Ausdehnung der Grenville-Orogenese
Ausdehnung (orangefarbene Bereiche) der Grenville-Orogenese, nach Tollo et al. (2004) und Darabi (2004)

Die Grenville-Orogenese war ein lang andauerndes mesoproterozoisches Gebirgsbildungsereignis, das mit der Entstehung des Superkontinents Rodinia in Zusammenhang stand . Ihr Überbleibsel ist ein markanter Gebirgsgürtel , der sich über einen bedeutenden Teil des nordamerikanischen Kontinents erstreckt, von Labrador bis Mexiko sowie bis nach Schottland .

Die Grenville-Orogenese aus dem mittleren bis späten Mesoproterozoikum ( ca. 1250–980 Ma ) findet sich weltweit, jedoch werden im Allgemeinen nur Ereignisse, die am südlichen und östlichen Rand Laurentias stattfanden, unter dem Namen „Grenville“ geführt. [ 1 ] Diese orogenen Ereignisse sind auch als Kibaran-Orogenese in Afrika, Dalslandian-Orogenese in Westeuropa und Sunsás-Orogenese in Brasilien bekannt .

Zeitrahmen

Die zeitliche Einordnung der Grenville- Orogenese ist umstritten. Die von Toby Rivers im Jahr 2002 entworfene Zeitskala basiert auf der gut erhaltenen Grenville-Provinz und stellt eine der detailliertesten Aufzeichnungen dieser Orogenese dar. [ 2 ] Diese Klassifizierung betrachtet die klassische Grenville-Orogenese als zwei separate orogene Zyklen: Die Rigolet-, Ottawan- und Shawingian-Orogenese bilden den Grenville-Zyklus, während die Elzevirian-Orogenese einen eigenen Zyklus darstellt. Aufgrund der großen Ausdehnung des von den Grenville-Ereignissen betroffenen Gebiets gibt es innerhalb des Orogengürtels gewisse zeitliche Unterschiede . [ 1 ]

Zeitleiste der Grenville-Orogenese
Zeitleiste der Grenville-Orogenese, nach Rivers (2002)

Die Altersangaben basieren auf der magmatischen Aktivität der einzelnen Zyklen der Orogenese. Die Lücken in den Altersangaben der Kompressionszyklen sowie die Isotopenanalyse von Hornblende , Biotit und Kalifeldspat deuten darauf hin, dass eine Dehnung stattfand, als die Kompression kurzzeitig nachließ. [ 3 ] [ 4 ]

Rivers untersucht in seiner 2008 veröffentlichten Arbeit die zeitliche Abfolge der verschiedenen Phasen der Orogenese und rekonstruiert den Zeitablauf anhand der räumlichen und zeitlichen Metamorphose der vorhandenen Gesteine. Laut dieser neueren Version des Zeitablaufs, die eine Kombination aus Rivers (1997) und Gower und Krogh (2002) darstellt, findet die Elzevirian-Orogenese von 1240 bis 1220 Ma statt, die Shawinigan-Orogenese von 1190 bis 1140 Ma und gehört nicht mehr zum Grenville-Zyklus. Die Ottawan- (1090–1020 Ma) und Rigolet-Orogenese (1010–980 Ma) bilden Phasen, die der Grenville-Orogenese zugeordnet werden. [ 5 ]

Allgemeine Tektonik

Die Rekonstruktion der Ereignisse der Orogenese ist noch nicht abgeschlossen, doch die allgemein anerkannte Ansicht ist, dass die östlichen und südlichen Ränder Laurentias bis zum Beginn der Kontinentalkollision aktive konvergente Plattenränder waren . Diese Art der Subduktion (B-Typ) führt in modernen Subduktionszonen tendenziell zur Bildung magmatischer Inselbögen am oder nahe dem Rand der überfahrenden Platte. Hinweise auf gleichaltrige (ca. 1300–1200 Ma) Inselbögen finden sich im gesamten Grenville-Orogen. Die Anden Südamerikas gelten als modernes Analogon. [ 1 ] Zwischen ca. 1190 und 980 Ma (der genaue Zeitpunkt variiert je nach Region) kollidierten zwei separate Kontinentalblöcke mit Laurentia. Beide Kollisionsereignisse werden als analog zu der Kollision angesehen, die das heutige Wachstum des Himalaya- Gebirges antreibt. [ 1 ] [ 6 ] Eine Zeitlang wurde angenommen, dass einer der Blöcke der Kontinent Amazonien war, doch paläomagnetische Untersuchungen haben inzwischen bewiesen, dass dies nicht der Fall ist. [ 7 ]

