i slutet av ordoviciska perioden av geologisk tid drog subduktion en vulkanisk öbåge och förfädernas Nordamerika (Laurentia) tillsammans. Resultatet var ett omfattande bergsbälte som producerade en stor mängd eroderade sediment. Både de resulterande sedimentära bergarterna och de metamorfa och magmatiska bergarterna som bildades vid bergbältets rötter används idag av geovetenskapsmän för att undersöka detta avsnitt av bergbyggnad, känd som Taconian (”Taconic”*) Orogeny.

jorden som den framträdde i den sena ordoviciska perioden av geologisk tid. Hitta förfädernas Nordamerika (”Laurentia”) och notera bergsbältet längs dess södra kant. Detta är Taconian Mountain Belt. Denna dynamiska visualisering skapades av Ian Webster med hjälp av tektoniska och paleogeografiska kartor av C. R. Scoteses PALEOMAP-projekt och är inbäddad här med tillstånd. Ta tag i det och snurra runt! Zooma in och Ut! Utforska!

tektoniskt sammanhang

fotografi som visar en grovkornig, mestadels ljus metaplutonisk sten, med en stark vertikal foliering. En fjärdedel (mynt) ger en känsla av skala.
Port Deposit Tonalite av Cecil County, Maryland, är en klassisk Taconian rock. Den har en magmatisk kristalliseringsålder på 515 Ma (U/Pb i zirkon) och en metamorf ålder av 490-480 Ma (Rb/Sr i biotit). Det bildades offshore, i en magmakammare under en av vulkanerna i Taconian volcanic island arc, och metamorfoserades när den bågen kolliderade med förfädernas Nordamerika under Taconian Orogeny.

orsaken till Taconian Orogeny var en kollision mellan två tektoniska plattor: den förfädernas nordamerikanska plattans kontinentala framkant och en annan platta med oceanisk affinitet, nu avliden. Den oceaniska plattan var en av plattorna som golvade Iapetushavet, och när den rörde sig mot den förfäderliga nordamerikanska plattan, den oceaniska litosfären som var en del av den nordamerikanska plattan subducerad, ner och under den övergripande plattan av oceanisk litosfär. Detta resulterade i en vulkanisk öbåge, ute i mitten av Iapetushavet.

en del av orogenins sammanhang är därför på den förfäderliga nordamerikanska kontinenten, och en del är ute i vulkanöbågen. Stenar som bildades i den öbågen färdades mot förfädernas Nordamerika och ökade till kontinenten under orogeni. Isotopåldrar återspeglar denna tvådelade historia: en initial kristallisering från magma i bågen, och en senare metamorf ålder från orogeni. Port Deposit Tonalite, en metamorfoserad granitoid, ger ett bra exempel. Före Taconian Orogeny var det ännu inte metamorfoserat: bara en granitoid, under en vulkan, som rörde sig med några cm per år, närmare och närmare den Laurentianska kontinentala sluttningen.

tecknad film som visar situationen före Taconian Orogeny, med subduktion av oceanisk litosfär på framkanten av den förfädernas nordamerikanska plattan under en övergripande oceanisk platta. Den resulterande vulkaniska öbågen drar allt närmare, med en accretionary kil som bildas vid diket där subduktion börjar. Nordamerikas marginal visar ännu horisontella sedimentära lager (inklusive grundvatten karbonater) som har bildats i ett epeiriskt hav.
den tektoniska situationen som skulle leda till Taconian Orogeny: subduktion av den oceaniska marginalen av förfädernas nordamerikanska plattan resulterade i en vulkanisk ö båge som drog allt närmare, bygga upp en accretionary kil av Iapetan havsbotten och djuphavssediment.
fotografi som visar ooider, små sfärer av kalcit, i en kalksten. En fjärdedel (mynt) ger en känsla av skala. Ooiderna är sandstora.
Ooider från den pre-Taconian kambriska åldern Conococheague Formation, Shenandoah County, Virginia.

