Le aree che si sono aggiunte al Nord America occidentale nel corso degli ultimi 200 milioni di annisono indicate nella cartina in bianco e in colore. Sono stati identificati circa 100 di questi «blocchi»(che gli autori chiamano ferrane). Le rocce di queste aree differiscono marcatamente per quantoriguarda gli aspetti geologici, paleontologici e paleomagnetici dalle rocce che costituisconol'antico cratone nordamericano: il continente originario (in grigio chiaro). Molti blocchi, compre-si quelli indicati in colore (con la possibile eccezione di Yukon-Tanana), sono costituiti di rocceformatesi originariamente sul fondo oceanico. Alcuni blocchi incorporano le prove paleomagneti-che che consentono di fissare il loro luogo di origine migliaia di chilometri a sud dell'attualeposizione. La linea dentellata presso il bordo occidentale del continente antico segna il limi-te orientale dell'orogenesi di Laramide, cominciata circa 150 e terminata 50 milioni di anni fa.I siti a e b sono mostrati in sezione trasversale nell'illustrazione in alto alle pagine 56 e 57.

BLOCCHI DI ACCREZIONENOME

CHULITNA

CACHE CREEK

FRANCISCAN

STIKINE

WRANGELLIA

YUKON -T ANANA

TIPO

BACINO OCEANICO

BACINO OCEANICO - PLATEAUCARBONATICO

BACINO OCEANICO DISTRUTTO

ARCO INSULARE VULCANICO

ARCO VULCANICO - PLATEAUOCEANICO

METAMORFICO

-

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PACIFICO

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1a . ‘....M

SAN FRANCISCO

CHILOMETRIII 20' 0 400

ME ICO

YUKON

LOS ANGELES

600

s

econdo la teoria della tettonica azolle le masse continentali del no-stro pianeta poggiano su grandi

zolle di crosta terrestre che sono in conti-nuo movimento l'una rispetto all'altra.Da quando, meno di vent'anni fa, questateoria si affermò, è opinione dei geologiche i continenti crescano lentamente ecostantemente, con l'aggiunta di «anelli»lungo i margini esterni, analogamente aquanto avviene per gli alberi. Questi anel-li di crescita sono costituiti da rocce di tipodiverso. Alcune sono rocce raschiate dalfondo oceanico contro il margine di uncontinente quando una zolla in avvicina-mento si è immersa sotto la zolla conti-nentale, un processo noto come subdu-zione. Alcune rocce provengono da archivulcanici, ossia catene di isole vulcanicheche si formano sopra zone di subduzione,e molte sono costituite dai sedimenti de-positati sulla piattaforma continentaledalle acque fluviali.

Ora, però, vi sono ragioni per credereche la crescita dei continenti non sia lentae costante. Si hanno prove, infatti, dellasua natura episodica e anche del fatto chel'ultima grande spinta per quanto riguar-da la crescita del Nord America ha avutoinizio non più di 200 milioni di anni fa.Praticamente tutta la costa pacifica, dallaBaja California, a sud, fino all'estremitàdell'Alaska, a nord, e per una estensionemedia verso l'interno di circa 500 chilo-metri, è stata «innestata» sul continentepreesistente dall'aggiunta pezzo per pez-zo di grandi blocchi «prefabbricati» dicrosta, la maggior parte dei quali traspor-tati per migliaia di chilometri a est e anord dai loro luoghi di origine nel bacinodel Pacifico. Le dimensioni orizzontali deisingoli blocchi andavano da centinaia amigliaia di chilometri.

Molti blocchi sono di origine oceanica econsistono quindi di crosta oceanica, iso-le, plateau, dorsali o archi insulari. Soloalcuni sono chiaramente frammenti di al-tri continenti. Altri hanno percorso pa-recchie migliaia di chilometri subendo

una deformazione interna estremamenteridotta. Solitamente, dopo essere entratiin contatto con il Nord America, i blocchisono stati tagliati da faglie e ridotti a sotti-li strisce parallele al margine continenta-le. In molti casi, durante e dopo la colli-sione, i blocchi hanno subito una rotazio-ne. Per queste ragioni, il Nord Americaoccidentale è un «collage» di blocchi cheha assunto la sua attuale configurazionenel corso degli ultimi 200 milioni di anniper l'impatto di zolle oceaniche e ogniblocco porta un carico di rocce esotiche.Il processo attraverso il quale il marginedi un continente viene modificato daltrasporto, dall'accrezione e dalla rota-zione di grandi blocchi di crosta è spessochiamato tettonica a microzolle, mentre iblocchi stessi vengono indicati anche conil termine terrane.

La tettonica a microzolle costituisceun'appendice significativa a quella partedella tettonica a zolle che descrive le inte-razioni tra zolle lungo i margini continen-tali cosiddetti attivi. Secondo la teoria del-la tettonica zolle vi sono due modi in cui imargini continentali possono cresceredalla parte del mare. Quando due zolle,come quella africana e quella sudameri-cana, vengono reciprocamente allontana-te da una frattura medio-oceanica, i loromargini continentali vengono detti passivio fratturati e si accrescono lentamente perl'accumularsi di sedimenti fluviali e discheletri carbonatici di organismi mariniche si depositano sotto forma di calcari.Serie, ossia sequenze ininterrotte, di que-ste accrezioni costituite da strati presso-ché piatti sono chiamate depositi miogeo-clinali e dato che sono per la maggiorparte indeformati e presentano una storiasenza soluzione di continuità è evidenteche, in genere, i margini passivi non sonoassociati a orogenesi.

Iungo margini attivi, o convergenti, come

quelli che delimitano la maggior partedel bacino pacifico, i continenti tendono acrescere molto più rapidamente. In corri-

spondenza di un margine attivo, la zollaoceanica si immerge sotto la zolla continen-tale e questa raschia via dalla zolla oceanicasedimenti di mare profondo e frammenti dicrosta basaltica che così aderiscono al mar-gine continentale. Allo stesso tempo la zol-la che sprofonda sotto il margine continen-tale si riscalda e in parte fonde, provocandovulcanismo e orogenesi molto estesi. Unesempio classico del fenomeno descritto ècostituito dalle Ande lungo la costa occi-dentale del Sud America.

Secondo il primo modello della tetto-nica a zolle il Nord America occidentaleera stato un margine passivo per tutto iltardo Paleozoico e il primo Mesozoico(un periodo compreso grosso modo tra350 e 210 milioni di anni fa), dopodichédivenne attivo. Si supponeva che lungoquesto margine il continente crescesse diuna certa quantità per l'accrezione inalcuni punti, come le Coast Ranges dellaCalifornia, di rocce sedimentarie e igneedi origine oceanica. Il modello riusciva aspiegare strutture molto diverse come lerocce della serie Franciscan delle CoastRanges californiane, forzate da processilocali di subduzione, e le rocce granitichedella Sierra Nevada, molto più a est, chehanno avuto evidentemente originecome radici di vulcani di tipo analogo aquelle delle Ande.

Fondamentalmente la ricostruzionedella storia geologica del Nord Americaoccidentale fatta sulla base della tettonicaa zolle rimane invariata alla luce dellatettonica a microzolle, ma i particolarisono radicalmente mutati. Ora è chiaroche nel Mesozoico (tra 248 e 65 milioni dianni fa) si è aggiunta al Nord Americamolta più crosta di quanta non sia attri-buibile al vulcanismo lungo gli archi insu-lari e alla semplice accrezione di sedimen-ti provenienti dal fondo oceanico. È an-che evidente che alcuni blocchi che oggi sitrovano fianco a fianco non sono geneti-camente collegati, come dovrebbe esserein base alla sola tettonica a zolle, ma quasicertamente hanno percorso grandi di-

La crescitadel Nord America occidentale

Nel corso degli ultimi 200 milioni di anni il continente si è estesoverso ovest per collisione e accrezione di blocchi di crosta terrestrealcuni dei quali provenienti da luoghi distanti migliaia di chilometri

di David L. Jones, Allan Cox, Peter Coney e Myrl Beck

46

47

LONGITUDINE ARBITRARIA

Questa ricostruzione dell'area tetidiana, come era nel Permiano 250milioni di anni fa, mostra la probabile localizzazione di vari blocchi chesuccessivamente si sono attaccati al continente euroasiatico. La regionetetidiana costituiva un'unica provincia faunistica equatoriale. L'attualelocalizzazione degli stessi blocchi è presentata nell'illustrazione qui

sotto. La realizzazione di ambedue queste mappe è stata basata suglistudi condotti di M. W. McElhinny della Australian National Universi-ty, B. J. J. Embleton dell'Australian Commonwealth Scientific andIndustrial Research Organization Division of Minerai Phy sics e X. H.Ma e Z. K. Zhang dell'Accademia cinese delle scienze geologiche.

LONGITUDINE ATTUALE

I pallini in colore indicano l'attuale distribuzione dei fusulinidi tetidianientro il loro territorio domestico. La loro presenza nella Siberia orien-tale, nella Nuova Zelanda e nell'emisfero occidentale (pallini in nero)

dimostra che blocchi crostali, un tempo nella regione tetidiana, hannosubito spostamenti tettonici di grande scala. I blocchi tetidiani unitisiall'Eurasia sono mostrati nelle posizioni suggerite da McElhinny.

