Orogenese - Orogeny

Geologische Provinzen der Welt ( USGS )

Orogenese ist der primäre Mechanismus, durch den Berge auf Kontinenten gebildet werden. Eine Orogenese ist ein Ereignis, das an einem konvergenten Plattenrand stattfindet, wenn die Plattenbewegung den Rand komprimiert. Dies führt sowohl zu struktureller Deformation als auch zu einer kompositorischen Differenzierung der Lithosphäre der Erde ( Kruste und oberster Erdmantel ). Ein Orogens oder orogen entwickelt als komprimierte Platte zerknüllt und uplifted ein oder mehrere bilden Gebirge ; dies beinhaltet eine Reihe von geologischen Prozessen, die zusammen als Orogenese bezeichnet werden . Ein synorogener Prozess oder ein Ereignis tritt während einer Orogenese auf.

Das Wort "Orogenese" ( / ɒr ɔː ə n i / ) stammt aus Altgriechisch ( ὄρος , Óros , beleuchtet '' Berg '' + γένεσις , génesis , beleuchtet '' Schöpfung, die Herkunft ''). Obwohl er vor ihm verwendet wurde, wurde der Begriff 1890 von dem amerikanischen Geologen GK Gilbert verwendet , um den Prozess der Bergbildung im Unterschied zur Epiirogenie zu beschreiben .

Tektonik

Zwei Prozesse, die zur Bildung von Orogenen beitragen können. Oben: Delamination orogener Wurzeln in die Asthenosphäre ; Unten: Subduktion der lithosphärischen Platte in die Manteltiefen. Die beiden Prozesse führen zu unterschiedlich lokalisierten metamorphen Gesteinen (Blasen im Diagramm), die Hinweise darauf geben, welcher Prozess tatsächlich an konvergenten Plattenrändern ablief.
Subduktion einer ozeanischen Platte unter eine kontinentale Platte , um ein akkretionäres Orogen zu bilden. (Beispiel: die Anden )
Kontinentale Kollision zweier Kontinentalplatten zur Bildung eines Kollisionsorogens. Typischerweise wird kontinentale Kruste in lithosphärische Tiefen subduziert, damit Blauschiefer- bis Eklogit-Fazies-Metamorphosen entstehen, und dann entlang desselben Subduktionskanals exhumiert. (Beispiel: Himalaya )

Die Orogenese findet an den konvergenten Rändern der Kontinente statt. Die Konvergenz kann die Form einer Subduktion (bei der ein Kontinent mit Kraft über eine ozeanische Platte reitet , um eine nichtkollisionsfreie Orogenese zu bilden) oder eine kontinentale Kollision (Konvergenz von zwei oder mehr Kontinenten zu einer kollisionsfreien Orogenese) annehmen.

Orogenese produziert typischerweise orogene Gürtel oder Orogene , die langgestreckte Deformationsregionen sind, die an kontinentale Kratonen grenzen . Junge orogene Gürtel, in denen noch Subduktion stattfindet, sind durch häufige vulkanische Aktivität und Erdbeben gekennzeichnet . Ältere orogene Gürtel sind typischerweise tief erodiert , um verdrängte und deformierte Schichten freizulegen . Diese sind oft stark metamorphosiert und umfassen riesige Körper von intrusivem Eruptivgestein, die Batholithen genannt werden .

Subduktionszonen verbrauchen Kruste , verdicken die Lithosphäre und erzeugen Erdbeben und Vulkane. Nicht alle Subduktionszonen produzieren orogene Gürtel; Gebirgsbildung findet nur statt, wenn die Subduktion eine Kompression in der überlagernden Platte erzeugt. Ob die Subduktion eine Kompression erzeugt, hängt von Faktoren wie der Konvergenzrate der Platten und dem Grad der Kopplung zwischen den beiden Platten ab, während der Kopplungsgrad wiederum von Faktoren wie dem Subduktionswinkel und der Sedimentationsrate im zugehörigen ozeanischen Graben abhängen kann mit der Subduktionszone. Die Anden sind ein Beispiel für einen kollisionsfreien orogenen Gürtel, und solche Gürtel werden manchmal als Orogene vom Andentyp bezeichnet .

