パタゴニアの地殻構造の進化

パタゴニアは南米最南端の地域であり、その一部はアルゼンチンとチリの国境の両側にある。伝統的にコロラド川の南の地域と説明されてきたが、最近では自然地理学的境界は南のウインクル断層に移動されている。^{[1] [2]}この地域の北の地質学的境界は、リオ・デ・ラ・プラタ・クラトンとラ・パンパ州を構成するいくつかの付加地塊で構成されている。^[3]パタゴニア地域の基盤岩は、北パタゴニア山塊とデセアード山塊の2つの大きな山塊に分けることができる。これらの山塊は、中生代に形成された堆積盆地に囲まれており、その後アンデス造山運動中に変形を受けた。パタゴニアは大規模な地震とそれが引き起こす被害で知られている。^[4]

パタゴニアを構成する岩石は、古代の超大陸ゴンドワナの南西縁に沿って発生した。カンブリア紀の大陸分裂の期間中、パタゴニアの一部はゴンドワナから分離し、その結果形成された非活動的な縁辺部は、古生代前期から中期を通じて広範囲にわたる堆積の場所であった。デボン紀には、収束への移行により、後期古生代にパタゴニア大陸が最終的に衝突し、^[2]中期石炭紀に初めて接触が起こった。パタゴニア大陸の起源についてはいくつかの理論が存在するが、よりコンセンサスを得ている理論が2つある。^[5]これらの理論のうち最初の理論は、パタゴニア大陸が古生代にゴンドワナから異地性起源であるとし、 ^[4]他の理論は、パタゴニア北部は土着の要素であり、南部のみが異地性であると主張している。^{[2]パタゴニアの衝突に続いて、}中生代初期にゴンドワナ大陸が分裂し、最終的にパタゴニア大陸の大規模な回転を引き起こした。^{[6] [7]}ジュラ紀と白亜紀を通じたさらなる伸張によりロカス・ベルデス背弧盆地が形成され、アンデス造山運動と同時期の新生代における圧縮構造への移行により前縁のマガジャネス盆地が形成された。^[8]

パタゴニアには、北パタゴニア山塊とデセアド山塊という2つの古代地域がある。デセアド山塊の下にある岩石圏マントルは、10億～ 21億年前の古原生代および中原生代に形成された。これは、その岩石圏が現在露出している地殻岩石の年代（約6億年）よりもはるかに古い歴史を持っていることを証明している。デセアド山塊は、この時代からフォークランド諸島とともに単一の地殻ブロックを形成してきた。今日と同様に、デセアド山塊とフォークランド諸島は、新原生代超大陸ロディニアで隣り合って位置していた。北パタゴニア山塊の岩石圏は、ほぼ同じ時期に形成された。^[9]

パタゴニアが衝突する前、現在の南アメリカの核はゴンドワナ大陸の南西縁の一部に含まれていた。この縁は古代のリオ・デ・ラ・プラタ・クラトンといくつかの付加地塊で構成され、その境界は 古地磁気研究によって発見されている。^[3]リオ・デ・ラ・プラタ・クラトンは原生代末期から南西ゴンドワナ大陸の一部であったと考えられており、おそらく他のゴンドワナ地殻ブロックと一体となっていた。^[10]新原生代後期からカンブリア紀初期にかけて、パンピア地塊がリオ・デ・ラ・プラタ・クラトンの西縁と衝突し、パンピア造山運動が起こった。^[10]証拠によれば、このパンピア地帯はゴンドワナ大陸の周辺起源であり、以前の出来事でゴンドワナ大陸から分離し、後にその縁辺部に再集積したことを示しています。^[11]

ゴンドワナ大陸南西部における古生代初期の構造様式には、カンブリア紀の地溝帯形成期が含まれ、超大陸の南縁部に影響を与えたが、同時に西縁部では圧縮環境が起こり、いくつかの異国的な地層が付加された。^[11]カンブリア紀の地溝帯形成イベントの後、パタゴニア大陸が南極大陸と衝突したという仮説が立てられているが、^[5]このイベントの証拠は決定的ではない。^[12]

ゴンドワナ大陸南西部の縁辺部でカンブリア紀初期に起こったリフト現象は、パタゴニア山脈の北に位置するシエラ・デ・ラ・ベンタナ褶曲帯に伸張性の地球化学的特徴を示す花崗岩が存在することで証明されている。[11] このリフト現象の発生は、南極のエルズワース山脈、南アフリカのケープ褶曲帯、フォークランド/マルビナスマイクロプレート（現在のフォークランド諸島）でも記録されており、原始太平洋の^受動的縁辺部の形成につながった。^[11]このリフト現象の段階は、南ゴンドワナ大陸の最終的な輪郭を形成し、ゴンドワナ大陸の超大陸段階の始まりであったと考えられている。^[11]ティエラ・デル・フエゴ地域の岩石で発見された証拠は、このカンブリア紀のリフト現象が南アメリカ大陸の南端とゴンドワナ大陸の分離をもたらした可能性があることを示している。^[11]