Diese Phasen der Überschiebung und Metamorphose verliefen nicht kontinuierlich, sondern wurden von vergleichsweise ruhigen Perioden unterbrochen, in denen AMCG- Plutone ( Anorthosit / Mangerit / Charnockit / Granit ) in das Nebengestein intrudierten . [ 1 ] Die Subduktionspolarität (welche Platte überschob welche) variiert je nach Region und Zeit. Einige Inselbogenreste wurden am Laurentischen Kontinentalrand intrudiert, andere wurden während der Orogenese akkretiert. [ 8 ] [ 9 ] Die zeitliche Einordnung dieser Ereignisse wird durch im Gelände beobachtete Überlagerungsbeziehungen sowie durch SHRIMP- ( Sensitive High-Resolution Ion Microprobe ) und TIMS- Uran-Blei-Datierungen ( Thermoionisations-Massenspektrometrie ) eingeschränkt . [ 10 ]

Die erste Phase tektonischer Aktivität war die Akkretion eines Inselbogens im Verlauf der Elzevirischen Orogenese. [ 7 ] Vor der Akkretion des Inselbogens fand die Subduktion einer kontinentalen und vermutlich einer ozeanischen Platte statt. Der Zug der abtauchenden Platte und Fernfeldkräfte wie der Rückenschub trugen dazu bei, den Abstand zwischen Inselbogen und Kontinent zu verringern. Abhängig vom Subduktionswinkel deformierte sich bereits die kontinentale Kruste und verdickte die Lithosphäre . Um 1,19 Milliarden Jahre schloss sich das Elzevir-Backarc-Becken. [ 3 ]

Zwischen 1,18 und 1,14 Ga fand in dem Gebiet eine Dehnung statt. [ 3 ] Diese wurde möglicherweise durch lithosphärische Abkühlung, auch bekannt als thermische Subsidenz, oder durch die Reaktivierung alter Dehnungsbrüche infolge kompressiver Aktivität verursacht. Die Dehnung ist durch die Isotopenalter der zuvor erwähnten Gesteine ​​belegt. Zusätzlich bildeten sich Sedimentbecken, was darauf hindeutet, dass der Kontinentalrand ausreichend ruhig war, um die Ablagerung von Sedimenten zu ermöglichen. In einigen Gebieten fanden jedoch zwischen 1,16 und 1,13 Ga, also zeitgleich mit der Dehnung, weiterhin Überschiebungen und die Platzierung von Terranen statt. [ 3 ]

Einem Modell zufolge erfolgte von 1,12 bis 1,09 Ga eine westwärts gerichtete Überschiebung, gefolgt von einer Dehnung, die bis 1,05 Ga die primäre tektonische Aktivität darstellte. [ 3 ] Zu diesem Zeitpunkt wurde das zentrale Granulit-Terran exhumiert und es kam zu geringfügigem Magmatismus. [ 7 ] Die Ursache für den Wechsel von Kompression zu Dehnung ist unbekannt, könnte aber auf gravitativen Kollaps, Manteldelamination, die Bildung eines Mantelplumes unter einem Superkontinent , Veränderungen der Fernfeldkräfte auf die Spannungsverteilung oder eine Kombination von Faktoren zurückzuführen sein, die der Dynamik unseres Planeten geschuldet sind. [ 7 ] Die zyklische Kompressions- und Dehnungsgeschichte dieses Gebiets ähnelt dem Wilson-Zyklus . In diesem Teil der Erde würde der Wilson-Zyklus das Becken des Iapetus-Ozeans formen .

