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カレドニア造山運動は、ブリテン諸島の北部、スカンジナビア・カレドニア山脈、スヴァールバル諸島、グリーンランド東部、および北中央ヨーロッパの一部で記録された造山運動のサイクルです。カレドニア造山運動は、オルドビス紀からデボン紀前期にかけて、およそ4億9000万年前から3億9000万年前（Ma ）に発生した出来事を包含しています。これは、ローレンシア大陸、バルティカ大陸、およびアバロニア微小大陸が衝突した際にイアペタス海が閉鎖したことが原因でした。
この造山運動は、スコットランドのラテン語名であるカレドニアにちなんで名付けられました。この用語は、1885年にオーストリアの地質学者エドゥアルト・ズースによって、デボン紀より前の北ヨーロッパの造山運動のエピソードに対して初めて使用されました。エミール・ハウグやハンス・スティレなどの地質学者は、カレドニア造山運動を、地球の歴史の中で起こったいくつかの断続的な造山運動の段階の1つと見ていました。[ 2 ]現在の理解では、カレドニア造山運動は、横方向に同時ではない可能性のある複数の構造的段階を包含しており、つまり、山脈の異なる部分が異なる時期に形成されたことを意味します。したがって、「カレドニア」という名称は絶対的な地質時代の期間には使用できず、構造的に関連する一連の出来事にのみ適用されます。
新原生代には、地球の陸塊の大部分はロディニア超大陸にまとまっていました。その大部分はゴンドワナ大陸でした。[注1 ]新原生代末期、この超大陸の分裂の際、ローレンシア[注2 ]とバルティカ[注3 ] がそれぞれゴンドワナ大陸の西側（アマゾンクラトン）と北側（アフリカ）の縁から分離しました。
ローレンシアは最初にゴンドワナから西へ漂流し、その後北へ移動した。これにより、ローレンシア、バルティカ、ゴンドワナの間にイアペタス海が開いた。その最初の開裂段階は隣接するローレンシアとバルティカ（それぞれ西と東）の間で起こり、約615 Ma [ 3 ]または 590 Ma [ 4 ]に両者が分裂した。その後、ローレンシアとゴンドワナ（東側）の間の部分が約550 Ma [注4 ]に開いた。イアペタス海のさらなる拡大により、ローレンシアとバルティカも互いに離れていくことになった。
バルティカ大陸も北へ移動した。これには、南のゴンドワナ大陸の北縁からバルティカ大陸を隔てるトルンキスト海が開いたことが含まれる。バルティカ大陸の分裂とトルンキスト海の開口の開始時期は、古地磁気データが不十分なため特定が難しいが、ローレンシア大陸とイアペタス海の発生時期とほぼ同時期に起こったに違いない。[ 4 ]
先カンブリア時代後期またはオルドビス紀前期に、[注5 ]アバロニア微小大陸[注6 ]は、ゴンドワナ 大陸の北縁 (アマゾニアと北西アフリカ) から北西方向に移動を開始し、その北にあったバルティカ大陸の元の位置に近いところまで移動しました。その分裂には、南にあるライック海の開裂と拡大が伴い、それによってアバロニア大陸はゴンドワナ大陸から分離されました。この分裂と開裂は、イアペタス海の沈み込みの開始と同時期であり、それと関連している可能性があります。[ 5 ]アバロニア大陸の移動は、オルドビス紀にバルティカ大陸とローレンシア大陸があった位置に向かっており、これらの大陸は当時さらに北に位置していました。また、北縁に沿ってイアペタス海とトルンキスト海の両方が消費されることも伴いました。
アバロニアの移動は、北西のローレンシア大陸縁辺部へのイアペタス海の沈み込みによって生じたスラブプルと、おそらくライック海の拡大によって生じたリッジプッシュに関連していた。アバロニアはイアペタス海を直交（直角）に横断して移動した。[ 6 ]その移動には、主に4億7000万年前から4億5000万年前の期間に、北の沈み込み帯に対して最大55°の反時計回りの回転が含まれていた。[ 7 ]アバロニアはバルティカよりもかなり速く移動したが、後期オルドビス紀にバルティカに近づくと、バルティカと同程度の速度まで減速した。[ 8 ]
