Orogeni Algoman

Orogeni Algoman, yang dikenal sebagai orogeni Kenoran di Kanada, adalah sebuah episode pembentukan gunung (orogeni) selama Eon Arkean Akhir yang melibatkan serangkaian episode tumbukan, kompresi, dan subduksi benua yang berulang-ulang. Provinsi Superior dan terran Lembah Sungai Minnesota bertabrakan sekitar 2 700 hingga 2 500 juta tahun yang lalu. Tabrakan itu melipat kerak bumi dan menghasilkan panas dan tekanan yang cukup untuk mengubah batuan. Blok ditambahkan ke provinsi Superior (dari nama danau Superior) sepanjang 1.200 km (750 mi) batas yang membentang dari Dakota Selatan bagian timur saat ini ke wilayah Danau Huron. Orogeni Algoman mengakhiri Eon Arkean, sekitar 2.500 hingga 20 juta tahun silam; berlangsung kurang dari 100 juta tahun dan menandai perubahan besar dalam perkembangan kerak bumi.

Perisai Kanada berisi sabuk batuan metavulkanik dan metasedimen yang dibentuk oleh aksi metamorfisme pada batuan vulkanik dan sedimen. Daerah antara sabuk individu terdiri dari granit atau gneisses granit yang membentuk zona patahan. Kedua jenis sabuk ini dapat dilihat di subprovinsi Wabigoon, Quetico, dan Wawa; Wabigoon dan Wawa berasal dari vulkanik dan Quetico berasal dari sedimen. Ketiga subprovinsi ini terletak secara linier di sabuk yang berorientasi barat daya hingga timur laut sekitar 140 km (90 mi) lebarnya di bagian selatan Provinsi Superior.

Provinsi Slave dan sebagian dari provinsi Nain juga terpengaruh. Antara sekitar 2 000 dan 1.700 juta tahun silam ini digabungkan dengan kraton Sask dan Wyoming untuk membentuk superbenua pertama, superbenua Kenorland.^[1]

Pada sebagian besar kurun waktu Eon Arkean, Bumi memiliki produksi panas setidaknya dua kali lipat dari saat ini. Waktu dimulainya lempeng tektonik masih diperdebatkan, tetapi jika tektonik modern beroperasi di Arkean, fluks panas yang lebih tinggi mungkin menyebabkan proses tektonik menjadi lebih aktif. Akibatnya, lempeng dan benua mungkin lebih kecil. Tidak ada blok lebar setua 3 Ga ditemukan di perisai Prakambrium. Menjelang akhir Archean, bagaimanapun, beberapa blok atau terran ini bersatu untuk membentuk blok yang lebih besar yang disambungkan bersama oleh sabuk greenstone.^[2]

Dua terran yang sekarang menjadi bagian dari perisai Kanada bertabrakan sekitar 2.700 hingga 2.500 juta tahun silam, yaitu provinsi Superior dan terrane Lembah Sungai Minnesota yang besar, yang pertama sebagian besar terdiri dari granit dan yang terakhir dari gneiss. ^[3] Hal ini menyebabkan episode pembangunan gunung yang dikenal sebagai orogeni Algoman di AS (dinamai dari Algoma, Kewaunee County, Wisconsin), ^{[4] :5}dan orogen Kenoran di Kanada.^{[5] :32 [6]} Durasinya diperkirakan 50 hingga 100 juta tahun.^{[5] :32} Batas arus antara terrane ini dikenal sebagai zona tektonik Great Lakes (GLTZ). Zona ini selebar 50 km (30 mi) dan memanjang dalam garis kira-kira 1 200 kilometer panjang dari tengah South Dakota, timur melalui tengah Semenanjung Atas Michigan, ke wilayah Sudbury, Ontario . Wilayah ini tetap sedikit aktif hari ini. ^{[5] :214–215} Rifting di GLTZ dimulai sekitar 2.500 juta tahun silam pada akhir orogeni Algoman.

