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Orogénesis

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Mapa de las últimas orogenias que afectaron a las provincias geológicas de la Tierra.

La orogénesis ( / ɒ ˈ r ɒ dʒ ə n i / ) es un proceso de formación de montañas que tiene lugar en el margen de una placa convergente cuando el movimiento de las placas comprime dicho margen. Un cinturón orogénico u orógeno se desarrolla a medida que la placa comprimida se pliega y se eleva para formar una o más cadenas montañosas . Esto implica una serie de procesos geológicos denominados colectivamente orogénesis . Estos incluyen tanto la deformación estructural de la corteza continental existente como la creación de nueva corteza continental a través del vulcanismo . El magma que asciende en el orógeno transporta material menos denso hacia arriba, dejando atrás material más denso, lo que resulta en la diferenciación composicional de la litosfera terrestre ( corteza y manto superior ). [ 1 ] [ 2 ] Un proceso o evento sinorogénico (o sincinemático ) es aquel que ocurre durante una orogénesis. [ 3 ]

La palabra orogenia proviene del griego antiguo ὄρος ( óros ) ' montaña ' y γένεσις ( génesis ) ' creación, origen ' . [ 4 ] Aunque se usaba antes que él, el geólogo estadounidense G. K. Gilbert empleó el término en 1890 para referirse al proceso de formación de montañas, a diferencia de la epirogenia . [ 5 ]  

Tectónica

Subducción de una placa oceánica bajo una placa continental para formar un orógeno de acreción (ejemplo: los Andes ).
Colisión continental de dos placas continentales para formar un orógeno colisional. Típicamente, la corteza continental se subduce hasta profundidades litosféricas para sufrir metamorfismo de facies de esquistos azules a eclogitas , y luego se exhuma a lo largo del mismo canal de subducción. (Ejemplo: el Himalaya )

La orogénesis tiene lugar en los márgenes convergentes de los continentes. La convergencia puede adoptar la forma de subducción (donde un continente se desliza con fuerza sobre una placa oceánica para formar un orógeno no colisional) o colisión continental (convergencia de dos o más continentes para formar un orógeno colisional). [ 6 ] [ 7 ]

La orogénesis suele producir cinturones orogénicos u orógenos , que son regiones alargadas de deformación que bordean los cratones continentales (el interior estable de los continentes). Los cinturones orogénicos jóvenes, en los que aún se produce la subducción, se caracterizan por una frecuente actividad volcánica y terremotos . Los cinturones orogénicos más antiguos suelen estar profundamente erosionados , dejando al descubierto estratos desplazados y deformados . Estos suelen estar altamente metamorfizados e incluyen vastos cuerpos de roca ígnea intrusiva llamados batolitos . [ 8 ]

Las zonas de subducción consumen corteza oceánica , engrosan la litosfera y producen terremotos y volcanes. No todas las zonas de subducción producen cinturones orogénicos; la formación de montañas solo ocurre cuando la subducción produce compresión en la placa superior. Que la subducción produzca compresión depende de factores como la velocidad de convergencia de las placas y el grado de acoplamiento entre ellas, [ 9 ] mientras que el grado de acoplamiento, a su vez, puede depender de factores como el ángulo de subducción y la tasa de sedimentación en la fosa oceánica asociada a la zona de subducción. La Cordillera de los Andes es un ejemplo de cinturón orogénico no colisional, y estos cinturones a veces se denominan orógenos de tipo andino . [ 10 ]

A medida que continúa la subducción, los arcos de islas , los fragmentos continentales y el material oceánico pueden acumularse gradualmente en el margen continental. Este es uno de los principales mecanismos por los que han crecido los continentes. Un orógeno formado por fragmentos de corteza ( terrenos ) acumulados durante un largo período de tiempo, sin indicios de una colisión importante entre continentes, se denomina orógeno de acreción. La Cordillera Norteamericana y el Orógeno de Lachlan, en el sureste de Australia, son ejemplos de orógenos de acreción. [ 11 ]

La orogenia puede culminar con la llegada de corteza continental del lado opuesto de la placa oceánica subducida a la zona de subducción. Esto pone fin a la subducción y transforma la orogenia de acreción en una orogenia colisional de tipo himalayo . [ 12 ] La orogenia colisional puede producir montañas extremadamente altas, como ha ocurrido en el Himalaya durante los últimos 65 millones de años. [ 13 ]

