13Anatomi Sabuk Pegunungan: Alpen

Puncak Matterhorn terbuat dari gneis dan gabro yang dahulu termasuk tepi Apulia, benua yang terletak di sisi Afrika dari sebuah samudra yang telah lenyap. Lereng-lereng di bawahnya adalah dasar samudra itu, serpentinit, gabro, dan basal bantal yang telah menjadi eklogit, dan di bawahnya lagi, di Monte Rosa yang bertetangga, terletak tepi Eropa. Dengan mendaki menembus tumpukan itu, orang menyeberang dari satu benua, melalui sebuah samudra, ke benua yang lain. Bab ini membaca Alpen sebagai tumpukan semacam itu: dari mana kepingan-kepingannya berasal, bagaimana kepingan itu ditumpuk, berapa banyak ruang yang dimakan penumpukan itu, dan apa yang dilihat geofisika di bawahnya.

Yang sudah kamu ketahui

Dari volume sekolah menengah atas: tumbukan benua, sutura, pemendekan suatu lapisan (fraksi panjangnya yang hilang), sesar naik dan sesar dorong. Dari volume Tahun 1: peta dan penampang geologi; sesar normal, sesar naik, dan sesar dorong, lipatan dan vergensi; tepi pasif; kerak samudra, lava bantal dan kompleks retas berlembar; tepi aktif dan prisma akresi; isostasi, akar Airy, dan anomali Bouguer; cekungan depan-pegunungan yang disebut di antara cekungan sedimen. Dari Bab 10: fasies sekis biru dan eklogit. Dari Bab 11: lintasan P–T–t, laju ekshumasi, dan metamorfisme tekanan ultratinggi.

Definisi 13.1 (Orogen)

Yang disebut orogen adalah sabuk litosfer yang memendek dan menebal oleh konvergensi dua lempeng, beserta batuan yang terdeformasi dan termetamorfosis di dalamnya; jajaran pegunungan adalah ungkapannya di permukaan, kerak yang menebal di bawahnya adalah akarnya.

13.1 Samudra yang lenyap

Alpen merekam penutupan samudra-samudra selagi lempeng Afrika dan lempeng Eropa saling mendekat. Samudra utamanya adalah Tethys Alpen, yang terdiri atas dua cabang. Cabang selatannya, samudra Piemont–Liguria, mulai memisah pada Jura Tengah, ketika Atlantik Tengah membuka: secara kinematis, Tethys Alpen termasuk pembukaan Atlantik, tidak seperti samudra-samudra Tethys yang lebih ke timur. Radiolarit, lumpur silika laut dalam yang telah menjadi batuan, dan batu gamping aptikus mengikuti awal pemekaran, dan batuan itu masih menandai sisa-sisanya. Sebuah cabang utara yang sempit, samudra Valais, mungkin membuka pada Kapur paling awal. Di antara keduanya terletak sekeping benua, pita Briançonnais, yang menipis ke arah timur dan tidak ada di Alpen timur.

Di utara, samudra itu dibatasi oleh tepi pasif Eropa, pokok bahasan bab celah dan tepi benua dalam volume Tahun 1. Di selatan terletak Apulia: seluruh daratan benua di selatan Tethys Alpen dan di utara Neotethys yang lebih muda, termasuk daratan depan yang kini terletak di selatan Alpen. Puncak Matterhorn adalah sekeping darinya.

Peta di bawah menunjukkan letak sabuk itu dan tempat-tempat yang dibahas dalam bab ini.

Bagaimana samudra yang telah lenyap dapat dikenali? Melalui kepingan dasarnya yang lolos dari subduksi dan terperangkap di sabuk pegunungan.

Definisi 13.2 (Ofiolit; sekuen ofiolit Penrose)

Yang disebut ofiolit adalah himpunan khas batuan mafik sampai ultramafik, sekeping litosfer samudra yang kini dijumpai di daratan. Yang disebut sekuen ofiolit Penrose adalah himpunan lengkap yang didefinisikan oleh sebuah konferensi ahli geologi pada 1972; dari bawah ke atas:

1. kompleks ultramafik yang terdiri atas harzburgit, lherzolit, dan dunit, biasanya dengan fabrik deformasi yang diperoleh dalam keadaan padat;
2. kompleks gabroik, biasanya dengan tekstur kumulus;
3. kompleks retas berlembar mafik;
4. kompleks vulkanik mafik, umumnya berstruktur bantal.

Definisi Penrose adalah sebuah konsensus, yang dikritik sejak awal, dan hingga kini umumnya masih diterima. Sekuennya adalah perlapisan kerak samudra dan mantel atas yang dibahas dalam volume Tahun 1: lava bantal di atas retas berlembar di atas gabro di atas mantel. Akan tetapi, ofiolit bukanlah dasar samudra rata-rata. Sebagian besar kerak abisal, yaitu kerak samudra-samudra luas, habis oleh subduksi; Coleman berpendapat bahwa ofiolit sabuk Alpen dan Cordillera terbentuk terutama di pusat pemekaran cekungan samudra kecil atau di antara busur kepulauan, dan bahwa ofiolit Tethys terbentuk di tempat kerak benua menipis di sepanjang tepi pasif sampai sebuah samudra kecil membuka.

Ofiolit Alpen cocok dengan gambaran itu. Satuan-satuan yang berasal dari samudra Piemont–Liguria adalah sisa litosfer samudra dan mantel yang telah terangkat dari bawah benua yang menipis, yaitu mantel subbenua, dan tersingkap di dasar laut. Di Chenaillet, di Alpen Barat, ofiolit yang paling terawetkan memperlihatkan mantel yang tersingkap, gabro, dan sekuen basal bantal yang terkenal, tanpa penutup sedimen. Foto di bawah memperlihatkannya.

Dasar samudra dapat diberi umur di tempat gabronya mengkristal. Zirkon dari dua metagabro ofiolit Zermatt–Saas, di bawah Matterhorn, memberikan $164.0 \pm 2.7\,\mathrm{Ma}$ dan $163.5 \pm 1.8\,\mathrm{Ma}$, dan sedimen kaya mangan yang diendapkan di atas basal berumur paling tua $161 \pm 11\,\mathrm{Ma}$: dasar samudra Piemont–Liguria terbentuk pada Jura, sekitar $164\,\mathrm{Ma}$ yang lalu.

13.2 Menyubduksi samudra, lalu benua

Samudra menutup melalui subduksi. Akan tetapi, sebagian dasarnya berakhir di atas benua, bukan di bawahnya, dan sebagian benua mengikuti samudra itu turun.

Definisi 13.3 (Obduksi; subduksi benua)

Yang disebut obduksi adalah penempatan selembar litosfer samudra ke atas tepi benua, dengan ofiolit menunggangi benua. Yang disebut subduksi benua adalah turunnya litosfer benua, yang ditarik oleh slab samudra yang melekat padanya, ke dalam zona subduksi setelah samudra di depannya habis.

Obduksi terjadi di Dinarida, di tenggara Alpen: ofiolit samudra Vardar berumur Jura, yang sendiri berumur Jura Tengah, tersesar-dorong pada Jura Akhir ke atas baji akresi dan ke atas tepi Apulia. Obduksi lama dianggap juga telah menempatkan ofiolit Chenaillet, karena batuannya hanya memperlihatkan metamorfisme Alpen berderajat sangat rendah. Sebuah studi baru-baru ini menemukan sisa lawsonit dan omfasit dalam gabro dan albititnya, yang menempatkan puncak Alpennya pada 10 sampai $11\,\mathrm{kbar}$ dan 340 sampai $360\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: beban tumpukan nappe setebal sekitar 35 sampai $40\,\mathrm{km}$. Para penulisnya menyimpulkan bahwa Chenaillet tersubduksi, bukan terobduksi, pengingat bahwa pembacaan suatu ofiolit bertumpu pada sejarah metamorfismenya sama besarnya dengan pada batuannya.