Orogen mempengaruhi wilayah yang berdekatan di Minnesota utara dan Ontario di provinsi Superior ^{[7] [8] :157}serta Slave dan bagian timur provinsi Nain, wilayah pengaruh yang jauh lebih luas daripada di orogen berikutnya. ^{[8] :158} Ini adalah orogen yang dapat didata paling awal di Amerika Utara ^{[9] :1} dan mengakhiri Eon Arkean. ^{[8] :152} Akhir dari Eon Arkean menandai perubahan besar dalam perkembangan kerak bumi: kerak pada dasarnya terbentuk dan mencapai ketebalan sekitar 40 km (25 mi) di bawah benua. ^{[8] :158}

Tabrakan antara terrane melipat kerak bumi, dan menghasilkan panas dan tekanan yang cukup untuk mengubah batuan yang ada saat itu. Tabrakan benua berulang, kompresi sepanjang sumbu utara-selatan, dan subduksi mengakibatkan pengangkatan Pegunungan Algoman.^[6] Kondisi ini diikuti oleh intrusi pluton granit ^[10] dan kubah batholitik di dalam gneis ^[11] sekitar 2.700 juta tahun silam; ^[12] dua contohnya adalah granit Sacred Heart di Minnesota barat daya dan metagabro Watersmeet Domes (gabro bermetamorfosis) yang melintasi perbatasan Wisconsin dan Semenanjung Hulu Michigan. Setelah intrusi memadat, tekanan baru pada sabuk greenstone menyebabkan pergerakan horizontal di sepanjang beberapa patahan dan memindahkan blok besar kerak secara vertikal relatif terhadap blok yang berdekatan. ^[12] Kombinasi pelipatan, intrusi, dan patahan ini membangun pegunungan di seluruh Minnesota utara, Wisconsin utara, Semenanjung Atas Michigan, dan Ontario paling selatan. ^[12] Batuan beku dan batuan metamorf bermutu tinggi berasosiasi dengan orogeni. ^[13]

Dengan mengekstrapolasi lapisan yang sekarang tererosi dan miring ke atas, ahli geologi telah menentukan bahwa gunung-gunung ini tingginya beberapa kilometer. Proyeksi serupa dari lapisan miring ke bawah, ditambah dengan pengukuran geofisika pada sabuk greenstone di Kanada, menunjukkan batuan metavulkanik dan metasedimen dari sabuk bergerak ke bawah setidaknya beberapa kilometer. ^{[5] :32}

Aksi metamorfisme di perbatasan antara granit dan tubuh gneiss menghasilkan suksesi batuan vulkanik dan sedimen yang bermetamorfosis yang disebut sabuk greenstone. ^{[5] :31} Sebagian besar batuan vulkanik Arkean terkonsentrasi di dalam sabuk greenstone; ^:45 Warna hijau berasal dari mineral-mineral seperti klorit, epidot, dan aktinolit yang terbentuk selama metamorfisme. ^{[9] :1} Setelah metamorfisme terjadi, batuan ini terlipat dan patahan menjadi sistem pegunungan oleh orogeni Algoman. ^[7]

Lapisan vulkanik setebal 8 hingga 9 km (26.000 hingga 30.000 ft). ^{[4] :5} Sekitar 2.700 juta tahun silam sabuk greenstone mengalami tekanan baru yang menyebabkan pergerakan di sepanjang beberapa patahan. Sesar pada skala kecil dan besar merupakan tipikal dari deformasi sabuk greenstone belt. ^{[14] :37} Sesar ini menunjukkan pergerakan vertikal dan horizontal relatif terhadap blok yang berdekatan. ^{[5] :31} Patahan skala besar biasanya terjadi di sepanjang tepi sabuk greenstone di mana mereka bersentuhan dengan batuan granit yang mengelilinginya. ^{[14] :38} Gerakan vertikal terjadi mungkin ribuan meter, dan gerakan horizontal beberapa kilometer terjadi di sepanjang beberapa zona patahan. ^{[14] :38}

Beberapa waktu sebelum 2.600 juta tahun silam, massa magma menyusup ke bawah dan di dalam batuan beku dan batuan sedimen, memanaskan dan menekan batuan untuk bermetamorfosis menjadi batu hijau kehijauan yang keras. ^{[4] :6} Mereka mulai dengan letusan celah basal, dilanjutkan dengan batuan menengah dan felsik yang meletus dari pusat vulkanik dan diakhiri dengan pengendapan sedimen dari erosi tumpukan vulkanik. ^{[8] :158} Magma yang naik diekstrusi di bawah laut purba yang dangkal di mana ia mendingin untuk membentuk greenstone basal. ^[11] Beberapa batuan basal Minnesota mungkin mendingin pada kedalaman hingga 1.000 m (3.300 ft) dan tidak mengandung rongga gas atau vesikel. ^[5]:26

