La zona tectónica de los Grandes Lagos (GLTZ) está limitada por Dakota del Sur en su extremo y se dirige de noreste a sur de Duluth, Minnesota , luego se dirige al este a través del norte de Wisconsin , Marquette, Michigan , y luego tiende más hacia el noreste para rozar las orillas más septentrionales de los lagos.
La orogenia de Algoman añadió masa terrestre a la provincia Superior mediante actividad volcánica y colisión continental a lo largo de un límite que se extiende desde la actual Dakota del Sur, EE. UU., hasta la región del lago Hurón cerca de Sudbury , Ontario , Canadá.
Tiene 1.400 km (870 millas) de largo y separa el terreno gneísico Arcaico más antiguo al sur del terreno de granito y piedra verde del Arcaico Tardío más joven al norte.
La zona se caracteriza por una compresión activa durante la orogenia Algoman (hace unos 2.700 millones de años ), una tectónica de separación (hace 2.450 a 2.100 millones de años), una segunda compresión durante la orogenia Penokean (hace 1.900 a 1.850 millones de años). ), una segunda extensión durante el Proterozoico Medio (hace 1.600 millones de años) y una reactivación menor durante el Fanerozoico (los últimos 500 millones de años).
La colisión comenzó a lo largo de la zona tectónica de los Grandes Lagos con el evento de formación de montañas de Algoman y continuó durante decenas de millones de años. Durante la formación de la GLTZ, la subprovincia gneísica del valle del río Minnesota fue empujada hacia el borde de la provincia Superior mientras consumía la corteza oceánica de la provincia Superior. La fragmentación del supercontinente Kenorland comenzó hace 2.450 millones de años y finalizó hace 2.100 millones de años . La provincia de Wyoming es la masa continental que, según la hipótesis, se separó de la parte sur de la provincia Superior de Kenorland, antes de moverse rápidamente hacia el oeste y atracar con el supercontinente Laurentia hace entre 1.850 y 1.715 millones de años. La sedimentación del ambiente de rifting GLTZ continuó en la orogenia Penokean, que es el próximo evento tectónico importante en la región de los Grandes Lagos . Se han documentado varios terremotos en Minnesota, la península superior de Michigan y Sudbury en los últimos 120 años a lo largo de la GLTZ.
Durante el Eón Arcaico Tardío, la orogenia Algoman, que ocurrió hace unos 2.750 millones de años , agregó masa terrestre a través de la actividad volcánica y la colisión continental a lo largo de un límite que se extiende desde la actual Dakota del Sur, EE. UU., hasta la región de Sudbury, Ontario, Canadá. El punto más al oeste de Dakota del Sur es 99 ° W, [1] que está a unos 55 km (34 millas) de la frontera entre Minnesota y Dakota del Sur. Este límite de la corteza terrestre es la zona tectónica de los Grandes Lagos (GLTZ). Se trata de una paleosutura de 1.400 km (870 millas) de largo que separa el terreno gneísico del Arcaico de más de 3.000 millones de años de antigüedad al sur (la subprovincia del Valle del Río Minnesota) del granito de piedra verde del Arcaico Tardío de 2.700 millones de años de antigüedad. terreno al norte - Subprovincia de Wawa de la provincia Superior. [2] El GLTZ tiene 50 km (30 millas) de ancho. [3]
La colisión de la subprovincia gneísica del Valle del Río Minnesota (MRV) en el extremo sur de la provincia Superior fue otro proceso en el lento cambio en la tectónica [4] que marca el final del Eón Arcaico. Este terreno gneísico se extendía originalmente varios cientos de kilómetros de este a oeste, lo que lo convertía más en un protocontinente que en un futuro cinturón de provincia Superior. [4] El límite que separa los dos cuerpos en colisión es la zona tectónica de los Grandes Lagos; es una zona de falla de rocas muy deformadas. [4] La colisión comenzó a lo largo de la GLTZ hace unos 2.700 millones de años y continuó durante decenas de millones de años. [4] Se interpreta que la colisión ocurrió de forma oblicua en un ángulo, [5] comenzando en el oeste.