Samudra itu turun

Pada Kapur, tepi selatan samudra Piemont–Liguria, yaitu tepi Apulia, menjadi tepi aktif: paritnya terisi serpih dan batu pasir, yang kini menjadi sekis gampingan yang disebut Bündnerschiefer atau schistes lustrés. Alpen timur juga merekam tumbukan yang lebih awal, penutupan sebuah teluk samudra lain, Meliata, ke dalam Apulia, dengan puncak tekanan tinggi sekitar $100\,\mathrm{Ma}$: Alpen adalah hasil dua orogenesis, yang satu berumur Kapur dan yang lain berumur Tersier.

Ofiolit Zermatt–Saas turun sampai fasies eklogit Bab 10: eklogitnya mencapai 550 sampai $600\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan 2.5 sampai $3.0\,\mathrm{GPa}$, dan puncak tekanannya tercapai antara 48 dan $44\,\mathrm{Ma}$. Satu irisannya, di Lago di Cignana, mengandung koesit dan intan mikroskopis dalam batuan yang semula berupa basal dan sedimen dasar samudra; irisan itu mencapai sekitar $615\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan $2.8\,\mathrm{GPa}$, dan zirkonnya memberi umur titik terdalam itu $44.1 \pm 0.7\,\mathrm{Ma}$. Dasar samudra yang lahir $164\,\mathrm{Ma}$ yang lalu tersubduksi, pada umur 120 juta tahun, sampai kedalaman $90\,\mathrm{km}$ atau lebih, lalu kembali.

Benua menyusul

Setelah samudra itu lenyap, tepi Eropa terseret mengikutinya. Kuarsit yang mengandung koesit dari masif Dora Maira, yang dibahas dalam Bab 11, adalah kerak benua dari sisi Eropa samudra itu yang mencapai lebih dari $90\,\mathrm{km}$, sekitar $35\,\mathrm{Ma}$ yang lalu, dan kembali dengan kecepatan lempeng. Penentuan umur batuan tekanan tinggi di sepanjang sabuk itu memberikan suatu urutan: tepi Apulia sendiri (zona Sesia) pada Kapur Akhir, ofiolit samudra Piemont–Liguria pada sekitar $44\,\mathrm{Ma}$, dan kerak benua Eropa pada Eosen akhir. Rubatto dan kawan-kawan membacanya sebagai tiga episode subduksi yang bergeser dalam waktu dari tenggara ke barat laut, ke arah Eropa.

Tumbukan menyusul: samudra Valais, jalur samudra terakhir, menutup selama Eosen tengah sampai akhir, dan sejak itu kerak benua ditumpuk di atas kerak benua. Gambar di bawah merangkum urutan itu.

13.3 Nappe, klippe, dan jendela

Kepingan samudra dan benua tidak ditumpuk secara utuh. Kepingan itu dikerok sebagai irisan-irisan tipis dan terbawa jauh.

Definisi 13.4 (Nappe; tumpukan nappe)

Yang disebut nappe adalah lembaran batuan yang besar, sering setebal beberapa kilometer dan sepanjang puluhan kilometer, yang terbawa di sepanjang sesar dorong bersudut rendah atau di sayap terbalik lipatan rebah yang besar jauh dari tempat asalnya; batuan suatu nappe bersifat alokton, sedangkan batuan yang tetap di tempat bersifat autokton. Yang disebut tumpukan nappe adalah tumpukan nappe yang nappe-nappenya yang secara struktur lebih tinggi biasanya berasal dari bagian orogen yang lebih dalam.

Di Alpen, urutan penumpukannya adalah geografi samudra yang lenyap itu dalam keadaan terbalik, dan satuan-satuannya dinamai menurut asalnya (tabel di bawah).

satuan (atas ke bawah)	asal dan batuan
Nappe Austroalpin	tepi Apulia di utara Garis Periadriatik: irisan batuan dasar dan batuan penutup yang terlepas dari kerak bawahnya
Nappe Margna–Sesia (zona Sesia, Dent Blanche)	kepingan yang terbelah lepas dari tepi Apulia terluar ketika samudra membuka
Nappe Penninik Atas	samudra Piemont–Liguria: ofiolit, mantel tersingkap, sekis gampingan
Nappe Penninik Tengah	benua pita Briançonnais
Nappe Penninik Bawah	samudra Valais: ofiolit dan sekis gampingan
Nappe Subpenninik	batuan dasar Eropa yang terlepas dari kerak bawahnya
Nappe Helvetik	penutup kaya batu gamping dari tepi Eropa dekat, yang terlepas dari batuan dasarnya
Alpen Selatan	Apulia di selatan Garis Periadriatik: sabuk lipatan–sesar dorong bervergensi selatan, sebagian besar berumur Miosen, setebal 10 sampai $15\,\mathrm{km}$

Lempeng atas, Apulia, terletak paling atas; di bawahnya menyusul, berurutan, samudra jauh, Briançonnais, samudra dekat, dan tepi Eropa, dengan satuan terendah berupa satuan yang dahulu paling dekat dengan Eropa. Lipatan-lipatan besar yang melipat ulang nappe setelah ditumpuk kadang-kadang mengacaukan urutan itu, dan sebagian irisan, seperti Briançonnais, menghilang di sepanjang sabuk.

Erosi lalu memotong tumpukan itu, dan dua bentuk muncul pada peta.

Definisi 13.5 (Klippe; jendela tektonik)

Yang disebut klippe adalah sisa terpencil suatu nappe, yang tertinggal berdiri di atas batuan di bawahnya ketika erosi telah menyingkirkan sisa lembarannya; klippe dikelilingi oleh sesar dorong basalnya. Yang disebut jendela tektonik adalah lubang yang tererosi menembus suatu nappe, tempat batuan di bawah sesar dorong basalnya tersingkap, dikelilingi oleh nappe itu.

Alpen penuh dengan keduanya. Matterhorn adalah sebuah klippe: puncaknya termasuk sistem sesar dorong Dent Blanche, sebuah sisa batuan Apulia yang berdiri di atas seluruh baji, dengan gneis dan gabro berumur Perm yang bertumpu di atas ofiolit nappe Zermatt–Saas dan zona Combin, yang selanjutnya bertumpu di atas nappe Monte Rosa dan Grand St Bernard dari sisi Eropa (foto di bawah). Di front utara Alpen barat, nappe penutup dari bagian dalam sabuk membentuk Préalpes Romandes dan klippe di Swiss tengah. Di Alpen timur, dua jendela terbuka menembus tutup Austroalpin: jendela Engadine, tempat sekis samudra Valais dengan sekis biru tersingkap di bawah sisa-sisa terakhir Briançonnais, dan jendela Tauern yang lebih besar, tempat tepi Eropa dan irisan-irisan Tethys Alpen muncul dari bawah nappe Austroalpin.

Bidang lepasan dan dua kulit

Nappe dan lembaran sesar dorong bergerak di atas bidang-bidang lemah.

Definisi 13.6 (Décollement)

Yang disebut décollement adalah bidang bersudut rendah tempat suatu runtunan batuan terlepas dari batuan di bawahnya dan meluncur di atasnya, dengan kedua sisi terdeformasi secara terpisah; bidang ini biasanya mengikuti lapisan lemah seperti evaporit atau serpih.