PANTALASSA

SUDAMERICA

30 60 so°

SIKHOTE-ALIN

It*"

YANGTZE

•ASIA

— SUD-ORIENTALE

AFRICA

SUDAMERICA

30°

60900 120' 150° 1!4-7 1800 150' 120° 90°

tC)(2'

Le differenze riscontrate nei fusulinidi, microfossili marini trovati in rocce provenienti da luoghifra loro molto distanti, costituiscono la prova fossile dello spostamento dei blocchi. I microfossilirisalgono al Permiano, un periodo compreso tra 240 e 290 milioni di anni fa. I microfossili similitrovati nei siti a e b sono indicati come fusulinidi tetidiani perché probabilmente provengonoentrambi dall'antico oceano chiamato Tetide (si veda l'illustrazione in alto nella pagina afronte). Le differenze rispetto ai fusulinidi nordamericani (c) riguardano tanto la forma esternaquanto la struttura interna. I fusulinidi tetidiani trovati nel Nord America occidentale sono statichiaramente trasportati in luogo da blocchi che si sono spostati per migliaia di chilometri.

stanze muovendo da zone della Terracompletamente diverse.

Ci porremo ora quattro domande fon-damentali. Come si possono individuare isingoli blocchi che unendosi hanno for-mato il collage tettonico del Nord Ameri-ca occidentale? Come si può stabiliredove hanno avuto origine i blocchi e qualidistanze hanno percorso? Quali sono lerelazioni strutturali tra i vari blocchi? Inche modo i blocchi si sono saldati al mar-gine attivo del continente?

Per dare una risposta a queste doman-de è necessaria la stretta collaborazionetra specialisti di diverse sottodisciplinedelle scienze della Terra. Per esempio,geologi, geofisici e paleontologi utilizza-no propri metodi per riconoscere pezzi dicrosta terrestre trasportati nel loro sitoattuale da luoghi lontani. Per fare unesempio semplice, ma realistico, la BajaCalifornia e la stretta striscia di Californiache giace a ovest della faglia di San An-dreas stanno scivolando verso nord a unavelocità di circa cinque centimetri all'an-no rispetto al resto del Nord America. Seil movimento continua, si può calcolareche tra cinquanta milioni di anni le roccedella California si uniranno al marginecontinentale dell'Alaska.

La discontinuità tra le rocce «native»dell'Alaska e le rocce «straniere» dellaCalifornia potrebbe manifestarsi in tremodi. In primo luogo, nelle sequenze roc-ciose trasversalmente alle faglie principalivi sarebbero brusche discontinuità, cherivelerebbero storie geologiche profon-damente diverse in blocchi che sono venu-

ti a trovarsi vicini. In secondo luogo, siavrebbero analoghe discontinuità nei fos-sili animali e vegetali; nelle rocce spostatesarebbero facilmente distinguibili le for-me tropicali da quelle tipiche delle zonetemperate e fredde presenti nelle roccenative dell'Alaska. In terzo luogo, i duetipi di rocce esibirebbero caratteristichemagnetiche nettamente diverse. Quandola roccia fusa raffredda, il suo magneti-smo intrinseco si allinea con il campomagnetico terrestre locale e quindi le roc-ce che si sono formate nei pressi dell'e-quatore, dove le linee di forza del campomagnetico terrestre sono quasi orizzonta-li, mostrerebbero una inclinazione pa-leomagnetica molto lieve. Le rocce nativedell'Alaska, solidificatesi a latitudini ele-vate dove le linee di forza del campomagnetico terrestre sono dirette verso ilbasso, mostrerebbero un'inclinazionepaleomagnetica accentuata.

SSi è arrivati al primo riconoscimento diblocchi esotici nel Nord America oc-

cidentale con l'osservazione delle anoma-lie dei primi due tipi descritti, ossia lediscontinuità geologiche e quelle paleo-biologiche. La conclusione che questeanomalie potessero essere dovute aenormi spostamenti di grandi blocchi cro-stali fu avanzata però sulla base delle im-pressionanti differenze riscontrate nelpaleomagnetismo.

L'illustrazione della pagina precedentemostra la distribuzione dei principaliblocchi del Nord America occidentale.Sono stati identificati anche molti blocchi

più piccoli ma, a questa scala, non sonoraffigurabili. Ogni blocco rappresentaun'entità geologica distinta caratterizzatada una sequenza peculiare di rocce chedifferisce nettamente dalle sequenze ri-scontrate nelle rocce adiacenti. Ogniblocco è delimitato su tutti i lati da impor-tanti faglie; mancano gli strati o le rocce ditransizione che consentirebbero di colle-gare tra loro i blocchi.

Caratteristica distintiva di un blocco èuna particolare sequenza di eventi geolo-gici: deposizione di rocce vulcaniche esedimentarie, intrusione di rocce graniti-che e movimenti terrestri come ripiega-menti e fagliature. Può far parte della sto-ria geologica anche la formazione di de-positi di minerali e, proprio studiando iblocchi si è capito perché certi processi dimineralizzazione si interrompono bru-scamente in luoghi che, ora si sa, sono iconfini dei blocchi.

Tra i primi blocchi identificati vi è Ca-che Creek nella British Columbia. Già nel1950 M. L. Thompson e Harry E. Whee-ler dell'Università di Washington e W. K.Danner del Wooster College avevanomesso in evidenza che certi microfossilimarini caratteristici, noti come fusulinidi,risalenti al Permiano, ossia al periodocompreso tra 250 e 290 milioni di anni fa,sono ampiamente distribuiti nella parteoccidentale esterna del Nord America,mentre è del tutto improbabile trovarequeste specie più a est delle MontagneRocciose e nella zona centrale del conti-nente. Le forme trovate nella zona occi-dentale appartengono a specie ampia-mente diffuse in Cina, Giappone, IndieOrientali e Penisola di Malacca. I fusuli-nidi asiatici contribuiscono a definire laprovincia faunistica tetidiana, terminecon cui ci si riferisce all'antico oceano diTetide che giaceva a sud-est della massacontinentale euroasiatica. Le specie difusulinidi trovate nel Nevada, nel Texas enel Kansas appartengono al regno fauni-stico nordamericano.

In un primo tempo i ricercatori formu-larono l'ipotesi che i fusulinidi tetidianiesotici avessero raggiunto il Nord Ameri-ca occidentale attraverso un complessosistema di strette vie d'acqua marine chepermetteva in qualche modo di spostarsida ovest a est, ma non viceversa. Le vied'acqua sono gli analoghi marini degliistmi chiamati in causa prima della teoriadella tettonica a zolle per spiegare l'altret-tanto enigmatica distribuzione degli ani-mali terrestri. Nel 1968 J. Tuzo Wilsondell'Università di Toronto, uno dei primiassertori della tettonica a zolle, suggerìche la presenza di fossili marini anomalinel Nord America si poteva spiegare se untempo l'oceano Pacifico si fosse chiuso eAsia e Nord America fossero così statea contatto. Alla- riapertura del Pacificoframmenti d'Asia contenenti fossili teti-diani sarebbero rimasti attaccati al mar-gine fratturato del Nord America. Unatale successione di chiusura e di aperturadi un importante bacino oceanico, oranota come «ciclo di Wilson», è ben docu-mentata per l'Atlantico, mentre vi sonoscarse o nulle prove per sostenere una

T 4948

DISCORDANZAARENARIE E SCISTI

DEL CRETACEO

BASALTIDEL \

TRIASSICO

ROCCE DI ACQUEPROFONDEDEL TRIA CO

CALCARI DI ACQUE BASSEDEL TRIASSICO

ASAL IDELTRIASICO

ARENARIE E SCISTI MARINIDEL TARDOTRIASSICO

CALCARIE BASALTI

DEL TARDOTRIASSICO

(ROCCEPIÙ ANTICHE

LETTI ROSSIDEL TARDOTRIASSICO ARENARIE

E SCISTI MARINIDEL TARDO TRIASSICO

(ROCCE PIÙRECENTI)

chiusura completa nel bacino del Pacifico,per lo meno per quanto riguarda parec-chie centinaia di milioni di anni addietro.

N1el 1971 James W. H. Monger del Ca-nadian Geological Survey e Charles

A. Ross della Western Washington Uni-versity avanzarono l'ipotesi molto sempli-ce che i fusulinidi tetidiani del Permiano ele rocce in cui si trovano si fossero formatidurante il Permiano vicino all'equatore efacessero parte del fondo oceanico. Lerocce sarebbero state in seguito trasporta-te verso nord fino al Canada su una zollaoceanica e si sarebbero poi aggiunte alNord America per accrezione.

Per stabilire l'origine del blocco CacheCreek nella British Columbia è importan-te conoscere se gli organismi marini equa-toriali della fauna tetidiana erano confi-nati in un'unica provincia equatoriale ose erano distribuiti lungo tutto l'equatore

permiano. Quando si riporta su graficol'attuale distribuzione dei fusulinidi teti-diani, appare del tutto chiaro che quellitrovati in una fascia che si estende dalMediterraneo a ovest fino al Borneo eforse fino al Giappone a est sono indigeni.Le loro acque ancestrali erano quelle del-la Tetide che nel Permiano si trovava fral'India, il Tibet, l'Australia e l'Africa asud e l'Europa e l'Asia a nord.

La Tetide abbracciava almeno cinqueconsistenti masse insulari che poi si uni-rono per accrezione al margine orientaledell'Asia in vari punti, distribuiti in un'a-rea che si estendeva dai pressi dell'equa-tore attuale fino all'attuale Mare di Be-ring. Tutte queste regioni che si sono uni-te contengono fusulinidi tetidiani. Altret-tanto importante è l'osservazione che nonvi sono fusulinidi tetidiani nelle roccepermiane equatoriali native dell'emisferooccidentale. È evidente che la ragione

dell'attuale distribuzione non è una mi-grazione faunistica nel corso del Permia-no, ma un successivo spostamento deiblocchi del Permiano che originariamentesi erano formati nel bacino della Tetidesul fondo del quale i fusulinidi si eranodepositati e fossilizzati.

