(Table 1) Argon dating of ash layers from DSDP Hole 18-178

Ash layers from Deep Sea Drilling Project site 178 in the northeast Pacific Ocean have been dated by the 40Ar-39Ar stepwise heating technique to resolve published discrepancies concerning the length of time explosive volcanism has affected the eastern Aleutian arc and Alaskan Peninsula. The results of the investigation indicate that the record of ash-fall deposition at site 178 extends back at least 6.5 m.y. Assuming that 6.5 m.y. ago marks the onset of renewed calc-alkalic volcanism of the volcanic arc, proposed models of continuous and discontinuous motion between the Pacific and North American lithospheric plates can be evaluated. If appreciable time elapsed between the onset of subduction and the onset of arc volcanism, the 6.5-m.y. record of ash-fall deposition in the north-east Pacific is most compatible with models of continuous plate motion throughout late Cenozoic time.

Strength of the Iberian intraplate lithosphere: Cenozoic deformations and seismicity

Previous studies about the strength of the lithosphere in the Iberia centre fail to resolve the depth of earthquakes because of the rheological uncertainties. Therefore, new contributions are considered (the crustal structure from a density model) and several parameters (tectonic regime, mantle rheology, strain rate) are checked in this paper to properly examine the role of lithospheric strength in the intraplate seismicity and the Cenozoic evolution. The strength distribution with depth, the integrated strength, the effective elastic thickness and the seismogenic thickness have been calculated by a finite element modelling of the lithosphere across the Central System mountain range and the bordering Duero and Madrid sedimentary basins. Only a dry mantle under strike-slip/extension and a strain rate of 10-15 s-1, or under extension and 10-16 s-1, causes a strong lithosphere. The integrated strength and the elastic thickness are lower in the mountain chain than in the basins. These anisotropies have been maintained since the Cenozoic and determine the mountain uplift and the biharmonic folding of the Iberian lithosphere during the Alpine deformations. The seismogenic thickness bounds the seismic activity in the upper–middle crust, and the decreasing crustal strength from the Duero Basin towards the Madrid Basin is related to a parallel increase in Plio–Quaternary deformations and seismicity. However, elasto–plastic modelling shows that current African–Eurasian convergence is resolved elastically or ductilely, which accounts for the low seismicity recorded in this region.

Petrology and chemistry of the Chalten Plutonic Complex and implications on the magmatic and tectonic evolution of the Southernmost Andes (Patagonia) during the Miocene