Definisi 13.7 (Tektonik kulit tipis dan kulit tebal)

Yang disebut tektonik kulit tipis adalah deformasi penutup sedimen yang terlepas dari batuan dasarnya di sepanjang décollement basal: penutup itu terlipat dan tersesar-dorong sementara batuan dasar di bawahnya tetap tidak terdeformasi. Yang disebut tektonik kulit tebal adalah deformasi yang melibatkan batuan dasar, dengan penutup dan batuan dasar memendek bersama pada sesar-sesar yang memotong ke dalam batuan dasar.

Definisi 13.8 (Sabuk lipatan–sesar dorong)

Yang disebut sabuk lipatan–sesar dorong adalah sabuk lipatan dan sesar dorong yang memendekkan bagian luar suatu orogen dan merambat ke arah daratan depannya; sesar dorong naik bertangga dari décollement menembus lapisan-lapisan, dan lipatan tumbuh di atasnya.

Alpen memiliki kedua kulit. Nappe Helvetik adalah sabuk lipatan–sesar dorong kulit tipis, batu gamping Mesozoikum tepi Eropa dekat yang terlepas dari batuan dasarnya. Dasarnya adalah sesar dorong Glarus, tempat lapisan merah Perm terletak di atas flysch Kenozoikum. Sebaliknya, pada Miosen, blok-blok batuan dasar masif eksternal, yaitu batuan dasar Eropa yang memendek dan menebal (masif Aar, Mont Blanc, Belledonne, Pelvoux, dan Argentera), tersesar-dorong naik bersama penutupnya: pensesaran dorong kulit tebal.

Jura, busur punggungan di barat laut dataran Swiss, adalah contoh klasik kulit tipis. Pada Miosen akhir dan Pliosen, penutup Mesozoikumnya terlipat dan tersesar-dorong di atas décollement dalam evaporit Trias Tengah dan Atas yang lemah, sedangkan batuan dasar di bawahnya, yang menerus dari masif eksternal di bawah Cekungan Molasse, tidak terlibat: menurut pembacaan klasik, dorongannya berasal dari masif eksternal yang jauh. Seismologi sejak itu menambahkan satu bab kulit tebal. Gempa bumi Saint-Ursanne pada 2000 bersumber kurang dari satu kilometer di bawah permukaan dan bermekanisme sesar dorong, yaitu pensesaran dorong dangkal yang aktif di penutup, sedangkan studi lain mendapati sesar batuan dasar yang teraktifkan kembali sejak Pliosen paling akhir. Apakah Jura masih terlepas dari batuan dasarnya masih diperdebatkan.

Di lapangan — Membaca kontak sesar dorong

Di antara Flims dan Walensee di Swiss timur membentang sesar dorong Glarus, salah satu sesar dorong besar bersudut rendah yang paling menonjol di Alpen. Di sepanjangnya, lapisan merah Perm, yaitu Verrucano, terletak di atas flysch Kenozoikum, batuan yang jauh lebih tua bertumpu di atas batuan yang lebih muda. Di antara keduanya, sebuah pita batu gamping yang tipis dan tergerus kuat membentuk kontaknya: batu gamping Lochseiten, tempat pergeseran, sekurang-kurangnya 30 sampai $40\,\mathrm{km}$, terpusat. Pada abad kesembilan belas, Heim membaca struktur itu sebagai dua lipatan rebah raksasa yang saling berhadapan; Escher von der Linth telah membacanya sebagai satu sesar sungkup, dan pembacaan sesar dorong itulah yang menang. Ahli geologi yang menjumpai kontak semacam itu memeriksa tiga hal: apakah batuan yang lebih tua terletak di atas batuan yang lebih muda, yang tidak mungkin terjadi pada perlapisan biasa; apakah lapisan di kedua sisi terpancung pada kontak itu; dan apakah kontak itu sendiri berupa pita batuan yang tergerus dan terekristalisasi, bukan bidang perlapisan.

13.4 Cekungan depan-pegunungan: flysch dan molasse

Sabuk pegunungan membebani lempeng yang ditungganginya, dan lempeng itu melengkung turun di depannya.

Definisi 13.9 (Cekungan depan-pegunungan; flysch; molasse)

Yang disebut cekungan depan-pegunungan adalah cekungan sedimen memanjang yang terbentuk di antara suatu orogen dan benua stabil di depannya, tempat lempeng dilengkungkan turun oleh beban baji sesar dorong; cekungan ini paling dalam di dekat front sesar dorong dan lambat laun ikut tertindih sesar dorong. Yang disebut flysch adalah isian air dalam cekungan semacam itu, terutama turbidit batu pasir dan serpih yang diendapkan selagi cekungan kurang terisi. Yang disebut molasse adalah isian laut dangkal dan isian kontinental yang menyusul kemudian, terutama konglomerat dan batu pasir dari sabuk yang tererosi, yang diendapkan setelah pasokan mengisi cekungan.

Pelengkungan itu adalah fleksur elastis litosfer, yang dibahas dalam salah satu bab volume Tahun 3; di sini hanya pengaruhnya pada cekungan yang penting. Sinclair menggambarkan cekungan depan-pegunungan Alpen awal, yang berumur Paleosen sampai Oligosen, sebagai “trinitas kurang terisi”: batu gamping di sisi benua, lumpur hemipelagis di tengah, turbidit air dalam di depan front sesar dorong. Ketika sesar dorong maju, cekungan itu ikut berpindah: di Swiss, garis pantai kontinentalnya bergeser perlahan ke barat laut dengan laju 8.5 sampai $12.9\,\mathrm{mm}$ per tahun, dan cekungan itu bermigrasi dengan bentuk yang hampir tetap sejauh sekurang-kurangnya $210\,\mathrm{km}$ di atas lempeng Eropa.

Cekungan Molasse Alpen utara, yang membentang dari Alpen Maritim sampai Wina, mulai turun pada Eosen akhir. Flysch Oligosen Bawah, yang kini dijumpai di atas nappe Helvetik, merekam tahap air dalam terakhir; dari Oligosen akhir sampai Miosen akhir, sungai-sungai menyebarkan kerikil dan pasir kontinental dari pegunungan muda itu. Namanya sudah tua: H.-B. de Saussure memperkenalkan molasse pada 1779. Isiannya menebal ke arah sabuk: di sektor Austria, sampai lebih dari $4000\,\mathrm{m}$ di front sesar dorong, dan di tempat lain dalam cekungan itu satu rangkaian konglomerat sungai berumur Oligosen akhir saja setebal sekitar $4\,\mathrm{km}$. Bagian selatan cekungan itu telah tertindih: sabuk singkapan Austria, selebar sekitar $60\,\mathrm{km}$, kurang dari seperempat lebar cekungan semula. Molasse yang tertindih itu sendiri terperangkap dalam sesar dorong sebagai Molasse Subalpin, irisan-irisan konglomerat yang miring ke selatan di sepanjang tepi utara sabuk.

Di selatan Alpen, Dataran Po terletak di atas daratan depan Adriatik Alpen Selatan yang hanya sedikit terdeformasi. Sedimennya yang termuda, berumur Pliosen dan Pleistosen, sebagian menutupi struktur Alpen secara tidak selaras dan sebagian terdeformasi oleh sesar dorong terakhir Alpen Selatan dan Apennina.

13.5 Membaca sejarahnya: penampang dan geofisika

Peta menunjukkan letak satuan-satuan; penampang menunjukkan bagaimana satuan-satuan itu terletak di bawah permukaan, dan penampang dapat diuji.

Definisi 13.10 (Penampang seimbang)

Yang disebut penampang seimbang adalah penampang batuan terdeformasi, yang digambar sejajar arah transpor, yang dapat dipulihkan ke keadaan tak terdeformasi yang masuk akal secara geologis tanpa menambah atau kehilangan batuan: panjang lapisan penanda dan luas satuan batuan dalam penampang itu kekal antara keadaan terdeformasi dan keadaan yang dipulihkan.