Questa semplice spiegazione data allapresenza degli enigmatici fossili nel bloc-co Cache Creek contiene una importanteimplicazione. Le rocce a fusulinidi esoticisi trovano 500 chilometri all'interno dellacosta del Nord America. Se le rocce han-no effettivamente un'origine esotica,come hanno supposto Monger e Ross,quelle che giacciono tra queste e il mareverso ovest devono avere anch'esse un'o-rigine esotica; questa ipotesi è ora am-piamente confermata.

Molte rocce del Paleozoico e del Meso-zoico con età comprese tra 590 e 65 mi-lioni di anni trovate in zone dell'Alaska,

British Columbia, Washington, Oregon,Nevada occidentale, California e Messicooccidentale non mostrano evidenti colle-gamenti con l'antico cratone del NordAmerica. L'antico bordo occidentale delNord America nell'ultima epoca in cui ilmargine continentale era ancora passivopuò essere tracciato con ragionevole ac-curatezza sulla base di criteri sia litologicisia geochimici. Una caratteristica impor-tante di questo margine è la presenza dirocce di basamento sotto le spesse roccesedimentarie del Paleozoico di originecontinentale e depositate in acque pro-fonde. Contrariamente a questa sequen-za, i blocchi trovati a ovest dell'anticobordo del Nord America sono costituitida rocce caratteristiche di archi insulari edi crosta oceanica e da sedimenti da que-sti derivati.

Un indicatore geochimico chiave delconfine tra l'antica crosta continentale e

le rocce esotiche affini a quelle oceanicheè la variazione del rapporto tra due isoto-pi dello stronzio: lo stronzio 87 e lo stron-zio 86. Nell'antica crosta continentale delPrecambriano (di oltre 590 milioni dianni) il rapporto tra stronzio 87 e stronzio86 è elevato, mentre nella crosta oceanicaè basso. Questa differenza caratteristicanel rapporto isotopico costituisce un indi-catore che ben coincide con la disconti-nuità litologica.

Il bordo dell'antico continente definitoda questi due indicatori concordanti sitrova a est del margine continentale attua-le a una distanza compresa tra alcune cen-tinaia e molte centinaia di chilometri.Questo significa che tutte le rocce chegiacciono a ovest dell'antico bordo conti-nentale si sono aggiunte per qualche pro-cesso di accrezione. La maggior parte del-l'accrezione ha avuto luogo in un periodorelativamente breve compreso tra 200 e

50 milioni di anni fa. Ora siamo convintiche in questo periodo di 150 milioni dianni frammenti esotici provenienti dapunti ignoti del Pacifico vennero spinticontro il bordo occidentale del NordAmerica a cui si unirono. Attualmentesono stati individuati più di 100 frammen-ti molto diversi tra loro.

-p possibile e conveniente dividere iblocchi in quattro categorie genera-

li: stratificati, frantumati, metamorfici ecompositi. I blocchi stratificati sono carat-terizzati da sequenze stratigrafiche con-cordanti in cui è dimostrabile l'ordine dideposizione tra successive unità litologi-che. Le rocce del basamento possono omeno essersi conservate. Entro i blocchistratificati le sequenze di rocce si possonosuddividere in tre ampie sottocategorie aseconda che le rocce abbiano avuto originein preponderanza da crosta continentale,

Le pareti delle Wrangell Mountains, 400 chilometri a est di Anchorage,in Alaska, mostrano 100 milioni di anni di storia del blocco Wrangellia.Nella mappa a sinistra sono illustrate le caratteristiche geologicheprincipali visibili nella fotografia. Le rocce più antiche risalenti alTriassico, circa 240 milioni di anni fa, si sono formate in un arcoinsulare dell'antico Pacifico. I depositi di calcare, spessi circa 1200metri, finemente stratificati contengono gli scheletri di organismi mari-ni di acque poco profonde depositatisi sulla piattaforma basaltica men-tre questa, durante il Triassico, si abbassava. Il calcare fu poi copertoda sedimenti costituiti soprattutto da organismi di acque profondecome spugne e radiolari. La dorsale, a sinistra, costituita da arenariee argilliti di acque poco profonde. si è depositata nel Cretaceo circa120 milioni di anni fa. Secondo gli autori gli strati del Triassico sonostati piegati e fagliati quando Wrangellia «attraccò» al Nord America.

Questi strati esposti del blocco Chulitna si trovano circa 60 chilometri anord-ovest del confine settentrionale del blocco Wrangellia. Il bloccopresenta una sequenza caratteristica di rocce che non si trova in nessu-n'altra parte dell'Alaska ne più a sud nel continente nordamericano.Nella fotografia la sezione geologica è ripiegata e rovesciata cosicché lerocce più antiche sono quelle a bande chiare e scure a sinistra; esserisalgono al tardo Triassico. Gli strati chiari sono basalti, quelli scuricalcari. Su di essi, a destra, si sono depositati letti rossi del tardoTriassico (arenarie e conglomerati). Le rocce scure, ancora più a destra.sono arenarie e argilliti di acque poco profonde che ospitano moltifossili marini di acque basse attribuibili alla fine del Triassico. Proba-bilmente gli strati sono stati rovesciati quando Chulitna raggiunsel'Alaska 90 milioni di anni fa. Il rilievo verticale è di 600 metri. Lefotografie di queste due pagine sono di uno degli autori (Jones).

50

51

CROSTA OCEANICA

SELCI E ARGILLITI DEPOSITATE IN ACQUE PROFONDE

ARENARIE E CONGLOMERATINON MARINI (LETTI ROSSI)

ROCCE VULCANICHEBASALTICHE DI RIFT (?)

ARENARIE. SCISTI E CONGLOMERATIINTERSTRATIFICATI DEPOSITATIIN ACQUE BASSE

ROCCE VULCANICHE SILICEELJ PRODOTTE DA VULCANISMODI ARCO INSULARE

CALCARI DEPOSITATIIN ACQUE BASSE

ETÀ(MILIONIGIANNI

FA)

PERIODOGEOLOGICO ERA

MARGINE CONTINENTALEDEL NORD AMERICA

NELLA BRITISH COLUMBIAWRANGELLIA CHULITNA CACHE CREEK

SEQUENZADI ROCCE

STORIAGEOLOGICA

SEQUENZADI ROCCE

STORIAGEOLOGICA

SEQUENZA STORIADI ROCCE GEOLOGICA

SEQUENZADI ROCCE

STORIAGEOLOGICA

A SPESSIDEPOSITI

CRETACEO DI ARENARIE,SCISTI

140 O E CONGLOMERATIO VENUTI DA OVESTO SUBSIDENZA ACCREZIONE AL

GIURASSICO Nw

INIZIO DELLAPRINCIPALE 9

NORD AMERICA

2081112 ACCREZIONE DI

BLOCCHI ESOTICI SUBSIDENZA — SOLLEVAMENTO E.e,_ ,v, EROSIONE DOVUTI

240

TRIASSICOVULCANISMO

DI RIFT (?) SUBSIDENZA''"" ' A COLLISIONEMANCANTE

DEPOSIZIONEA

4

MANCANTE DI ROCCEDI PIATTAFORMA— —

/7

--

--..›..,,,POCO PROFONDA

''"/ UBSIDENZAPERMIANO

CREAZIONE

290 RAFFREDDAMENTCE SUBSIDENZA

ARENARIEVULCANICHE —

DI BANCHICARBONATICI

PENNSYL– DI ARCO E CONGLOMERATIDERIVATI DAARCO

SU CROSTAOCEANICA

VANIANO

330CREAZIONE SEZIONE

DI ARCO INSULARE— MANCANTE

LENTA OCEANICOMISSIS– SUBSIDENZA 4

SIPPIANO DEL MARGINE n -.)s,"

0CONTINENTALECON DEPOSIZIONE

SEDIMENTI

PELAGICI

,•2-',3'-",,:,, ,360

O5N

DI ROCCEDI ACQUE BASSE

-5,9,SU CROSTA

DEVONIANO /

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410

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SUL BASAMENTODEL

0. PRECAMBRIANO (NON INDICATE

SILURIANO MOLTEDISCORDANZELOCALI)