före orogeni var kanten av förfädernas Nordamerika en passiv marginalinställning: det var kanten på kontinenten, men inte kanten på plattan. Genom kambrium och långt in i Ordovicien fanns det ingen tektonisk aktivitet någonstans i närheten, och det hade inte varit så länge. Nedsänkt under en epeiric havet, det var platsen för kalksten och dolostone nedfall i en Bahama-liknande karbonat Bank inställning. Primära sedimentära strukturer som ooider och stromatoliter vittnar om Grunt vattendjup. Andelen klastisk detritus som lera och silt var ganska låg. Det finns rikliga fossila kalkstenar från denna tid fulla av brachiopoder, bryzoaner och andra vanliga Paleozoic filtermatare, vilket indikerar rent vatten: brist på överskott avrinning och sedimentering.

men inte för länge…

fick jag det?

starta frågesport

fråga

ditt svar:

rätt svar:

Bergens rötter

eftersom den Taconiska bergskedjan själv är långt borta, kan vi betrakta orogeni från två olika perspektiv: (1) den av de eroderade rötterna i bergen och (2) den av sedimentära bassänger ”intill”, som fick sloughed-off sediment eroderat från bergen.

låt oss först undersöka Bergens rötter, som finns i Piemonte geologic province of Virginia, Maryland, Washington, D. C. New York, samt diverse provinser i New England tktktktk. Klipporna i fråga är de krossade, kokta resterna av Iapetushavet och Taconian volcanic island arc.

fotografi som visar en graderad säng i lätt metamorfoserade meta-turbiditer. Vissa kvartsvener är också närvarande. En fickkniv ger en känsla av skala: den graderade sängen är cirka 20 cm tjock.
Relict graderad säng i Mather Gorge Formation metagraywacke, nära Potomac, Maryland.

klipporna i Piemonte har metamorfoserats i olika grad, från greenschist facies hela vägen upp till partiell smältning. Deras protoliter sträcker sig från basalt och gabbro (oceanisk skorpa) till mudstone, graywackeoch kalksten (oceaniska sediment), liksom vulkaniska bergarter av vulkanisk ö båge (både påträngande och extrusiv, både mafic och felsic). I vissa fall hade den efterföljande metamorfa omkristalliseringen en tillräckligt lätt beröring att primära strukturer fortfarande bevaras, både vulkaniska och sedimentära. Graderade sängar i meta-graywacke av Mather Gorge Formation är ett trevligt exempel på en primär sedimentär struktur som talar specifikt om oceaniska processer. Dessa graderade sängar bildade från djup ubåtsavsättning av klastiskt sediment av grumlighetsströmmar i Iapetushavet.

 fotografi av en ~1m med 2m outcrop av migmatite, som visar wispy blobs av rosa granit mitt i en utsträckt mörk matris. En fjärdedel (mynt) fungerar som en känsla av skala.
Migmatit exponeras i Chesapeake & Ohio Canal National Historical Park, nära Potomac, Maryland.

vi kan uppskatta tidpunkten för Taconian Orogeny genom att titta på metamorfa åldrar för dessa stenar (K/Ar, Ar/Ar och Rb/Sr-metoder), liksom kristalliseringsåldrar för migmatiterna som produceras genom partiell smältning (U/Pb). I båda fallen är svaret tillbaka ~460 Ma, en sen Ordovicisk ålder. Piemonte är också hem för många plutoner av felsisk magmatisk sten som Occoquan granit, Georgetown påträngande Svit och Kensington Tonalite, och alla ger också isotopåldrar i intervallet 474 till 450 Ma.

utforska denna gigapixel panorama av ett urval av migmatit från Orange County, Virginia, och söka efter fickor av spräcklig granit. Dessa ”leucosomes” representerar den tidigare smälta delen av denna sten, som annars är en skiffer. Liknande partiell smältning sker idag under aktiva moderna bergsbälten som Himalaya.

fotografi som visar 6 vikta lager: 3 skifferlager (tidigare lera) och 3 metagraywacke-lager (tidigare metagraywacke). de är alla böjda i en stor "V" - formad vik. Ett öre (mynt) ger en känsla av skala.
vikta metamorfoserade turbiditer: alternerande skiffer & metagraywacke-lager (tidigare skiffer & graywacke) viks av Taconian mountain-building. Häll i Chesapeake & Ohio Canal National Historical Park, nära Potomac, Maryland.