この地溝形成とパタゴニアの一部の分離は、パタゴニアの起源に関する2つの有力な説で一致しているが、移動した地層の範囲については意見が一致していない。パタゴニアが外来性地溝形成説を支持する説では、北パタゴニア山塊を含むこの地域全体がゴンドワナ南西部から分離したとしている。^[4]デボン紀からペルム紀にかけてのパタゴニアとゴンドワナの古地磁気極の比較では、2つの陸地が最大1000キロメートル離れている可能性がある。^[4]しかし、このような分離は証拠によって認められているものの、極の位置の違いを説明するために必須ではない。^[12]一方、外来性説では、このイベント中に北パタゴニア山塊は分離しておらず、地溝形成の結果、デセアード山塊に代表される地層が分離しただけだとしている。^[2]

このリフトイベント中に形成された大規模で連続した非活動的な境界は、いくつかの関連する盆地の形成につながった。ゴンドワナ起源の堆積物は、古生代初期からデボン紀までこれらの盆地を埋め尽くし、厚い堆積単位の蓄積をもたらし、後に圧縮性テクトニクス体制への移行により大規模な変形を受けた。^{[2] [11]}

ゴンドワナ大陸の南部で地溝帯が発達する一方で、さらに西​​側の縁辺部（原アンデス帯）では圧縮作用が起こり、南アメリカ西縁部にいくつかの異地性地殻が形成された。^[11]最初の地殻運動であるパンペアン造山運動（前述）により、パンピア地殻が付加された。その後、オルドビス紀のファマティニアン造山運動中にファマティナ-東プナ火成弧が形成され、クヤニア（プレコルディリェラ）地殻が付加された。^{[10] [11]}古地磁気学的証拠は、このクヤニア・テレーンがローレンシアン起源であることを示唆しており、^{[10]このテレーンは}ローレンシアンに付属する台地であり、カンブリア紀のリフトイベントに関与し、後にローレンシアンとゴンドワナの衝突中に付加された可能性があるという仮説が立てられている。^[2]地質年代学的証拠は、ファマティニアン・マグマベルトがアンデスの縁から北パタゴニア山塊まで南に伸びていることを示しており、^[2]これらの岩石の古地磁気学的研究は、これらの岩石間の分離は少なくともデボン紀以降は起こっていないことを示し、^[13]どちらもパタゴニアの土着成分の理論を裏付けている。この縁に沿って沈み込みが続き、デボン紀後期にはチレニア・テレーンがプレコルディリェラの西側境界に衝突して付加した。 ^{[14] [15]}

チレニアの衝突は、その南のウインクル線状地帯の北で起こったが、チャイテニア地塊はデボン紀にパタゴニアに付加した。チャイテニアの変成岩は主にチリ南部に現れ、パタゴニアの隣に存在した古代の島弧の名残である。^[16]付加後、チャイテニアの西側に付加体が発達し、チャイテニアがバックストップを構成したことを意味する。^[16]

カンブリア紀初期のリフトイベントに続いて、南極大陸は変形イベントを経験し、中期カンブリア紀にトランスアンタークティック山脈が隆起しました。このイベントはロス造山運動によるものとされています。^[11]最近では、中期から後期カンブリア紀にパタゴニアが東南極に付加し、^{[5]このイベントがロス造山運動の開始につながったという説が出ています。この衝突の後、後期オルドビス紀}-シルル紀の伸張への移行により、パタゴニアが南極大陸から分離し、非活動的縁辺が形成されました。この非活動的縁辺に沿った堆積は、ビーコン累層群のデボン紀の下部に代表されます。この関連性を裏付ける証拠は、北パタゴニア山塊とデセアード山塊の両方に存在し、トランスアンタークティック山脈のシャクルトン石灰岩に保存されている化石種のアーケオシアス類の残骸が発見されている。^[5]さらに、両山塊のシエラグランデ層のセグメントは、共通のデボン紀のビーコン超群との相関関係を示している可能性がある。北東パタゴニアで発見された花崗岩とロス造山運動に関与した他の花崗岩との相関関係も示唆されているが、そのような関連性には地質年代学的証拠が欠けている。^[12]