435

ORDOVICIANO ----- '----

500

CAMBRIANO

570

PRECAMBRIANO

Le storie geologiche di tre blocchi esotici, Wrangellia, Chulitrra e Cache Creek, sono moltodifferenti l'una dall'altra e anche da quella dell'antico margine continentale del Nord America.Cominciando dalle rocce più antiche, si possono tracciare le storie geologiche come segue. Lerocce del Nord America depositatesi tra 570 e circa 200 milioni di anni fa sono caratteristiche deimargini continentali passivi, indicano cioè che lungo tutto questo periodo la W est Coast siabbassava lentamente, come fa attualmente la East Coast. Successivamente il margine divenneattivo man mano che le zolle oceaniche del Pacifico cominciarono a essere subdotte al bordooccidentale del continente. Il blocco Wrangellia ebbe origine circa 300 milioni di anni fa come unarco insulare formato dall'attività vulcanica lontano da qualsiasi continente. Man mano che l'arcosi raffreddava e affondava venne in primo luogo ricoperto da sedimenti di acque poco profonde epoi da sedimenti di acque profonde. Circa 220 milioni di anni fa il blocco si fratturò e vennericoperto da spessi depositi di basalto con la formazione di una piattaforma vulcanica e infine diun'isola vulcanica. Con il passare del tempo l'isola affondò, raccogliendo depositi di calcari e diargilliti. entrambi di origine marina. I primi sedimenti di origine continentale v ennero depositatidurante il Cretaceo quando Wrangellia cominciò a collidere con il Nord America. La storiageologica di Chulitna comincia molto prima nel Devoniano con la formazione di crosta oceanica ela successi% a deposizione di sedimenti pelagici, ossia di oceano profondo. Grossolani sedimentivulcanici provenienti da un arco insulare coprirono i depositi pelagici, per essere a loro voltasepolti da calcari di acque poco profonde del Permiano e del primo Triassico. Poco più tardi ilblocco subì un apporto di grossolani sedimenti continentali che formarono i letti rossi ben visibilinella fotografia di pagina 51. Può darsi che questi sedimenti segnino il primo attracco di Chulitnaal Nord America a una latitudine bassa. Probabilmente la successiva attività tettonica sollevò ilblocco dal suo punto originale di collisione. Seguì un periodo di subsidenza e quindi il trasportoverso nord fino al posto dell'accrezione definitiva in Alaska. La storia di Cache Creek cominciòcirca 350 milioni di anni fa con la formazione di crosta oceanica e di una piattaforma basaltica sucui si accumularono migliaia di metri di calcari di acque poco profonde. che ospitano fusulini-di tetidiani del Permiano. Nel Triassico la piattaforma calcarea si abbassò ulteriormentee fu ricoperta da depositi di acque profonde. Nel Giurassico, 180 milioni di anni fa, CacheCreek completò il suo viaggio dal Pacifico occidentale e «attraccò» alla British Columbia.

oceanica o di archi insulari vulcanici. Se iblocchi avessero avuto una storia tettonicacomplessa, gli strati mostrerebbero unasuccessione dì questi tipi di crosta.

I frammenti di crosta continentale, laprima sottocategoria, sono caratterizzatidalla presenza di un basamento precam-briano con una sequenza sovrastante disedimenti di acque basse del Paleozoicoe del Mesozoico. Incluse in questa sotto-categoria vi sono rocce sedimentarie i cuicomponenti provengono dal loro stessobasamento.

I frammenti di crosta oceanica, la se-conda sottocategoria, sono caratterizzatida sequenze di roccia fusa estrusa tipicadella crosta oceanica, generalmente rico-perte da strati di sedimenti silicei costitui-ti soprattutto di scheletri di radiolari (pro-tozoi marini). Inclusi in questa sottocate-goria vi sono depositi di mare profondoche si sono staccati dal basamento.

I frammenti di archi vulcanici, la terzasottocategoria, sono blocchi stratificaticomposti soprattutto da rocce vulcanicheossia dalle radici plutoniche (ignee pro-fonde) degli archi insulari vulcanici in-sieme a detriti sedimentari di origine vul-canica. Le rocce di questa sottocategoriasono analoghe in composizione a quelledegli archi vulcanici attualmente attivicome quelli delle Aleutine.

La seconda categoria generale, i blocchifrantumati, è costituita da blocchi di litolo-gia ed età eterogenea, normalmente collo-cati in una matrice di scisti o di serpentinite(una roccia povera in silice, ma ricca inferro e magnesio). La maggior parte diquesti blocchi contiene frammenti di cro-sta oceanica, ammassi di calcari di acquebasse, sedimenti silicei di acque profonde ecomplessi di grovacche (arenarie grossola-ne) che incorporano lenti di conglomerati.Molti blocchi frantumati includono anchescisti blu (rocce metamorfiche formatesi apressione elevata), che possono essere sianativi sia esotici.

I blocchi compositi, la terza categoriagenerale, sono insiemi di due o tre bloc-chi distinti amalgamatisi, i quali hannopoi condiviso una storia geologica co-mune prima di unirsi al Nord America.La quarta categoria, i blocchi metamor-fici, è costituita da rocce che sono statesoggette a mutamenti geologici che han-no riguardato l'intero blocco prima odopo la sua accrezione al Nord Ameri-ca, compreso lo sviluppo di mineralimetamorfici a un tale grado che le carat-teristiche e le relazioni stratigraficheoriginali non sono più distinguibili.

I blocchi hanno dimensioni molto di-verse. Alcuni coprono decine di migliaiadi chilometri quadrati, altri solo poche

centinaia. Molti blocchi arrivati in un solpezzo si sono successivamente frantuma-ti e ora si trovano in pezzi separati, cor-relabili però stratigraficamente.

T l fatto interessante che emerge dall'ana-lisi dei vari blocchi è che ognuno di essi

contiene una storia geologica significati-vamente diversa da quella dei blocchi vi-cini. Nella maggior parte dei casi le diffe-renze sono così pronunciate che parrebbeinconcepibile che le rocce di blocchi vicinisi siano forzate in stretta vicinanza. Que-ste differenze emergono chiaramentequando due blocchi dell'Alaska meridio-nale - Wrangellia e Cache Creek - sonomessi a confronto tra loro e anche con ilmargine continentale stabile del NordAmerica (si veda l'illustrazione in basso).Le rocce di Cache Creek sono costituiteda spesse sequenze di calcari di acquepoco profonde del tardo Paleozoico de-positatesi direttamente sulla crosta ocea-nica. Le rocce più antiche identificate inWrangellia sono invece una spessa se-quenza di rocce vulcaniche del tardo Pa-leozoico caratteristiche degli archi insula-ri, ricoperte da una sottile sequenza discisti, arenarie e calcari marini di acquebasse. I fusulinidi del Permiano presentiin questi calcari differiscono completa-mente dalle forme tetidiane dello stesso

periodo presenti nel vicino Cache Creek.Questo significa che Wrangellia ha avutoorigine al di fuori della Tetide, probabil-mente a est di essa, nel Pantalassa, l'ocea-no che ha preceduto il Pacifico.

Le rocce marine di Wrangellia risalential tardo Paleozoico e caratterizzate dallapresenza dei fossili sono bruscamente ri-coperte da una spessa sequenza di basaltivulcanici. Sembra che le prime colate dilava si siano formate sotto il livello delmare, ma la pila vulcanica presto si innal-zò sopra il mare circostante, dando origi-ne alla fine a un volume di basalto com-preso tra 100 000 e 200 000 chilometricubi. Quale sia stata l'origine di questamassa vulcanica è tuttora un mistero, mapensiamo che sia collegata alla frattura diun antico fondo marino. La fuoriuscita dibasalti ebbe fine nel tardo Triassico e l'in-tero plateau si abbassò sotto il livello delmare. Le prime rocce sedimentarie checoprono i basalti assomigliano ai depositicarbonatici caratteristici delle acque bas-se di marea che si formano attualmentenelle acque tropicali, ad esempio nel Gol-fo Persico. Man mano che i depositi car-bonatici sprofondavano venivano pro-gressivamente ricoperti da depositi diacque profonde nei quali abbondano iresti di animali caratteristici di quell'am-biente. In questi sedimenti postvulcanici

non vi sono detriti di origine continentale.Abbiamo il sospetto che a quell'epocaWrangellia fosse isolato in mezzo all'o-ceano, probabilmente vicino all'equato-re. La sua lunga deriva verso nord eracominciata.

Il minuscolo blocco Chulitna nell'Ala-ska centro-meridionale è vicino sia aWrangellia sia a Cache Creek, ma èestremamente diverso da entrambi. Lun-go a mala pena 50 chilometri, Chulitnaregistra una storia lunga e complessa disedimentazioni oceaniche e continentaliunica nella geologia del Nord America.Le rocce più antiche del blocco sono lavebasaltiche e rocce plutoniche alterate ti-piche della crosta oceanica, insieme a roc-ce sedimentarie di mare profondo. Lesuccessive rocce paleozoiche e le primerocce mesozoiche comprendono conglo-merati derivati da un arco insulare insie-me a rocce carbonatiche di acque basse.Poiché in questa sequenza non vi sonodetriti continentali, il blocco doveva farparte di un'isola situata in mezzo all'o-ceano. Le condizioni cambiarono bru-scamente e drammaticamente nel tardoTriassico (tra 243 e 213 milioni di anni fa)con l'improvviso afflusso di grandi quan-tità di detriti grossolani ricchi di quarzomischiati con frammenti provenienti dalbasamento oceanico del blocco stesso.

Questi depositi registrano l'«attracco» diChulitna al bordo del continente nord-americano.

utto questo dimostra che il bloccoChulitna subì nel Triassico un pro-

fondo cambiamento: da una collocazioneprettamente oceanica passò a essereincorporato in un margine continentale.Nel corso della collisione, intensi ripie-gamenti, fagliature e sollevamenti porta-rono all'erosione del basamento oceani-co del blocco e al mescolamento dei suoiresti con il materiale del vicino conti-nente. Nessuno di questi drammaticieventi si riscontra nelle vicine rocce diWrangellia. Nonostante che i due bloc-chi siano ora vicinissimi, hanno storiecompletamente diverse.