Mit fortschreitender Subduktion können sich Inselbögen , kontinentale Fragmente und ozeanisches Material allmählich am Kontinentalrand ansammeln. Dies ist einer der Hauptmechanismen, durch die Kontinente gewachsen sind. Ein Orogen, das aus Krustenfragmenten ( Terranen ) aufgebaut ist, die über einen langen Zeitraum ohne Anzeichen einer größeren Kontinent-Kontinent-Kollision akkretiert wurden , wird als akkretionäres Orogen bezeichnet. Die nordamerikanischen Kordilleren und das Lachlan Orogen im Südosten Australiens sind Beispiele für akkretionäre Orogene.

Die Orogenese kann mit kontinentaler Kruste von der gegenüberliegenden Seite der subduzierten ozeanischen Platte gipfeln, die in der Subduktionszone ankommt. Dies beendet die Subduktion und wandelt das Akkretionsorogen in ein Kollisionsorogen vom Himalaya- Typ um. Die kollisionsbedingte Orogenese kann extrem hohe Berge hervorbringen, wie es im Himalaya seit 65 Millionen Jahren der Fall ist .

Die Prozesse der Orogenese können Millionen von Jahren dauern und Berge aus einst sedimentären Becken bilden . Die Aktivität entlang eines orogenen Gürtels kann extrem langlebig sein. Zum Beispiel gehört ein Großteil des Grundgebirges , das den Vereinigten Staaten zugrunde liegt, zu den transkontinentalen proterozoischen Provinzen, die im Laufe von 200 Millionen Jahren im Paläoproterozoikum zu Laurentia (dem alten Herzen Nordamerikas) gewachsen sind . Die Orogenien von Yavapai und Mazatzal waren während dieser Zeit Höhepunkte der orogenen Aktivität. Diese waren Teil einer längeren Periode orogener Aktivität, die die Picuris-Orogenese einschloss und in der Grenville-Orogenese gipfelte , die mindestens 600 Millionen Jahre dauerte. Eine ähnliche Abfolge von Orogenesen hat an der Westküste Nordamerikas stattgefunden, beginnend im späten Devon (vor etwa 380 Millionen Jahren) mit der Geweih-Orogenese und weiter mit der Sonoma-Orogenese und der Sevier-Orogenese und gipfelt in der Laramide-Orogenese . Allein die Orogenese von Laramide dauerte 40 Millionen Jahre, von 75 Millionen bis 35 Millionen Jahren.

Orogene

Das Vorlandbeckensystem

Orogene weisen eine große Bandbreite an Eigenschaften auf, aber sie können grob in Kollisionsorogene und nichtkollisionale Orogene (Orogene vom Andentyp) unterteilt werden. Kollisionsorogene können weiter unterteilt werden, ob die Kollision mit einem zweiten Kontinent oder einem kontinentalen Fragment oder Inselbogen erfolgt. Wiederholte Kollisionen des späteren Typs ohne Anzeichen einer Kollision mit einem großen Kontinent oder der Schließung eines Ozeanbeckens führen zu einem akkretionären Orogen. Beispiele für Orogene, die aus der Kollision eines Inselbogens mit einem Kontinent entstehen, sind Taiwan und die Kollision Australiens mit dem Banda- Bogen. Orogene, die aus Kontinent-Kontinent-Kollisionen resultieren, können in solche mit Ozeanschließung (Orogene vom Himalaja-Typ) und solche mit Streifkollisionen ohne Ozeanbeckenschließung (wie sie heute in den Südalpen Neuseelands stattfinden) unterteilt werden.