Sebagian besar sabuk batu hijau, dengan semua komponennya, telah dilipat menjadi sinklin serupa palung; batuan basaltik asli, yang berada di bagian bawah, muncul di tepi luar palung. ^{[14] :36} Unit batuan yang lebih muda di atasnya – riolit dan greywackes – terjadi lebih dekat ke pusat sinklin. ^{[14] :36} Batuannya sangat terlipat sehingga sebagian besar miring hampir 90°, dengan puncak lapisan di satu sisi sabuk sinklinal menghadap ke sisi lain; urutan batuan pada dasarnya terletak pada sisinya. ^{[14] :37} Lipatan bisa sangat rumit sehingga satu lapisan dapat tersingkap di permukaan berkali-kali oleh erosi berikutnya. ^{[14] :37}

Saat sabuk batu hijau terbentuk, gunung berapi mengeluarkan tephra ke udara yang mengendap sebagai sedimen untuk dipadatkan menjadi greywacke dan batu lumpur dari formasi Danau Knife dan Danau Vermilion. ^{[4] :5} Greywacke adalah campuran tanah liat, mika, dan kuarsa yang tidak tersusun dengan baik yang mungkin berasal dari dekomposisi puing piroklastik; keberadaan puing-puing ini menunjukkan bahwa beberapa aktivitas vulkanik eksplosif telah terjadi di daerah tersebut sebelumnya. ^{[9] :2} Vulkanisme terjadi di permukaan, dan deformasi lainnya terjadi di berbagai kedalaman. ^{[5] :32} Banyak gempa bumi menyertai vulkanisme dan patahan. ^{[5] :32}

Provinsi Superior membentuk inti dari benua Amerika Utara dan perisai Kanada, dan memiliki ketebalan setidaknya 250 km (160 mi). Granitnya berasal dari 2 700 hingga 2 500 juta tahun yang lalu. ^{[5] :24} Provinsi superior dibentuk oleh pengabungan bersama-sama dari banyak terran kecil, ^{[15] :102} yang usianya berkurang seiring menjauhnya ia dari inti. ^{[8] :165} Perkembangan ini diilustrasikan oleh usia subprovinsi Wabigoon, Quetico, dan Wawa, yang dibahas di bagian masing-masing. Terrane kemudian berlabuh di pinggiran massa benua dengan geosynclines berkembang antara inti menyatu dan kerak samudera. ^{[8] :165} Secara umum, provinsi Superior terdiri dari sabuk batuan vulkanik yang berarah timur-barat bergantian dengan sabuk batuan sedimen dan gneissik. ^[16]

Karena down warping di sepanjang zona memanjang, setiap sabuk pada dasarnya adalah downfold besar atau blok. ^{[5] :25} Area antara sabuk individu adalah zona patahan yang terdiri dari granit atau gneis granit. ^{[5] :25} Bagian baratnya memiliki pola regional berarah timur-barat selebar 100 hingga 200 km (60 hingga 120 mi) tersusun greenstone granit dan sabuk metasedimentary (subprovinsi). ^[17] Mantel provinsi Superior Barat tetap utuh sejak akresi subprovinsi 2 700 juta tahun yang lalu. ^[17]

Lipatan dan patahan dapat dilihat di subprovinsi Wabigoon, Quetico, dan Wawa. ^[6] Ketiga subprovinsi ini terletak secara linier di sabuk yang berorientasi barat daya hingga timur laut dengan lebar sekitar 140 km (90 mi) (lihat gambar di kanan). Provinsi paling utara dan terluas adalah Wabigoon yang dimulai di utara-tengah Minnesota dan berlanjut ke timur laut ke tengah Ontario, yang sebagian terinterupsi oleh provinsi Selatan. ^[18] Tepat di selatan, subprovinsi Quetico membentang sejauh barat di utara-tengah Minnesota, dan meluas lebih jauh ke timur laut. Ia benar-benar terinterupsi oleh pita sempit provinsi Selatan berusia 1 100 hingga 1 550 juta tahun di timur laut Thunder Bay. ^[18] Subprovinsi Wawa adalah yang paling selatan dari ketiganya; ia dimulai di Minnesota tengah, berlanjut ke timur laut ke Thunder Bay, Ontario, Kanada, (di mana perbatasan selatannya hanya melewati utara Thunder Bay) dan kemudian meluas ke timur melewati Danau Superior. Batas utara berlanjut ke arah timur laut, sedangkan batas selatan menukik ke selatan mengikuti pantai timur laut Danau Superior. ^[18]

Ketiga subprovinsi tersebut dipisahkan oleh zona geser yang menukik tajam yang disebabkan oleh kompresi lanjutan yang terjadi selama orogeni Algoman. ^[18] Batas-batas ini adalah zona patahan utama. ^[6]