Dove Chulitna si sia formato è unenigma insoluto. La sua stratigrafia e lasua tettonica sono del tutto dissimili daquelle di ogni altro blocco conosciuto delNord America. Due filoni di prove indi-pendenti indicano che abbia avuto originelontano verso sud. In primo luogo, infatti,Chulitna ha spesso cumuli di sedimentirossastri del Triassico («letti rossi»), i cuiunici equivalenti si trovano quasi esclusi-vamente molto a sud, sotto il confine traCanada e Stati Uniti. In secondo luogo, ifossili del Triassico entro e al di sotto deiletti rossi di Chulitna sono simili a formenote solo a latitudini meridionali.

Le notevoli differenze geologiche tra ivicini Chulitna e Wrangellia sono solodue dei molti casi che potrebbero esserecitati. Il punto essenziale è costituito dalfatto che ciascun blocco contiene la regi-strazione di una sequenza di eventi storiciunica nel suo genere e che non trova ri-scontro nei particolari in nessun altro po-sto del Nord America. La discriminazionetra i blocchi è ragionevolmente obiettivaperché si basa interamente su dati geolo-gici conservatisi. Il significato delle diffe-renze tra i singoli blocchi e tra i blocchi el'antico continente nordamericano è peròoggetto di continue analisi e interpreta-zioni. I quesiti fondamentali sono: Dovehanno avuto origine i blocchi? Quando sisono spostati e lungo quale percorso? Glistudi paleomagnetici stanno fornendo inproposito nuove e significative informa-zioni.

La chiave per ricostruire il movimentodei blocchi consiste nell'analizzare rigo-rosamente il magnetismo «congelatosi»nelle rocce basaltiche e in altre rocceignee al momento della loro solidifica-zione dallo stato fuso. Come abbiamoricordato, l'inclinazione del vettoremagnetico bloccata nelle rocce al tempodella loro formazione è all'incirca oriz-zontale nei pressi dell'equatore e diven-ta più accentuata al crescere della di-stanza verso nord o verso sud dall'equa-tore. L'orientazione del vettore magne-tico viene anche descritta da un altrovalore: la declinazione, ossia l'angoloche il vettore forma con il nord reale.

L'inclinazione paleomagnetica indica aquale distanza dal polo Nord geografico sitrovavano le rocce al momento della loroformazione. La distanza viene calcolata

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ZOLLAPACIFICA

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LO STRATO DI CONFINE FRAGILESI ROMPE IN BLOCCHI

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INTERVALLO DI LATITUDINENORD PER WRANGELLIA

30 GRADI SUD

Il luogo di origine di Wrangellia è stato ristretto sulla base dei dati paleomagnetici a una di dueregioni probabili da Raymond W. Yole della Carleton University e da Edward lrving delCanadian Department of Energy, Mines and Resources. Nel blocco Wrangellia sono stati studiatidue siti: uno nelle Wrangell Mountains dell'Alaska e l'altro nell'isola di Vancouver nella BritishColombia. Le rocce di entrambi i siti si sono formate nel tardo Triassico come parte di un'isola delproto-Pacifico, a 16 gradi o a nord o a sud dell'equatore del Triassico. Tenendo conto delleprobabilità di errore, i dati paleomagnetici stabiliscono che Wrangellia si trovasse in una delle duestrisce ombreggiate. Che il blocco abbia avuto origine a nord o a sud dell'equatore dipende dalfatto che il magnetismo delle rocce del Triassico sia stato «congelato» in un periodo in cui lapolarità del campo magnetico terrestre era «normale» (come è oggi) o era invertita. Disponia-mo di prove indirette a favore della seconda possibilità, ossia della striscia a sud dell'equatore.

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INTERVALLODI LATITUDINE SUDPER WRANGELLIA

•

CRATONE STABILE

Gli studi paleomagnetici dimostrano che alcuni blocchi, come Wrangellia, si sono spostati moltodal loro luogo di origine. Quando le rocce solidificano la direzione della loro magnetizzazione ècaratterizzata da due componenti: la declinazione e l'inclinazione. La declinazione punta verso ilpolo magnetico, mentre l'inclinazione è correlata a quella delle linee di forza del campo magneticoterrestre, che sono orizzontali all'equatore e sempre più verticali verso i poli. Essa indica ladistanza, C, della roccia dall'antico polo. La declinazione e l'inclinazione paleomagnetiche calco-late in alcuni luoghi di campionamento (1, 2,3,4) sul cratone stabile forniscono la direzione e ladistanza e quindi la posizione del polo medio del cratone, P (a sinistra). Le rocce della stessa etàdell'ipotetico blocco, B, sono analizzate per ottenere il polo paleomagnetico Pg per il blocco(stellina a sinistra). Poiché in un dato momento la Terra ha soltanto un polo nord paleomagneti-co, quando le rocce si sono formate la posizione di Pg doveva coincidere con P (a destra). Èevidente che il blocco deve avere avuto origine in qualche posto lungo il cerchio di raggio Cg.

con una equazione semplice basata sul-l'assunto che il campo geomagnetico pos-sa essere rappresentato da un dipolomagnetico, ossia una barra magnetica, al-lineato con l'asse di rotazione della Terra.Questo non è esattamente vero in ognimomento dato, perché il campo geoma-gnetico presenta variazioni considerevoli,ciononostante l'ipotesi del dipolo è validase si prende un'inclinazione media dastrati rocciosi le cui età siano comprese inun intervallo di tempo di almeno parec-chie decine di migliaia di anni. I dati pa-leomagnetici possono quindi stabilire lalatitudine alla quale si sono formate per laprima volta le rocce con una accuratezzadi circa cinque gradi.

Il secondo valore, la declinazione pa-leomagnetica, stabilisce una direzione«paleonord» che punta verso l'anticopolo geografico e magnetico. Come nelcaso dell'inclinazione, per ottenere valo-ri di declinazione significativi è necessa-rio fare una media di direzioni paleoma-gnetiche in rocce la cui età copra unconsiderevole periodo di tempo. L'accu-ratezza nella determinazione della de-clinazione varia con la latitudine origi-naria della formazione delle rocce ed èmassima per le rocce che si sono forma-te vicino all'antico equatore.

Quando un blocco ruota di un certo angolo Rdopo che la magnetizzazione delle sue roccesi è congelata, anche la posizione apparentedel polo paleomagnetico risulta analogamen-te ruotata. Sulla base dei dati derivati dalcratone stabile, sappiamo che il polo era lo-calizzato in P. La rotazione del blocco faapparire che il polo fosse in Pg e non in P.

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o.04.

ZOLLA leNORD-

AMERICANA

ZOLLA PACIFICA

LOSGELES

ISOLA DI SANTA CATALINA

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Sulla base delle declinazioni paleomagnetiche che deviano nettamente dalla declinazione delcratone, che è quasi il nord reale, si è dedotto che le rocce della California meridionale abbianosubito grandi rotazioni. Le rocce hanno un'età compresa tra 10 e 26 milioni di anni, un periodo incui si sa che la direzione del polo è cambiata molto poco. Le rocce ruotate si trovano completamen-te a ovest della raglia di San Andreas sulla zolla pacifica, che sta scivolando verso nord-ovestparallelamente al margine continentale. Il movimento della zolla lungo una figlia semplice diquesto tipo non potrebbe causare da solo rotazioni simili, che possono raggiungere i cinque gradiper milione di anni. Questi blocchi devono aver ruotato per un processo tettonico più complesso.

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CHILOMETRI

0 100

uando si sono trovate l'inclinazionepaleomagnetica e la declinazione

per rocce di una data età in un determina-to punto, trovare il polo è un sempliceesercizio di geometria sferica. La declina-zione ci dice che quando le rocce si sonoformate, l'antico polo si trovava lungo uncerchio massimo passante attraverso illuogo da cui deriva il campione e con unadeviazione dalla reale direzione nord at-tuale di un certo numero di gradi pari alladeclinazione. L'inclinazione ci dice la di-stanza dell'antico polo al tempo della so-Edificazione delle rocce. Si suppone chenel lontano passato il polo medio palco-magnetico e l'antico polo geograficocoincidessero, come nel passato più re-cente. Poiché la zolla nordamericana simuove rispetto all'asse di rotazione dellaTerra, sembra che il polo, visto dal NordAmerica, si sia spostato.

Ecco un esempio di come il paleoma-gnetismo possa mostrare se un blocco,diciamo del Triassico si sia spostato omeno rispetto a un Nord America stabile.Si comincia con il determinare la localiz-zazione media del polo paleomagneticodel Triassico ricorrendo a rocce apparte-nenti alla parte stabile del continente, poisi determina l'inclinazione paleomagneti-ca delle rocce del Triassico appartenential blocco in questione. Questa misurazio-ne stabilisce la paleolatitudine (ossia ladistanza dal polo) del blocco in quel pe-riodo. Il blocco quindi deve trovarsi inqualche posto su un cerchio di quella pa-leolatitudine centrato sul paleopolo me-dio del Triassico riferito al continentestabile. Se accade che il cerchio di latitu-dine passi attraverso il luogo attuale inesame, il blocco non si è spostato se noneventualmente per movimenti lungo ilcerchio di latitudine.