カレドニア造山運動の主な段階は、バルティカ大陸、ローレンシア大陸、アバロニア大陸の収束によってイアペタス海が閉鎖されたことに起因する。
McKerrow et al. (2000) は、カレドニア造山運動の定義として、「ローレンシア（北西）とバルティカおよびアバロニア（南東および東）の間に位置するイアペタス海の発達と閉鎖に関連するカンブリア紀、オルドビス紀、シルル紀、デボン紀のすべての地殻変動イベント」を挙げ、「この 2 億年にわたる各地殻変動イベントは造山期とみなすことができる」としている。これには、よりよく知られているこの造山運動の主要な段階よりも規模が小さく、局所的で、先行していた地殻変動イベントも含まれる。
この定義では、現在の北アメリカ大陸におけるタコニック造山運動とアカディア造山運動は、カレドニア造山運動の各段階に含まれる。
スカンディナビア・カレドニア造山帯では、変形と変成の初期段階がいくつか認められています。カレドニア造山運動によく含まれる最初の段階はフィンマルク造山運動で、これは北極（北部）ノルウェーで発生した初期の変形イベントであり、この地域のスカンディアン造山運動（下記参照）に先行するものでした。その開始時期は約500 Ma（後期カンブリア紀）とされています。約460 Maまで続き、約425～415 Maのスカンディアン造山運動で再活性化しました。[ 9 ] [ 10 ]
ファン・ロエルムントとブリュックナー（2004）によれば、フィンマルキア造山運動とは別個の、やや新しい造山運動があり、彼らはそれを4億5500万年前と推定した。彼らはそれをイェムトランディアン造山運動と名付けた。この造山運動には、スウェーデン中央部のスウェーデン・カレドニア造山帯のセヴェ・ナップ複合体が関わっており、これはバルティカ大陸の最外縁部が引き伸ばされたものと解釈されている。海洋島弧の下に沈み込んだという従来の見解とは異なり、彼らは大陸断片との衝突が原因であると提唱している。
シェルブ造山運動は、特にシュロップシャーのシェルブ地域、ウェールズ東部、イングランド中部で後期オルドビス紀に発生し、タコニック造山運動と関連していた。この造山運動はシェルブ背斜とリットン城向斜を形成し、カンブリア紀からデボン紀にかけてこの地域で最も重要な地殻変動であった。褶曲は後期火成岩の貫入を伴った。この造山運動はシュロップシャーで大きな不整合を引き起こし、シルル紀のランドヴェリー期（444～443 Ma）に堆積物が堆積する前にかなりの侵食が生じた。この地域では、ブリテン諸島のアカディアン造山運動によって引き起こされた前期デボン紀末まで堆積物の途絶はなかった。[ 11 ]これは、ポンテスフォード-リンリー断層系の右横ずれ運動とアシュギル以前の地層の褶曲、隣接するトウィ背斜の隆起、および火成活動に関連していた。[ 7 ] [ 12 ]
カレドニア造山運動サイクルの主な造山イベントまたは段階は、イアペタス海の最終的な閉鎖に関連していました。それらは、順に、グランピアン段階、東アバロニアとバルティカの衝突、スカンディアン段階、アカディアン段階でした。後者には、A) イングランドとウェールズ (東アバロニアの一部) が、アイルランド東部と南部、スコットランド、およびアイルランドの残りの部分 (ローレンシアの一部) と衝突したこと、B) 西アバロニアのテレーンがローレンシアの主要陸塊の東縁と合体したこと (この造山運動については、アカディアン造山運動の記事を参照) が含まれます。
北西方向への移動の最終段階において、アバロニアは北東のバルティカ大陸と北西のローレンシア大陸とそれぞれ合体した。東アバロニアとの合体後、バルティカ大陸は西方向へローレンシア大陸と合体した。この微小大陸と2つの大陸の合体により、大陸衝突、前述の造山運動、そしてイアペタス海とトルンキスト海の閉鎖が引き起こされた。
大陸衝突は中期シルル紀に始まり、造山運動は前期デボン紀（420～405 Ma）に終了した。[ 13 ] [ 14 ]