Los procesos de orogénesis pueden durar decenas de millones de años y construir montañas a partir de lo que alguna vez fueron cuencas sedimentarias . [ 8 ] La actividad a lo largo de un cinturón orogénico puede ser extremadamente duradera. Por ejemplo, gran parte del basamento subyacente a los Estados Unidos pertenece a las Provincias Proterozoicas Transcontinentales, que se acrecionaron a Laurentia (el antiguo corazón de América del Norte) a lo largo de 200 millones de años en el Paleoproterozoico . [ 14 ] Las orogenias de Yavapai y Mazatzal fueron picos de actividad orogénica durante este tiempo. Estas fueron parte de un período extendido de actividad orogénica que incluyó la orogenia de Picuris y culminó en la orogenia de Grenville , que duró al menos 600 millones de años. [ 15 ] Una secuencia similar de orogenias tuvo lugar en la costa oeste de Norteamérica, comenzando a finales del Devónico (hace unos 380 millones de años) con la orogenia Antler y continuando con la orogenia Sonoma y la orogenia Sevier y culminando con la orogenia Laramide . La orogenia Laramide por sí sola duró 40 millones de años, desde hace 75 millones hasta hace 35 millones de años. [ 16 ]

orogenia intraplaca

Las tensiones transmitidas desde los límites de las placas también pueden provocar episodios de orogenia transpresiva intracontinental . Ejemplos en Australia incluyen la orogenia de Petermann del Neoproterozoico (630–520 Ma), [ 17 ] [ 18 ] y la orogenia de Sprigg ( Mioceno – presente). [ 19 ] [ 20 ]

orógenos

El sistema de cuencas de antepaís

Los orógenos muestran una gran variedad de características, [ 21 ] [ 22 ] pero pueden dividirse a grandes rasgos en orógenos colisionales y orógenos no colisionales (orógenos de tipo andino). Los orógenos colisionales pueden subdividirse según si la colisión se produce con un segundo continente, un fragmento continental o un arco de islas. Las colisiones repetidas de este último tipo, sin evidencia de colisión con un continente principal o cierre de una cuenca oceánica, dan como resultado un orógeno de acreción. Ejemplos de orógenos que surgen de la colisión de un arco de islas con un continente incluyen Taiwán y la colisión de Australia con el arco de Banda . [ 23 ] Los orógenos que surgen de colisiones continente-continente pueden dividirse en aquellos que implican el cierre de un océano (orógenos de tipo himalayo) y aquellos que implican colisiones tangenciales sin cierre de una cuenca oceánica (como está ocurriendo hoy en los Alpes del Sur de Nueva Zelanda). [ 7 ]

Los orógenos tienen una estructura característica, aunque esta muestra una variación considerable. [ 7 ] Se forma una cuenca de antepaís delante del orógeno debido principalmente a la carga y la flexión resultante de la litosfera por el cinturón montañoso en desarrollo. Una cuenca de antepaís típica se subdivide en una cuenca de cima de cuña sobre la cuña orogénica activa, la fosa de antepaís inmediatamente más allá del frente activo, un abultamiento de antepaís de origen flexural y un área de abultamiento posterior más allá, aunque no todas estas están presentes en todos los sistemas de cuencas de antepaís. [ 24 ] La cuenca migra con el frente orogénico y los sedimentos de la cuenca de antepaís depositados tempranamente se ven progresivamente involucrados en el plegamiento y el cabalgamiento. Los sedimentos depositados en la cuenca de antepaís derivan principalmente de la erosión de las rocas en elevación activa de la cadena montañosa, aunque algunos sedimentos derivan del antepaís. El relleno de muchas de estas cuencas muestra un cambio en el tiempo desde sedimentos marinos de aguas profundas ( estilo flysch ) a través de aguas someras hasta sedimentos continentales ( estilo molasa ). [ 25 ]

Si bien los orógenos activos se encuentran en los márgenes de los continentes actuales, los orógenos inactivos más antiguos, como el Algoman , [ 26 ] el Penokean [ 27 ] y el Antler , están representados por rocas deformadas y metamorfizadas con cuencas sedimentarias más hacia el interior. [ 28 ]

Ciclo orogénico

Mucho antes de la aceptación de la tectónica de placas , los geólogos habían encontrado evidencia en muchos orógenos de ciclos repetidos de sedimentación, deformación, engrosamiento cortical y orogénesis, y adelgazamiento cortical para formar nuevas cuencas sedimentarias. Estos se denominaron ciclos orogénicos , y se propusieron diversas teorías para explicarlos. El geólogo canadiense Tuzo Wilson fue el primero en proponer una interpretación tectónica de placas de los ciclos orogénicos, ahora conocidos como ciclos de Wilson. Wilson propuso que los ciclos orogénicos representaban la apertura y el cierre periódicos de una cuenca oceánica, y que cada etapa del proceso dejaba su registro característico en las rocas del orógeno. [ 29 ]