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ZOLLAPACIFICA

ZOLLANORD-

AMERICANA

FLUSSO VISCOSO

Nella zona di confine dove due zolle scivolano l'una rispetto all'altra sipossono avere vari tipi di deformazione. Si può seguire il fenomenoimmaginando due linee colorate tracciate trasversalmente al confine difiglia prima che le zolle comincino a muoversi (a). Le frecce in coloremostrano l'orientazione dei vettori paleomagnetici incorporati nellezolle. Indipendentemente dal fatto che il movimento relativo delle duezolle dia origine a una singola foglia (b) o a una serie di foglie parallele aimargini di zolla (c), le linee in colore rimangono parallele e i vettorimagnetici non ruotano. Se le zolle vengono separate da una stretta zona

crostale in cui le rocce si comportano come un fluido viscoso (d), leparticelle magnetiche della roccia viscosa ruoteranno. (Sebbene questasituazione non possa aver luogo nella parte superiore rigida dellacrosta, può presentarsi nella zona duttile sottostante.) Se la crosta tra ledue zolle è sufficientemente fragile (e), può darsi che si rompa inrisposta alle forze provenienti dai lati delle zolle e dal fondo a causadel flusso nella zona duttile localizzata 15 chilometri più in basso.Il movimento delle zolle può allora dare origine alla rotazione dei bloc-chi, e di conseguenza a quella dei loro vettori paleomagnetici (f).

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CHILOMETRI

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Questa sezione della Central Alaska Range vista verso sud-est tagliatrasversalmente 10 blocchi distinti compreso il minuscolo Chulitna (Siveda la mappa a pagina 47). L'intera regione è intensamente deforma-

ta e la maggior parte dei blocchi è circondata da importanti faglie dicompressione (linee continue in colore). Le arenarie e gli scisti defor-mati del Cretaceo sono indicati dalle aree in colore. Il blocco Yukon-

-Tanana a nord (a sinistra) fu il primo a unirsi al margine dell'antico Nord America, forse tra 180 e200 milioni di anni fa. Wrangellia entrò in collisione con il margine continentale nel Cretaceomedio, circa 90 milioni di anni fa. I blocchi intermedi arrivarono in periodi di tempo intermedi.

VISTA VERSO NORD-OVEST

Questa sezione dell'Alaska sudorientale e della British Columbia com-prende il blocco di accrezione più recente, il Chugach, a sinistra, e unodei primi blocchi a essere stato individuato come esotico, il CacheCreek, a destra. Il Cache Creek, che si trova nell'entroterra a 500

chilometri dalla costa, contiene fusulinidi tetidiani nativi delle regionidell'antica Tetide, che nel Permiano si trovava migliaia di chilometri asud-ovest. Portato sulla zolla del bacino pacifico in movimento versoest, il Cache Creek attraccò al Nord America in un periodo compreso

tra 170 e 180 milioni di anni fa. A ovest, Wrangellia è stato compresso sopra le arenarie e gli scistidel Cretaceo ripiegati e fagliati dell'ancora più recente blocco Chugach. Tra questo e Cache Creeksi trovano altri quattro blocchi. Le loro rocce sono soprattutto vulcaniche, frammiste a rocce igneee metamorfiche, alcune formatesi quando i blocchi entrarono in collisione con il continente.

ISOLA BARANOF

BLOCCOWRANGELLIA

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COMPLESSOBATOLITICO

DELLA COAST RANGE

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BLOCCO CHUGACH BLOCCO ALEXANDER BLOCCO STIKINE

Studi di questo tipo condotti da Ray-mond W. Yole della Carleton Universitye da Edward Irving del Canadian De-partment of Energy, Mines and Resour-ces nel Canada occidentale, da Duane R.Packer e David B. Stone dell'Universitàdell'Alaska e da J. W. Hillhouse dell'USGeological Survey in Alaska, da uno dinoi (Beck) negli stati di Washington,Oregon e California, hanno stabilito chemolti dei blocchi del Nord America occi-dentale hanno percorso migliaia di chilo-

>lBLOCCO PINGSTON

metri verso nord. I risultati paleomagne-tici sono particolarmente impressionantiper quanto riguarda Wrangellia. Studicompiuti su rocce prelevate da parti diquesto blocco sull'isola di Vancouver nel-la British Columbia e dalle WrangellMountains in Alaska mostravano che lerocce di entrambi i siti, ora distanti tra diloro 2500 chilometri, si sono formate neipressi dell'equatore del Triassico più omeno alla stessa latitudine. La loro sepa-razione attuale è il risultato di una faglia-

tura trascorrente avvenuta durante edopo la loro accrezione al Nord Americache sembra abbia tirato Wrangellia versonord e verso sud.

Un altro risultato sorprendente deglistudi paleomagnetici è stato ottenuto at-traverso la determinazione delle declina-zioni paleomagnetiche. Si è scoperto chemolti blocchi del Nord America occiden-tale hanno ruotato, in gran parte in sensoorario e molti di oltre 70 gradi. In alcuniblocchi la rotazione induce a considerare

in modo diverso la geologia locale. Peresempio, nella Coast Range dell'Oregon isedimenti marini depositati nell'Eocenerivelano la direzione delle correnti sulfondo oceanico. Quando ancora non sidisponeva di informazioni paleomagneti-che, si credeva che le correnti fluissero indirezione nord parallelamente ai marginicontinentali attuali. Gli studi paleoma-gnetici condotti da Robert W. Simpsondell'US Geological Survey e da uno dinoi (Cox) indicano, invece, che le rocce

che incorporavano i dati sulle correnti delfondo hanno ruotato in senso orario dopola loro formazione di oltre 50 gradi, cosic-ché la direzione reale delle correnti ocea-niche profonde era rivolta a nord-ovest,lontano dalla costa.

In un blocco che non abbia ruotato, ladeclinazione paleomagnetica punte-

rebbe verso il polo paleomagnetico, comesi può dedurre dalle rocce della stessa etàdelle parti continentali non distrutte. Se

un blocco ha ruotato, la declinazione del-le sue rocce non concorderà con la decli-nazione media calcolata per la parte stabi-le del continente. Nel 1976, sulla basedegli studi condotti negli stati di Washing-ton, Oregon e California, uno di noi(Beck) ha concluso che molti blocchihanno ruotato in senso orario.

Rotazioni sono state rilevate sia inblocchi che hanno subito grandi sposta-menti latitudinali sia in blocchi che nonsi sono spostati in questo senso. Nelprimo caso la rotazione può essere ra-gionevolmente attribuita a cambiamentidi orientazione nel corso dello sposta-mento e dell'attracco del blocco. Nelsecondo caso la rotazione è meno com-prensibile. Daremo due esempi.

Nella California meridionale Bruce P.Luyendyk e Marc J. Kamerling dell'Uni-versità della California a Santa Barbarahanno misurato rotazioni in senso orariodi oltre 60 gradi in rocce di soli 13 milionidi anni. Quali forze tettoniche potrebberoaver prodotto rotazioni a un tasso di quasicinque gradi per milione di anni? La causaprincipale deve necessariamente essere ladeformazione prodotta dal movimentoverso nord-ovest della zolla pacifica ri-spetto al Nord America. Il senso di questomovimento viene indicato come destro, odestrorso, dato che un osservatore che sitrovasse su una qualsiasi delle due zollevedrebbe l'altra muoversi verso destra.La difficoltà consiste nello scoprire l'esat-to meccanismo con cui lo scorrimentodestrorso trasversalmente alla faglia diSan Andreas determina la rotazione insenso orario osservata.

In base alla sola teoria della tettonica azolle tutto lo spostamento tra due zolleavverrebbe lungo un'unica faglia. Se sidovesse, quindi, tracciare una retta attra-verso una linea di confine come la faglia diSan Andreas, la retta, dopo un milione dianni, sarebbe spostata di circa 50 chilo-metri e i segmenti di retta su entrambe lezolle rimarrebbero diritti e paralleli fraloro. Non ci sarebbe rotazione. Analo-gamente, se il movimento della zolla av-venisse lungo una serie di faglie parallele,la retta tracciata risulterebbe spostatasemplicemente attraverso una serie digradini paralleli e, anche in questo caso,senza rotazione.

Si può pensare che i blocchi crostaliruotati della California meridionale va-dano considerati come microzolle, defi-nibili come segmenti di litosfera (la partesuperiore rigida della crosta della Terra)che sono stati spostati rispetto alle zolleadiacenti lungo tutto un insieme di fagliedi confine che arrivavano fino all'asteno-sfera (la zona fluida che comincia a 100chilometri circa sotto la litosfera). Anchela lunghezza o l'ampiezza minima di unamicrozolla dovrebbe essere dell'ordinedei 100 chilometri, ma dato che molti deiblocchi ruotati della California meridio-nale sono molto più piccoli, larghi soltan-to dai 10 ai 20 chilometri, sembra che lefaglie che li delimitano riguardino solo iprimi 15 chilometri della parte superiorefragile della crosta senza affondare quindinello strato duttile sottostante. È meglio

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BLOCCOYUKON-TANANA

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BLOCCO DILLINGER

VISTA VERSO SUD-EST

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ZOLLANORDAMERICANA

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ZOLLANORDAMERICANA

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ZOLLANORDAMERICANA

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L'allungamento dei blocchi può aver luogo se la zolla oceanica in subduzione colpisce I marginecontinentale obliquamente (a). Man mano che la zolla si immerge sotto il margine, un p ateau chesi trova sulla zolla resiste alla subduzione e va quindi a unirsi al continente. Quando il plateau entrain collisione con il Nord America (b), si frantuma lungo una faglia e si fissa a cuneo in posizione,mentre il resto del plateau continua a muoversi in direzione nord-est, li processo si ripete (c)mentre la zona di subduzione (linea dentellata) si viene a spostare rapidamente verso ovest.