Pemulihannya dijangkarkan oleh garis pin, garis-garis yang melintang lapisan di kedua ujung penampang, yang dipilih di tempat batuan tidak saling tergelincir.

Proposisi 13.11 (Neraca panjang garis dan neraca luas)

Di antara dua garis pin yang berjarak $l$ dalam keadaan terdeformasi, misalkan suatu lapisan penanda memiliki panjang $l_0$ yang diukur di sepanjang lapisan itu, dan misalkan suatu lapisan dengan tebal semula $t$ memiliki luas penampang $A$. Jika panjang dan luas kekal pada bidang penampang,

1. lapisan itu sepanjang $l_0$ sebelum deformasi, pemendekannya $e = 1 - l/l_0$ dan jarak pemendekannya $S = l_0 - l$;
2. panjang pulihan lapisan itu $l_0 = A/t$;
3. jika suatu horizon penanda terletak pada kedalaman $d$ di atas décollement yang datar, luas batuan yang terangkat di atas aras semula penanda itu, yaitu luas lebih-nya $A_e$, sama dengan $S\,d$; karena itu $d = A_e/S$.

Metode 13.12 (Memulihkan penampang)

1. Pilihlah penampang yang sejajar arah transpor dan dua garis pin di tempat yang tidak mengalami gelinciran antarlapisan.
2. Ukurlah setiap lapisan penanda di sepanjang panjangnya di antara kedua pin, dengan menghitung setiap bagian yang terulang oleh sesar dorong.
3. Bentangkan lapisan-lapisan itu secara datar dengan panjang terukurnya, dengan mempertahankan urutan lapisan, lalu gambarkan ulang sesar-sesar pada penampang pulihan: potongan-potongannya harus segaris, tanpa celah atau tumpang-tindih.
4. Bandingkan: lapisan-lapisan dari lembaran sesar dorong yang sama harus pulih ke panjang yang sama; luas lapisan-lapisan, dibagi tebalnya, juga harus memberikan panjang yang sama. Penampang yang gagal tidak dapat diterima sebagaimana digambar.

Penyeimbangan adalah uji atas suatu penampang, bukan buktinya, dan asumsi-asumsinya penting. Di Jura dekat Chasseral, penyeimbangan panjang garis puncak Jura memberikan pergeseran $5.1\,\mathrm{km}$, tetapi penyeimbangan luas dan pemodelan maju memberikan $11.3\,\mathrm{km}$: tambahan $6.2\,\mathrm{km}$ itu terbawa di sepanjang bidang lepasan kedua yang lebih atas dalam serpih Jura dan diteruskan ke lipatan-lipatan lebih jauh ke utara. Satu lapisan penanda telah melewatkan separuh gerakannya. Studi yang sama menimbang, dan tidak memerlukan, dua pembacaan lain yang lazim di Jura: tinggian batuan dasar yang mendorong lipatan ke atas, dan inti antiklin yang menebal oleh evaporit Trias yang mengalir ke dalamnya, suatu proses yang menggagalkan neraca luas, karena lapisan evaporit tidak lagi mempertahankan tebalnya.

Berapa besar pemendekannya?

Bila diterapkan pada seluruh lintasan, penyeimbangan memberikan pemendekan total sabuk itu, dan jawabannya berbeda menurut asumsinya. Di Alpen Tengah, di sepanjang lintasan NFP-20, taksiran pemendekan tumbukan adalah sekitar $125\,\mathrm{km}$ dalam karya-karya awal, $160\,\mathrm{km}$ dalam kompilasi 2015, dan $144\,\mathrm{km}$ dalam tinjauan 2021; penambahan gelinciran dekstral pada Garis Periadriatik, yang menggeser Apulia ke samping di sepanjang sabuk, menaikkan konvergensi total menjadi antara 206 dan $250\,\mathrm{km}$, bergantung pada besarnya gelinciran yang diandaikan. Di Alpen Barat, taksirannya berkisar dari 124 sampai $243\,\mathrm{km}$. Setiap taksiran itu adalah jumlah kepingan-kepingan yang dipulihkan, masing-masing dengan garis pin sendiri dan dugaan sendiri tentang apa yang telah disingkirkan erosi dan subduksi.

Apa yang dilihat geofisika

Penampang di kedalaman bertumpu pada geofisika. Profil refleksi seismik dalam telah ditembakkan melintasi sabuk itu (ECORS–CROP di Alpen Barat, NFP-20 Barat dan Timur di Swiss, TRANSALP di timur), dan jaringan seismometer yang rapat kini memetakan Moho dari fungsi penerima, yaitu konversi gelombang P teleseismik menjadi gelombang S di dasar kerak. Peta AlpArray, yang dibangun dari lebih dari seratus ribu fungsi penerima, mendapati Moho pada sekitar $30\,\mathrm{km}$, khas benua, di sekeliling sabuk, dan pada 55 sampai $60\,\mathrm{km}$ di bawah Alpen; Moho Eropa miring landai dari sekitar $30\,\mathrm{km}$ di barat laut sampai sekitar $55\,\mathrm{km}$ di bawah jajaran pegunungan itu. Penampang skematis di bawah merangkum cara membaca profil-profil NFP-20 yang melintasi Alpen Tengah.

Profil di atas mengonfrontasikan akar itu dengan model Airy dari volume Tahun 1. Di bawah bagian tertinggi profil, tempat relief rata-rata jalur mencapai $2.74\,\mathrm{km}$ pada $46.5{}^{\circ}$ LU, akar Airy lokal akan menempatkan Moho pada $30 + 4.5 \times 2.74 = 42.3\,\mathrm{km}$; Moho teramati pada $36.3\,\mathrm{km}$. Sekitar seratus kilometer lebih ke selatan, di tepi Dataran Po, tempat relief rata-ratanya hanya $0.65\,\mathrm{km}$, Moho yang teramati adalah yang terdalam pada profil itu, $61.2\,\mathrm{km}$. Akar itu tidak berada di bawah puncak-puncak: akar itu bergeser ke arah Apulia. Pada bentangan yang memiliki titik bacaan, luas penampangnya, yang diukur di bawah $30\,\mathrm{km}$, sekitar $2300\,\mathrm{km}^{2}$, dibandingkan dengan sekitar $1500\,\mathrm{km}^{2}$ untuk akar Airy relief di atasnya. Kompensasi lokal topografi masa kini tidak menjelaskan akar itu. Pfiffner dan kawan-kawan menunjuk beban tambahan: tubuh Ivrea, baji mantel dan kerak bawah Adriatik di dalam sabuk itu, yang ikut melengkungkan lempeng Eropa ke bawah.

Gravitasi menceritakan kisah yang sama dengan cara lain. Peta anomali Bouguer seluruh Alpen memperlihatkan rendahan gravitasi Alpen sebesar $-100$ sampai $-170\,\mathrm{mGal}$ di sepanjang jajaran pegunungan, paling dalam di Alpen Tengah, dari kerak ringan akar yang menebal; rendahan cekungan Po sekitar $-80$ sampai $-140\,\mathrm{mGal}$; dan, di antara Alpen Barat dan Dataran Po, tinggian gravitasi Ivrea yang sempit, sampai $+40\,\mathrm{mGal}$, tempat kerak bawah dan mantel yang rapat itu mendekati permukaan.