La subprovincia MRV experimentó dos eventos metamórficos distintos de alto grado , uno hace 3.050 millones de años y el otro hace 2.600 millones de años . [4] El primero fue probablemente durante la formación del terreno, el segundo fue durante la sutura. [4] El crecimiento de los terrenos graníticos de piedra verde de la provincia Superior terminó con la sutura del terreno de gneis del valle del río Minnesota a la subprovincia basáltica de Wawa. [6] : 145 La sutura, la última etapa del cierre, comenzó en Dakota del Sur y continuó hacia el este. [4]
Durante la formación de la GLTZ, el protocontinente MRV consumió la corteza oceánica de la provincia Superior cuando la subprovincia llegó desde el sur. [4] La sutura de un bloque continental sobre otro generalmente ocurre porque existe una zona de subducción debajo de uno de los bloques. [4] La zona de subducción consume la corteza oceánica conectada al otro bloque. [4] Después de que se consume la corteza oceánica, los dos bloques se encuentran y la corteza oceánica en subducción empuja el bloque continental adjunto debajo del otro. [4] Durante la colisión con la provincia Superior, el bloque gneísico MRV fue empujado hacia el borde de la provincia Superior; esto resultó en una falla aplastada de decenas de kilómetros de ancho que produjo una cadena montañosa y una zona de corte que define el límite entre los dos terrenos. [4] El tectonismo a lo largo de la zona comenzó durante el acoplamiento de los dos terrenos en una sola masa continental y culminó a principios del Proterozoico, donde la deformación tuvo lugar bajo presiones bajas a intermedias. [7]
Después de la sutura, la región estuvo tectónicamente tranquila durante unos cientos de millones de años. [4] Las montañas Algoman se construyeron y luego se erosionaron hasta formar sedimentos que cubrían el área. [4] La fragmentación de este supercontinente arcaico comenzó hace unos 2.450 millones de años bajo un punto caliente cerca de Sudbury y se completó hace unos 2.100 millones de años . [6] : 145 Aquí es cuando se supone que la provincia de Wyoming se alejó de la provincia Superior.
El patrón de sedimentación de este ambiente de rifting continuó en la orogenia Penokean, que es el próximo evento tectónico importante en la región de los Grandes Lagos. [4] Durante la orogenia Penokean (hace 1.850 a 1.900 millones de años), la compresión deformó las secuencias en la región del Lago Superior. [7]
Un mapeo geológico reciente en el área de Marquette, Michigan, EE. UU., proporciona información de la estructura de la zona a lo largo de un rumbo de 10 km (6,2 millas). [5] : 409 La GLTZ era una zona activa de dextral de rumbo al sur de Marquette, pasando por debajo del gran anticlinal de Marquette . [6] : 147 PK Sims y WC Day sugieren que las cinemáticas determinadas en el GLTZ expuesto – que son consistentes – son aplicables en toda su longitud. [5] : 409
En el área de Marquette, la GLTZ es una zona de roca metamórfica que se encuentra en el noroeste, de aproximadamente 2 km (1,2 millas) de ancho, que fue aplastada por la dinámica de los movimientos tectónicos. [5] : 409 Los límites de la zona de cizalla son subparalelos y se dirigen al N60°W; la foliación en milonita dentro de la GLTZ golpea N70°W y desciende S75°W. [5] : 409 Una lineación de estiramiento (línea de transporte tectónico) en la foliación de milonita se hunde 42° en una dirección S43°E. [5] : 409 En el modelo Sims-and-Day, esta última colisión en el conjunto de la provincia Superior resultó del transporte tectónico dirigido hacia el noroeste del terreno de la subprovincia del Valle del Río Minnesota contra el terreno de la provincia Superior. [5] : 410 La colisión fue oblicua, lo que provocó un corte de empuje dextral a lo largo del límite. [5] : 410
Las primeras rocas arcaicas generalmente forman cuerpos alargados, domales o circulares de varios kilómetros de espesor. [8] : 3 Son comunes los diques y umbrales de etapa tardía de diabasa, rocas intrusivas de grano fino de cuarzo-feldespato ( aplita ) y rocas intrusivas de grano grueso de cuarzo-feldespato-mica ( pegmatita ). [8] : 3
