiana invecchiata cambriano, Contea di Shenandoah, Virginia.

Prima dell’orogenesi, il bordo del Nord America ancestrale era un margine passivo: era il bordo del continente, ma non il bordo del piatto. Attraverso il Cambriano e fino all’Ordoviciano, non c’era attività tettonica da nessuna parte nelle vicinanze, e non c’era stata per molto tempo. Sommerso sotto un mare epeirico, era il sito di calcare e deposizione dolostone in un ambiente banca carbonato Bahama-like. Strutture sedimentarie primarie come ooidi e stromatoliti testimoniano profondità di acque poco profonde. La percentuale di detriti clastici come argilla e limo era piuttosto bassa. Ci sono abbondanti calcari fossiliferi di questo periodo pieni di brachiopodi, bryzoans e altri comuni alimentatori filtranti paleozoici, che indicano acqua pulita: mancanza di deflusso e sedimentazione in eccesso.

Ma non per molto…

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Le radici delle montagne

Poiché la catena montuosa taconiana è ormai lontana, possiamo considerare l’orogenesi da due diverse prospettive: (1) quella delle radici erose delle montagne e (2) quella dei bacini sedimentari “della porta accanto”, che hanno ricevuto sedimenti erosi dalle montagne.

Esaminiamo prima le radici delle montagne, che possono essere trovate nella provincia geologica piemontese di Virginia, Maryland, Washington, D. C., Pennsylvania, New Jersey, e New York, così come province assortiti nel New England TKTKTKTK. Le rocce in questione sono i resti schiacciati e cotti dell’Oceano Giapeto e dell’arco dell’isola vulcanica di Taconian.

Fotografia che mostra un letto graduato in meta-torbiditi leggermente metamorfosate. Sono presenti anche alcune vene di quarzo. Un coltello da tasca fornisce un senso di scala: il letto graduato ha uno spessore di circa 20 cm.
Relict graded bed in Mather Gorge Formation metagraywacke, vicino a Potomac, Maryland.

Le rocce del Piemonte sono state metamorfosate in vari gradi, dalla facies greenschist fino alla fusione parziale. I loro protoliti vanno da basalto e gabbro (crosta oceanica) a mudstone, graywacke e calcare (sedimenti oceanici), così come le rocce vulcaniche dell’arco dell’isola vulcanica (sia intrusive che extrusive, sia mafiche che felsiche). In alcuni casi, la successiva ricristallizzazione metamorfica ha avuto un tocco abbastanza leggero che le strutture primarie sono ancora conservate, sia vulcaniche che sedimentarie. I letti graduati in meta-graywacke della formazione Mather Gorge sono un bell’esempio di una struttura sedimentaria primaria che parla specificamente di processi oceanici. Questi letti graduati formati da depositi sottomarini profondi di sedimenti clastici da correnti di torbidità nell’Oceano Giapeto.

Fotografia di un affioramento di migmatite di ~1m per 2m, che mostra macchie esili di granito rosato in mezzo a una matrice scura distesa. Un quarto (moneta) serve come un senso di scala.
Migmatite esposto a Chesapeake & Ohio Canal National Historical Park, vicino Potomac, Maryland.

Possiamo stimare i tempi dell’Orogenesi Taconiana osservando le età metamorfiche per queste rocce (metodi K/Ar, Ar/Ar e Rb/Sr), così come le età di cristallizzazione per le migmatiti prodotte dalla fusione parziale (U/Pb). In entrambi i casi, la risposta restituita è ~460 Ma, una tarda età ordoviciana. Il Piemonte è anche sede di molti plutoni di roccia ignea felsica come il granito Occoquan, la Suite intrusiva di Georgetown e la Tonalite di Kensington, e tutti questi producono anche età isotopiche nella gamma da 474 a 450 Ma.

Esplora questo panorama gigapixel di un campione di migmatite da Orange County, Virginia, e la ricerca di sacche di granito maculato. Questi “leucosomi” rappresentano la porzione precedentemente fusa di questa roccia, che altrimenti è uno scisto. Una fusione parziale simile si sta verificando oggi sotto le moderne cinture di montagna attive come l’Himalaya.

Fotografia che mostra 6 strati piegati: 3 strati di scisto (ex fango) e 3 strati di metagraywacke (ex metagraywacke). sono tutti piegati in una grande piega a forma di" V". Un centesimo (moneta) fornisce un senso di scala.
Torbiditi metamorfosate piegate: scisti alternati & strati di metagraywacke (ex scisto & graywacke) sono stati piegati da Taconian mountain-building. Affioramento in Chesapeake & Ohio Canal National Historical Park, vicino Potomac, Maryland.