Orogene haben eine charakteristische Struktur, die jedoch erhebliche Variationen aufweist. Vor dem Orogen bildet sich vor allem aufgrund der Belastung und der daraus resultierenden Biegung der Lithosphäre durch den sich entwickelnden Gebirgsgürtel ein Vorlandbecken . Ein typisches Vorlandbecken gliedert sich in ein Wedge-Top-Becken über dem aktiven orogenen Keil, die Vortiefe unmittelbar hinter der aktiven Front, eine Vorwölbungshöhe mit Biegeursprung und einen Hinterwölbungsbereich dahinter, die jedoch nicht alle in allen Vorlandgebieten vorhanden sind - Beckensysteme. Das Becken wandert mit der orogenen Front und früh abgelagerte Sedimente des Vorlandbeckens werden zunehmend an Faltungen und Überschiebungen beteiligt. Die im Vorlandbecken abgelagerten Sedimente stammen hauptsächlich aus der Erosion der sich aktiv erhebenden Gesteine ​​des Gebirges, obwohl einige Sedimente aus dem Vorland stammen. Die Auffüllung vieler solcher Becken zeigt einen zeitlichen Wandel von tiefwassermarinen ( Flysch- Stil) über Flachwasser zu kontinentalen ( Molasse- Stil) Sedimenten.

Während aktive Orogene an den Rändern der heutigen Kontinente zu finden sind, werden ältere inaktive Orogenese, wie die Algoman , Penokean und Antler , durch deformierte und metamorphisierte Gesteine ​​mit Sedimentbecken weiter im Landesinneren repräsentiert.

Orogener Zyklus

Lange bevor die Plattentektonik akzeptiert wurde , hatten Geologen in vielen Orogenen Beweise für wiederholte Zyklen von Ablagerungen, Deformationen, Krustenverdickungen und Gebirgsbildungen sowie Krustenausdünnungen gefunden, um neue Ablagerungsbecken zu bilden. Diese wurden als orogene Zyklen bezeichnet und verschiedene Theorien wurden vorgeschlagen, um sie zu erklären. Der kanadische Geologe Tuzo Wilson legte zuerst eine plattentektonische Interpretation orogener Zyklen vor, die heute als Wilson-Zyklen bekannt sind. Wilson schlug vor, dass orogene Zyklen das periodische Öffnen und Schließen eines Ozeanbeckens darstellen, wobei jede Phase des Prozesses ihre charakteristischen Aufzeichnungen auf den Gesteinen des Orogens hinterlässt.

Kontinentales Rifting

Der Wilson-Zyklus beginnt, wenn die zuvor stabile kontinentale Kruste durch eine Verschiebung der Mantelkonvektion unter Spannung gerät. Es findet ein kontinentales Rifting statt, das die Kruste verdünnt und Becken schafft, in denen sich Sedimente ansammeln. Wenn die Becken tiefer werden, dringt der Ozean in die Riftzone ein, und da die kontinentale Kruste vollständig auseinanderbricht, weicht die flache Meeressedimentation einer tiefen Meeressedimentation auf der verdünnten Randkruste der beiden Kontinente.

Ausbreitung des Meeresbodens

Als die beiden Kontinente auseinanderbrachen, begann die Ausbreitung des Meeresbodens entlang der Achse eines neuen Ozeanbeckens. Entlang der ausgedünnten Kontinentalränder, die jetzt passive Ränder sind, sammeln sich weiterhin tiefe Meeressedimente an .

Subduktion

Irgendwann wird die Subduktion entlang eines oder beider Kontinentalränder des Ozeanbeckens eingeleitet, wodurch ein Vulkanbogen und möglicherweise ein Anden-ähnliches Orogen entlang dieses Kontinentalrands erzeugt werden. Dies führt zu einer Verformung der Kontinentalränder und möglicherweise zu einer Krustenverdickung und Bergbildung.

Berggebäude

Ein Beispiel für eine dünnhäutige Deformation ( Schubverwerfung ) der Sevier-Orogenie in Montana . Beachten Sie den weißen Madison Limestone, der wiederholt wird, mit einem Beispiel im Vordergrund (das mit der Entfernung herausgedrückt wird) und einem anderen in der oberen rechten Ecke und oben im Bild.