La mayoría de los cuerpos de roca cristalina de la región del Arcaico Tardío son parte del terreno de granito de piedra verde del norte de Minnesota, el noroeste de Wisconsin y la parte occidental de la Península Superior de Michigan. [8] : 8 Las litologías de las rocas suelen ser gneisosas y migmatíticas . [8] : 8 El metamorfismo y la deformación repetidos causaron una recristalización extensa, foliación intensa, zonas de corte y plegamiento. [8] : 3 Hay fallas con tendencia este-noreste a este en las rocas gneísicas al sur de la zona tectónica de los Grandes Lagos en Minnesota, al sur del Sistema de Rift Midcontinent en Wisconsin y en la Península Superior de Michigan. [8] : 1
Las rocas cristalinas son más prominentes en Minnesota, donde se encuentran bajo 8.882 km 2 (3.429 millas cuadradas), que en Wisconsin o la Península Superior de Michigan. [8] : 4
Datos radiométricos recientes indican que hay cuatro complejos de rocas cristalinas de 3.400 millones de años de antigüedad en la región del Lago Superior. [8] : 3 Las unidades más conocidas son los complejos Morton Gneiss y Montevideo Gneiss [9] , a lo largo del valle del río Minnesota en el suroeste de Minnesota. [8] : 3 Las rocas expuestas en el valle del río Minnesota incluyen un complejo de gneises graníticos migmatíticos, anfibolitas esquistosas a gneísicas , metagabros y paragneises. [9] El complejo de gneises antiguos está invadido por un cuerpo de granito más joven y débilmente deformado, el granito del Sagrado Corazón. [9]
Los cuerpos graníticos del Sagrado Corazón que se encuentran a lo largo de partes del valle del río Minnesota están relativamente no fracturados ni foliados, y pueden representar intrusiones pasivas en rocas metasedimentarias plegadas. [8] : 8 Es un típico granito rosado de grano medio de la tectónica tardía que fue intruído hace unos 2.600 millones de años , después de la sutura del terreno gneísico MRV en la provincia Superior. [4] Intrusiones similares más al este a lo largo de la GLTZ muestran fechas posteriores, lo que refuerza el cierre teorizado de oeste a este. [4]
Las litologías del Arcaico tardío en el noroeste de Wisconsin y la Península Superior de Michigan son similares al granito del Sagrado Corazón y consisten en gneises y migmatitas. [8] : 8
El magmatismo penokeano de 1.850 millones de años de antigüedad en Wisconsin representa una actividad ígnea de tipo marginal terminada por una colisión. [8] : 1 Algunos de los granitos de Penokean muestran un enriquecimiento de hierro similar a la serie de magnetita , en lugar de la baja concentración de oxígeno de los óxidos de titanio magnéticos. [8] : 1 Las rocas de edad Penokean en el norte de Wisconsin y la península superior de Michigan contienen áreas de metamorfismo de baja presión y temperatura baja a alta. [8] : 3 El plegamiento y el metamorfismo aumentaron en intensidad hacia el sur y el sureste, [8] : 1 y produjeron los gneísicos aislados de 1.755 millones de años [2] : 342 Watersmeet Domes que se extienden a ambos lados de la frontera de Michigan y el noreste Wisconsin. [8] : 3
La deformación compresiva durante la orogenia Penokeana reactivó la GLTZ, que siguió a la deposición de los sedimentos del Supergrupo de la Cordillera Marquette [2] : 322 y resultó en un movimiento hacia arriba hacia el norte a lo largo de fallas dúctiles frágiles empinadas en la porción oriental de bajo grado de Marquette. Valle [6] : 165 En la parte occidental del sinclinal de Marquette , tuvo lugar un segundo episodio de reactivación de GLTZ durante el levantamiento del Complejo Granítico Sur post-Huroniano de 2.400 a 2.100 millones de años de antigüedad. [6] : 165
Los complejos norte y sur de la Península Superior están altamente migmatizados e intensamente foliados, y la intensidad de la foliación aumenta hacia los márgenes. [8] : 8 La parte occidental del Complejo Sur muestra intrincadas fases de plegamiento y foliación. [8] : 8 Estas rocas del Arcaico Tardío forman un cinturón aproximadamente de norte a sur que se extiende al sur de Marquette y se extiende hasta la frontera entre Michigan y Wisconsin. [8] : 8