Résumé Scientific:Pétrologie et Géochimie du Complexe Plutonique de Chaltén et les conséquences pour l'évolution magmatique et tectonique du Andes du Sud (Patagonia) pendant le MiocèneLe sujet de cette thèse est le Complexe Plutonique de Chaltén (CHPC), situé à la frontière entre le Chili et l'Argentine, en Patagonie (49°15'S). Ce complexe s'est mis en place au début du Miocène, dans un contexte de changements tectoniques importants. La géométrie et la vitesse de migration des plaques en Patagonie a été modifiée suite l'ouverture de la plaque Farallon il y a 25Ma (Pardo-Casas and Molnar 1987) et la subduction de la ride active du Chili sous la plaque sud-américaine il y a 14Ma (Cande and Leslie 1986). Les effets de cette reconfiguration tectonique sur la morphologie et le magmatisme de la plaque supérieure sont encore sujets à discussion. Dans ce contexte, un groupe d'intrusions miocènes - telle que le CHPC - est particulièrement intriguant, car en position transitionnelle entre le batholithe patagonien et l'arc volcanique cénozoïque et récent à l'ouest, et les laves de plateau de Patagonie à l'est (Fig. 1). A cause de leur position tectonique transitoire, ces plutons isolés hors du batholithe représentent un endroit clé pour comprendre les interactions entre la tectonique à large échelle et le magmatisme en Patagonie. Ici, je présente de nouvelles données de terrain, petrologiques, géochimiques et géochronologiques dans le but de caractériser la nature du CHPC, qui était largement inconnu avant cette étude, dans le but de tester l'hypothèse de migration de l'arc et erosion par subduction.Les résultats de l'investigation géochimique (chapitre 2) montrent que le CHPC n'est qu'un exemple parmi les plutons isolés d'arrière arc ave une composition calco-alcaline caractéristique, c-à-d une signature d'arc. La plupart de ces plutons isolés ont une composition alcaline. Le CHPC, contrairement, a une signature calco-alcaline avec Κ intermédiaire, tel que le batholithe patagonien et la plupart des roches volcaniques quaternaires liées à l'arc le long des Andes.De nouvelles données géochronologiques U-Pb de haute précision sur des zircons, acquis par TIMS, sur le CHPC donnent des âges entre 17.0 et 16.4Ma. Les âges absolus sont en accord avec la séquence intrusive déduite des relations de terrain (chapitre 1). Ces données sont les premières contraintes d'âge U-Pb sur le CHPC. Elles montrent clairement que l'histoire magmatique du CHPC n'a pas de lien direct avec la subduction de la ride à cette latitude (Cande and Leslie 1986), car le complexe est au moins 6Ma plus ancien.Une comparaison en profondeur avec les autres intrusions d'âge Miocène en Patagonie révèlent - pour la première fois - une évolution temporelle intéressante. Il y a une tendance E-W distincte au magmatisme calco-alcalin entre 20-16Ma avec une diminution de l'âge vers l'est - le CHPC est l'expression la plus orientale de cette tendance. Je suggère que la relation espace-temps reflète une migration vers l'est (vers le continent) de l'arc magmatique. Je propose que le facteur principal contrôlant cette migration est la subduction rapide suite à la reconfiguration de la vitesse des plaques tectoniques après l'ouverture la plaque Farallon (à ~26Ma) qui résulterait en une déformation importante ainsi qu'à des taux élevés d'érosion dans la fosse de subduction.Les rapports d'isotopes radiogéniques (Pb, Sr, Nd) élevés, une signature 6018 basse et un rapport Th/La élevé sont des paramètres distinctifs pour les roches mafiques du CHPC. Le modèle isotopique présenté (chapitre 2) suggère que cette signature reflète une contamination de la source, dans le coin de manteau, plutôt qu'une contamination crustale. La signature des éléments en trace du CHPC indiquent que le coin de manteau a été contaminé par des composés terrigènes, le plus vraisemblablement par des sédiments paléozoïques.Les travaux de terrain, la pétrographie et la géothermobarométrie ont été utilisés dans le but de comprendre l'histoire interne du CHPC (chapitre 3). Ces données suggèrent deux niveaux distincts de cristallisation : l'un dans la croûte moyenne (6 à 4.5kbar) et l'autre à un niveau peu profond (3.5 à 2kbar). La modélisation isotopique AFC de la contamination crustale indique des taux variables d'assimilation, qui ne sont pas corrélés avec le degré de différenciation. Cela suggère que différents volumes de magma se sont différenciés en profondeur, de façon indépendante. Cela implique que le CHPC se serait formés en plusieurs puises de magmas provenant d'au moins trois sources différentes. Les textures des granodiorites et des granites indiquent des teneurs élevées en cristaux avant la mise en place et, par conséquent, des températures d'emplacement faibles. Les observations de terrain montrent que les roches mafiques sont déformées, alors que ce n'est pas le cas pour les granodiorites et granites (plus jeunes). La déformation des roches mafiques est encore sujet de recherche, afin de savoir si elle est liée à la déformation régionale en régime compressif ou à l'emplacement lui-même. Cependant, la mise en place de grand volume de magma felsique riche en cristaux suggère un régime d'extension.Scientific Abstract:Petrology and chemistry of the Chaltén Plutonic Complex and implications on the magmatic and tectonic evolution of the Southernmost Andes (Patagonia) during the MioceneThe subject of this thesis is the Chaltén Plutonic Complex (CHPC) located at the frontier between Chile and Argentina in Patagonia (at 49° 15 'Southern latitude). This complex intruded during early Miocene in a context of major tectonics changes. The plate geometry of Patagonia has been modified by changes in the plate motions after the break up of the Farallôn plate at 25Ma (Pardo-Casas and Molnar 1987) and by the subduction of the Chile spreading Ridge beneath South-America at 14 Ma (Cande and Leslie 1986). The effects of this tectonic setting on the morphology and the magmatism of the overriding plate are a matter of on-going discussion. Particularly intriguing in this context is a group of isolated Miocene intrusions - like the CHPC - which are located in a transitional position between the Patagonian Batholith and the Cenozoic and Recent volcanic arc in the West, and the Patagonian plateau lavas in the East (Fig. 1). Due to their transient tectonic position these isolated plutons outside the batholith represent a key to understanding the interaction between global-scale tectonics and magmatism in Patagonia. Here, I present new field, penological, geochemical and geochronological data to characterize the nature of the CHPC, which was largely unknown before this study, in order to test the hypothesis of time- transgressive magmatism.The results of the geochemical investigation (Chapter 2) show that the CHPC is only one among these isolated back-arc plutons with a characteristic calc-alkaline composition, i.e. arc signature. Most of these isolated intrusives have an alkaline character. The CHPC, in