Die Gebirgsbildung in Orogenen ist hauptsächlich auf die Verdickung der Kruste zurückzuführen. Die durch die Plattenkonvergenz erzeugten Druckkräfte führen zu einer durchdringenden Verformung der Kruste des Kontinentalrandes ( Schubtektonik ). Dies geschieht in Form von Faltungen der duktilen tieferen Kruste und Schubverwerfungen in der oberen brüchigen Kruste.

Die Verdickung der Krusten lässt Berge durch das Prinzip der Isostasie ansteigen . Isostacy ist das Gleichgewicht der nach unten gerichteten Gravitationskraft auf eine aufsteigende Bergkette (bestehend aus leichtem, kontinentalem Krustenmaterial ) und den Auftriebskräften, die durch den dichten darunterliegenden Mantel ausgeübt werden .

Teile von Orogenen können auch als Folge einer Delamination der orogenen Lithosphäre einen Auftrieb erfahren , bei dem ein instabiler Teil der kalten Lithosphärenwurzel in den Asthenosphärenmantel tropft, die Dichte der Lithosphäre verringert und einen schwimmfähigen Auftrieb verursacht. Ein Beispiel ist die Sierra Nevada in Kalifornien. Diese Reihe von Bruchblockbergen erfuhr nach einer Delamination der orogenen Wurzel darunter eine erneute Hebung und reichlichen Magmatismus.

Mount Rundle auf dem Trans-Canada Highway zwischen Banff und Canmore ist ein klassisches Beispiel für einen Bergschnitt in einfallendes Gestein. Vor Millionen von Jahren verursachte eine Kollision eine Orogenese, die dazu führte, dass horizontale Schichten einer alten Ozeankruste in einem Winkel von 50-60° nach oben geschoben wurden. Das hinterließ Rundle mit einer geschwungenen, von Bäumen gesäumten, glatten Wand und einer scharfen, steilen Wand, an der die Kanten der emporgehobenen Schichten freigelegt sind.

Obwohl die Gebirgsbildung hauptsächlich in Orogenen stattfindet, können eine Reihe von sekundären Mechanismen erhebliche Gebirgszüge erzeugen. Bereiche, die auseinander reißen, wie die mittelozeanischen Rücken und der Ostafrikanische Riss , haben Berge aufgrund des thermischen Auftriebs, der mit dem heißen Mantel darunter verbunden ist; dieser thermische Auftrieb wird als dynamische Topographie bezeichnet . In Strike-Slip- Orogenen, wie der San-Andreas-Verwerfung , führen einschränkende Biegungen zu Regionen mit lokalisierter Krustenverkürzung und Bergbildung ohne eine plattenrandweite Orogenese. Hotspot- Vulkanismus führt zur Bildung von isolierten Bergen und Gebirgsketten, die aussehen, als ob sie nicht unbedingt auf den heutigen tektonischen Plattengrenzen liegen, aber im Wesentlichen das Produkt des Plattentektonismus sind. Ebenso können Hebung und Erosion im Zusammenhang mit der Epirogenese (großräumige vertikale Bewegungen von Teilen von Kontinenten ohne viel damit verbundene Faltung, Metamorphose oder Deformation) lokale topografische Höhen erzeugen.

Schließung des Meeresbeckens

Schließlich kommt die Ausbreitung des Meeresbodens im Meeresbecken zum Stillstand, und die fortgesetzte Subduktion beginnt, das Meeresbecken zu schließen.

Kontinentale Kollision und Orogenese

Die Schließung des Ozeanbeckens endet mit einer kontinentalen Kollision und dem damit verbundenen Orogen vom Himalaya-Typ.