この地域の地溝帯は前期から中期古生代を通じて続いたが、デボン紀中期に構造が伸張性から圧縮性に切り替わったときに中断され、その結果、パタゴニア帯がゴンドワナ南西部縁辺部に衝突した。北パタゴニア山塊の下にある沈み込みに関連した火成岩は、3億2000万～3億3000万年前のものと測定されており、沈み込みプロセスが石炭紀前期に始まったことを示している。^[2]このプロセスは比較的短命（約2000万年）で、2つの陸地が最初に接触したのは石炭紀中期で、^{[2] [4]}より広範囲の衝突がペルム紀前期に起こった。^{[4]この衝突の結果、北パタゴニア山塊に2つの異なるマグマ帯と}変成岩帯が北と西に形成された。 ^{[4]マグマベルトの}ジルコンの同位体年代測定は、西部マグマ弧の形成活動が石炭紀後期に停止し、南極半島と南西縁の衝突が関与した可能性があるという証拠を提供している。^{[2] [4]}このテレーンの衝突から生じた変形と変成作用は石炭紀後期に始まり^{[2]ペルム紀まで続いた可能性がある。このような変形は}ゴンドワナ造山運動の開始とゴンドワナ褶曲帯の形成に役割を果たしたと仮定されており、パタゴニア北部のシエラ・デ・ラ・ベンタナ山脈と南アフリカのケープ褶曲帯が含まれる。 ^{[2]この時期のゴンドワナ南西縁のこの部分での衝突は、後にこの地域に影響を及ぼした}テラ・アウストラリス造山運動の前兆であった可能性が高い。^[4]また、古生代後期には、パタゴニアの2つの主要な陸地、北パタゴニア山塊とデセアード山塊は、デセアード山塊のプレートが北パタゴニア山塊を含むプレートの下に沈み込む時期に衝突したと推定されている。この沈み込みにより、北パタゴニア山塊の下の岩石圏マントルが侵食されたと想定されている。^{[9] [A]}

パタゴニア大陸からゴンドワナ大陸への付加に関する主要な地殻構造モデルは、カンブリア紀の地溝帯の断層運動中に分離したテレーンの範囲の解釈が異なっているため、定義上、ペルム紀に付加されたテレーンの範囲についても意見が一致しません。

異地性説では、両基盤山塊を含むパタゴニア全土がカンブリア紀のリフト形成時にゴンドワナから分離されたと仮定している。^[4]このモデルの1つのバージョンには、カンブリア紀のリフト形成後に2つの山塊が独立して衝突し、パタゴニア・テレーンが形成され、その後ゴンドワナと最終的に衝突するという仮説が含まれている。^[17]北パタゴニア山塊で見つかった2つのマグマ帯は、収束と沈み込みの間に海盆が閉じた後、パタゴニアのこの部分がゴンドワナの縁に衝突したことを表していると推測されている。^[4]このモデルによると、北パタゴニア山塊の西部帯は、南縁の下で海洋地殻が沈み込むことによって形成され、石炭紀中期から後期の南極半島の衝突によって沈み込みが終了したと考えられる。一方、北部帯は、北縁の下で海洋地殻が沈み込むときに形成されたと考えられる。この地域の地質物理学的研究により、パタゴニア北部の境界に沿って、リオ・デ・ラ・プラタ・クラトンとその西側の付加地層の間の縫合境界を遮断する大規模な地下構造が発見された。この特徴は、パタゴニアとゴンドワナの縫合帯を表しているのではないかと仮説が立てられている。 ^[3]

原生説によれば、北パタゴニア山塊は少なくともオルドビス紀以来現在の位置にある旧ゴンドワナ大陸の原生的な部分である。^[2]しかし、デセアード山塊は異地性（または準原生性）の構成要素であると考えられており、カンブリア紀のリフト活動中にゴンドワナ大陸から分離し、ペルム紀に再び付加した。フインクル断層帯の両側の地殻磁気シグネチャが同じであるという証拠があり、北パタゴニア山塊と南西ゴンドワナ大陸は古生代を通じて1つの連続した陸地であった可能性があることを示している。^[2]古生代後期の衝突はデセアード山塊と北パタゴニア山塊の南西端の間で発生したと考えられており、海洋地殻が北パタゴニア山塊の南縁の下に沈み込み、その地域で観察されるマグマベルトを形成した。^[2]

後期ペルム紀に沈み込むプレートが分離し、マントルが湧き上がり、地殻が広範囲に溶融し、その後造山運動後の崩壊へと移行した。この出来事はチョイヨイ火山群に保存されている。 ^[14]デセアード山塊とゴンドワナ大陸縁辺部の衝突により沈み込むプレートに裂け目が生じ、最終的に分離につながった可能性がある。^[2]