Allgemeine Lithologie

Das Grenville-Orogen ist heute durch nach Nordwesten gerichtete Faltengürtel und Hochdruckmetamorphosegebiete sowie den charakteristischen Magmatismus der AMCG-Suite gekennzeichnet. Die Metamorphose erfolgt überwiegend in Amphibolit- und Granulitfazies , d. h . bei mittleren bis hohen Temperaturen und Drücken. Eklogitisierte Metagabbros ( ultramafische Hochdruckmetamorphite ) finden sich stellenweise und repräsentieren wahrscheinlich Bereiche mit der größten Versenkung und/oder der intensivsten Kollision. [ 11 ] Im gesamten Orogen werden diese Hochdruckmetamorphosegesteine ​​von intrusiven Plutonen der AMCG-Suite durchschnitten, die im Allgemeinen als syn- oder posttektonisch interpretiert werden. Der AMCG-Plutonismus ist im Allgemeinen mit aufsteigendem Asthenosphärenmaterial unter verdünnter Lithosphäre verbunden . [ 1 ] [ 12 ] Dies basiert auf der Theorie, dass der AMCG-Plutonismus durch die Ansammlung von Olivin- Tholeiit -Basalt an der Basis der kontinentalen Kruste während tektonischer Dehnung verursacht wird. [ 3 ] Die Lithosphäre kann entweder konvektiv oder durch Delamination ausgedünnt werden , wobei der untere Teil der Lithosphäre abgelöst wird. Beide Modelle wurden für die Grenville-Orogenese vorgeschlagen. [ 3 ]

Die Grenville-Orogenese lässt sich anhand ihrer Struktur, Lithologie und Thermochronologie in drei Abschnitte unterteilen. Diese drei Abschnitte – Gneisgürtel, Metasedimentgürtel und Granulit-Terran – sind jeweils durch Scherzonen voneinander getrennt. [ 4 ] [ 7 ] Der Gneisgürtel besteht aus felsischen Gneisen und Amphiboliten, die in der oberen Amphibolit- bis Granulitfazies metamorphosiert wurden. Die Überschiebung in diesem Abschnitt verlief flach, hätte aber im Laufe der Zeit an Winkel zunehmen und zu einer Rotation führen können. Die Scherung in diesem Gebiet wird als duktile Scherung bezeichnet, was bedeutet, dass das Material zwar abkühlte und erstarrte, sich aber weiterhin viskos oder plastisch verhielt. Das Alter dieses Gürtels wird auf etwa 1,8 bis 1,18 Ga geschätzt. Regionale Metamorphose wird für etwa 1,4 Ga angenommen, metamorphe Überschiebungen für etwa 1,16 bis 1,12 Ga. [ 4 ] [ 7 ]

Der Metasedimentgürtel besteht überwiegend aus Sediment- und Vulkaniten, die eine Metamorphose von Grünschiefer- bis Granulitfazies durchlaufen haben. Zu den Untereinheiten dieses Gürtels gehören die Bancroft-, Elzevir-, Sharbot-Lake- und Frontenac-Domänen sowie das Adirondack-Tiefland. In diesem Gürtel fand je nach Lage zwischen 1,42 und 1,04 Ga Magmatismus statt. Wie beim Gneisgürtel wird angenommen, dass die Metamorphose um 1,16 Ga stattfand. [ 4 ] [ 7 ] Das Granulit-Terran besteht aus meta-magmatischen Gneisen, darunter Anorthositmassive. Anorthosite bilden sich in Plutonen und bestehen hauptsächlich aus Plagioklas. Die Gesteine ​​der Grenville-Provinz in Kanada gehören zu dieser Kategorie. Der älteste bekannte Magmatismus in diesem Gebiet datiert auf etwa 1,32 Ga. Die Metamorphose in Granulitfazies begann vor etwa 1,15 Milliarden Jahren und dauerte nach ihrem Beginn etwa 150 Millionen Jahre an; die Kontinuität der Metamorphose lässt sich jedoch nicht bestimmen. [ 4 ] [ 7 ]