グランピアン造山運動は、ローレンシア大陸の2つの陸塊と、ローレンシアプレート（後の北アメリカ大陸）の主縁辺部外側のイアペタス海にある海洋島弧との衝突によって生じた。ここでいう2つのローレンシア大陸とは、スコットランドと北アイルランドおよび西アイルランドのことである。ブリテン諸島のその他の地域（イングランドとウェールズ、そしてアイルランドの残りの地域）は、アバロニア小大陸の一部であった。
アバロニアは、西部と東部の2つの部分に分けられています。西部アバロニアとは、ローレンシア地殻プレートの主要部分（現在の北アメリカ）の東海岸と、西側の北部アパラチア山脈とマリタイムズ地方が合体したマイクロコンチネントの最西端の部分を指します。東部アバロニアとは、a)バルティカと合体した部分、b) スコットランドとアイルランド北部および西部（ローレンシアの一部）と合体したイングランドとウェールズ、アイルランド東部および南東部を指します。[ 15 ]
東アバロニアの最東端は、造山帯を形成するような硬い大陸衝突ではなく、右横ずれ収束 とせん断によって支配される斜めの軟らかい衝突によってバルティカと合体した。これは、造山構造や高圧変成岩が存在しないか埋没していることからわかる。この出来事はオルドビス紀末期、4億4000万年前に起こった。[ 16 ]バルティカの縁辺部、デンマーク南部、バルト海の南西端、ポーランドに衝突した。ポーランドのシレジア、ドイツ北部、オランダ、ベルギー、フランス北東部の一部（アルデンヌ山脈）を含むようになった。
イングランド中部および南部とベルギーにあるアングロ・ブラバント山塊またはロンドン・ブラバント山塊は、大きな基盤岩塊である。[注7 ]この山塊の北にある湖水地方から始まるマグマ帯の一部であり、アヴァロニアの下にトルンキスト海の一部が沈み込み、閉鎖した記録が残っている。その直後に起こったライック海の閉鎖は、この山塊の南縁に沿った沈み込みによって起こった。[ 17 ]
トランスヨーロッパ縫合帯またはトルンキスト帯は、バルティカ大陸と東アバロニア大陸の縫合帯の領域です。デンマークに近い北海の一部から始まり、デンマーク南部、デンマークとポーランドの間のバルト海の一部（ドイツのリューゲン島付近）、そしてポーランドを通ります。その後、ウクライナ西部の東カルパティア山脈の東縁に沿って進みます。最後に、黒海に至ります。ただし、ズデーティ山脈と東カルパティア山脈では、カレドニア造山運動ではなく、ヴァリスカン造山運動とアルプス造山運動によって形成されました。[ 18 ]
スカンディアン期は、ローレンシア大陸の東縁にあるグリーンランド東部と、フェノスカンジア半島バルティカのバルトスカンディアン台地の縁辺部との衝突を伴うものでした。この衝突には、現在のノルウェーとその国境付近のスウェーデン地域にあるスカンディナビア・カレドニア山脈が関わっていました。この衝突は、シルル紀ウェンロック期から中期デボン紀（430～380 Ma）にかけて発生しました。Gee et al. (2013) と Ladenberger et al. (2012) は、開始年代を 440 Ma に修正することを提案していますが、これについては合意が得られていません。[ 19 ]
スカンディナビア造山運動は、グリーンランド北東部のクイーンルイーズランド（またはドロンニングルイーズランド）の山々の形成にもつながった。ここは南北方向に延びる露出した衝上断層帯であり、激しいカレドニア造山運動の西端を示している。主要な構造は、左横ずれ圧縮によって生じたものと解釈されており、東側の左横ずれ運動と、さらに西側の北西方向の斜めの衝上断層運動および褶曲運動との間で、地域的な変形の歪みが分配された。[ 20 ]