La deformazione è stata un’altra importante firma dell’edilizia montana in Piemonte. Le strutture primarie sono state distorte da pieghe e interrotte da faglie mentre l’arco dell’isola vulcanica di Taconian attraccava con il Nord America ancestrale, comprimendo i sedimenti Iapetan catturati in mezzo.

Nel New England, le rocce del fondo marino di Iapetus, incluse sia la litosfera oceanica che i depositi sedimentari di acque profonde sovrastanti, si spostarono verso l’alto su rocce continentali, e verso ovest per quasi 5o km di distanza. Un grave errore di spinta ha permesso questo movimento relativo. Oggi la traccia di questa faglia è chiamata “linea di Cameron”, dopo il geologo che la descrisse per primo. Isolato klippen delle rocce overthrust rimangono nella regione omonima delle Montagne Taconic, ma la traccia della faglia attraversa anche il New England e anche attraverso il centro di New York City.

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sedimentarie firma

Quando le montagne sono cresciuto, che erode. L’erosione delle montagne produce sedimenti clastici e molto. Mentre questo non si accumula sul posto (cioè, in cima alla cintura di montagna), i bacini sedimentari vicini possono essere sufficientemente bassi da poter ricevere e preservare questo sedimento attraverso il tempo geologico. Molto prima che i geologi comprendessero le origini termiche o tettoniche delle rocce metamorfiche e dei graniti, le orogenesi erano conosciute dalla loro firma sedimentaria clastica. Ghiaia, sabbia e fango non nascono magicamente, dopotutto – richiedono una fonte. Una grande quantità di sedimenti clastici mostrando in una sequenza stratigrafica implica che ci deve essere stato un sacco di roccia montuosa vicina da erodere.

Il sedimento clastico risultante (ai miei studenti piace chiamarlo “forfora di montagna”) è disponibile in due varietà essenziali: un pacchetto di torbidite marina profonda che i geologi alpini chiamano “flysch” e un pacchetto terrestre a letto rosso soprannominato “molasse.”Sebbene questi termini europei siano un po’ fuori moda nell’America moderna, riassumono molto bene la firma sedimentaria dell’Orogenesi taconiana. Troviamo sia Taconian flysch che Taconian molasse nella sequenza stratigrafica delle rocce sedimentarie nella Valle & Ridge province.

Taconian Flysch

 Una fotografia che mostra una sequenza di 5 unità di roccia, sempre di colore più scuro nel tempo. I più vecchi a sinistra sono un grigio chiaro pulito. I più giovani, a destra, sono grigio scuro.
Nel corso del tardo Ordoviciano, i calcari poco profondi di colore chiaro hanno lasciato il posto a calcari e scisti di acque profonde sempre più scuri.

I calcari pre-orogenici diventano sempre più sporchi con l’avvicinarsi della fine dell’Ordoviciano. Il loro maggiore contenuto di argilla e limo è visto come la prima indicazione dell’assalto clastico a venire, come un soffio di fumo prima di un incendio boschivo. Nel corso del tempo, salendo attraverso la sequenza stratigrafica, questi carbonati marginali passivi lasciano il posto a scisti calcarei e poi scisti clastici senza calcite, e infine a torbiditi graywacke interbedded con scisti. L ” interpretazione di questo modello “sporco verso l” alto ” è la crescente vicinanza e la prominenza della catena montuosa Taconian, spargimento sempre più sedimenti più grande è cresciuto. Questo flysch nel record sedimentario marino di Taconian montagna-costruzione (ed erosione).

Una sezione trasversale di cartoni animati che mostra l'approfondimento del bacino sedimentario adiacente alla young Taconian mountain belt, mentre il bordo del Nord America ancestrale si flette verso il basso. Correnti di torbidità fluiscono in questo bacino approfondito.
L’approfondimento del bacino sedimentario adiacente alla young Taconian mountain belt è stato realizzato mentre il bordo del continente nordamericano ancestrale si fletteva verso il basso. Correnti di torbidità scorrevano in questo bacino approfondito, depositando scisto e graywacke: il taconiano ” flysch.”

Il record di queste correnti di torbidità è una serie di letti graduati in graywacke, separati da strati di scisto. Queste sequenze Bouma sono sequenze sedimentarie di mare profondo che parlano di valanga sottomarina dopo valanga sottomarina, consegnando enormi quantità di sabbia e fango nelle profondità oceaniche:

Ecco un campione di roccia a mano che mostra una sequenza Bouma:

La transizione dai carbonati pre-taconiani in acque poco profonde alle torbiditi in acque profonde durante il Taconiano suggerisce che l’acqua si è approfondita. Potrebbe esserci stato un ruolo per la flessione crostale qui: dove il carico tettonico dell’arco taconiano e il suo cuneo di accrescimento sul bordo del Nord America ancestrale hanno causato la crosta a abbassarsi verso il basso sotto questo peso extra, approfondendo il bacino sedimentario accanto.