contrast, has a medium Κ calc-alkaline signature, like the Patagonian batholith and most of the Quaternary arc-related volcanic rocks along the Andes.New high precision TIMS U-Pb zircon dating of the CHPC yield ages between 17.0 to 16.4 Ma. The absolute ages support the sequence of intrusion relations established in the field (Chapter 1). These data are the first U-Pb age constraints on the CHPC, and clearly show that the magmatic history of CHPC has no direct link to the subduction of the ridge, since this complex is at least 6 Ma older than the time of collision of the Chile ridge at this latitude (Cande and Leslie 1986).An in-depth comparison with other intrusion of Miocene age in Patagonia reveals - for the first time - an interesting temporal pattern. There is a distinct E-W trend of calc-alkaline magmatism between 20-16 Ma with the younging of ages in the East - the CHPC is the easternmost expression of this trend. I suggest that this time-space relation reflects an eastward (landward) migration of the magmatic arc. I propose that main factor controlling this migration is the fast rates of subduction after the major reconfigurations of the plate tectonic motions after the break up of the Farallôn Plate (at -26 ) resulting in strong deformation and high rates of subduction erosion.High radiogenic isotope ratios (Pb, Sr, Nd) ratios, low 5018 signature and high Th/La ratios in mafic rocks are distinctive features of the CHPC. The presented isotopic models (Chapter 2) suggest that this signature reflects source contamination of the mantle wedge rather than crustal contamination. The trace element signature of the CHPC indicates that the mantle wedge was contaminated with a terrigenous component, most likely from Paleozoic sediments.Fieldwork, petrography and geothermobarometry were used to further unravel the internal history of the CHPC (Chapter 3). These data suggest two main levels of crystallization: one a mid crustal levels (6 to 4.5 kbar) and other a shallow level (3.5 to 2 kbar). Isotopic AFC modeling of crustal contamination indicate variable rates of assimilation, which are not correlated with the degree of differentiation. This suggests that different batches of magma differentiate independently at depths. This implies that the CHPC would have formed by several pulses of magmas from at least 3 different sources. Textures of granodiorites and granites indicate a high content of crystals previous to the emplacement and consequently low emplacement temperatures. Field observations show that the mafic rocks are deformed, whereas the (younger) granodiorites and granites are not. It is still subject of investigation whether the deformation of the mafic rocks is related to regional deformation during a compressional regime or to the emplacement it self. However, the emplacement of huge amount of crystal rich felsic magmas suggests an extensional regime.Résumé Grand PublicPétrologie et Géochimie du Complexe Plutonique de Chaltén et les conséquences pour l'évolution magmatique et tectonique du Andes du Sud (Patagonia) pendant le MiocèneLe Complexe Plutonique de Chaltén (CHPC) est un massif montagneux situé à 49°S à la frontière entre le Chili et l'Argentine, en Patagonie (région la plus au sud de l'Amérique du Sud). Il est composé de montagnes qui peuvent atteindre plus de 3000 mètres d'altitude, telles que le Cerro Fitz Roy (3400m) et le Cerro Torre (3100m). Ces montagnes sont composées de roches plutoniques, c.-à-d. des magmas qui se sont refroidis et ont cristallisés sous la surface terrestre.La composition chimique de ces roches montre que les magmas, qui ont formé ce complexe plutonique, font partie d'un volcanisme d'arc. Celui-ci se forme lorsqu'une plaque océanique plonge sous une plaque continentale. Les géologues appellent ce processus « subduction ». Dans un tel scénario, le manteau terrestre, qui se fait prendre entre ces deux plaques, fond pour former ainsi du magma. Ce magma remonte à travers la plaque continentale vers la surface. Si celui-ci atteint la surface, il forme les roches volcaniques, comme par exemple des laves. S'il n'atteint pas la surface, le magma se refroidit pour former finalement les roches plutoniques.Le long de la marge ouest d'Amérique du Sud, la plaque Nazca - qui se situe au sud-est de la plaque océanique pacifique - passe en dessous de la plaque d'Amérique du Sud. La bordure ouest du sud de la plaque sud-américaine a également été affectée par d'autres processus tectoniques, tels que des changements dramatiques dans les déplacements de plaques (il y a 25Ma) et la collision de la ride du Chili (depuis 15 Ma jusqu'à aujourd'hui). Ces caractéristiques tectoniques et magmatiques font de cette région un haut lieu pour les géologues. La plaque Nazca, s'est formée suite à l'ouverture d'une plaque océanique plus ancienne, il y a 25Ma. Cette ouverture est liée aux vitesses de subduction les plus rapides jamais connues. La ride du Chili est l'endroit où le sol de l'Océan Pacifique s'ouvre, formant deux plaques océaniques : les plaques Nazca et Antarctique. La ride du Chili subducte sous la plaque sud-américaine depuis 15Ma, en association avec la formation de grands volumes de magma ainsi que des changements morphologiques importants. La question de savoir lequel de ces changements tectoniques globaux affecte la géologie et la géographie de Patagonie a été, et est encore, discutée pendant de nombreuses années. De nombreux chercheurs suggèrent que la plupart des caractéristiques morphologiques et magmatiques en Patagonie sont liés à la subduction de la ride du Chili, mais cette suggestion est encore débattue comme le montre notre étude.Le batholithe de Patagonie du sud (SPB) est un énorme massif composé de roches plutoniques et il s'étend tout au long de la côte ouest de Patagonie (au sud de 47°S). Ces roches correspondent certainement aux racines d'un ancien arc volcanique, qui a été soulevé et érodé. Le CHPC, ainsi que d'autres petites intrusions dans la région, se situe dans une position exotique, à 100km à l'est du SPB. Certains chercheurs suggèrent que ces intrusions pourraient être liées à la subduction de la ride du Chili.Afin de débattre de cette problématique, nous avons utilisé différentes méthodes géochronologiques pour déterminer l'âge du CHPC et le comparer (a) à l'âge des roches intrusives similaires du SPB et (b) à l'âge de la collision de la ride du Chili. Dans ce travail, nous prouvons que le CHPC s'est formé au moins 7Ma avant la collision avec la ride du Chili. Sur la base des âges du CHPC et de la composition chimique de ses roches et minéraux, nous proposons que le CHPC fait partie d'un arc volcanique ancien. La migration de l'arc volcanique plus profondément dans le continent résulte de la grande vitesse de subduction entre 25 et lOMa. Des caractéristiques évidentes pour un tel processus - telles qu'une déformation importante et une vitesse d'érosion élevée - peuvent être rencontrées tout au long de la bordure ouest de l'Amérique du sud.