この造山運動はスコットランドとアウター・ヘブリディーズにも影響を与え、北部高地で衝上断層運動を引き起こし、モイン衝上断層帯、ベン・ホープ衝上断層、ネイバー・スグール・ベアグ衝上断層（435～420 Ma）の形成に至った[ 21 ]。また、スコットランドのギャロウェイとサザン・アップランズ（約400 Ma）への火成岩の貫入と、イングランド北部の湖水地方バソリスの拡大につながった。これらすべてはイアペタス縫合帯（下記参照）にまたがっていた。また、北東方向に延びる横ずれ断層も引き起こし、グレート・グレン断層は、グレート・グレン断層の北東方向への延長であるウォールズ境界断層を介して、スコットランドのモイン超層群とダルラディアン岩石、シェトランド諸島に影響を与えた[ 22 ] 。
前述の通り、ブリテン諸島はかつて分離しており、ローレンシアプレート（スコットランド、北アイルランド、西アイルランド）とアバロニアプレート（イングランド、ウェールズ、アイルランドの残りの地域）という2つの異なる地殻プレートに属していました。この地域で発生したデボン紀初期のアカディアンイベントにより、これらの陸塊が合体し、現在のブリテン諸島が形成されました。これは、アバロニア海洋地殻がローレンシア大陸の南縁の下に北西方向に沈み込むことによって起こりました。
1980年代以降、北部アパラチア山脈とカナダの沿海州における後期シルル紀から前期デボン紀の造山運動を指す「アカディアン」という用語は、現在の北アメリカで起こったものと類似して、イギリスのカレドニア造山帯における前期デボン紀の変形段階にも適用されてきた。[ 17 ]後期カレドニア造山運動は、この段階を指す別の用語である。
この段階では、東アバロニアがバルティカ大陸に衝突したような、造山運動を引き起こすような激しい大陸衝突ではなく、穏やかなドッキングまたは穏やかな衝突が起こった。
この造山運動は、後期カレドニア造山運動の段階であり、イアペタス海の閉鎖によって引き起こされたと解釈されてきた。しかし、これを原始バリスカン造山運動とみなす方がより適切であるという議論もある。これは、このデボン紀の出来事がアバロニアとローレンシアの衝突から1500万～2000万年後であり、バリスカン造山運動の初期段階（エオバリスカンまたはリゲリアン）と同時期であり、イアペタス海とは関係がなかったためである。[ 17 ]
また、ブリテン諸島のアカディアン造山運動はイアペタス海の閉鎖を伴うものの、その原動力は実際にはアバロニアの南に位置し、ゴンドワナ大陸から分離したライック海の北向き沈み込みによって引き起こされた南からの押し込みであったという主張もある。この海の閉鎖には、ゴンドワナ大陸に関連するテレーンの（初期の）エオ・バリスカン衝突が伴い、東アバロニアはその周辺に関与していた。[ 17 ] [ 23 ]
イアペタス海の沈み込みは、スコットランドのミッドランドバレー地塊の下で起こった。スコットランドのサザンアップランド地塊（縫合線の北側）と、イングランド北部とアイルランド東部のレイクスマン・レンスター地塊（縫合線の南側）のイアペタス縫合線の両側にまたがる、トランス縫合線貫入岩体群が存在する。これらはそれぞれローレンシア大陸縁辺部とアバロニア大陸縁辺部に位置していた。これらの岩体の定置は、イアペタス海の沈み込みが終わった後に起こった。[ 24 ] [ 25 ]
サザンアップランズ地塊は付加体であると考えられている。沈み込みに伴ってこの地域で深海堆積が始まったのは4億5500万年前で、アバロニアの下の南東傾斜のイアペタス海沈み込みからローレンシアの下の北西傾斜の沈み込みへの転換点となった。約4億3000万年前、サザンアップランズとアイルランドにおける付加は、反時計回りに褶曲を横断する劈開によって示されるように、直交（直角）から左横ずれ（左側方）の横圧縮へと変化した。海溝におけるタービダイト堆積はレイクスマン・レインスター地塊に重なった。付加体における変形の中期シルル紀の弱化によって示されるように、ローレンシア・アバロニア収束とイアペタス海沈み込みは4億2000万年頃までに停止した。 [ 26 ]