Regionale Unterschiede

Um die Gebirgsbildung zu verstehen, ist es wichtig, die lokale von der großräumigen tektonischen Geschichte des Orogens zu unterscheiden. Zu diesem Zweck wird das Grenville-Orogen im Allgemeinen in vier Bereiche unterteilt: den südlichen Ausläufer in Texas und Mexiko, die Appalachen , die Adirondacks und die Grenville-Provinz . Ein Teil des Orogens befindet sich in Schottland, doch aufgrund der geografischen Nähe Schottlands zur Grenville-Provinz vor der Öffnung des Iapetus-Ozeans weisen beide eine weitgehend identische Geschichte auf. [ 1 ] [ 13 ]

Texas und Mexiko

Texas und Mexiko bilden den südlichen Rand Laurentias und kollidierten wahrscheinlich mit einem anderen Kontinent als dem, der an der östlichen Kollision beteiligt war. [ 6 ] Die Zapotekanische Orogenese in Mexiko ist zeitgleich mit den späteren Phasen der Grenville-Orogenese, und beide werden im Allgemeinen als ein und dasselbe Ereignis betrachtet. [ 14 ] Mesoproterozoische magmatische Ausgangsgesteine ​​(die während der Orogenese in Granulitfazies metamorphosiert wurden) lassen sich in Mexiko in zwei Altersgruppen einteilen: ca. 1235–1115 Ma und ca. 1035–1010 Ma. Gesteine ​​der ersteren Gruppe weisen geochemische Signaturen auf, die auf eine Herkunft aus einem Inselbogen und einem Backarc-Becken hindeuten . Die letztere Gruppe repräsentiert AMCG-Magmatismus. Diese AMCG-Gesteine ​​stellen innerhalb der Grenville-Orogenese eine gewisse Anomalie dar; es ist kein orogenes Ereignis bekannt, das ihrer Platznahme unmittelbar vorausging. [ 14 ]

Es wird angenommen, dass das Subduktionsregime unter dem Laurentischen Kontinentalrand (derzeit in Texas, nördlich des angegliederten mexikanischen Terrans ) um etwa 1230 Ma endete und dass sich die Subduktionspolarität umkehrte, um den kollidierenden Kontinent nach Norden zu bewegen, da die Llano-Aufwölbung , die die Geschichte des Grenville-Gebiets in Texas dokumentiert, nach diesem Zeitpunkt keine Hinweise auf Inselbogenmagmatismus aufweist. [ 9 ]

Appalachen

Die Appalachen enthalten kleine, isolierte Aufschlüsse des Grenville-Orogens. Der größte davon, der Long Range Inlier, umfasst die Long Range Mountains in Neufundland. Weitere Aufschlüsse finden sich in den Massiven Shenandoah und French Broad , die die Blue-Ridge -Provinz in Virginia bilden. Die Gesteine ​​der Blue Ridge-Provinz bestehen aus verschiedenen Gneisen der oberen Amphibolit- und Granulitfazies, die von Charnockit und Granitoiden intrudiert wurden . Diese magmatischen Gesteine ​​intrudierten in drei Intervallen: ca. 1160–1140 Ma, ca. 1112 Ma und ca. 1080–1050 Ma. Sie weisen ein massiges bis schwach geschiefertes Gefüge auf. [ 1 ]

Adirondacks

Diese Region besteht aus einem massiven Dom aus proterozoischem Gestein an der Grenze zwischen New York und Kanada. Sowohl die orogene Phase des Elzeviriums (ca. 1250–1190 Ma) als auch die des Ottawan (ca. 1080–1020 Ma) sind in den Adirondacks nachweisbar und führten zur Bildung hochgradig metamorpher Gesteine. Eine nordwestlich verlaufende Scherzone mit hoher Deformation teilt den Dom in das südöstlich gelegene Hochland und das nordwestlich gelegene Tiefland. Es wird angenommen [ 7 ] [ 15 ] , dass die Scherzone (die Carthage-Colton-Scherzone) während des Ottawan eine transpressive Plattengrenze darstellte, als das Hochland über das Tiefland geschoben wurde. [ 1 ]

Provinz Grenville

Die Grenville-Provinz ist nach Grenville in Québec benannt und bildet den jüngsten Teil des Kanadischen Schildes . Da das Gebiet seit der Orogenese keine regionale Metamorphose erfahren hat, gilt es als ideales Untersuchungsgebiet für die Tektonik der Grenville- und der vorgrenville-Zeit. Daher stammt der Großteil unseres Wissens über die Orogenese und ihre Prozesse aus der Grenville-Provinz. [ 1 ] Die Laurentinischen Berge gehören ebenfalls zu dieser Provinz.