La estructura de la Cuenca de Sudbury está ubicada en el Gran Sudbury [10] : 1891 en el límite de erosión entre la provincia Arcaica Superior y la secuencia suprayacente de depósitos del margen continental del Proterozoico temprano. [10] : 1890 [nota 1] La estructura consta del Complejo Ígneo de Sudbury , una secuencia diferenciada de rocas volcánicas intrusivas ( norita , gabro y granofiro ) cubiertas por brechas y rocas metasedimenarias. [10] : 1890 La subcapa consiste en una masa de inclusiones básicas a ultrabásicas de diferentes tamaños y frecuencia de aparición. [10] : 1891 El gabro de Sudbury varía entre gabro y norita, dependiendo de las proporciones de silicatos locales. [11] El gabro de cuarzo biotita es de grano medio a grueso, [11] la monzonita de cuarzo Climax es de grano medio. [11]
En el área oriental de Sudbury, la roca es gneis hornblendico altamente cristalino, que aparentemente desciende en un ángulo bastante bajo hacia el sureste. [12]
Un análisis de paleoestrés de las exposiciones orientales cerca de Sudbury muestra una compensación dextral continua durante la orogenia Penokean. [6] : 147
Un episodio de magmatismo gabro de punto caliente ocurrió hace 2.480 millones de años en el borde oriental del cratón de Wyoming , [13] : 1 al sur de la actual Sudbury. El rift continental se manifiesta por el emplazamiento de rocas ígneas máficas a cada lado de los márgenes del rift. [13] : 9 Hace 2.100 millones de años, las provincias Superior y Wyoming se habían separado completamente. [6] : 145 Desde hace aproximadamente 2.100 a 1.865 millones de años, el cratón de Wyoming se desvió en dirección oeste hasta que atracó hace 1.865 millones de años con la provincia Superior, [13] : 10 al noroeste de su posición original.
El ensamblaje final del supercontinente Kenorland se completó hace 2.600 a 2.550 millones de años; la provincia Superior del sur, con la subprovincia del Valle del Río Minnesota adjunta, y la actual frontera sureste de la provincia de Wyoming lindaban entre sí desde el área de Sudbury hacia el oeste a unos 625 km (390 millas) hasta la línea estatal de Wisconsin-Michigan en el Lago Superior. [13] : 8 [nota 2] El punto de acceso estaba a 125 km (80 millas) al sur de la suite East Bull Lake, aproximadamente debajo de la actual Sudbury. Los Blue Draw Metagabbros, en Black Hills de Dakota del Sur, estaban a 625 km (390 millas) al oeste de Sudbury y a 150 km (90 millas) al sur del contacto más occidental de las dos provincias en la provincia de Wyoming.
Los eventos intrusivos de 2.170 millones de años de antigüedad que afectaron a los cratones Superior y Wyoming indican que la columna se había movido 330 km (210 millas) al oeste, centrada en la abertura entre la provincia Superior y la provincia de Wyoming. [13] : 8 La provincia de Wyoming se estaba alejando, siendo el Blue Draw Metagabbro el punto de pivote. A la derecha se muestra la reconstrucción de Harlan de este pivote. En este momento las dos provincias están en contacto en un solo punto al norte del Blue Draw Metagabbro; ese punto de contacto estaba a 875 km (540 millas) de Sudbury y 95 km (60 millas) al suroeste de Duluth, Minnesota. El Blue Draw Metagabbro se encuentra ahora a 935 km (580 millas) al oeste de Sudbury y permanece a unos 150 km (90 millas) al sur del cruce de las provincias Superior-Wyoming.
Los eventos magmáticos máficos de 2.125 a 2.090 millones de años de antigüedad que afectaron a los cratones Superior y Wyoming muestran que el punto caliente se ha movido 500 km (310 millas) al oeste de Sudbury, y las dos provincias se han dividido de modo que están separadas por 100 km ( 60 millas). [13] : 8 La distancia más estrecha entre los dos cratones es de 1.150 km (710 millas) de Sudbury, en el centro-este de Dakota del Sur. El Blue Draw Metagabbro se encuentra ahora a 950 km (590 millas) al oeste de Sudbury y a 200 km (120 millas) al sur de la frontera sur de la provincia Superior.
