Lez. 17. Arco-retroarco

TETTONICA
Arco e retroarco
Prof. Luigi Ferranti
DiSTAR Università di Napoli ‘Federico II’
Arco vulcanico (magmatico)
L’arco vulcanico è
impostato su un
basamento di tipo:
-metamorfico (arco
continentale)
- vulcanico (archi insulari)
Mt. Rainier, Washington
Aleutian Island, Alaska
Si tratta di stratovulcani
andesitici, ma possono
essere presenti anche
vulcani basaltici o dacitici
Struttura crostale dell’arco magmatico
Struttura termica e
vulcanismo dell’arco
La subduzione di uno slab freddo
deprime le isoterme in fossa e
avanarco ma le alza nell’arco.
Oxburgh &
Turcotte, 1970
Genesi del vulcanismo:
A)Transizione olivinaspinello dislocata
B) Generazione di
magma nel mantle
wedge supraslab, e alla
base della crosta
(batoliti)
C) Corner flow nel
mantle wedge
supraslab che porta
astenosfera a
contatto con la parte
alta dello slab
Ernst et al., 1970
Marsh, 1979
Tasso di crescita dell’arco vulcanico:
20-40 km3/Ma-km of arc (Reymer & Schubert, 1984)
30-95 km3/Ma-km of arc (Dimalanta et al. 2004)
80-120 km3/Ma-km of arc (Calvert et al. 2008)
165 km3/Ma-km of arc (Scholl et al.)
Stern &
Scholl, IGR,
2010
Struttura dell’arco
vulcanico e del basamento
Steep slab
•L’ampiezza dell’arco varia in
funzione dell’angolo di subduzione
ed è modulata da discontinuità
trasversali nella zolla subdotta.
•In zone di convergenza obliqua,
l’ampiezza dell’arco varia
longitudinalmente nel tempo
Flat slab
Spaziatura dei vulcani
I vulcani hanno
una spaziatura
alquanto
regolare di c.
70 km.
In molti casi
sono allineati
in gruppi di 212 su segmenti
lineari posti
en-echelon.
Le interruzioni
tra i segmenti
sono
controllate da
discontinuità
(zone di
frattura) nella
placca
subdotta
Modelli di spaziatura dei vulcani
•Il magma è generato alla base della litosfera della placca soprastante e risale come diapiri per
instabilità fluido-dinamica, le cui leggi controllano la spaziatura.
•La posizione e distribuzione dei vulcani è controllata dalla geometria profonda dello slab.
Strutture negli archi vulcanici
•Gli archi vulcanici sono caratterizzati da faglie estensionali, e localmente
trascorrenti.
•Molti archi sono ospitati in bacini estensionali (depressioni vulcaniche).
•Sono presenti anche faglie estensionali perpendicolari all’arco, sia a terra che nei
canyon trasversali alle isole.
•Queste faglie sono associate a rotazione di blocchi e formazione di bacini
sommitali tra le isole vulcaniche, anch’esse controllate da subduzione di strutture
preesistenti.
Trascorrenza ed
estensione nell’arco
Trascorrenza destra
Faglie normali
Pieghe troncate
Settore centro-occidentale dell’arco delle
Aleutine.
Ferranti et al., 2000
Qui le trascorrenti E-W si associano a
faglie normali N-S.
Plutoni
Half-Dome, Yosemite, California
•Negli archi moderni, le radici
plutoniche non sono esposte.
•Negli esempi fossili dove l’arco
vulcanico è stato eroso, i plutoni sono
abbondanti.
•La loro estensione, assieme al
metamorfismo, testimonia l’alto
flusso di calore alla base della
crosta.
Due fasce metamorfiche appaiate
Arc
Accretionary complex
Le fasce metamorfiche appaiate riflettono regimi termici
contastanti tra arco magmatico e avanarco
Origine delle fasce metamorfiche appaiate
I due tipi di
metamorfismo si
rinvengono in fasce
appaiate che riflettono
le variazioni di flusso di
calore e di processi
tettonici-vulcanici
Due fasce metamorfiche nei sistemi arco-fossa
Gradienti geotermici per
a)Metamorfismo HT-LP (Arco)
b)Metamorfismo HP-LT (Zona di
Subduzione)
Ernst et al., 1970
La zona di retroarco
La zona di retroarco insulare è
occupata da bacini (di retroarco
o marginali)
Nella zona di retroarco sono
presenti:
-bacini attivi;
-bacini inattivi con alto flusso di
calore;
-bacini inattivi con flusso di colore
normale (crosta oceanica
intrappolata per subduction jump
o subduction flip).
I vari tipi di bacini sono separati
da Archi residui (inattivi).
Bacini di retroarco attivi
•Diffusi nel Pacifico W
•Spesso mancano le bande magnetiche e le dorsali
•Sono comuni i propagating rifts
•Sedimenti pelagici e vulcanico-clastici
Archi residui
(Remnant arcs)
•Molto diffusi nel Pacifico, hanno rocce
analoghe ma più antiche degli archi attivi
vicini.
•Rappresentano antichi archi associati a
zone di subduzione disattivate per
subduction jump o flip .
•Gli archi residui sono stati poi
frammentati dall’apertura dei bacini
marginali attivi.
Filippine W
2 Bacini di retro-arco del sistema IBM (IzuBonin-Marianna):
-Mariana Trough (attivo)
-Parece Vela-Shikoku (estinto)
Retroarco nelle
Marianne
Remnant Arc
Spreading Center
Active Arc
Evoluzione
del retroarco
delle Filippine
W
I
II
Archi residui nelle Aleutine
Antica zona di
subduzione
Bacino di Kamchatka Bowers (antico bacino
retroarco attivo, oggi
inattivo)
Moderna
convergenza
relativa tra le
placche
Antica convergenza
relativa tra le
placche
Bacino delle
Aleutine
(antica placca
DOWN, poi
intrappolata
in quella UP)
Spence, 1977
Modelli dei bacini di retroarco
Iniezione di diapiro magmatico
dallo slab subdotto
Spreading per allontanamento relativo tra le placche, pur
in convergenza relativa->accelerazione del lo slab roll-back
(retreat della subduzione)
Trascinamento dal corner flow nel
cuneo astenosferico supraslab
Meccanismi di espansione retroarco
Spreading simmetrico->
anomalie magnetiche
(Marianna, Izu-Bonin, TongaKermadec)
Spreading
disordinato
->
anomalie magnetiche confuse
(Bismarck, New Hebrides)
Intrusioni e estrusioni diffuse -> no
anomalie magnetiche (Mar del
Giappone, TIRRENO)
Bacini vs. catene di Retroarco
Steep slab
Flat slab
La zona di retroarco può essere occupata sia da bacini estensionali che da una
catena a pieghe e falde.
Ciò è in relazione con la maggiore o minore inclinazione del piano di Benioff (steep
vs. flat subduction)
Catena di retroarco nelle Vanuatu (Subduzione oceanica)
La catena si origina da un
Remnant arc riattivato in
compressione
Lagabrielle et al., 2003
Catena di retroarco nelle Ande (Subduzione subcontinentale)
L’ Altiplano agisce
come un blocco
rigido tra il prisma
di avanarco e la
catena di retroarco
Velocità GPS relative al
Sud America stabile
Norabuena et al., 1998