Deformation var en annan viktig signatur för bergsbyggnad i Piemonte-regionen. Primära strukturer förvrängdes av veck och stördes av fel när Taconian volcanic island arc dockade med förfädernas Nordamerika, komprimera Iapetan sediment fångade däremellan.

i New England, Iapetus havsbotten stenar inklusive både oceanisk litosfär och överliggande djupvatten sedimentära avlagringar flyttade uppåt på kontinentala stenar och västerut för nära 5o km avstånd. Ett stort tryckfel tillät denna relativa rörelse. Idag kallas spåret av detta fel” Camerons linje”, efter geologen som först beskrev det. Isolerade klippen av overthrust rocks förblir i den eponymous regionen Taconic Mountains, men spåret av felet går också genom New England och även genom centrala New York City.

fick jag det?

starta frågesport

fråga

ditt svar:

rätt svar:

den sedimentära signaturen

när berg höjs eroderar de. Erosionen av bergen producerar klastiskt sediment, och mycket av det. Även om detta inte ackumuleras på plats (dvs. kan angränsande sedimentära bassänger vara tillräckligt låglänta att de kan ta emot och bevara detta sediment genom geologisk tid. Långt innan geologer förstod det termiska eller tektoniska ursprunget till metamorfa bergarter och graniter, orogenier var kända från deras klastiska sedimentära signatur. Grus, sand och lera växer inte bara magiskt till existens, trots allt – de kräver en källa. En stor mängd clastic sediment som dyker upp i en stratigrafisk sekvens innebär att det måste ha varit en hel del närliggande bergig sten som ska eroderas.

det resulterande klastiska sedimentet (mina elever gillar att kalla det ”fjällmjäll”) finns i två väsentliga sorter: ett djupt Marint turbiditpaket som Alpina geologer kallar ”flysch” och ett terrestriskt rödbäddspaket kallat ”molasse.”Även om dessa Europeiska termer är lite av modet i det moderna Amerika, sammanfattar de mycket snyggt den sedimentära signaturen av den Taconiska Orogeni. Vi hittar både Taconian flysch och Taconian molasse i den stratigrafiska sekvensen av sedimentära bergarter i dalen & Ridge province.

Taconian Flysch

ett fotografi som visar en sekvens av 5 rockenheter, blir mörkare färgad genom tiden. Den äldsta till vänster är en ren ljusgrå. Den yngsta, till höger, är mörkgrå.
under den sena Ordoviciens gång gav ljusa grunda kalkstenar plats för alltmer mörka djupvattenkalkstenar och skiffer.

Pre-orogeny kalkstenarna blir smutsigare och smutsigare när ordoviciens slut närmar sig. Deras ökade lera-och siltinnehåll ses som den första indikationen på det klastiska angreppet som kommer, som en doft av rök före en skogsbrand. Över tid, gå upp genom den stratigrafiska sekvensen, dessa passiva marginal karbonater ge vika för limy skiffer och sedan clastic skiffer utan kalcit, och slutligen till graywacke turbiditer interbedded med skiffer. Tolkningen för detta” smutsiga uppåt ” mönster är den ökande närheten och framträdande av Taconian bergskedjan, kasta mer och mer sediment ju större det växte. Denna flysch i den marina sedimentära posten av Taconian mountain-building (och erosion).

ett tecknad tvärsnitt som visar fördjupningen av det sedimentära bassängen intill det unga Taconiska bergsbältet, när kanten av förfädernas Nordamerika böjer sig nedåt. Turbiditetsströmmar strömmar in i detta fördjupade bassäng.
fördjupningen av sedimentära bassängen intill young Taconian mountain belt uppnåddes när kanten på förfädernas nordamerikanska kontinent böjdes nedåt. Turbiditetsströmmar strömmade in i detta fördjupade bassäng och deponerade skiffer och graywacke: den Taconian ” flysch.”

rekordet av dessa grumlighetsströmmar är en serie graderade sängar i graywacke, åtskilda av skifferlager. Dessa Bouma-sekvenser är distinkta djuphavssedimentära sekvenser som talar om ubåtskred efter ubåtskred, som levererar enorma mängder sand och lera i havsdjupet:

här är ett handprov av sten som visar en Bouma-sekvens:

övergången från pre-Taconian grunt vatten karbonater till under-the-Taconian deepwater turbidites antyder att vattnet blev djupare. Det kan ha varit en roll för crustal flexure här: där den tektoniska belastningen av Taconian arc och dess accretionary kil på kanten av förfäders Nordamerika orsakade skorpan att sag nedåt under denna extra vikt, fördjupa sedimentära bassängen intill.

i dalens Mittatlantiska region & Ridge-provinsen är den stora geologiska enheten som visar full flysch Martinsburg-formationen. Fossiler i Martinsburg-formationen tillåter oss att begränsa tidpunkten för bergsbyggnaden från både biostratigrafiska och paleoekologiska synvinklar. Som Ordovician kalksten plattform sediment blir smutsigare och mer lera rik, grunt vatten filtermatare ersätts med arter som är bättre lämpade för lerigare och djupare förhållanden. Här är två exempel som visar djupare vatten faunor, en visar graptolites och en visar brachiopoder, krinoider, och en nautiloid; båda visas som gigapixel panorama:

fotografi som visar en häll av bentonit (märkt) mellan kalkstenskikt. Bentoniten är gulbrun i färg och mycket smulig. Det har urholkats bort snabbare än lagren ovanför och under det, vilket gör en försänkt ihålig i hällen. Skikten lutas alla måttligt till höger. En geolog tittar på outcrop, och ger en känsla av skala.
sent ordoviciskt bentonitskikt mellan kalkstenskikt i dalen & Ridge province of northern Virginia.

lager av aska bevaras också, förmodligen kommer till den närmande vulkanöbågen. Dessa askskikt väder idag till en gulaktig, smuligt lermaterial som kallas bentonit, men de inkluderar zirkoner som kan dateras, och det hjälper till att begränsa åldern på sedimentära skikt över och under bentoniterna. Två utbredda bentonitbäddar, som heter Deicke bentonit (457 Ma) och Millbrig bentonit (454 Ma), finns i en stor del av Appalachia och Mellanvästern. De kan korreleras hela vägen från södra Minnesota och Texas till Alabama och Georgien till upstate New York.

Taconian Molasse

när flysch-bassängen fylldes upp sträckte floder som dränerade Taconian mountain belt ut över flysch och nådde västerut mot Tippecanoe epeiric sea. När de flödade transporterade de sediment. Sedimentet byggs upp i flodkanaler och flodslätt insättningar. I Mid-Atlantic-regionen förekommer dessa främst i Juniata-formationen.

tecknad tvärsnitt som visar utvecklingen av Queenston Clastic Wedge väster om Taconian mountain belt. Molassen är tjockaste och grovaste nära bergsbältet i öster och tunnar och böter i väster.
Queenston Clastic Wedge deponerades väster om Taconian mountain belt. Molassen är tjockaste och grovaste nära bergsbältet i öster och tunnar och böter i väster.

här är en Google Maps Street View av en sådan exponering:

notera sandsten fyllda kanalkanten peta upp från gräset på höger sida av skärmen, som en halv smiley. Det finns ett halvt dussin röda sandsten / skifferlager till vänster. Lite längre kvar kan du se bara röd skiffer (ingen sandsten). Detta är en liten ögonblicksbild av förhållandet mellan en flod och dess flodslätt. Floden är kanalen sandsten med smiley-ansiktsform, och den röda skiffer representerar sin flodslätt. Övergångszonen med de många små sandsten/skifferkopplingarna tolkas som splayavlagringar, platser där floden flödade över sina banker i en översvämning och spillde över sin egen naturliga bäck.

Juniata-formationen är en del av en mer massiv bågformad deponering av markbundna avlagringar, kallad Queenston Clastic Wedge. Vissa geologer dubbar det ”Queenston Delta”, men det är förmodligen inte bokstavligen korrekt. Det var förmodligen mer som en alluvial slätt som matades av många floder som dränerade Taconian mountain belt. I Kartvy har den en stor fläktliknande form, men i tvärsnitt är namnet ”kil” mer meningsfullt: det är tjockaste (och grovaste) i öst och tunnar sedan systematiskt i väster och klämmer ut till en fjäderkant i Michigan.