13.6 Garis waktu Alpen

Dengan mengumpulkan tanggal-tanggal bab ini, diperoleh sejarah sabuk itu dalam satu tabel (tabel di bawah).

waktu	peristiwa
Jura Tengah	samudra Piemont–Liguria membuka; gabronya mengkristal pada $164\,\mathrm{Ma}$
Kapur paling awal	samudra Valais membuka di utara Briançonnais
sekitar $100\,\mathrm{Ma}$	puncak tekanan tinggi orogenesis Kapur di Alpen timur
Kapur Akhir	tepi Apulia (zona Sesia) tersubduksi; tepi Apulia samudra itu aktif
48 sampai $44\,\mathrm{Ma}$	dasar samudra Zermatt–Saas mencapai titik terdalamnya, koesit dan intan di Lago di Cignana
Eosen tengah sampai akhir	samudra Valais menutup; Cekungan Molasse mulai turun
$35\,\mathrm{Ma}$	kerak benua Dora Maira pada tekanan ultratinggi
Oligosen dan Miosen	sesar dorong Glarus; kerikil molasse mengisi daratan depan utara (Oligosen akhir sampai Miosen akhir)
Miosen	pengangkatan kulit tebal masif eksternal; Alpen Selatan tersesar-dorong ke selatan
Miosen akhir sampai Pliosen	pelipatan kulit tipis Jura
kini	pengukuran sipat datar menunjukkan pengangkatan batuan relatif sampai $1.3\,\mathrm{mm}$ per tahun di inti Alpen Tengah

Baris terakhir itu bukan akhir konvergensi. Pengukuran sipat datar berulang di Alpen Tengah memberikan pengangkatan batuan relatif dari sekitar $-0.4\,\mathrm{mm}$ per tahun di utara Jura sampai $1.3\,\mathrm{mm}$ per tahun di inti jajaran pegunungan, sedangkan pengukuran GPS menunjukkan bahwa Alpen Tengah tidak sedang berkonvergensi saat ini. Champagnac dan kawan-kawan membaca pengangkatan itu sebagai pantulan isostatik kerak yang bebannya berkurang oleh erosi: pegunungan naik karena pegunungan itu terkikis.

Latihan

Data untuk latihan: $g = 9.8\,\mathrm{m}\,\mathrm{s}^{-2}$, $G = 6.674 \times 10^{-11}\,\mathrm{m}^{3}\,\mathrm{kg}^{-1}\,\mathrm{s}^{-2}$.

Latihan 13.1 ★

Dalam sebuah penampang, suatu lapisan batu gamping yang diukur di sepanjang lipatannya di antara dua garis pin panjangnya $36.0\,\mathrm{km}$; kedua garis pin itu berjarak $27.0\,\mathrm{km}$. (a) Dengan Proposisi 13.11, hitunglah pemendekan $e$ dan jarak pemendekan $S$. (b) Apa yang harus berlaku pada lapisan itu agar jawabannya sahih?

Solusi

Solusi Latihan 13.1.

(a) $e = 1 - 27.0/36.0 = 0.25$, yaitu $25\,\%$; $S = 36.0 - 27.0 = 9.0\,\mathrm{km}$. (b) Lapisan itu harus mempertahankan panjangnya (tanpa peregangan atau penipisan di sepanjangnya), penampang harus sejajar arah transpor, dan garis-garis pin harus menandai tempat lapisan-lapisan tidak saling tergelincir.

Latihan 13.2 ★

Pada sebuah peta geologi, (a) sebidang gneis berbentuk lonjong sepanjang $4\,\mathrm{km}$ terletak di atas batu gamping Jura, dengan batas berupa sesar dorong yang miring ke dalam, ke bawah gneis, di sekelilingnya; (b) suatu daerah memanjang serpih Kapur dikelilingi gneis, di sepanjang sesar dorong yang miring ke luar, ke bawah gneis, di sekelilingnya. Namailah setiap struktur dan jelaskan apa yang telah dilakukan erosi dalam setiap kasus.

Solusi

Solusi Latihan 13.2.

(a) Klippe: gneis itu adalah sisa terpencil suatu nappe yang bertumpu di atas autoktonnya; erosi telah menyingkirkan sisa lembaran di sekelilingnya. (b) Jendela tektonik: erosi telah memotong nappe gneis dan menyingkapkan batuan yang lebih muda di bawah sesar dorong basalnya, yang karena itu miring menjauhi jendela di setiap sisi.

Latihan 13.3 ★

(a) Sebutkan keempat satuan sekuen ofiolit Penrose dari bawah ke atas, dan pasangkan masing-masing dengan satu lapisan kerak samudra atau mantel. (b) Ofiolit Chenaillet memperlihatkan mantel tersingkap, gabro, dan basal bantal, tanpa penutup sedimen. Satuan Penrose mana yang tidak ada dalam daftar ini? (c) Mengapa ofiolit tidak memberikan sampel yang mewakili dasar samudra-samudra luas?

Solusi

Solusi Latihan 13.3.

(a) Kompleks ultramafik (mantel atas); kompleks gabroik (kerak samudra bawah); kompleks retas berlembar (kerak tengah); kompleks vulkanik, berstruktur bantal (kerak atas). (b) Kompleks retas berlembar. (c) Sebagian besar kerak samudra-samudra luas habis oleh subduksi; ofiolit yang bertahan di daratan sebagian besar terbentuk di cekungan samudra kecil atau di antara busur kepulauan, sedangkan ofiolit Tethys terbentuk di tempat sebuah benua menipis sampai sebuah samudra kecil membuka.

Latihan 13.4 ★

Dalam pendakian Matterhorn dari selatan, seorang pendaki berturut-turut melintasi nappe Monte Rosa dan Grand St Bernard, ofiolit Zermatt–Saas, zona Combin, dan gneis sistem sesar dorong Dent Blanche. (a) Sebutkan domain asal masing-masing. (b) Lempeng mana yang menjadi lempeng atas selama subduksi? (c) Mengapa urutan ini menjadi aturan umum dalam tumpukan nappe, dan apa yang dapat merusaknya?

Solusi

Solusi Latihan 13.4.

(a) Nappe Monte Rosa dan Grand St Bernard: sisi Eropa (Briançonnais dan tepi pasif Eropa); Zermatt–Saas dan zona Combin: samudra Piemont–Liguria; sistem Dent Blanche: tepi Apulia. (b) Apulia, yang berakhir paling atas. (c) Lempeng atas tidak tersubduksi, dan irisan-irisan yang dikerok dari lempeng bawah tertumpuk di bawahnya menurut urutan kedatangan lempeng bawah: samudra jauh lebih dulu, tepi dekat terakhir dan paling bawah. Pelipatan tumpukan yang terjadi kemudian, atau sesar dorong yang keluar dari urutan, dapat mengacaukan urutan itu.

Latihan 13.5 ★★

Alpen Tengah memiliki anomali Bouguer sekitar $-170\,\mathrm{mGal}$. (a) Dengan lempeng Bouguer dari volume Tahun 1, $\Delta g = 2\pi G\,\Delta\rho\,h$, tentukan tebal $h$ lempeng tak hingga dengan defisit massa jenis $\Delta\rho = 500\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$ (kerak menggantikan mantel) yang memberikan anomali ini. (b) Fungsi penerima menunjukkan akar sekitar $25\,\mathrm{km}$ di bawah kerak $30\,\mathrm{km}$. Anomali berapa yang akan diberikan lempeng tak hingga setebal itu? (c) Mengapa anomali teramati lebih kecil?

Solusi

Solusi Latihan 13.5.