Structural, metamorphic and geochronological relations between the Zanskar Shear Zone and the Miyar Shear Zone (NW Indian Himalaya): Evidence for two distinct tectonic structures and implications for the evolution of the High Himalayan Crystalline of Zanskar

The geologic structures and metamorphic zonation of the northwestern Indian Himalaya contrast significantly with those in the central and eastern parts of the range, where the high-grade metamorphic rocks of the High Himalayan Crystalline (HHC) thrust southward over the weakly metamorphosed sediments of the Lesser Himalaya along the Main Central Thrust (MCT). Indeed, the hanging wall of the MCT in the NW Himalaya mainly consists of the greenschist facies metasediments of the Chamba zone, whereas HHC high-grade rocks are exposed more internally in the range as a large-scale dome called the Gianbul dome. This Gianbul dome is bounded by two oppositely directed shear zones, the NE-dipping Zanskar Shear Zone (ZSZ) on the northern flank and the SW-dipping Miyar Shear Zone (MSZ) on the southern limb. Current models for the emplacement of the HHC in NW India as a dome structure differ mainly in terms of the roles played by both the ZSZ and the MSZ during the tectonothermal evolution of the HHC. In both the channel flow model and wedge extrusion model, the ZSZ acts as a backstop normal fault along which the high-grade metamorphic rocks of the HHC of Zanskar are exhumed. In contrast, the recently proposed tectonic wedging model argues that the ZSZ and the MSZ correspond to one single detachment system that operates as a subhorizontal backthrust off of the MCT. Thus, the kinematic evolution of the two shear zones, the ZSZ and the MSZ, and their structural, metamorphic and chronological relations appear to be diagnostic features for discriminating the different models. In this paper, structural, metamorphic and geochronological data demonstrate that the MSZ and the ZSZ experienced two distinct kinematic evolutions. As such, the data presented in this paper rule out the hypothesis that the MSZ and the ZSZ constitute one single detachment system, as postulated by the tectonic wedging model. Structural, metamorphic and geochronological data are used to present an alternative tectonic model for the large-scale doming in the NW Indian Himalaya involving early NE-directed tectonics, weakness in the upper crust, reduced erosion at the orogenic front and rapid exhumation along both the ZSZ and the MSZ.