WASHINGTON

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CALIFORNIA

La rotazione delle rocce di età inferiore ai 60 milioni di anni è stata osservata nei blocchi cheformano il bordo occidentale del Washington e dell'Oregon. Le frecce in nero mostrano ladirezione del polo paleomagnetico dedotta da campioni prelevati dal cratone stabile nordameri-cano. (Le frecce sono state leggermente ruotate verso nord per ragioni di chiarezza.) Le frecce incolore mostrano la direzione paleomagnetica media osservata nelle località prese in esame. Tuttele rotazioni sono in senso orario e le maggiori si trovano nelle rocce più antiche, che si sonoformate al largo sul fondo oceanico e ora sono unite al continente a ovest della Cascade Range.

indicare i piccoli domini rotazionali comeblocchi intracrostali e non come vere mi-crozolle. Sembra che alla geologia in evo-luzione della regione inferiore di SanAndreas, inclusa la geologia chiamata incausa nell'origine e nella deformazionedei bacini petroliferi, sia collegato unoschema molto complesso di faglie.

Nell'Oregon e nel Washington occi-dentali rotazioni comprese tra 25 e 70gradi sono state riscontrate in rocce dietà compresa tra 30 e 55 milioni di anni.Le rotazioni maggiori riguardano le roc-ce più antiche, che comprendono colatelaviche e sedimenti che in origine si tro-vavano sul fondo oceanico e che ora sonouniti al bordo occidentale del continentedove formano la Coast Range dell'Ore-gon. La Cascade Range, che si trova a estdella Coast Range ed è più recente, hasubito una rotazione in senso orario dicirca 25 gradi.

I 'ambiente tettonico dell'Oregon occi-dentale è molto diverso da quello del-

la California meridionale. Vi sono pochiterremoti e le formazioni geologiche sonostate distrutte in misura minore dal pro-cesso di fagliatura. J. Magill di Stanford euno di noi (Cox) sono convinti che la ro-tazione nell'Oregon occidentale sia stataprodotta in due fasi da processi tettonicidistinti. La prima fase di rotazione si èavuta in un periodo compreso tra 55 e 40milioni di anni fa, quando la crosta ocea-nica, che è la parte più antica della CoastRange, si è unita al continente. La secon-da fase ebbe inizio circa 20 milioni di annifa e accompagnò il ben documentato pro-cesso di assottigliamento e di stiramentodella crosta nel corso dell'estensione dellaBasin and Range Province nell'Oregonorientale e nel Nevada. È ancora un pro-blema aperto se i blocchi ruotati dell'O-regon e del Washington occidentale siano

vere microzolle o siano blocchi poco pro-fondi di crosta staccatasi dalla litosferasottostante. La grande lunghezza deidomini rotazionali dell'Oregon fa pensa-re che siano interessate delle microzolle,mentre nel Washington i domini rotazio-nali sono più piccoli e quindi potrebbeesserci stato un disaccoppiamento dal re-sto della litosfera.

Nel ricercare come i blocchi spostati sisiano uniti al Nord America si può comin-ciare con alcune osservazioni utili. Inprimo luogo, il bordo anteriore di unblocco che si è unito non ha assunto, comeci si potrebbe aspettare, la forma di unasutura tipica delle zone di subduzione. Inqueste, il bordo di una zolla oceanica siimmerge con una inclinazione ripida sottoal margine continentale. I bordi di unblocco assumono la forma di semplici fa-glie di compressione o di faglie trascor-renti. In una faglia di compressione unblocco sale semplicemente sopra un altroblocco lungo una faglia che si immergepoco profondamente. In una faglia tra-scorrente i due blocchi scivolano l'unorispetto all'altro orizzontalmente lungouna faglia che si immerge ripidamente.

In secondo luogo va osservato che lamaggior parte dei blocchi si sono allun-gati e sono stati tirati parallelamente albordo del Nord America. Questo è verosoprattutto per i blocchi più antichi del-l'Alaska e della British Columbia, chesu una mappa geologica a piccola scalaassomigliano a sottili pennellate applica-te lungo il bordo del continente.

Sulla base dei dati fossili e paleomagna-tici è fuori di discussione il fatto che moltidi questi blocchi siano stati trasportatifino al Nord America su zolle oceaniche.Stando così le cose, la zolla oceanica deveessersi consumata in una zona di subdu-zione quando il blocco arrivò al marginecontinentale. È evidente che i blocchistessi sono sopravvissuti al processo disubduzione. La strana scarsità di suturetipiche delle zone di subduzione lungo imargini attuali del blocco implica che lesuture sono state alterate o nascoste daprocessi geologici successivi. Le fagliatu-re di compressione e trascorrenti sonoprocessi diffusi ovunque ed entrambi ingrado di nascondere le suture.

Un secondo aspetto enigmatico a pro-posito dei blocchi è che molti di essi sianosopravvissuti al processo di accrezionecon scarsa deformazione interna. Poichél'accrezione comporta una collisione inuna zona di subduzione, i blocchi dovreb-bero essere molto deformati; invece sitrovano grandi «isole» di blocchi relati-vamente indeformati, come Wrangellia,molto vicino a blocchi più deformati e piùpiccoli come Chulitna. E chiaro che l'enti-tà della deformazione subita da un blocconel corso dell'accrezione dipende da mol-ti fattori: la velocità delle zolle conver-genti, l'angolo di collisione, l'ampiezzadella zona di collisione, la durata di per-manenza del blocco esotico nella zona diaccrezione e la resistenza delle rocce delblocco. Inoltre può darsi che, se una zonadi subduzione viene «intasata» da unblocco galleggiante, si sposti verso il mare

al di là del blocco che si è appena unito edè molto poco deformato.

La descrizione di tre aeree compresetra i blocchi esotici del Nord Americaoccidentale può illustrare la complessitàe la varietà delle caratteristiche strutturaliche sono venute configurandosi nel pro-cesso di accrezione. Nell'Alaska sudocci-dentale e nella adiacente British Colum-bia è ben visibile, nei fiordi che formanole profonde baie lungo la costa, una com-plessa zona di sutura che coinvolgeWrangellia e molti altri blocchi unitisi peraccrezione. È evidente che nel Cretaceomedio, circa 100 milioni di anni fa, Wran-gellia entrò in collisione con i blocchi cheora si trovano a est. La collisione provocòdeformazione e metamorfismo intensi,seguiti da un importante sollevamento deiblocchi verso est. La relativa attualità del-la collisione è dimostrata dalla presenzadi rocce sedimentarie e vulcaniche dimare profondo e a grana fine appartenen-ti al periodo compreso tra il tardo Giuras-sico e il Cretaceo medio, depositatesi inun bacino marino profondo verso terrarispetto a Wrangellia. I graniti plutoniciintrusisi nel primo Terziario nei blocchiorientali sollevati sono estesamente inde-formati a dimostrazione che già alloral'accrezione di Wrangellia al Nord Ame-rica si era già completata.

più lontano verso nord nell'Alaska me-ridionale lungo lo stesso margine si

trova meravigliosamente conservata unazona di sutura dovuta a un'accrezione chesi estende nell'Alaska Range per parec-chie centinaia di chilometri a est e a ovestdel Mount McKinley, ma gli eventi geolo-gici che vi si leggono sono diversi da quelliche hanno interessato l'Alaska sudocci-dentale e la British Columbia. Nell'Ala-ska Range, rocce del Giurassico e del Cre-taceo depositatesi in una fossa marinaprofonda sono state molto deformate ecompresse fino a ridursi a una piccola fra-zione della loro ampiezza originaria; poi aesse si è sovrapposto a sud il bloccoWrangellia lungo una importante faglia dicompressione. Sparsi in tutto il bacinodisgregato e crollato vi sono molti blocchipiccoli delimitati da faglie, dei quali Chu-litna è forse l'esempio più notevole. L'o-rigine e la storia geologica di questi piccoliblocchi esotici non hanno alcuna correla-zione né con Wrangellia né con l'Alaskacentrale e neppure, a questo proposito,con alcun'altra formazione nota del NordAmerica. Nel corso della collisione i bloc-chi piccoli vennero compressi su strati piùrecenti della fossa marina profonda, comeera accaduto per Wrangellia. Dopo la col-lisione l'intera regione venne ulterior-mente compressa e deformata da faglia-ture trascorrenti destrorse, un processotuttora in corso.

La terza area che descriveremo giaceancora più a est nello Yukon Territory,dove le ricerche condotte da nostri colleghicanadesi fanno pensare che il blocco Stikinesia entrato per la prima volta in contatto conil Nord America nel Giurassico medio.Questo enorme blocco, probabilmente ilpiù grande tra quelli noti, arrivò su una zolla

che conteneva le radici di un arco vulcanicoe materiale oceanico che sembra esserequello di Cache Creek, il blocco che confinaa est con Stikine. La collisione portò infine ilmateriale oceanico e quello dell'arco insu-lare verso est sopra il margine continentalesotto forma di estesi strati sovrascorsi. Ac-crezioni successive aggiunsero, al bordoposteriore di Stikine, Wrangellia e altriblocchi più giovani. Questo impilarsi distrati sovrascorsi lungo l'antico bordo oc-cidentale del Nord America creò una fa-scia di nuova crosta continentale ampiafino a 600 chilometri. Ripiegamenti e fa-gliature di compressione successivi, che siprotrassero fino al tardo Cretaceo e addi-rittura fino agli inizi del Terziario, furonoaccompagnati da una estesa fagliatura tra-scorrente che spostò grandi porzioni dellaCanadian Cordillera (l'intero complessodi catene montuose situate nella parte oc-cidentale del continente) per centinaia dichilometri verso nord rispetto al NordAmerica nel suo insieme.