Erosion

Erosion stellt die letzte Phase des orogenen Zyklus dar. Die Erosion darüber liegender Gesteinsschichten in orogenen Gürteln und die isostatische Anpassung an die Entfernung dieser darüber liegenden Gesteinsmasse können tief vergrabene Schichten an die Oberfläche bringen. Die Erosions - Prozess wird als unroofing . Die Erosion entfernt unweigerlich einen Großteil der Berge und legt den Kern oder die Bergwurzeln ( metamorphes Gestein , das aus mehreren Kilometern Tiefe an die Oberfläche gebracht wird) frei. Isostatische Bewegungen können eine solche Entdachung unterstützen, indem sie den Auftrieb des sich entwickelnden Orogens ausgleichen. Wissenschaftler diskutieren darüber, inwieweit Erosion die Muster der tektonischen Deformation verändert (siehe Erosion und Tektonik ). Somit ist die endgültige Form der meisten alten orogenen Gürtel ein langer bogenförmiger Streifen kristalliner metamorpher Gesteine, der sich sequentiell unter jüngeren Sedimenten befindet, die auf sie geschoben werden und vom orogenen Kern wegfallen.

Ein Orogen kann fast vollständig erodiert sein und ist nur durch das Studium von (alten) Gesteinen erkennbar, die Spuren von Orogenese aufweisen. Orogene sind normalerweise lange, dünne, bogenförmige Gesteinsabschnitte, die eine ausgeprägte lineare Struktur haben, die zu Terranen oder Blöcken aus deformiertem Gestein führt, die im Allgemeinen durch Nahtzonen oder eintauchende Überschiebungsstörungen getrennt sind . Diese Überschiebungsstörungen tragen relativ dünne Gesteinsscheiben (die als Decken oder Überschiebungsplatten bezeichnet werden und sich von tektonischen Platten unterscheiden ) vom Kern des sich verkürzenden Orogens zu den Rändern hin und sind eng mit Falten und der Entwicklung von Metamorphose verbunden .

Geschichte des Konzepts

Vor der Entwicklung der geologischen Konzepte im 19. Jahrhundert, das Vorhandensein von Meeresfossilien in den Bergen wurde erklärt Christian Kontexten als Folge der biblischen Sintflut . Dies war eine Erweiterung des neuplatonischen Denkens, das frühchristliche Schriftsteller beeinflusste .

Das aus dem 13. Jahrhundert Dominikaner Gelehrte Albert der Große gesetzt , dass, wie Erosion auftreten bekannt war, muss es einen Prozess sein , wobei neue Berge und andere Landformen wurden oben gestoßen, sonst würde es schließlich kein Land sein; er schlug vor, dass sich Meeresfossilien in Berghängen einst am Meeresboden befunden haben müssen. Orogenie wurde von Amanz Gressly (1840) und Jules Thurmann (1854) als orogen im Sinne der Entstehung von Berghöhen verwendet, da der Begriff Bergbau noch zur Beschreibung der Prozesse verwendet wurde. Elie de Beaumont (1852) verwendete die evokative Theorie der "Kiefer eines Schraubstocks", um die Orogenese zu erklären, beschäftigte sich jedoch mehr mit der Höhe als mit den impliziten Strukturen, die von orogenen Gürteln erzeugt und darin enthalten sind. Seine Theorie ging im Wesentlichen davon aus, dass Berge durch das Zusammendrücken bestimmter Felsen entstanden sind. Eduard Suess (1875) erkannte die Bedeutung der horizontalen Bewegung von Gesteinen. Das Konzept einer Vorläufer- Geosyncline oder anfänglichen Abwärtswölbung der festen Erde (Hall, 1859) veranlasste James Dwight Dana (1873), das Konzept der Kompression in die Theorien rund um den Gebirgsbau aufzunehmen. Im Nachhinein können wir Danas Vermutung, dass diese Kontraktion auf die Abkühlung der Erde (auch bekannt als die Theorie der kühlenden Erde ) zurückzuführen ist, widerlegen. Die Theorie der kühlenden Erde war bis in die 1960er Jahre das Hauptparadigma für die meisten Geologen. Es wurde im Zusammenhang mit der Orogenese von Befürwortern von vertikalen Bewegungen in der Kruste oder Konvektion innerhalb der Asthenosphäre oder des Mantels heftig bestritten .

Gustav Steinmann (1906) erkannte verschiedene Klassen von orogenen Gürteln, einschließlich des alpinen orogenen Gürtels , der durch eine Flysch- und Molassegeometrie zu den Sedimenten charakterisiert ist ; Ophiolith- Sequenzen, tholeiitische Basalte und eine deckenartige Faltenstruktur.