パタゴニアとゴンドワナの衝突をもたらした後期古生代収束期に続いて、三畳紀の伸張テクトニクスへの移行がパタゴニア内でリフト形成を引き起こした。^[7]この伸張は、チレニア・テレーンとクヤニア・テレーンの間の既存の縫合帯に沿ってパタゴニアの北西で始まり、クヨ盆地などの形成をもたらした。^[18]より広範囲のリフト形成はジュラ紀に始まり、その頃にはゴンドワナの分裂が進行していた。^[8]これには南大西洋リフトシステムの開始と進化が伴い、南大西洋の開口につながった。^{[6]この伸張により、カニャドン・アスファルト盆地[6]}やロカス・ベルデス盆地などの断層に囲まれた盆地が形成されました。^[8]当初は大陸地溝盆地であったが、ロカス・ベルデス盆地は原海洋地殻の導入により背弧盆地に移行し、その証拠はサルミエントオフィオライト層とトルトゥーガオフィオライト層に保存されている。^[8]

ゴンドワナ大陸の初期の分裂とそれに伴う大陸の分裂の間、パタゴニア大陸は大規模な回転を経験した。北パタゴニア山塊の南部にあるジュラ紀後期から白亜紀前期の岩石の古地磁気データによると、白亜紀前期にはその地域で最大30度の時計回りの回転が起こり、少なくとも数十キロメートルの大きさの地殻ブロックに影響を与えたことが示されている。^[6]デセアード山塊内部からの追加の発見により、同じ白亜紀前期のエピソード中、または後期ジュラ紀のより早い変形イベント中に、同様の回転がこの地域でも起こったことが明らかになった。^[7]同様のプロセスがフォークランド諸島に影響を及ぼしたと報告されており、パタゴニアのものと同時期に進行していた可能性がある。^[7]これらの回転の背後にあるメカニズムは不明であり、関連する変形構造の証拠は乏しい。ガストレ断層系は地殻回転に伴う変形の多くを吸収した構造の一つであると提案されているが^[6]、この仮説を裏付ける証拠はない。^[7]

白亜紀には、太平洋と大西洋の中央海嶺の拡大速度の加速と西縁の下での沈み込みの増加により、伸張テクトニクスから圧縮テクトニクスへの移行が起こり、同時にアンデス造山運動が始まった。^[8]この移行によりロカスベルデス盆地は反転し、最終的には白亜紀後期に閉鎖に至った。盆地の閉鎖に伴い、アンデス褶曲および逆断層帯が発達した。白亜紀後期の収縮期に深海堆積物が堆積して厚いセロトロ層が形成され、その後の層は深海から浅海、そして最終的にはデルタ環境への堆積の漸進的な移動を記録している。^[8]

第三紀を通じて継続した圧縮とそれに伴う水平方向の短縮により、アンデス褶曲・逆断層帯が隆起し、それに伴う変形が生じ、マガジャネス盆地内の地層が露出した。^[8]現在の形成に至る変形事象の順序は不明であるが、この地域の観測証拠によると、後期白亜紀、漸新世、中新世の後の時期に、3つの顕著な変形期間があったことが示されている。^[8]盆地の変形をもたらした事象の再構築は、パタゴニアアンデスに沿った変形のスタイルと範囲の変動によって複雑になっており、変成作用を伴う激しい褶曲と急峻な逆断層から、変成作用を伴わない幅広い褶曲シーケンスまで多岐にわたる。^[8]しかし、堆積関係からの証拠と、堆積層を横切る火成岩の絶対年代測定により、上記の相対的な年代を推測することができる。変成層の年代測定から得られた追加データは、マガジャネス盆地の地表化の時期を示す年代区分を提供し、この盆地とアンデス褶曲断層帯が1000万年から400万年前に地表下から地表化されたことを示唆している。^[8]

南極プレートは、1400万年前の中新世に南アメリカの下に沈み始めました。最初はパタゴニアの最南端でのみ沈み込み、チリ三重会合点はマゼラン海峡の近くにありました。ナスカプレートの南部とチリ海嶺が沈み込みに飲み込まれると、南極プレートのより北の地域がパタゴニアの下に沈み始め、現在チリ三重会合点はタイタオ半島沖の南緯46度15分にあります。^{[19] [20]}

中期中新世（1400万～1200万年前）にアンデス山脈が隆起すると、東側に雨陰が発達し、パタゴニア砂漠が誕生した。^[21]

パタゴニア東海岸は更新世にかなりの隆起を経験しており、海抜より高い位置に海台地や海岸が見られることからそれがわかる。パタゴニア東海岸の隆起率は南米大西洋岸（レシフェを除く）の隆起率を上回っている。パタゴニアの隆起は沈降地域であったラプラタ川とは対照的である。隆起傾向の原因は、パタゴニアの下にある地球のマントルの流れによって引き起こされる下向きの抵抗の減少に起因するとされている。この変化は、地質学的に最近南米の下に沈み込んだ南極プレートに由来する。このプレートは沈み込む短いスラブを持つ新しい沈み込みプレートであるため、地球のマントルの流れを引き起こす能力は低いと考えられる。^[20]

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