I blocchi di accrezione hanno una fun-zione fondamentale in uno dei processipiù drammatici della tettonica globale,ossia la formazione delle catene montuo-se lungo margini continentali convergen-ti. Per spiegare certi sistemi montuosicome quello himalayano, profondamenteincastrati tra due grandi masse conver-genti, si è chiamata in causa la collisionetra masse continentali molto prima del-l'avvento della tettonica a zolle, mentre siè giunti solo di recente a considerare l'e-ventualità che le collisioni possano avereun ruolo anche nella formazione di catenemontuose che si affacciano direttamentesu un oceano aperto, come le Ande delSud America e la Cordillera del NordAmerica. In questo caso la collisione av-viene tra il continente e masse più piccole,come montagne sottomarine (montagneisolate sul fondo marino), archi insulari,plateau marini e pezzi microcontinentali.La massiccia riduzione della crosta, la fa-gliatura di compressione e il metamorfi-smo sono però essenzialmente analoghialle conseguenze dovute alla collisione tramasse continentali. Se si ammette che ef-

fetti analoghi siano dovuti a cause analo-ghe, ne consegue che sistemi montuosimassicci deformati in maniera complessasiano dovuti a collisioni tra spessi pezzi dicrosta separati e convergenti.

I1 ricorso alla collisione tra continenti è riuscito a spiegare molto bene la mas-

siccia riduzione degli strati rocciosi delsistema himalayano, dove la crosta si èaccorciata di 800 chilometri o più. Eviden-temente la crosta continentale dell'India,spessa circa 40 chilometri, era troppo gal-leggiante per venire subdotta a grande pro-fondità nella zona di sutura dove entrò incollisione con la zolla asiatica. Invece lecroste convergenti dell'India e dell'Asia sisono sovrapposte lungo le faglie di com-pressione cosicché la crosta ha raggiuntouno spessore doppio di quello della norma-le crosta continentale e ha formato l'Hima-laya. Nei 40 milioni di anni successivi all'i-nizio della collisione, il subcontinente in-diano ha continuato a muoversi versonord, spostando verso nord e verso est lerocce crostali asiatiche e causando massic-ce frantumazioni fino in Cina. La conver-genza in corso è responsabile della mag-gior parte dei devastanti terremoti chesconvolgono la regione.

Si sa meno sulle Ande. Probabilmentesi sono formate per subduzione di cro-sta oceanica alla crosta continentale,eppure vi sono prove abbondanti di com-pressione e accorciamento in vaste fasceanche verso l'interno, lontano dalle zonedi subduzione. La compressione è stataattribuita, da uno di noi (Coney) e succes-sivamente da Kevin C. Burke della StateUniversity di New York ad Albany e daWilson, a un rapido movimento del conti-nente verso la fossa oceanica immediata-mente sopra la zona di subduzione, doveil continente incontra la zolla oceanicadiscendente, creando così una forza dicompressione che si trasmette dal margi-ne continentale verso l'interno.

Recentemente Zvi Ben-Avraham eAmos M. Nur di Stanford e due di noi(Jones e Cox) hanno proposto un'alterna-tiva al modello orogenetico nella quale i

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Un altro meccanismo di allungamento può comportare lo spostamento avanti e indietro dellefaglie. Dopo che il plateau è conficcato contro la zolla continentale nella linea di attraccooriginaria, la faglia 1 si sviluppa verso ovest e comincia a portare parte del plateau verso nord (a).Con il tempo la faglia 1 diventa inattiva e a est si sviluppa la faglia 2 (b), tagliando una fettadell'area del plateau che si era attaccata al continente. Più tardi la faglia 2 diventa inattiva ed èseguita dalla faglia 3 che taglia ulteriormente il plateau portandone i frammenti a nord (c).

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blocchi hanno un ruolo chiave. In questomodello l'orogenesi di tipo andino è col-legata più strettamente all'orogenesi ditipo himalayano di quanto non sia la sem-plice subduzione di crosta oceanica. Se-condo il modello vasti plateau oceanici,monti sottomarini e dorsali vulcaniche,alcuni dei quali analoghi a continenti perspessore e densità, potrebbero avere lostesso ruolo del subcontinente indianonella formazione dell'Himalaya. Comel'India, queste estese masse di roccia leg-gera galleggiano troppo per venire sub-dotte e così servono ad accoppiare il mo-vimento in avanti della zolla oceanica piùbassa che viene subdotta alla zolla conti-nentale più alta. Secondo questo punto divista, potrebbe darsi che anche le Andesiano state spinte in alto dall'accrezione diplateau oceanici - forse blocchi esoticinon ancora individuati - lungo il marginecontinentale del Sud America. La diffe-renza di scala tra le Ande e l'Himalayarifletterebbe la differenza di estensionetra il subcontinente indiano e i plateaucoinvolti nella formazione delle Ande.

Una previsione verificabile di questomodello è che l'orogenesi dovrebbe

coincidere con l'accrezione di blocchi eso-tici. Un precedente ideale è costituito dal-l'orogenesi di Laramide: l'ultima grandedeformazione della North AmericanCordillera. L'orogenesi di Laramide è

stata una intensa e diffusa deformazione eformazione di montagne avvenuta tra 40e 80 milioni di anni fa. Ebbe luogo in unavasta zona che si estendeva dalla SierraNevada alle Montagne Rocciose ed è unodegli episodi orogenetici meglio descritti,ma meno compresi. Estesa a est fino aDenver, l'orogenesi laramidiana ha pro-dotto i giganteschi sollevamenti delleMontagne Rocciose e del Colorado Pla-teau, che insieme danno alla Cordillera lasua straordinaria estensione. Allo stessoperiodo risale anche la maggior parte del-la deformazione delle Canadian Rockiese della Sierra Madre Oriental del Messicoorientale. Per tutto il periodo della de-formazione, la crosta oceanica è statasubdotta lungo la costa occidentale delNord America. Ma come poteva la sub-duzione del fondo oceanico al largo dellaCalifornia e dell'Oregon essere la causadella formazione di montagne nel Colo-rado a più di 1200 chilometri verso est?

Uno di noi (Coney) ha proposto duespiegazioni alternative per questo feno-meno, basate entrambe sulla teoria dellatettonica a zolle. Secondo la prima l'ango-lo al quale il «lastrone» di litosfera ocea-nica veniva subdotto al Nord Ameri-ca sarebbe stato così dolce che perfino a1500 chilometri dalla costa sarebbe statoancora meccanicamente accoppiato allazolla sovrastante e l'avrebbe spinta versol'alto. In base alla seconda spiegazione, il

Nord America e la zolla oceanica conver-gente a ovest si sarebbero mosse sempli-cemente l'una verso l'altra in maniera cosìrapida che la deformazione avrebbe avu-to luogo a una distanza insolitamentegrande dalla zona di subduzione. Sebbenevi siano elementi a sostegno di entrambele ipotesi, secondo molti ricercatori anchele due proposte prese insieme non sareb-bero sufficienti a spiegare adeguatamenteuna orogenesi così estesa e profonda.

Esiste una terza possibilità, secondo laquale la deformazione sarebbe stata ac-centuata dall'arrivo di blocchi. Anche sesembra che la maggior parte dei blocchiesotici sia arrivata prima dell'orogenesi diLaramide, l'evento può costituire le ulti-me fasi della loro collisione con il NordAmerica. Il ripiegamento e la fagliatura intutta la Cordillera rappresenterebberoquindi il «rinsaldamento» finale di unacrosta continentale scarsamente consoli-data e formata di blocchi unitisi di recen-te. L'interazione dei blocchi con l'anticacrosta adiacente probabilmente sarebbestata causa di rotazioni, sollevamenti eaccavallamenti in una vasta fascia checomprendeva tanto il cratone nordameri-cano quanto i blocchi.

Sembra che la forza motrice di un taleprocesso sia stata la continua subduzio-ne delle zolle oceaniche del Pacifico alNord America e non l'arrivo successivo dinuovi blocchi esotici nel Cenozoico. Lacollisione di blocchi esotici durante l'oro-genesi di Laramide non può però esseretotalmente messa fuori causa. Dati pa-leomagnetici ottenuti di recente da DavidHowell, Jack Vedder e Dwayne Cham-pion dell'US Geological Survey relativa-mente alla California centrale e meridio-nale fanno pensare che nell'Eocene, nonpiù di 50 milioni di anni fa, un grandeframmento continentale proveniente dal-la latitudine corrispondente al Messicomeridionale sia entrato in collisione con ilmargine sudoccidentale della California.

irdindividuazione di molti blocchi esotici nel Nord America occidentale ag-giunge un nuovo e importante capitoloalla storia geologica di questo continente.Secondo noi, il Nord America occidentaleè aumentato per più del 25 per cento peraccrezione fino al primo Giurassico, lun-go un periodo di quasi 200 milioni di anni.La crescita fu dovuta soprattutto all'ag-giunta di blocchi di origine oceanica e noncontinentale. Questo significa una effetti-va crescita continentale e non il riciclag-gio di vecchio materiale continentale.Sebbene il processo di collisione, accre-zione e crescita continentale sia comples-so e poco chiaro, vi devono essere statiuna intensa riduzione e un ingente tra-sporto di massa. Il risultato finale consistein una nuova crosta inspessita per com-pressione fino a proporzioni continentalie unita all'antico continente. Il concettodi blocchi che si sono uniti pezzo per pez-zo al Nord America occidentale ha impor-tanti implicazioni per l'origine e l'evolu-zione delle grandi catene montuose delnostro pianeta, molte delle quali possonoavere avuto una storia analoga.

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