(a) $2\pi G\,\Delta\rho = 2\pi\times6.674\times10^{-11}\times500 = 2.097 \times 10^{-7}\,\mathrm{s}^{-2}$; $h = 1.70\times10^{-3}/2.097\times10^{-7} = 8.1\,\mathrm{km}$. (b) $2.097\times10^{-7}\times25\,000 = 5.24 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}\,\mathrm{s}^{-2}$, sekitar $-524\,\mathrm{mGal}$. (c) Akar itu bukan lempeng tak hingga: akar itu adalah tubuh sedalam beberapa puluh kilometer dan lebarnya kira-kira hanya selebar sabuk, sehingga tarikannya pada suatu titik di permukaan lebih kecil daripada lempeng setebal itu yang membentang tak hingga; tubuh rapat seperti zona Ivrea menambahkan anomali positif, dan kontras massa jenis di kedalaman mungkin lebih kecil daripada yang diandaikan.

Latihan 13.6 ★★

Gabro ofiolit Zermatt–Saas mengkristal pada $164\,\mathrm{Ma}$; ofiolit itu mencapai titik terdalamnya pada $44\,\mathrm{Ma}$, pada $2.8\,\mathrm{GPa}$. (a) Berapa umur litosfer samudra itu ketika tersubduksi? (b) Ubahlah tekanan itu menjadi kedalaman dengan massa jenis rata-rata batuan di atasnya $3000\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, lalu $3300\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$. (c) Bandingkan dengan “lebih dari $90\,\mathrm{km}$” yang dikutip untuk batuan ini.

Solusi

Solusi Latihan 13.6.

(a) $164 - 44 = 120\,\mathrm{Ma}$. (b) $z = P/(\bar\rho g)$: $2.8\times10^9/(3000\times9.8) = 95.2\,\mathrm{km}$; $2.8\times10^9/(3300\times9.8) = 86.6\,\mathrm{km}$. (c) “Lebih dari $90\,\mathrm{km}$” terletak di dalam rentang ini: kedalamannya bergantung pada massa jenis rata-rata yang dipilih untuk batuan di atasnya sama besarnya dengan pada tekanannya.

Latihan 13.7 ★★

Suatu lapisan terlipat menjadi lipatan chevron yang sayap-sayap lurusnya semuanya miring dengan sudut $\theta$. (a) Tunjukkan bahwa pemendekannya $e = 1 - \cos\theta$. (b) Kemiringan sayap berapa yang memberikan pemendekan $30\,\%$? (c) Pemendekan berapa yang diberikan sayap yang miring $40{}^{\circ}$ dan $60{}^{\circ}$? Periksalah hasil pertama dengan gambar lipatan chevron pada subbab tentang penyeimbangan.

Solusi

Solusi Latihan 13.7.

(a) Sayap sepanjang $L$ yang miring dengan sudut $\theta$ membentang $L\cos\theta$ secara horizontal; semua sayap memiliki kemiringan yang sama, sehingga $l = l_0\cos\theta$ dan $e = 1 - l/l_0 = 1 - \cos\theta$. (b) $\cos\theta = 0.70$: $\theta = 45.6{}^{\circ}$. (c) $1 - \cos40{}^{\circ} = 23.4\,\%$, seperti pada gambar lipatan chevron; $1 - \cos60{}^{\circ} = 50\,\%$.

Latihan 13.8 ★★

Penutup setebal $2.0\,\mathrm{km}$ terlipat dan tersesar-dorong di atas décollement yang datar. Di antara garis-garis pin yang kini berjarak $42\,\mathrm{km}$, luas penampangnya $118\,\mathrm{km}^{2}$. (a) Tentukan panjang pulihannya, $S$, dan $e$. (b) Hitunglah luas lebih dan kedalaman décollement di bawah puncak semula penutup itu. (c) Apakah hasilnya konsisten?

Solusi

Solusi Latihan 13.8.

(a) $l_0 = 118/2.0 = 59.0\,\mathrm{km}$; $S = 59.0 - 42 = 17.0\,\mathrm{km}$; $e = 17.0/59.0 = 28.8\,\%$. (b) $A_e = 118 - 42\times2.0 = 34.0\,\mathrm{km}^{2}$; $d = 34.0/17.0 = 2.0\,\mathrm{km}$. (c) Ya: décollement terletak di dasar penutup setebal $2.0\,\mathrm{km}$, di bawah puncaknya; penutup itu terlepas pada dasarnya.

Latihan 13.9 ★★

Di sepanjang profil $8{}^{\circ}$ BT bab ini, elevasi rata-rata jalur adalah $2.74\,\mathrm{km}$ pada $46.5{}^{\circ}$ LU, tempat Moho terbaca pada $36.3\,\mathrm{km}$, dan $0.65\,\mathrm{km}$ pada $45.55{}^{\circ}$ LU, tempat Moho terbaca pada $61.2\,\mathrm{km}$. (a) Dengan kerak acuan $30\,\mathrm{km}$, $\rho_c = 2700\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, dan $\rho_m = 3300\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, hitunglah kedalaman Moho Airy di kedua tempat. (b) Bandingkan dengan nilai terbaca. (c) Apa yang dikatakan perbandingan itu tentang cara akar Alpen ditopang?

Solusi

Solusi Latihan 13.9.

(a) Akar Airy adalah $4.5h$: pada $46.5{}^{\circ}$ LU, $4.5\times2.74 = 12.3\,\mathrm{km}$, yaitu Moho pada $42.3\,\mathrm{km}$; pada $45.55{}^{\circ}$ LU, $4.5\times0.65 = 2.9\,\mathrm{km}$, yaitu Moho pada $32.9\,\mathrm{km}$. (b) Di bawah daerah tinggi, Moho $6.0\,\mathrm{km}$ lebih dangkal daripada ramalan Airy; di bawah tepi Dataran Po, Moho $28.3\,\mathrm{km}$ lebih dalam. (c) Akar itu tidak terkompensasi secara lokal: akar itu bergeser ke selatan dan lebih besar daripada yang dituntut relief. Lempeng melengkung sebagai satu kesatuan di bawah beban-beban di atasnya (penopangan regional yang dibahas dalam salah satu bab volume Tahun 3), dan salah satu beban itu, tubuh Ivrea, sama sekali bukan topografi.

Latihan 13.10 ★★★

Pada penampang Chasseral di Jura, penyeimbangan panjang garis puncak Jura memberikan pergeseran $5.1\,\mathrm{km}$; penyeimbangan luas dan pemodelan memberikan $11.3\,\mathrm{km}$, dan $6.2\,\mathrm{km}$ di antaranya terbawa di sepanjang bidang lepasan atas dalam serpih Jura Tengah. (a) Berapa fraksi pergeseran yang direkam lapisan puncak Jura? (b) Tunjukkan bahwa angka-angka itu cocok jumlahnya, dan jelaskan mengapa lapisan atas melewatkan sebagian gerakan. (c) Pelajaran umum apa yang diberikannya untuk penyeimbangan dengan satu lapisan penanda?

Solusi

Solusi Latihan 13.10.

(a) $5.1/11.3 = 0.45$: kurang dari separuh. (b) $5.1 + 6.2 = 11.3\,\mathrm{km}$. Puncak Jura terletak di atas bidang lepasan atas; $6.2\,\mathrm{km}$ yang terbawa di sepanjang bidang lepasan itu lewat di bawah lipatan-lipatan penampang dan terpakai di struktur-struktur lebih jauh ke utara, sehingga lapisan atas tidak pernah memendek sebesar itu di dalam penampang. (c) Satu lapisan penanda hanya merekam pemendekan lapisan-lapisan tempat ia berada; setiap bidang lepasan di atas atau di bawahnya dapat membawa pergeseran masuk ke atau keluar dari penampang. Seimbangkan beberapa lapisan, dan periksa dengan luas.