Nella regione medio-atlantica della Valle & Ridge province, la principale unità geologica che mostra il flysch completo è la Formazione Martinsburg. I fossili nella Formazione Martinsburg ci permettono di limitare i tempi dell’edificio montano sia dal punto di vista biostratigrafico che paleoecologico. Mentre i sedimenti della piattaforma calcarea ordoviciana diventano più sporchi e ricchi di argilla, gli alimentatori filtranti per acque poco profonde vengono sostituiti con specie più adatte per condizioni più fangose e più profonde. Ecco due esempi che mostrano faune di acqua più profonda, uno che mostra graptoliti e uno che mostra brachiopodi, crinoidi, e un nautiloide; entrambi mostrati come panorami gigapixel:

Fotografia che mostra un affioramento di bentonite (etichettato) tra strati di calcare. La bentonite è di colore giallastro e molto friabile. È stato eroso più rapidamente degli strati sopra e sotto di esso, creando una cavità incassata nell'affioramento. Gli strati sono tutti inclinati moderatamente a destra. Un geologo sta guardando l'affioramento e fornisce un senso di scala.
Strato di bentonite tardo ordoviciano tra strati di calcare nella valle & Ridge provincia della Virginia settentrionale.

Sono conservati anche strati di cenere, presumibilmente provenienti dall’arco dell’isola vulcanica in avvicinamento. Questi strati di cenere meteo oggi ad un giallastro, materiale argilloso friabile chiamato bentonite, ma includono zirconi che possono essere datati, e che aiuta a limitare l ” età degli strati sedimentari sopra e sotto le bentoniti. Due letti bentonite diffusa, chiamato Deicke bentonite (457 Ma) e la bentonite Millbrig (454 Ma), si trovano in una vasta fascia di Appalachia e il Midwest. Essi possono essere correlati tutta la strada dal sud del Minnesota e Texas per Alabama e Georgia a nord dello stato di New York.

Taconian Molasse

Una volta riempito il bacino del flysch, i fiumi che drenano la fascia montuosa del Taconian si estendevano attraverso il flysch, raggiungendo verso ovest verso il mare epeirico di Tippecanoe. Mentre scorrevano, trasportavano sedimenti. I sedimenti accumulati nei canali fluviali e nei depositi di pianura alluvionale. Nella regione medio-atlantica, questi si verificano principalmente nella formazione Juniata.

Sezione trasversale del fumetto che mostra lo sviluppo del cuneo clastico di Queenston ad ovest della cintura di montagna di Taconian. La molassa è più spessa e grossolana vicino alla cintura di montagna a est e si assottiglia e si assottiglia a ovest.
Il Queenston Clastic Wedge è stato depositato ad ovest della Taconian mountain belt. La molassa è più spessa e grossolana vicino alla cintura di montagna a est e si assottiglia e si assottiglia a ovest.

Ecco una vista stradale di Google Maps di una di queste esposizioni:

Nota il bordo del canale pieno di arenaria che spunta dall’erba sul lato destro dello schermo, come una mezza faccina sorridente. Ci sono una mezza dozzina di strati di arenaria rossa/scisto alla sua sinistra. Un po ‘ più a sinistra ancora, si può vedere solo scisto rosso (nessuna arenaria). Questa è una piccola istantanea della relazione tra un fiume e la sua pianura alluvionale. Il fiume è l’arenaria del canale con la forma della faccina sorridente, e lo scisto rosso rappresenta la sua pianura alluvionale. La zona di transizione con i molti piccoli distici di arenaria / scisto sono interpretati come depositi di splay di crepacci, luoghi in cui il fiume ha straripato le sue rive in un’alluvione e si è rovesciato sul suo argine naturale.

La Formazione Juniata fa parte di un più massiccio deposito arcuato di depositi terrestri, chiamato Cuneo clastico Queenston. Alcuni geologi doppiano il “Delta di Queenston”, anche se probabilmente non è letteralmente accurato. Probabilmente era più simile a una pianura alluvionale alimentata da molti fiumi che drenavano la fascia montuosa di Taconian. Nella visualizzazione della mappa, ha una grande forma a ventaglio, ma nella sezione trasversale, il nome “wedge” ha più senso: è più spesso (e più grossolano) a est, e poi si assottiglia sistematicamente a ovest, pizzicando un bordo piuma nel Michigan.