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ abcdefghijTollo, Richard P.; Louise Corriveau; James McLelland; Mervin J. Bartholomew (2004). "Proterozoic tectonic evolution of the Grenville orogen in North America: An introduction". In Tollo, Richard P.; Corriveau, Louise; McLelland, James; et al. (eds.). Proterozoic tectonic evolution of the Grenville orogen in North America. Geological Society of America Memoir. Vol. 197. Boulder, CO. pp. 1–18. ISBN 978-0-8137-1197-3.{{cite book}}CS1 Wartung: Standort des fehlenden Herausgebers ( Link )
  2. ^Rivers, T.; et al. (2002). "The High Pressure belt in the Grenville Province: Architecture, timing, and exhumation". Canadian Journal of Earth Sciences. 39 (5): 867–893. Bibcode:2002CaJES..39..867R. doi:10.1139/e02-025.
  3. ^ abcdefgCorrigan, D.; Hanmer, S. (1997). "Anorthosites and related granitoids in the Grenville orogen: A product of convective thinning of the lithosphere?". Geology. 25 (1): 61–64. Bibcode:1997Geo....25...61C. doi:10.1130/0091-7613(1997)025<0061:AARGIT>2.3.CO;2.
  4. ^ abcdeDeWolf, C.; Mezger, K. (1994). "Lead isotope analysis of leached feldspars: Constraints on the early crustal history of the Grenville Orogen"(PDF). Geochimica et Cosmochimica Acta. 58 (24): 5537–5550. Bibcode:1994GeCoA..58.5537D. doi:10.1016/0016-7037(94)90248-8. hdl:2027.42/31183.
  5. ^Rivers, T.; et al. (2008). "Assembly and Preservation of lower, mid, and upper orogenic crust in the Grenville Province-Implications for the evolution of large hot long-duration orogens". Precambrian Research. 167 (3–4): 237–259. Bibcode:2008PreR..167..237R. doi:10.1016/j.precamres.2008.08.005.
  6. Mosher , Sharon ; April M. Hoh; Jostin A. Zumbro; Joseph F. Reese (2004). „ Tektonische Entwicklung des östlichen Llano-Hochlands, Zentraltexas: Ein Zeugnis der Grenville-Orogenese entlang des südlichen Laurentischen Randes“. In: Tollo, Richard P.; Corriveau, Louise; McLelland, James; et al. (Hrsg.). Proterozoische tektonische Entwicklung des Grenville-Orogens in Nordamerika . Geological Society of America Memoir. Band 197. Boulder, CO. S.  783–798 . ISBN 978-0-8137-1197-3Die{{cite book}}CS1 Wartung: Standort des fehlenden Herausgebers ( Link )
  7. Margaret M. Streepey; Carolina Lithgow -Bertelloni ; Ben A. van der Pluijm; Eric J. Essene ; Jerry F. Magloughlin (2004). „ Exhumierung eines Kollisionsorogens : eine Perspektive aus der nordamerikanischen Grenville-Provinz“. In: Tollo, Richard P.; Corriveau, Louise; McLelland, James; et al. (Hrsg.). Proterozoische tektonische Entwicklung des Grenville-Orogens in Nordamerika (PDF) . Geological Society of America Memoir. Band 197. Boulder, CO. S.  391–410 . ISBN 978-0-8137-1197-3Archiviert vom Original (PDF) am 23.06.2016 . Abgerufen am 30.04.2011 .{{cite book}}CS1 Wartung: Standort des fehlenden Herausgebers ( Link )
  8. ^ Corriveau, Louise (1990). „Proterozoische Subduktion und Terran-Amalgamation in der südwestlichen Grenville-Provinz, Kanada: Belege vom ultrapotassischen bis zum shoshonitischen Plutonismus“. Geology . 14 (7): 614–617 . Bibcode : 1990Geo....18..614C . doi : 10.1130/0091-7613(1990)018<0614:PSATAI>2.3.CO;2 .