Los enjambres de diques y umbrales máficos son típicos de la ruptura continental y pueden usarse para cronometrar la ruptura de un supercontinente. [13] : 2 La intrusión del enjambre de diques máficos Matachewan-Hearst de 2.475 a 2.445 millones de años de antigüedad y el conjunto de rocas intrusivas máficas en capas de East Bull Lake de 2.490 a 2.475 millones de años de antigüedad se interpretan como indicadores tempranos Ruptura paleoproterozoica impulsada por puntos calientes del manto centrada cerca de Sudbury, Ontario, durante el inicio de la desintegración de Kenorland. [13] : 2 La datación radiométrica muestra que el Blue Draw Metagabbro de la provincia de Wyoming estaba sufriendo una ruptura hace 2.480 millones de años , al mismo tiempo que se emplazaba el cinturón de 250 km (160 millas) de largo de intrusiones en capas máficas en la región de Sudbury. [13] : 9
En el norte de Black Hills, en el suroeste de Dakota del Sur, el núcleo cristalino precámbrico de 2.600 a 2.560 millones de años de antigüedad, el Blue Draw Metagabbro, es un alféizar estratificado de 1 km (0,62 millas) de espesor. [13] : 1 La suite intrusiva East Bull Lake, en la provincia sureña de Superior, cerca de Sudbury, Ontario, se alinea espacialmente con el Blue Draw Metagabbro si los cratones Superior y Wyoming se restauran a la configuración de Kenorland propuesta por Roscoe y Card (1993). [13] : 2 Estas intrusiones máficas en capas son de espesor similar e idéntica edad, y ocurren a lo largo de un cinturón agrietado. [13] : 1
Los datos paleomagnéticos y geocronológicos recientes del cratón central de Wyoming respaldan la hipótesis de que los supergrupos Huroniano (en el sur de Ontario) y Snowy Pass (en el sureste de Wyoming) eran adyacentes entre sí hace 2.170 millones de años y pueden haber evolucionado como una única cuenca sedimentaria del rift. hace entre 2.450 y 2.100 millones de años. [13] : 2 Estas rocas sedimentarias de Huronian y Snowy Pass son similares, cada una con fisuras epicratónicas de 2.450 a 2.100 millones de años seguidas por márgenes sedimentarios pasivos de 2.100 a 1.800 millones de años. [13] : 2
Gran parte de la provincia superior del sureste fue dividida en dos por el enjambre de diabase biscotasing de más de 300.000 km 2 (120.000 millas cuadradas) de 2.172 a 2.167 millones de años de antigüedad que se dirigía hacia el noreste desde Sudbury. [13] : 9 En el centro-sur de la provincia de Wyoming hay un dique de diorita de cuarzo de 2.170 ± 8 millones de años de Wind River Range . [13] : 9
Hace 2.100 millones de años , se cree que el cratón de Wyoming se había separado completamente de la provincia Superior del sur, lo que es consistente con la aparición de un punto caliente de 2.076 a 2.067 millones de años centrado justo al sur de la provincia Superior y al este de el MRV. [13] : 2 Los diques Marathon de 2.125 a 2.101 millones de años y Fort Frances de 2.077 a 2.076 millones de años, ambos en la actual provincia Superior al norte de la zona tectónica de los Grandes Lagos, son consistentes con ruptura durante este período de tiempo. [13] : 9
Minnesota ha sido la región más sísmicamente activa de la región de Minnesota, Wisconsin, la Península Superior de Michigan y el sur de Ontario. Se han documentado varios terremotos en Minnesota en los últimos 120 años, [15] con al menos seis en la GLTZ. [16] Los epicentros muestran una clara relación con las características tectónicas del estado; cuatro epicentros se encuentran a lo largo de la zona tectónica de los Grandes Lagos. [15] Las profundidades se estiman en 5 a 20 km (3 a 12 millas). [15] El evento mejor documentado ocurrió el 9 de julio de 1975, cerca de Morris, Minnesota , con una magnitud de 4,6 y un área sentida de 82.000 km 2 (32.000 millas cuadradas) que cubría partes de cuatro estados. [15]
Wisconsin no ha tenido terremotos a lo largo de la GLTZ, [17] La península superior de Michigan ha tenido cuatro terremotos en las cercanías de la GLTZ: Negaunee, Newberry y dos en Sault Ste. Marie. Marie [18] – y la zona de Sudbury ha sufrido tres terremotos. [19]
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