Si calcola che il Cuneo clastico di Queenston sia circa la metà del sedimento che è stato versato al largo dei Monti Taconiani (con l’altra metà che si è staccata ad est della cintura montuosa, nello Giapeto). Se questo è corretto, si può fare una stima del volume delle montagne: 600.000 km cubi di roccia. Poiché conosciamo la larghezza della cintura metamorfica (le” radici ” delle montagne, come delineato nella sezione precedente), questo consente a up di convertire la nostra stima del volume in un’interpretazione dell’altezza. Come per le stime delle pressioni metamorfiche, questo calcolo suggerisce picchi taconiani dell’ordine di 4000 m di altezza.

Dopo che i Monti Taconiani erano stati logorati, nel Siluriano, le condizioni tornarono alla sedimentazione passiva dei margini, e un nuovo strato di carbonato fu deposto nel Siluriano e nel Devoniano. Questa era una tregua temporanea dalle condizioni di margine attivo, che sarebbe ripresa con l’Orogenesi Acadiana nel Devoniano medio-tardo.

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Per informazioni più dettagliate sedimenti far fuori il Taconian montagna nastro, vedere il Massanutten Synclinorium VFE.

Conclusione

Più linee di evidenza indicano l’accrescimento di un arco di isola vulcanica con (quello che è oggi) Nord America ancestrale orientale durante il tardo periodo ordoviciano del tempo geologico (circa 460 Ma nella regione medio-atlantica). Questa collisione tettonica, chiamata Orogenesi Taconiana, ha provocato un’ampia cintura metamorfica che segna le radici di una catena montuosa lunga migliaia di km. Poiché erano logorati dall’erosione, queste antiche montagne versavano abbondanti quantità di sedimenti, che si accumulavano nei vicini bacini pianeggianti (sia marini che terrestri).

* Cosa c’è in un nome?

L’Orogenesi taconiana è anche chiamata “l’orogenesi taconica” da abbastanza geologi che probabilmente vale la pena esplorare i diversi nomi qui. Gli autori di questo testo credono che ” Taconian “sia il termine migliore e che” Taconic ” sia fuorviante. Cerchiamo di spiegare brevemente perché

Le Taconic Mountains sono una piccola catena montuosa moderna nello stato di New York si trovano ad est di Albany, al confine con il Massachusetts, vicino all’angolo sud-occidentale del Vermont:

Il lavoro fondamentale sulla comprensione della costruzione della montagna ordoviciana fu completato per la prima volta in queste montagne (moderne), e quindi i punti di riferimento locali fornirono il nome per l’episodio orogenico. Tuttavia-e questo è il punto chiave — l’intera catena montuosa dell’Ordoviciano non era limitata all’area delle moderne Montagne Taconiche. Invece, le antiche montagne si estendevano da Terranova nel Canada orientale fino all’Alabama.

Non solo le antiche Montagne Taconiane erano molto più lunghe delle moderne Montagne Taconiche, ma erano anche più alte. La vetta più alta della gamma Taconic oggi è alta solo circa 600 metri. Al contrario, le stime dei minerali metamorfici formati durante l’Orogenesi Taconiana suggeriscono che le vette della gamma Taconiana di età ordoviciana dovevano essere molto più alte. Le pressioni metamorfiche di picco di 1,5 GPa implicano qualcosa dell’ordine di 20 km di materiale crostale sovrastante. I Monti Taconiani, in altre parole, sarebbero stati una catena alpina. Nelle Alpi moderne, la vetta più alta è alta più di 4000 metri.

Quelle antiche montagne sono ormai scomparse, erose nel tempo geologico. Possiamo osservare le loro radici erose e possiamo osservare il sedimento che è risultato da quell’erosione, ma le montagne stesse come caratteristiche topografiche sono ormai lontane. Quella gamma antica merita il suo nome, e quel nome dovrebbe essere distinto dal nome applicato alla gamma moderna. Se la gamma moderna sono le Montagne Taconiche, allora le montagne ordoviciane hanno bisogno di un nome diverso: Taconian.

Riassumiamo con un rapido confronto e contrasto: I Monti Taconiani erano un’antica caratteristica paesaggistica, lunga migliaia di chilometri, con cime che probabilmente una volta superavano i 4000 m di altitudine, e ora sono completamente erosi. Le montagne Taconic sono un paesaggio moderno, lungo circa 20 chilometri, con un’altitudine massima di soli 400 m, e le montagne non sono ancora completamente erose.

Le Montagne Taconiche sono dove l’Orogenesi taconiana è stata descritta per la prima volta, ma non dobbiamo confondere la catena montuosa piddly moderna con il suo potente predecessore di età ordoviciana. Molto diversi in età, altezza, e l ” estensione, meritano nomi diversi.

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