Mesozoic fold structure of the Otago and Alpine Schist Belt and its implications on the tectonic evolution of South Island, New Zealand

Erneute Untersuchungen der mesozoischen Faltenstruktur des Otago Schiefergürtels, Südinsel, Neuseeland, zeigen, dass diese aus zwei aufeinander folgenden, ähnlichen, asymmetrischen, offenen bis mäßig engen Großfaltengenerationen im km- Größenbereich besteht anstatt aus den vorher angenommenen Decken- oder Halbfalten. Hauptproblem der Großfaltenstruktur sind Zonen von durchgreifender Boudinage, die in der Nähe der Großfaltenscharniere entstanden sind. Vorherige Bearbeiter deuteten diese Zonen als 'starke Verformungszonen' oder Überschiebungszonen. Diese Arbeit zeigt, dass in diesen Zonen nur durch die asymmetrische Faltung die unteren liegenden Schenkel der Großfalten boudiniert und somit häufig die ansonsten typischen Faltenstrukturen des liegenden Schenkels einer symmetrischen Faltung überprägt wurden. Ein weiteres Problem dieser mesozoischen Großfaltenstruktur ist die Überprägung einer Faltengeneration auf eine frühere. Weil die Verkürzungsrichtung der überprägenden Faltengeneration nicht subparallel zur älteren Faltenachse ist, sondern einen Winkel von rund 30 Grad einschließt, ist ein Wechsel von orthogonalen zu koaxialen Interferenzmustern der Kleinfalten beobachtbar. Folglich ist die Orientierung der Scheitellinie einer überprägenden und überprägten Kleinfalte nicht unbedingt subparallel zur Orientierung der Faltenachse der Großfalte trotz zylindrischer Faltung. Im letzten Teil dieser Arbeit wird die Überprägung der mesozoischen Großfaltenstruktur durch das känozoisch entstandene, transpressionale Alpine Störungssystem, das einen zweiseitigen Falten- und Überschiebungsgürtel im Otago und im Nordwesten anschließenden Alpinen Schiefergürtel bildet, beschrieben.