沈み込み中の収束テクトニクス体制ではマグマ生成量が多くなり、沈み込み後の衝突体制への変化に伴い著しく減少するはずである。しかし、イアペタス沈み込み（455～425 Ma）の間はマグマ生成量は少なく、この時期、関係する地域のすべてのテレーンで貫入岩はほとんど見られなかった。アカディアンマグマ活動の大部分は、沈み込み後（425～390 Ma）に、横ずれ圧縮と横ずれ伸張が交互に起こる地域的なテクトニクス環境で発生した。マグマ生成量が多かったのは、約418～404 Maのデボン紀前期の左横ずれ伸張期と一致する。これは、404～394 Maのアカディアン横ずれ圧縮期に減少した。[ 26 ]
さらに、サザンアップランズ付加体ウェッジには、沈み込み帯付近で通常見られる火山弧の存在を示す証拠が欠けている。 [ 27 ]このため、弧の岩石が侵食されて保存されなかった、弧が横ずれ断層に沿った横方向の動きによって移動した、あるいはこれがマグマ活動率を低下させるフラットスラブ沈み込みによるものである、といった仮説が立てられている。[ 26 ]
ネリソンら（2009）は、グランピアン地塊の貫入岩が沈み込み後に定置されたことを説明するため、イアペタス海沈み込みスラブの断裂モデルを提案している。しかし、マイルズら（2016）は、トランス・スーチャー・スイートおよびこの地域のすべての地塊の貫入岩は、年代と地球化学的特徴が類似していることを指摘している。そのため、彼らは、この地域全体の共通メカニズムは、単に断裂したのではなく、イアペタス海スラブがアバロニアの下の南東約100kmにわたってイアペタス縫合線の下に剥がれたことによるものだと主張している。そのため、彼らは、リソスフェアのマントル剥離 によって引き起こされるスラブの落下モデルを提唱している。
レイクスマン地塊は、イングランド北部からノースヨークシャーのウェンズリーデールまでを覆い、ウェールズ沖のアングルシー島を経由してアイリッシュ海を横断している。アイルランド東部におけるその延長部はレンスター地塊である。これらを合わせた地塊はレンスター・レイクスマン地塊と呼ばれ、イアペタス縫合帯の南縁に位置する。湖水地方とマン島もこの地塊に含まれる。
アカディアン造山運動はレイクスマン地塊と北ウェールズに影響を与えた。横圧縮により、既存の構造に重なる地域的に時計回りの左横ずれ横圧縮劈開が生じた。イアペタス縫合帯の北西の褶曲は弱く、この北方向への変形の弱化は、イアペタス海の閉鎖ではなく、ライック海の沈み込みに関連している可能性を示唆している。[ 26 ]
イングランド北西部の湖水地方は、スコットランドと収束・衝突した東アバロニアのイングランド部分の北西端に位置しており、そのためアカディアン期に関与していた。一般的に、アカディアン変形は、この地域のさまざまな地質構造全体にわたって泥岩をスレート劈開によってスレートに変成させた 。[ 28 ]
アイルランド海に浮かぶマン島の古生代初期の岩石は、イアペタス縫合帯の近く、あるいは恐らくその上に露出している。島はイアペタス縫合帯のすぐ南東に位置する。
この島は主にマンクス層群とダルビー層群から構成されており、これらはイアペタス海の左横ずれ斜め閉鎖時に左横ずれ圧縮帯で変形した。褶曲は劈開面、主要な走向平行左横ずれ断層、およびこの圧縮に関連していると考えられる延性剪断帯によって時計回りに横断されている。 [ 35 ]すべての一次褶曲は同じ様式を持ち、同じ地域的な劈開面と関連していることから、ほぼ同時期に形成されたと考えられる。いくつかの地域では延性変形があり、ラングネス半島には一次劈開面を変形する広範囲の剪断帯があり、これらは主要な変形段階中またはその直後に形成されたと考えられている。[ 36 ]
ダルビー層群は、おそらくデボン紀初期にマンクス層群の上に衝上した。イアペタス海の閉鎖の最終段階で、そのタービダイトは北東からアバロニア大陸縁辺とローレンシア大陸縁辺を結ぶ海盆に堆積した。2つの層群間の構造的接触は、ウィンダミア超層群（湖水地方）のタービダイト、またはリッカートン層群（サザンアップランズ地塊）のいずれかと相関している。前者の仮説は、ダルビー層群が元々マンクス層群の上に堆積し、その後断層によって現在の関係になったことを示唆している。後者の仮説は、ダルビー層群がサザンアップランズ・タービダイト付加体ウェッジの先端部であり、アバロニア大陸縁辺に重なり合ったり、衝上したりしていることを示唆している。[ 37 ]