Perbatasan antara subprovinsi Wabigoon dan Quetico tampaknya juga dikendalikan oleh lempeng-lempeng yang bertabrakan dan transpresi berikutnya. ^[19] Zona sesar Danau Rainy – Sungai Seine ini adalah zona sesar strike-slip utama yang berarah timur laut-barat daya; arahnya N80°E memotong bagian barat laut Taman Nasional Voyageurs di Minnesota dan meluas ke arah barat hingga dekat International Falls, Minnesota dan Fort Frances, Ontario. Patahan tersebut telah mengangkut batuan di sabuk greenstone dalam jarak yang cukup jauh dari asalnya. Sabuk greenstone selebar 2 hingga 3 km di Seven Sisters Island di Danau Wentworth; di sebelah barat greenstone berjejer dengan sekumpulan gabro anorthositik. ^{[9] :1} Penanggalan radiometrik dari daerah Rainy Lake di Ontario menunjukkan usia sekitar 2.700 tahun jutaan tahun, yang mendukung model lempeng tektonik bergerak untuk pembentukan batas. ^[19]

Patahan terbesar adalah Patahan Vermilion ^{[4] :6} memisahkan subprovinsi Quetico dan Wawa. ^[6] Patahan ini memiliki arah N40°E ^[20] dan disebabkan oleh masuknya massa magma. ^{[4] :6} Patahan Vermilion dapat ditelusuri ke arah barat ke Dakota Utara. ^{[5] :33} Ia memiliki pergerakan horizontal sejauh 19 km (12 mi) dengan blok utaranya bergerak ke arah timur dan ke atas relatif terhadap blok selatan. ^{[5] :33} Persimpangan antara subprovinsi Quetico dan Wawa memiliki zona migmatit yang kaya biotit, batuan yang memiliki karakteristik proses batuan beku dan metamorf; ^{[9] :1} yang menunjukkan zona pelelehan sebagian yang hanya mungkin terjadi pada kondisi suhu dan tekanan tinggi. ^[21] Hal itu terlihat sebagai sabuk selebar 500 m (1.600 ft). ^[20] Sebagian besar kristal besar yang rata di patahan menunjukkan kompresi sederhana dan bukan peristiwa yang memilin, mengeser, atau merotasi saat kedua subprovinsi bertemu. ^[21] Hal ini memberikan bukti bahwa subprovinsi Quetico dan Wawa bergabung akibat tumbukan dua lempeng benua, ^[21] sekitar 2.690 juta tahun silam.^[22] Struktur dalam migmatit meliputi lipatan dan foliasi; foliasi memotong kedua tungkai lipatan fase sebelumnya. ^[20] Pelapisan silang ini menunjukkan bahwa migmatit telah mengalami setidaknya dua periode deformasi yang elastik. ^[20]

Subprovinsi Wabigoon adalah rantai pulau vulkanik yang sebelumnya aktif, ^[6] terdiri dari intrusi metavulkanik-metasedimen. ^[23] Batuan yang bermetamorfosis ini adalah sabuk greenstone yang diturunkan secara vulkanik, dan dikelilingi dan dipotong oleh pluton granit dan batolit. ^[18] Sabuk greenstone di subprovinsi terdiri dari vulkanik felsik, batolit felsik, dan pluton felsik yang berusia antara 3 000 hingga 2 670 juta tahun. ^[18]

Sabuk gneiss Quetico memanjang sekitar 970 km (600 mi) melintasi Ontario dan sebagian Minnesota. Batuan dominan di dalam sabuk adalah sekis dan gneiss yang dihasilkan oleh metamorfisme intens dari greywacke dan sejumlah kecil batuan sedimen lainnya. Sedimen, pluton alkalin, dan pluton felsik berumur antara 2 690 hingga 2 680 juta tahun. ^[18] Metamorfosis relatif rendah di pinggiran dan bermutu tinggi di tengah. Komponen tingkat rendah dari greywacke terutama berasal dari batuan vulkanik; batuan bermutu tinggi berbutir lebih kasar dan mengandung mineral yang mencerminkan suhu yang lebih tinggi. Intrusi granit dalam metasedimen tingkat tinggi dihasilkan oleh subduksi kerak samudra dan pelelehan sebagian batuan metasedimen. Tepat di selatan Taman Nasional Voyageurs dan meluas ke Patahan Vermilion adalah zona transisi luas yang mengandung migmatit. ^{[14] :46–47}