Latihan 13.11 ★★★

Di Alpen Tengah, pemendekan berarah utara sekitar $200\,\mathrm{km}$ telah ditaksir, dan Garis Periadriatik memiliki pergeseran dekstral barat–timur sekitar $100\,\mathrm{km}$, mungkin 50, mungkin 150. (a) Jumlahkan keduanya sebagai vektor yang saling tegak lurus dan berikan konvergensi total untuk setiap pergeseran. (b) Berapa sudut yang dibentuk konvergensi itu dengan arah utara–selatan untuk pergeseran $100\,\mathrm{km}$? (c) Mengapa pilihan pergeseran lebih penting daripada angka penting ketiga pemendekan?

Solusi

Solusi Latihan 13.11.

(a) Untuk pergeseran $100\,\mathrm{km}$, $\sqrt{200^2 + 100^2} = 223.6\,\mathrm{km}$; untuk $50\,\mathrm{km}$, $\sqrt{200^2 + 50^2} = 206.2\,\mathrm{km}$; untuk $150\,\mathrm{km}$, $\sqrt{200^2 + 150^2} = 250.0\,\mathrm{km}$. (b) $\arctan(100/200) = 26.6{}^{\circ}$ dari arah utara–selatan, garis konvergensi yang dekat dengan U$150{}^{\circ}$T yang dikutip Rosenberg dan kawan-kawan. (c) Pergeseran itu tidak pasti sebesar $\pm50\,\mathrm{km}$, yang menggeser konvergensi total sekitar $20\,\mathrm{km}$ ke kedua arah; angka ketiga hasilnya jauh di bawah ketidakpastian itu.

Latihan 13.12 ★★★

Bagian Swiss cekungan depan-pegunungan Alpen bermigrasi sekurang-kurangnya $210\,\mathrm{km}$ ke barat laut di atas Eropa, dengan garis pantainya maju 8.5 sampai $12.9\,\mathrm{mm}$ per tahun. (a) Dalam rentang durasi berapa migrasi itu berlangsung? (b) Di sektor Austria, sabuk singkapan masa kini, selebar sekitar $60\,\mathrm{km}$, kurang dari seperempat lebar cekungan semula. Berapa lebar semula terkecilnya, dan berapa bagian cekungan yang tersembunyi di bawah sesar dorong? (c) Mengapa cekungan depan-pegunungan tidak pernah dapat terawetkan sepenuhnya?

Solusi

Solusi Latihan 13.12.

(a) $210/12.9 = 16.3\,\mathrm{Ma}$ sampai $210/8.5 = 24.7\,\mathrm{Ma}$ ($\mathrm{km}$ dibagi $\mathrm{mm}\,\mathrm{yr}^{-1}$ menghasilkan juta tahun). (b) Lebih dari $4\times60 = 240\,\mathrm{km}$; sekurang-kurangnya $240 - 60 = 180\,\mathrm{km}$ cekungan itu kini berada di bawah sesar dorong Alpen atau telah tererosi. (c) Cekungan itu terbentuk di depan baji sesar dorong dan bermigrasi bersamanya: bagian dalamnya selalu tertindih oleh sesar dorong yang membebaninya, dan isiannya yang tertua terperangkap dalam sesar dorong, seperti Molasse Subalpin.

Soal 13.1

Soal akhir pekan — memulihkan penampang

Sebuah orogen bertipe Alpen dilintasi oleh penampang model (geometri rekaan, buatan buku ini sendiri, yang ditandai sebagai model) yang terdiri atas lima domain, dari daratan depan ke sisi jauh: sabuk lipatan–sesar dorong daratan depan, kini selebar $48\,\mathrm{km}$; tumpukan nappe eksternal, $15\,\mathrm{km}$; masif batuan dasar, $22\,\mathrm{km}$; zona internal berupa nappe benua dan ofiolit, $20\,\mathrm{km}$; dan baji belakang bervergensi selatan, $48\,\mathrm{km}$ (gambar di bawah). Semua panjang dinyatakan dalam kilometer.

Bagian I — Neraca panjang garis sabuk daratan depan. Di antara kedua garis pinnya, yang berjarak $48.0\,\mathrm{km}$, puncak batu gamping utama terdiri atas sepuluh ruas lurus (bentang horizontal $\Delta x$, kemiringan), yang didaftar dari daratan depan; selain itu, selembar sesar dorong menutupi bentangan datar lapisan yang sama, sepanjang $6.0\,\mathrm{km}$, yang terulang di bawahnya.

ruas	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
$\Delta x$ ($\mathrm{km}$)	8.0	3.0	3.0	5.0	2.5	2.5	6.0	4.0	4.0	10.0
kemiringan (${}^{\circ}$)	0	35	35	0	50	50	10	40	40	5

1. Hitunglah panjang di sepanjang lapisan untuk ruas 2, 5, dan 8.
2. Hitunglah panjang total lapisan di antara garis-garis pin, termasuk bentangan yang terulang.
3. Mengapa bentangan yang tersembunyi di bawah lembaran sesar dorong harus dihitung?
4. Hitunglah pemendekan $e$ dan jarak pemendekan $S$ sabuk daratan depan.
5. Dasar batu gamping, yang diukur dengan cara yang sama, panjangnya $60.2\,\mathrm{km}$. Berapa besar, dan berapa persen, selisih kedua lapisan itu? Apakah penampang itu dapat diterima?
6. Apa artinya jika panjang dasar itu $54.0\,\mathrm{km}$?

Bagian II — Neraca luas dan décollement. Penutup di antara décollement dan puncak batu gamping setebal $2.4\,\mathrm{km}$ sebelum deformasi; luasnya di antara garis-garis pin terukur $146\,\mathrm{km}^{2}$.

7. Hitunglah panjang pulihan penutup itu dari luasnya.
8. Bandingkan dengan hasil panjang garis pertanyaan 2.
9. Hitunglah luas lebih, yang terangkat di atas puncak semula penutup.
10. Turunkan kedalaman décollement di bawah aras itu, dan bandingkan dengan tebal penutup.
11. Seandainya luasnya $160\,\mathrm{km}^{2}$, panjang pulihan berapa yang akan diberikannya? Proses mana, yang disebut dalam pembahasan Jura, yang dapat membuat luas dan panjang garis berselisih seperti itu?
12. Mengapa sabuk ini berkulit tipis, dan seperti apa seharusnya puncak batuan dasar di bawahnya?

Bagian III — Nappe eksternal dan lajunya. Lapisan penanda ketiga nappe eksternal pulih menjadi 22, 18, dan $25\,\mathrm{km}$; tumpukan itu kini membentang $15\,\mathrm{km}$. Di masif batuan dasar, puncak batuan dasar pulih menjadi $30\,\mathrm{km}$ dibandingkan dengan $22\,\mathrm{km}$ kini. Sabuk daratan depan terdeformasi antara 11 dan $4\,\mathrm{Ma}$, sedangkan nappe antara 30 dan $20\,\mathrm{Ma}$.

13. Hitunglah panjang pulihan tumpukan nappe dan jarak pemendekannya.
14. Hitunglah pemendekannya $e$ dan bandingkan dengan pemendekan sabuk daratan depan.
15. Hitunglah pemendekan masif batuan dasar. Tektonik jenis apakah ini?
16. Hitunglah laju pemendekan rata-rata sabuk daratan depan dan nappe, dalam milimeter per tahun.
17. Ke arah mana deformasi bermigrasi di sepanjang penampang? Apakah ini urutan di Alpen?
18. Jumlahkan pemendekan ketiga domain eksternal.