In Bezug auf der Anerkennung Orogenese als Ereignis , Leopold von Buch (1855) erkannte , dass Orogenese in der Zeit platziert werden konnte zwischen dem jüngsten verformte Rock und dem ältesten unverformten Rock, ein Prinzip , das auch heute noch, wenn auch im Einsatz von Belichtungsreihen häufig von sucht Geochronologie mittels radiometrischer Datierung.

Basierend auf verfügbaren Beobachtungen der metamorphen Unterschiede in orogenen Gürteln in Europa und Nordamerika schlug HJ Zwart (1967) drei Arten von Orogenen in Bezug auf tektonische Umgebung und Stil vor: Cordillerotyp, Alpinotyp und Hercynotyp. Sein Vorschlag wurde 1979 von WS Pitcher hinsichtlich der Beziehung zu Granitvorkommen überarbeitet . Cawoodet al. (2009) kategorisierten orogene Gürtel in drei Typen: Akkretionäre, Kollisions- und Intrakratonische Gürtel. Beachten Sie, dass sich an konvergierenden Plattenrändern sowohl Akkretions- als auch Kollisionsorogene entwickelten. Im Gegensatz dazu zeigen Hercynotyp-Orogene im Allgemeinen ähnliche Merkmale wie intrakratonische, intrakontinentale, extensionale und ultraheiße Orogene, die sich alle in kontinentalen Ablösungssystemen an konvergierten Plattenrändern entwickelt haben.

  1. Akkretionäre Orogene, die durch Subduktion einer ozeanischen Platte unter eine kontinentale Platte für Bogenvulkanismus erzeugt wurden. Sie werden von kalkalkalischen Eruptivgesteinen und metamorphen Faziesreihen mit hohem T/niedrigem P bei hohen Temperaturgradienten von >30 °C/km dominiert. Es besteht ein genereller Mangel an Ophiolithen, Migmatiten und abgründigen Sedimenten. Typische Beispiele sind alle zirkumpazifischen Orogene, die kontinentale Bögen enthalten.
  2. Kollisionsorogene, die durch Subduktion eines Kontinentalblocks unter den anderen Kontinentalblock ohne Bogenvulkanismus erzeugt wurden. Sie werden durch das Vorkommen von Blauschiefer- bis Eklogit-fazies-metamorphen Zonen charakterisiert, was auf eine Metamorphose mit hohem P/niedrigem T bei niedrigen thermischen Gradienten von <10 °C/km hinweist. Orogene Peridotite sind vorhanden, aber volumetrisch gering, und syn-kollisionale Granite und Migmatite sind ebenfalls selten oder nur in geringem Ausmaß vorhanden. Typische Beispiele sind die Alpen-Himalaya-Orogene am Südrand des eurasischen Kontinents und die Dabie-Sulu-Orogene in Ost-Zentralchina.

Siehe auch

  • Biogeographie  – Studium der Verbreitung von Arten und Ökosystemen im geografischen Raum und durch die geologische Zeit
  • Verwerfungsmechanik  – Studienrichtung, die das Verhalten geologischer Verwerfungen untersucht
  • Faltengebirge  - Berge von Druck Knittern der Gesteinsschichten gebildet
  • Guyot  – Isolierter, flacher Unterwasservulkanberg
  • Liste der Orogenien  – Bekannte Gebirgsbildungsereignisse der Erdgeschichte
  • Mantelkonvektion  – Die langsame Bewegung des festen Erdmantels, die durch Konvektionsströme verursacht wird, die Wärme aus dem Inneren des Planeten an seine Oberfläche transportieren
  • Tektonische Hebung  – Der Anteil der gesamten geologischen Hebung der mittleren Erdoberfläche, der nicht auf eine isostatische Reaktion auf die Entladung zurückzuführen ist
  • Epirogene Bewegung  – Erschütterungen oder Vertiefungen von Land mit langen Wellenlängen und geringer Faltung

Verweise

Zusätzliche Lektüre

Externe Links