Structural, metamorphic and geochronological relations between the Zanskar Shear Zone and the Miyar Shear Zone (NW Indian Himalaya): Evidence for two distinct tectonic structures and implications for the evolution of the High Himalayan Crystalline of Zanskar

The geologic structures and metamorphic zonation of the northwestern Indian Himalaya contrast significantly with those in the central and eastern parts of the range, where the high-grade metamorphic rocks of the High Himalayan Crystalline (HHC) thrust southward over the weakly metamorphosed sediments of the Lesser Himalaya along the Main Central Thrust (MCT). Indeed, the hanging wall of the MCT in the NW Himalaya mainly consists of the greenschist facies metasediments of the Chamba zone, whereas HHC high-grade rocks are exposed more internally in the range as a large-scale dome called the Gianbul dome. This Gianbul dome is bounded by two oppositely directed shear zones, the NE-dipping Zanskar Shear Zone (ZSZ) on the northern flank and the SW-dipping Miyar Shear Zone (MSZ) on the southern limb. Current models for the emplacement of the HHC in NW India as a dome structure differ mainly in terms of the roles played by both the ZSZ and the MSZ during the tectonothermal evolution of the HHC. In both the channel flow model and wedge extrusion model, the ZSZ acts as a backstop normal fault along which the high-grade metamorphic rocks of the HHC of Zanskar are exhumed. In contrast, the recently proposed tectonic wedging model argues that the ZSZ and the MSZ correspond to one single detachment system that operates as a subhorizontal backthrust off of the MCT. Thus, the kinematic evolution of the two shear zones, the ZSZ and the MSZ, and their structural, metamorphic and chronological relations appear to be diagnostic features for discriminating the different models. In this paper, structural, metamorphic and geochronological data demonstrate that the MSZ and the ZSZ experienced two distinct kinematic evolutions. As such, the data presented in this paper rule out the hypothesis that the MSZ and the ZSZ constitute one single detachment system, as postulated by the tectonic wedging model. Structural, metamorphic and geochronological data are used to present an alternative tectonic model for the large-scale doming in the NW Indian Himalaya involving early NE-directed tectonics, weakness in the upper crust, reduced erosion at the orogenic front and rapid exhumation along both the ZSZ and the MSZ.

The geochemistry of late Archaean microbial carbonate: Implications for ocean chemistry and continental erosion history

Trace element concentrations and combined Sr- and Nd-isotope compositions were determined on stromatolitic carbonates (microbialites) from the 2.52 Ga Campbellrand carbonate platform (South Africa). Shale-normalised rare earth element and yttrium patterns of the ancient samples are similar to those of modern seawater in having positive La and Y anomalies and in being depleted in light rare earth elements. In contrast to modem seawater (and microbialite proxies), the 2.52 Ga samples lack a negative Ce anomaly but possess a positive Eu anomaly. These latter trace element characteristics are interpreted to reflect anoxic deep ocean waters where, unlike today, hydrothermal Fe input was not oxidised, and scavenged and rare earth elements were not coprecipitated with Fe-oxyhydroxides. The persistence of a positive Eu anomaly in relatively shallow Campbellrand platform waters indicates a dramatic reversal from hydrothermally dominated (Archaean) to continental erosion-dominated (Phanerozoic) rare earth element flux ratio. The dominant hydrothermal input is also expressed in the initial Sr- and Nd-isotope ratios. There is collinear variation in Sr-Nd systematics, which range from primitive values (Sr-87/Sr-86 of 0.702386 and epsilon (Nd) of +2.1) to more evolved crustal ratios. Mixing calculations show that the range in trace element ratios (e.g., Y/Ho) and initial isotope ratios is not a result of contamination by trapped sediment, but that the chemical band isotopic variation reflects carbonate deposition in an environment where different water masses mixed. Calculated Nd flux ratios yield a hydrothermal input into the 2.52 Ga oceans one order of magnitude larger than continental input. Such a change in flux ratio most likely required substantially reduced continental inputs, which could, in turn, reflect a plate tectonic causation (e.g., reduced topography or expansion of epicontinental seas). Copyright (C) 2001 Elsevier Science Ltd.