Queenston Clastic Wedge anses vara ungefär hälften av sedimentet som kastades från Taconian Mountains (med den andra hälften som gått öster om bergsbältet, in i Iapetus). Om detta är korrekt kan en uppskattning av bergets volym göras: 600 000 kubik km sten. Eftersom vi känner till bredden på det metamorfa bältet (Bergens ”rötter”, som beskrivs i föregående avsnitt), gör det möjligt att konvertera vår volymuppskattning till en tolkning av höjden. Som med uppskattningarna från metamorfa tryck, föreslår denna beräkning Taconian toppar i storleksordningen 4000 m höga.

efter att Taconian Mountains hade slitits ner, i Silurian, återvände förhållandena till passiv marginalsedimentering, och ett nytt lager av karbonat fastställdes i Silurian och in i Devonian. Detta var en tillfällig fördröjning från aktiva marginalförhållanden, som skulle återupptas med Acadian Orogeny i mitten till sen Devonian.

fick jag det?

starta frågesport

fråga

ditt svar:

rätt svar:

för en detaljerad titt på sedimenten kasta av Taconian mountain belt, se Massanutten Synclinorium VFE.

slutsats

flera bevislinjer pekar på ökningen av en vulkanisk öbåge med (vad som är idag) östra förfädernas Nordamerika under den sena ordoviciska perioden av geologisk tid (cirka 460 Ma i Mid-Atlantic region). Denna tektoniska kollision, kallad Taconian Orogeny, resulterade i ett omfattande metamorfiskt bälte som markerade rötterna till en bergskedja tusentals km lång. När de slits av erosion, kasta dessa gamla berg stora mängder sediment, som ackumulerades i närliggande låglänta bassänger (både Marina och markbundna).

* Vad finns i ett namn?

Taconian Orogeny kallas också ”Taconic Orogeny” av tillräckligt med geologer att det förmodligen är värt att utforska de olika namnen här. Författarna till denna text tror att” Taconian ”är den bättre termen, och att” Taconic ” är vilseledande. Låt oss kort förklara varför …

Taconic Mountains är en liten, modern bergskedja i upstate New York ligger öster om Albany, på gränsen till Massachusetts, nära det sydvästra hörnet av Vermont:

grundläggande arbete med att förstå Ordovician mountain-building slutfördes först i dessa (moderna) berg, och därmed gav de lokala landmärkena namnet på den orogena episoden. Men — och detta är den viktigaste punkten-hela bergskedjan från Ordovician var inte begränsad till området för de moderna Taconic Mountains. Istället sträckte sig de gamla bergen från Newfoundland i östra Kanada hela vägen ner till Alabama.

inte bara var de gamla Taconian Mountains mycket längre som en räckvidd än de moderna Taconic Mountains, de var också högre. Den högsta toppen av Taconic Range idag är bara cirka 600 meter lång. I kontrast, uppskattningar från metamorfa mineraler som bildas under Taconian Orogeni tyder på att topparna i ordoviciska åldern Taconian Range måste ha varit mycket högre. Toppmetamorfa tryck på 1,5 GPa innebär något i storleksordningen 20 km överliggande skorpmaterial. De Taconiska bergen, med andra ord, skulle ha varit ett alpint intervall. I de moderna Alperna är den högsta toppen mer än 4000 meter lång.

de gamla bergen är borta nu, eroderade bort över geologisk tid. Vi kan observera deras eroderade rötter, och vi kan observera sedimentet som härrörde från den erosionen, men bergen själva som topografiska egenskaper är långt borta. Det gamla sortimentet förtjänar sitt eget namn, och det namnet bör skilja sig från det namn som tillämpas på det moderna sortimentet. Om det moderna sortimentet är Taconic Mountains, behöver Ordovician mountains ett annat namn: Taconian.

låt oss sammanfatta med en snabb jämförelse och kontrast: Taconian Mountains var en gammal landskapsfunktion, tusentals kilometer lång, med toppar som sannolikt en gång översteg 4000 m höjd och är nu helt eroderade bort. Taconic mountains är en modern landskapsfunktion, cirka 20 kilometer lång, med maximal höjd på bara 400 m, och bergen är ännu inte helt eroderade bort.

Taconic Mountains är där Taconian Orogeny först beskrevs, men vi bör inte förväxla den piddly moderna bergskedjan med sin mäktiga ordoviciska åldrade föregångare. Väldigt olika i ålder, höjd, och omfattning, de förtjänar olika namn.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.