Bagian IV — Zona internal, samudra, dan seluruh penampang. Irisan-irisan ofiolit di zona internal pulih menjadi $18\,\mathrm{km}$. Andaikan samudra itu tersubduksi dari 85 sampai $45\,\mathrm{Ma}$ dengan laju rata-rata $0.5\,\mathrm{cm}$ per tahun. Nappe benua zona internal pulih menjadi $60\,\mathrm{km}$ dibandingkan dengan $20\,\mathrm{km}$ kini, dan lapisan penanda baji belakang menjadi $70\,\mathrm{km}$ dibandingkan dengan $48\,\mathrm{km}$.

19. Berapa panjang litosfer samudra yang tersubduksi?
20. Berikan lebar minimum samudra itu.
21. Mengapa nilai itu hanya minimum?
22. Hitunglah pemendekan zona internal dan baji belakang.
23. Jumlahkan pemendekan tumbukan kelima domain, dan bandingkan dengan taksiran untuk Alpen Tengah dalam bab ini.
24. Pemeriksaan kerak: pulihkan penampang itu ke lebar penuhnya dengan kerak $30\,\mathrm{km}$, lalu bandingkan luas keraknya dengan luas masa kini, yaitu rata-rata $45\,\mathrm{km}$ sepanjang $153\,\mathrm{km}$ sekarang. Berapa fraksi kerak yang hilang dari penampang masa kini, dan ke mana kerak itu pergi? Berikan pemendekan tumbukan total di sepanjang penampang, dibulatkan sampai kilometer.

Solusi

Solusi Soal 13.1.

Bagian I.

1. $3.0/\cos35{}^{\circ} = 3.66\,\mathrm{km}$; $2.5/\cos50{}^{\circ} = 3.89\,\mathrm{km}$; $4.0/\cos40{}^{\circ} = 5.22\,\mathrm{km}$.

2. $8.00 + 2\times3.66 + 5.00 + 2\times3.89 + 6.0/\cos10{}^{\circ} + 2\times5.22 + 10.0/\cos5{}^{\circ} = 8.00 + 7.32 + 5.00 + 7.78 + 6.09 + 10.44 + 10.04 = 54.67\,\mathrm{km}$; dengan bentangan yang terulang, $l_0 = 60.7\,\mathrm{km}$.

3. Lapisan di bawah lembaran sesar dorong adalah lapisan yang sama, yang terbawa ke bawah lembaran itu oleh sesar dorong: sebelum pensesaran dorong, lapisan itu segaris dengan sisanya. Mengabaikannya akan memulihkan lapisan itu terlalu pendek.

4. $e = 1 - 48.0/60.7 = 0.209$, yaitu $20.9\,\%$; $S = 60.7 - 48.0 = 12.7\,\mathrm{km}$.

5. $60.7 - 60.2 = 0.5\,\mathrm{km}$, $0.5/60.7 = 0.8\,\%$: dalam batas ketelitian pengukuran; penampang itu dapat diterima.

6. $60.7 - 54.0 = 6.7\,\mathrm{km}$, $11\,\%$: dua lapisan dari satu lembaran tidak mungkin pulih ke panjang yang sejauh itu bedanya. Penampang itu tidak dapat diterima sebagaimana digambar: ada struktur yang hilang atau salah gambar, garis pin di tempat yang salah, gerakan keluar dari bidang penampang, atau bidang lepasan di antara kedua lapisan itu.

Bagian II.

7. $146/2.4 = 60.8\,\mathrm{km}$.

8. Hasil itu berbeda $0.1\,\mathrm{km}$ dari $60.7\,\mathrm{km}$: panjang garis dan luas sesuai.

9. $A_e = 146 - 48.0\times2.4 = 146 - 115.2 = 30.8\,\mathrm{km}^{2}$.

10. $d = 30.8/12.7 = 2.43\,\mathrm{km}$, sama dengan $2.4\,\mathrm{km}$ tebal penutup dalam batas ketelitian data: décollement adalah dasar penutup itu.

11. $160/2.4 = 66.7\,\mathrm{km}$, $6.0\,\mathrm{km}$ lebih panjang daripada panjang garis. Penebalan evaporit di dasar penutup, yang mengalir ke dalam inti antiklin, menambah luas tanpa menambah panjang; neraca luas dengan tebal tetap lalu gagal.

12. Penutup itu bergerak di atas décollement di dasarnya dan batuan dasar tidak terlibat. Di bawah sabuk itu, puncak batuan dasar seharusnya datar atau miring landai dan merata, tidak terputus oleh sesar dorong di atasnya.

Bagian III.

13. $22 + 18 + 25 = 65\,\mathrm{km}$; $S = 65 - 15 = 50\,\mathrm{km}$.

14. $e = 50/65 = 76.9\,\%$, dibandingkan dengan $20.9\,\%$ pada sabuk daratan depan: nappe jauh lebih memendek.

15. $30 - 22 = 8\,\mathrm{km}$ ($e = 26.7\,\%$). Batuan dasar itu sendiri memendek: tektonik kulit tebal.

16. Sabuk daratan depan $12.7/(11 - 4) = 1.81\,\mathrm{km}/\mathrm{Ma}$, yaitu $1.81\,\mathrm{mm}$ per tahun; nappe $50/(30 - 20) = 5.0\,\mathrm{mm}$ per tahun.

17. Nappe (30 sampai $20\,\mathrm{Ma}$) terdeformasi sebelum sabuk daratan depan (11 sampai $4\,\mathrm{Ma}$): deformasi bermigrasi ke luar, ke arah daratan depan. Inilah urutan di Alpen: sesar dorong Glarus pada Oligosen dan Miosen, masif eksternal pada Miosen, Jura pada Miosen akhir dan Pliosen.

18. $12.7 + 50 + 8 = 70.7\,\mathrm{km}$.

Bagian IV.

19. $0.5\,\mathrm{cm}\,\mathrm{yr}^{-1}\times40\,\mathrm{Ma} = 0.005\times4\times10^7 = 2.0 \times 10^{5}\,\mathrm{m} = 200\,\mathrm{km}$.

20. $200 + 18 = 218\,\mathrm{km}$.

21. Hanya yang terawetkan atau tersimpulkan yang dihitung: sebagian samudra mungkin telah tersubduksi sebelum $85\,\mathrm{Ma}$ atau lebih cepat daripada laju rata-rata, irisan ofiolit mungkin telah tererosi atau terbawa keluar dari penampang, dan konvergensi yang miring terhadap penampang membawa masuk dasar samudra yang tidak terlihat oleh penampang.

22. Zona internal $60 - 20 = 40\,\mathrm{km}$ ($e = 66.7\,\%$); baji belakang $70 - 48 = 22\,\mathrm{km}$ ($e = 31.4\,\%$).

23. $12.7 + 50 + 8 + 40 + 22 = 132.7\,\mathrm{km}$; berada dalam rentang taksiran untuk Alpen Tengah, sekitar 125 sampai $160\,\mathrm{km}$ pemendekan tumbukan (sebelum ditambah gelinciran mendatar).

24. Lebar pulihan $153 + 132.7 = 285.7\,\mathrm{km}$; kerak pulihan $285.7\times30 = 8571\,\mathrm{km}^{2}$; kerak masa kini $153\times45 = 6885\,\mathrm{km}^{2}$. Yang hilang: $8571 - 6885 = 1686\,\mathrm{km}^{2}$, $19.7\,\%$ kerak pulihan; kerak itu telah tererosi (dan tercurah ke cekungan depan-pegunungan) atau tersubduksi bersama kerak bawah ke dalam mantel. Tanpa kehilangan itu, kerak akan setebal rata-rata $8571/153 = 56\,\mathrm{km}$. Pemendekan tumbukan total di sepanjang penampang adalah $133\,\mathrm{km}$.