Fractura continental

El ciclo de Wilson comienza cuando la corteza continental, previamente estable, se ve sometida a tensión debido a un cambio en la convección del manto . Se produce una rifting continental que adelgaza la corteza y crea cuencas donde se acumulan sedimentos. A medida que las cuencas se profundizan, el océano invade la zona de rift, y cuando la corteza continental se separa por completo, la sedimentación marina somera da paso a la sedimentación marina profunda en la corteza marginal adelgazada de los dos continentes. [ 30 ] [ 29 ]

Expansión del fondo marino

A medida que los dos continentes se separan, comienza la expansión del fondo marino a lo largo del eje de una nueva cuenca oceánica. Los sedimentos marinos profundos continúan acumulándose a lo largo de los márgenes continentales adelgazados, que ahora son márgenes pasivos . [ 30 ] [ 29 ]

Subducción

En algún momento, se inicia la subducción a lo largo de uno o ambos márgenes continentales de la cuenca oceánica, produciendo un arco volcánico y posiblemente un orógeno de tipo andino a lo largo de dicho margen continental. Esto produce deformación de los márgenes continentales y posiblemente engrosamiento de la corteza y formación de montañas. [ 30 ] [ 29 ]

Formación de montañas

Un ejemplo de deformación superficial ( falla de cabalgamiento ) de la orogenia Sevier en Montana . La caliza blanca de Madison se repite, con un ejemplo en primer plano (que se estrecha con la distancia) y otro en la esquina superior derecha y en la parte superior de la imagen.
Las montañas de Sierra Nevada (resultado de la delaminación ) vistas desde la Estación Espacial Internacional.

La formación de montañas en orógenos es en gran medida resultado del engrosamiento de la corteza. Las fuerzas compresivas producidas por la convergencia de placas dan lugar a una deformación generalizada de la corteza del margen continental ( tectónica de cabalgamiento ). [ 31 ] Esto se manifiesta en forma de plegamiento de la corteza profunda dúctil y fallas de cabalgamiento en la corteza superior frágil. [ 32 ]

El engrosamiento de la corteza eleva las montañas mediante el principio de isostasia . [ 33 ] La isostasia es el equilibrio entre la fuerza gravitatoria descendente sobre una cadena montañosa ascendente (compuesta de material ligero de la corteza continental ) y las fuerzas de flotación ascendentes ejercidas por el manto subyacente denso . [ 34 ]

Porciones de orógenos también pueden experimentar elevación como resultado de la delaminación de la litosfera orogénica , en la cual una porción inestable de la raíz litosférica fría gotea hacia el manto astenosférico, disminuyendo la densidad de la litosfera y causando elevación por flotabilidad. [ 35 ] Un ejemplo es la Sierra Nevada en California. Esta cadena montañosa de bloques de falla [ 36 ] experimentó una elevación renovada y abundante magmatismo después de una delaminación de la raíz orogénica debajo de ellas. [ 35 ] [ 37 ]

Monte Rundle , Banff, Alberta

El monte Rundle, situado en la carretera Transcanadiense entre Banff y Canmore, ofrece un ejemplo clásico de una montaña tallada en rocas estratificadas inclinadas. Hace millones de años, una colisión provocó una orogenia, forzando a las capas horizontales de una antigua corteza oceánica a elevarse en un ángulo de 50 a 60°. Esto dejó a Rundle con una ladera amplia y arbolada, y otra ladera escarpada y abrupta donde se aprecian los bordes de las capas elevadas. [ 38 ]

Aunque la formación de montañas ocurre principalmente en orógenos, varios mecanismos secundarios son capaces de producir cadenas montañosas sustanciales. [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] Las áreas que se están separando, como las dorsales oceánicas y el Rift de África Oriental , tienen montañas debido a la flotabilidad térmica relacionada con el manto caliente debajo de ellas; esta flotabilidad térmica se conoce como topografía dinámica . En orógenos de deslizamiento horizontal , como la falla de San Andrés , las curvaturas restrictivas dan como resultado regiones de acortamiento cortical localizado y formación de montañas sin una orogenia que abarque todo el margen de la placa. El vulcanismo de puntos calientes da como resultado la formación de montañas y cadenas montañosas aisladas que parecen no estar necesariamente en los límites de placas tectónicas actuales, pero son esencialmente producto del tectonismo de placas. Asimismo, el levantamiento y la erosión relacionados con la epirogénesis (movimientos verticales a gran escala de porciones de continentes sin mucho plegamiento, metamorfismo o deformación asociados) [ 42 ] pueden crear elevaciones topográficas locales.