  9. Mosher , S. et al. (2008). „ Mesoproterozoische Plattentektonik: Ein Kollisionsmodell für den Grenville-zeitlichen Orogengürtel im Llano-Hochgebiet, Zentraltexas“. Geology . 36 (1): 55–58 . Bibcode : 2008Geo....36...55M . doi : 10.1130 / G24049A.1 .
  10. ^ Tollo, Richard P.; John N. Aleinikoff; Elizabeth A. Borduas; Paul C. Hackley; C. Mark Fanning (2004). „Petrologische und geochronologische Entwicklung des Grenville-Orogens, nördliche Blue-Ridge-Provinz, Virginia“. In: Tollo, Richard P.; Corriveau, Louise; McLelland, James; et al. (Hrsg.). Proterozoische tektonische Entwicklung des Grenville-Orogens in Nordamerika . Geological Society of America Memoir. Band 197. Boulder, CO. S.  647–677 . ISBN 978-0-8137-1197-3Die{{cite book}}CS1 Wartung: Standort des fehlenden Herausgebers ( Link )
  11. ^ Indares, Aphrodite; Rivers, Toby (Februar 1995). „Texturen, metamorphe Reaktionen und Thermobarometrie von eklogitisierten Metagabbros: ein proterozoisches Beispiel“. European Journal of Mineralogy . 7 (1): 43–56 . Bibcode : 1995EJMin...7...43I . doi : 10.1127/ejm/7/1/0043 . ISSN 0935-1221 . 
  12. ^ Emslie, RF (1978). „Anorthositmassive, Rapakivi-Granite und das spätproterozoische Rifting Nordamerikas“. Precambrian Research . 7 (1): 61–98 . Bibcode : 1978PreR....7...61E . doi : 10.1016/0301-9268(78)90005-0 .
  13. ^ Darabi, MH; Piper, JDA (2004). „Paläomagnetismus der (spätes Mesoproterozoikum) Stoer-Gruppe, Nordwestschottland: Implikationen für Diagenese, Alter und Beziehung zur Grenville-Orogenese“. Geological Magazine . 141 (1): 15–39 . Bibcode : 2004GeoM..141...15D . doi : 10.1017/S0016756803008148 . S2CID 140614712 . 
  14. Cameron , Kenneth L.; Robert Lopez; Fernando Ortega-Gutiérrez; Luigi A. Solari; J. Duncan Keppie; Carlos Schulze (2004). „U-Pb-Geochronologie und Pb - Isotopenzusammensetzung ausgelaugter Feldspäte: Einschränkungen für die Entstehung und Entwicklung der Grenville-Gesteine ​​aus Ost- und Südmexiko“. In: Tollo, Richard P.; Corriveau, Louise; McLelland, James; et al. (Hrsg.). Proterozoische tektonische Entwicklung des Grenville-Orogens in Nordamerika . Geological Society of America Memoir. Band 197. Boulder, CO. S.  755–769 . ISBN 978-0-8137-1197-3Die{{cite book}}CS1 Wartung: Standort des fehlenden Herausgebers ( Link )
  15. Johnson , Eric L.; Eric T. Goergen; Benjamin L. Fruchey (2004). Tollo, Richard P.; Corriveau, Louise; McLelland, James; et al. (Hrsg.). „Rechtslaterale schräge Gleitbewegungen, gefolgt von einem post-Ottawan (1050–1020 Ma) orogenen Kollaps entlang der Carthage-Colton-Scherzone: Daten aus dem Metagabbrokörper Dana Hill, Adirondack Mountains, New York“. Proterozoische tektonische Entwicklung des Grenville-Orogens in Nordamerika . Geological Society of America Memoir. 197. Boulder, CO: 357–378 . doi : 10.1130/0-8137-1197-5.357 . ISBN 978-0-8137-1197-3Die