マンクス層の広範な変形様式と年代は、湖水地方のスキッドー層群とアイルランド南東部のリバンド層群の同等の特徴と非常によく似ている。この層群は、それらの地域的な同等物であると考えられている。この層群は、ダルビー層群にも影響を与えた2つの主要な変形段階を経た。a) 緩やかから中程度に傾斜した褶曲に関連した広範囲にわたるスレート劈開で、これは多くの小規模な火成岩貫入にも影響を与えた。b)層理傾斜方向に向かって傾斜する小さな褶曲に関連した緩やかに傾斜したクレンレーション劈開。[ 31 ]
マンクスグループの北東方向の境界断層にほぼ平行に走る延性せん断帯がいくつかあり、これはアカディアン変形の後期段階で主に左横ずれせん断と、おそらく直交圧縮から横圧縮への移行を示している。この点において、この島は湖水地方のインライアーよりもスコットランドのサザンアップランド地塊に似ている。[ 31 ]
アイルランドでは、アカディアン造山運動は島の4つの主要なテレーン、すなわちグランピアン、ミッドランドバレー、ロングフォードダウン、レンスターに影響を与えた。衝突は強い斜め衝突であり、左横ずれ圧縮を伴い、地殻の大幅な厚化を伴わなかったため、地殻変動は穏やかであった。デボン紀から石炭紀の岩石は、カンブリア紀からシルル紀の褶曲および劈開した岩石の上に不整合に堆積している。深成岩やバソリスを伴う火成岩の貫入があった。
このテレーンには 3 つの起伏帯があります。北部の起伏帯と中央帯の最北端は、軸面劈開と褶曲軸に垂直な伸張線構造を伴う純粋なせん断変形を受けました。南部の起伏帯と中央帯の残りの部分は、左横ずれ圧縮を受けました。これは、オルドビス紀後期からシルル紀にかけての、直交から斜めへのテクトニックプレート衝突の変化を反映しています。中央帯では、劈開は時計回りの方向に褶曲を横断し、準水平な伸張線構造を伴います。南部の起伏帯では、ティヌレ断層がイアペタス縫合帯の地表表現となっています。[ 38 ]
イアペタス縫合線は、カレドニア造山運動によってイアペタス海が閉じた線状構造である。アイルランドでは、大西洋岸のシャノン川の河口からアイリッシュ海のクロガーヘッドまで伸びている。この海を横断し、マン島の北海岸南部のニアビル断層で露出している。イギリスでは、イングランドとスコットランドの国境にほぼ平行に走っている。オフィオライトの残骸や海溝由来の岩石など、沈み込みの痕跡のない一連の断層で構成されている。 [ 42 ]
イアペタス縫合帯は、スカンディナビア造山運動においてローレンシア大陸の東縁に沿ってグリーンランドの東縁と衝突したフェノスカンジア半島のバルトスカンジア台地の縁に沿っても延びている。
一部の著者によると、カレドニア大陸衝突には、アヴァロニアよりもさらに小さいアルモリカ（ポルトガル南部、フランス北部の大部分、ドイツ南部とチェコ共和国の一部）という別の微小大陸が関わっていた。 [ 43 ]この微小大陸は、おそらく一つのまとまった単位ではなく、一連の断片であり、その中で現在のアルモリカ山塊とボヘミア山塊が最も重要である。ローレンシア、バルティカ、アヴァロニアの合体した大陸塊（ユーラメリカ、ラウロシア、または旧赤色大陸と呼ばれる）とアルモリカの間の海は、ライック海と呼ばれている。
しかし、オルドビス紀と石炭紀の間のアルモリカ地殻断片の古地理的位置については、非常に議論の余地がある。ボヘミア山塊がオルドビス紀以降北上し始めたという兆候があるが、 [ 44 ]多くの著者は、アルモリカ地塊がラウロシアの南縁に付加されたのは石炭紀のバリスカン造山運動（約3億4000万年前）であるとしている。背弧海盆であるラインヘルシニア海盆は、カレドニア造山運動の直後にユーラメリカの南縁に形成された。これらの著者によると、この海盆が形成されたときにユーラメリカの小さな縁が裂けた。この海盆は、ヘルシニア造山運動中にこれらのカレドニアで変形した地塊が再びラウロシアに付加されたときに閉じた。[ 45 ]