Cierre de la cuenca oceánica

Finalmente, la expansión del fondo marino en la cuenca oceánica se detiene y la subducción continua comienza a cerrar la cuenca oceánica. [ 30 ] [ 29 ]

Colisión continental y orogénesis

El cierre de la cuenca oceánica culmina con una colisión continental y la orogenia asociada de tipo himalayo.

Erosión

La erosión representa la fase final del ciclo orogénico. La erosión de los estratos suprayacentes en los cinturones orogénicos, y el ajuste isostático a la remoción de esta masa rocosa suprayacente, pueden traer estratos profundamente enterrados a la superficie. El proceso erosivo se llama descubierta . [ 43 ] La erosión inevitablemente elimina gran parte de las montañas, exponiendo el núcleo o las raíces de la montaña ( rocas metamórficas traídas a la superficie desde una profundidad de varios kilómetros). Los movimientos isostáticos pueden ayudar a dicha descubierta al equilibrar la flotabilidad del orógeno en evolución. Los investigadores debaten sobre hasta qué punto la erosión modifica los patrones de deformación tectónica (véase erosión y tectónica ). Así, la forma final de la mayoría de los cinturones orogénicos antiguos es una larga franja arqueada de rocas metamórficas cristalinas secuencialmente debajo de sedimentos más jóvenes que son empujados sobre ellos y que se inclinan alejándose del núcleo orogénico.

Un orógeno puede estar casi completamente erosionado y solo ser reconocible mediante el estudio de rocas (antiguas) que conservan vestigios de orogénesis. Los orógenos suelen ser extensiones de roca largas, delgadas y arqueadas con una marcada estructura lineal que da lugar a terrenos o bloques de rocas deformadas, generalmente separados por zonas de sutura o fallas de cabalgamiento inclinadas . Estas fallas de cabalgamiento transportan láminas relativamente delgadas de roca (denominadas mantos de corrimiento o láminas de cabalgamiento, que difieren de las placas tectónicas ) desde el núcleo del orógeno en acortamiento hacia los márgenes, y están íntimamente asociadas con pliegues y el desarrollo del metamorfismo . [ 44 ]

Historia del concepto

Antes del desarrollo de los conceptos geológicos durante el siglo XIX, la presencia de fósiles marinos en las montañas se explicaba en contextos cristianos como resultado del Diluvio bíblico . Esto era una extensión del pensamiento neoplatónico , que influyó en los primeros escritores cristianos . [ 45 ]

El erudito dominico del siglo XIII , Alberto el Grande, postuló que, dado que se sabía que ocurría la erosión, debía existir algún proceso mediante el cual se levantaran nuevas montañas y otras formas de tierra, o de lo contrario, eventualmente no habría tierra; sugirió que los fósiles marinos en las laderas de las montañas debieron haber estado alguna vez en el fondo del mar. [ 46 ] Amanz Gressly (1840) y Jules Thurmann (1854) utilizaron el término orogenia en términos de la creación de elevaciones de montaña, ya que el término construcción de montañas todavía se usaba para describir los procesos. [ 47 ] Elie de Beaumont (1852) utilizó la evocadora teoría de las "mandíbulas de un tornillo de banco" para explicar la orogenia, pero se preocupó más por la altura que por las estructuras implícitas creadas por y contenidas en los cinturones orogénicos. Su teoría esencialmente sostenía que las montañas se creaban por la compresión de ciertas rocas. [ 48 ] Eduard Suess (1875) reconoció la importancia del movimiento horizontal de las rocas. [ 49 ] El concepto de un geosinclinal precursor o deformación descendente inicial de la tierra sólida (Hall, 1859) [ 50 ] impulsó a James Dwight Dana (1873) a incluir el concepto de compresión en las teorías que rodean la formación de montañas. [ 51 ] En retrospectiva, podemos descartar la conjetura de Dana de que esta contracción se debió al enfriamiento de la Tierra (también conocida como la teoría de la Tierra en enfriamiento ). La teoría de la Tierra en enfriamiento fue el paradigma principal para la mayoría de los geólogos hasta la década de 1960. En el contexto de la orogenia, fue ferozmente cuestionada por los defensores de los movimientos verticales en la corteza, o la convección dentro de la astenosfera o el manto . [ 52 ]

Gustav Steinmann (1906) reconoció diferentes clases de cinturones orogénicos, incluido el cinturón orogénico de tipo alpino , caracterizado por una geometría de flysch y molasa en los sedimentos; secuencias de ofiolitas , basaltos toleíticos y una estructura de pliegues de estilo manto .