Sabuk Quetico gneiss mewakili irisan akresi yang terbentuk di parit selama tumbukan beberapa busur pulau (sabuk greenstone). Batas antara sabuk gneiss dan sabuk greenstone yang mengapit di utara dan selatan adalah zona sesar utama, zona sesar Vermilion, dan Danau Rainy – Sungai Seine. ^{[14] :47}

Subprovinsi Wawa adalah rantai pulau vulkanik yang aktif, ^[6] terdiri dari sabuk greenstone yang bermetamorfosis yang dikelilingi dan dipotong oleh pluton granit dan batolit. ^[18] Sabuk greenstone ini terdiri dari volkanik felsik, batolit felsik, pluton felsik, dan sedimen berusia antara 2.700 hingga 2.670 juta tahun. ^[18]

Jenis batuan yang dominan adalah tonalit hornblende berbutir kasar berwarna putih. ^[20] Mineral dalam tonalit adalah kuarsa, plagioklas, alkali feldspar, dan hornblende. ^[20]

Di wilayah yang luas di provinsi Slave di Kanada utara, magma yang kemudian menjadi batolit memanaskan batuan di sekitarnya untuk menciptakan daerah metamorf yang disebut aureol sekitar 2 575 juta tahun yang lalu. Daerah ini biasanya selebar 10 hingga 15 km (6 hingga 9 mi). Penciptaan aureol adalah proses yang berkelanjutan, tetapi tiga fase metamorf yang dapat dikenali dapat dikorelasikan dengan fase deformasi yang sudah mapan. Siklus tersebut dimulai dengan fase deformasi yang tidak disertai dengan metamorfisme. Siklus ini berkembang ke fase kedua disertai dengan metamorfosis regional yang luas saat dominasi termal dimulai. Dengan peningkatan lanjutan isoterm, fase ketiga menghasilkan pelipatan kecil tetapi menyebabkan rekristalisasi metamorfik besar, menghasilkan penempatan granit di inti kubah termal. Fase ini terjadi pada tekanan yang lebih rendah karena pembongkaran erosi, tetapi suhunya lebih ekstrem, berkisar hingga sekitar 700 °C (1.300 °F). Dengan deformasi lengkap, kubah termal mengurai; perubahan mineralogi kecil terjadi selama fase peluruhan ini. Sejak saat itu, wilayah tersebut secara efektif menjadi stabil. ^[24]

Geokronologi dari beberapa unit batuan Archean menetapkan rangkaian peristiwa, dengan durasi sekitar 75 juta tahun, yang mengarah ke pembentukan segmen kerak baru. Batuan tertua, berusia 2 650 juta tahun, merupakan metavulkanik dasar dengan sebagian besar karakteristik kapur-alkalin. Penanggalan radiometrik menunjukkan usia 2 640 hingga 2 620 juta tahun tercatat untuk batolit diorit kuarsa sin-kinematik dan 2 590 hingga 2 100 juta tahun untuk badan kinematik akhir utama. Adamelit pegmatit, pada 2 575 ± 25 juta tahun, adalah unit plutonik termuda. ^[25]

Metagreywackes dan metapelites dari dua area yang melintasi salah satu aureoles dekat Yellowknife telah dipelajari. ^[24] Sebagian besar batuan provinsi Slave adalah granit dengan batuan metasedimen dan vulkanik Yellowknife yang bermetamorfosis. Usia isotop batuan ini sekitar 2.500 juta tahun silam, masa orogen Kenoran. Batuan yang terdiri dari provinsi Slave mewakili metamorfisme tingkat tinggi, intrusi, dan remobilisasi ruang bawah tanah yang khas dari terran Arkean. Migmatit, batuan metamorf intrusi batolitik dan granulitik menunjukkan foliasi dan pita komposisi; bebatuannya keras secara seragam dan sangat terdeformasi sehingga hanya ada sedikit foliasi. Sebagian besar metasedimen Yellowknife Supergroup terlipat rapat (isoclinal) atau terjadi pada antiklin yang menukik. ^:37

Batuan Arkean yang membentuk provinsi Nain di timur laut Kanada dan Greenland dipisahkan dari terran Superior oleh kumpulan sempit batuan yang diremobilisasi. ^{[15] :102} Greenland terpisah dari Amerika Utara kurang dari 100 juta tahun silam dan terran Prakambriumnya sejajar dengan terran Kanada di seberang Teluk Baffin. ^{[15] :102} Ujung selatan Greenland merupakan bagian dari Provinsi Nain, artinya terhubung dengan Amerika Utara di ujung orogen Kenoran. ^{[15] :102}