En cuanto al reconocimiento de la orogenia como un evento , Leopold von Buch (1855) reconoció que las orogenias podían ubicarse en el tiempo delimitando el período entre la roca deformada más joven y la roca no deformada más antigua, un principio que todavía se utiliza hoy en día, aunque comúnmente se investiga mediante geocronología utilizando datación radiométrica. [ 53 ]

Basándose en las observaciones disponibles de las diferencias metamórficas en los cinturones orogénicos de Europa y América del Norte, HJ Zwart (1967) [ 54 ] propuso tres tipos de orógenos en relación con el entorno tectónico y el estilo: Cordillerotipo, Alpinotipo y Hercinotipo. Su propuesta fue revisada por WS Pitcher en 1979 [ 55 ] en términos de la relación con los yacimientos de granito. Cawood et al. (2009) [ 56 ] categorizaron los cinturones orogénicos en tres tipos: acrecional, colisional e intracratónico. Tanto los orógenos acrecionales como los colisionales se desarrollaron en márgenes de placas convergentes. En contraste, los orógenos de tipo Hercinotipo generalmente muestran características similares a los orógenos intracratónicos, intracontinentales, extensionales y ultracalientes, todos los cuales se desarrollaron en sistemas de desprendimiento continental en márgenes de placas convergentes.

  1. Los orógenos de acreción se formaron por la subducción de una placa oceánica bajo una placa continental, dando lugar a vulcanismo de arco. Predominan las rocas ígneas calcoalcalinas y las series de facies metamórficas de alta temperatura y baja presión, con gradientes térmicos elevados (>30  °C/km). Generalmente, carecen de ofiolitas, migmatitas y sedimentos abisales. Ejemplos típicos son todos los orógenos circumpacíficos que contienen arcos continentales.
  2. Los orógenos colisionales se formaron por la subducción de un bloque continental bajo otro, en ausencia de vulcanismo de arco. Se caracterizan por la presencia de zonas metamórficas de facies de esquistos azules a eclogitas, lo que indica un metamorfismo de alta presión y baja temperatura con gradientes térmicos bajos (<10  °C/km). Si bien las peridotitas orogénicas están presentes, su volumen es reducido, y los granitos y migmatitas sincolisionales son escasos o de escasa extensión. Ejemplos típicos son los orógenos de los Alpes-Himalaya en el margen sur del continente euroasiático y los orógenos de Dabie-Sulu en el centro-este de China.
  3. Los orógenos intracratónicos se producen dentro de un continente, lejos de los márgenes de placas activas.

Véase también

  • Biogeografía  – Estudio de la distribución de las especies
  • Movimiento epirogénico  : Elevaciones o depresiones del terreno que presentan longitudes de onda largas y poca plegamiento.
  • Mecánica de fallas  : campo de estudio que investiga el comportamiento de las fallas geológicas.
  • Montañas plegadas  : montañas formadas por el plegamiento compresivo de las capas de roca.
  • Guyot  – Montaña submarina de cima plana
  • Lista de orogenias  : eventos conocidos de formación de montañas en la historia de la Tierra.
  • Convección del manto  : movimiento gradual del manto del planeta.
  • Elevación tectónica  : Elevación geológica de la superficie terrestre atribuida a la tectónica de placas.

Referencias

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Lecturas adicionales

  • Harms; Brady; Cheney (2006). Explorando la orogenia proterozoica de Big Sky en el suroeste de Montana . 19º simposio anual de Keck.
  • Kevin Jones (2003). Formación de montañas en Escocia: Ciencia: Serie de cursos de nivel 3. Open University Worldwide Ltd. ISBN 978-0-7492-5847-4.Ofrece una historia detallada de varios orógenos, incluida la orogenia caledoniana, que duró desde el Cámbrico tardío hasta el Devónico , y cuyos principales eventos de colisión ocurrieron durante los períodos Ordovícico y Silúrico .
  • Tom McCann, ed. (2008). Precámbrico y Paleozoico . Geología de Europa Central. Vol.  1. Sociedad Geológica de Londres. ISBN 978-1-86239-245-8.Es uno de los dos volúmenes que exponen la geología de Europa central, con un análisis de los principales orógenos.
  • Suzanne Mahlburg Kay; Víctor A. Ramos ; William R. Dickinson, eds. (2009). La columna vertebral de las Américas: subducción superficial, elevación de mesetas y colisión de dorsales y terrenos; Memoria 204. Sociedad Geológica de América. ISBN 978-0-8137-1204-8.Evolución de las Cordilleras de las Américas desde una perspectiva multidisciplinaria, a partir de un simposio celebrado en Mendoza, Argentina (2006).
  • Mapas de las orogenias acadiana y tacónica
  • Geología antártica