13Anatomie van een gebergtegordel: de Alpen

De top van de Matterhorn bestaat uit gneis en gabbro die ooit tot de rand van Apulië behoorden, het continent aan de kant van Afrika van een verdwenen oceaan. De hellingen eronder zijn de bodem van die oceaan, serpentiniet, gabbro en kussenbasalt die eclogiet werden, en daaronder, in de naburige Monte Rosa, ligt de rand van Europa. Wie door de stapel klimt, gaat van het ene continent, door een oceaan, naar het andere. Dit hoofdstuk leest de Alpen als zo’n stapel: waar de stukken vandaan kwamen, hoe ze werden gestapeld, hoeveel grond het stapelen opslokte, en wat de geofysica eronder ziet.

Wat je al weet

Uit Boek 2: continentale botsing, de sutuur, de verkorting van een laag (de fractie van haar lengte die verloren gaat), opschuivingen en overschuivingen. Uit Boek 3: geologische kaarten en doorsneden; afschuivingen, opschuivingen en overschuivingen, plooien en vergentie; passieve randen; de oceanische korst, kussenlava en het complex van parallelle gangen; actieve randen en het accretieprisma; isostasie, de wortel van Airy en de Bouguer-anomalie; het voorlandbekken, genoemd onder de sedimentaire bekkens. Uit Hoofdstuk 10: de blauwschist- en de eclogietfacies. Uit Hoofdstuk 11: P–T–t-paden, exhumatiesnelheden en ultrahogedrukmetamorfose.

Definitie 13.1 (Orogeen)

Een orogeen is een gordel van de lithosfeer die door de convergentie van twee platen is verkort en verdikt, samen met de gesteenten die erin vervormd en gemetamorfoseerd zijn; de bergketen is zijn uiting aan het oppervlak, de verdikte korst eronder is zijn wortel.

13.1 Een verdwenen oceaan

De Alpen leggen de sluiting van oceanen vast terwijl de Afrikaanse en de Europese plaat convergeerden. De belangrijkste is de Alpiene Tethys, bestaande uit twee takken. Haar zuidelijke tak, de Piemont–Ligurische oceaan, begon in het Midden-Jura uiteen te drijven, toen de Centrale Atlantische Oceaan openging: de Alpiene Tethys hoort kinematisch bij het opengaan van de Atlantische Oceaan, anders dan de Tethysoceanen verder naar het oosten. Radiolarieten, kiezelige slikken van de diepzee die gesteente werden, en aptychuskalksteen volgden op het begin van de spreiding, en ze identificeren nog steeds haar resten. Een smalle noordelijke tak, de Valais-oceaan, ging waarschijnlijk open in het vroegste Krijt. Tussen beide lag een reep continent, het Briançonnais-lint, dat naar het oosten dunner wordt en in de Oostelijke Alpen ontbreekt.

In het noorden werd de oceaan begrensd door de passieve rand van Europa, het onderwerp van het hoofdstuk over riften en randen in Boek 3. In het zuiden lag Apulië: alle continentale grond ten zuiden van de Alpiene Tethys en ten noorden van de jongere Neotethys, inclusief het voorland dat nu ten zuiden van de Alpen ligt. De top van de Matterhorn is er een stuk van.

De kaart hieronder situeert de gordel en de plaatsen van dit hoofdstuk.

Hoe kan men een oceaan kennen die verdwenen is? Door stukken van zijn bodem die aan de subductie ontsnapten en in de gebergtegordel werden ingeklemd.

Definitie 13.2 (Ofioliet; Penrose-ofiolietreeks)

Een ofioliet is een kenmerkende associatie van mafische tot ultramafische gesteenten, een stuk oceanische lithosfeer dat nu op het land voorkomt. De Penrose-ofiolietreeks is de volledige associatie die in 1972 door een conferentie van geologen werd gedefinieerd; van onder naar boven:

1. een ultramafisch complex van harzburgiet, lherzoliet en duniet, meestal met een vervormingsmaaksel dat in vaste toestand is verworven;
2. een gabbrocomplex, gewoonlijk met cumulustexturen;
3. een mafisch complex van parallelle gangen;
4. een mafisch vulkanisch complex, vaak met kussens.

De definitie van Penrose was een consensus, vanaf het begin bekritiseerd, en nog steeds algemeen aanvaard. Haar reeks is de gelaagdheid van de oceanische korst en de bovenmantel uit Boek 3: kussenlava’s boven parallelle gangen boven gabbro boven de mantel. Ofiolieten zijn echter geen gemiddelde oceaanbodem. De meeste abyssale korst, de korst van de wijde oceanen, wordt door subductie verbruikt; Coleman betoogde dat de ofiolieten van de Alpiene en Cordillerische gordels vooral ontstonden in de spreidingscentra van kleine oceaanbekkens of tussen eilandbogen, en dat de Tethysofiolieten ontstonden waar continentale korst langs passieve randen dunner werd tot er een kleine oceaan openging.

De Alpiene ofiolieten passen in dat beeld. De eenheden die van de Piemont–Ligurische oceaan afkomstig zijn, zijn relicten van oceanische lithosfeer en van mantel die van onder het verdunde continent was opgehaald, de subcontinentale mantel, en op de zeebodem werd blootgelegd. Bij de Chenaillet, in de Westelijke Alpen, toont de best bewaarde van hen blootgelegde mantel, gabbro’s en een beroemde opeenvolging van kussenbasalten, zonder sedimentair dek. De foto hieronder toont ze.

De oceaanbodem kan worden gedateerd waar zijn gabbro’s kristalliseerden. Zirkonen uit twee metagabbro’s van de ofioliet van Zermatt–Saas, onder de Matterhorn, geven $164.0 \pm 2.7\,\mathrm{Ma}$ en $163.5 \pm 1.8\,\mathrm{Ma}$, en de mangaanrijke sedimenten die op de basalten zijn afgezet, zijn hoogstens $161 \pm 11\,\mathrm{Ma}$ oud: de bodem van de Piemont–Ligurische oceaan werd in het Jura gevormd, ongeveer $164\,\mathrm{Myr}$ geleden.

13.2 Een oceaan subduceren, en dan een continent

Een oceaan sluit door subductie. Een deel van zijn bodem belandt echter bovenop een continent in plaats van eronder, en sommige continenten volgen de oceaan naar beneden.

Definitie 13.3 (Obductie; continentale subductie)

Obductie is het plaatsen van een plaat oceanische lithosfeer op een continentale rand, waarbij de ofioliet over het continent schuift. Continentale subductie is het afdalen van continentale lithosfeer, getrokken door de eraan vastzittende oceanische plaat, in een subductiezone nadat de oceaan ervoor is verbruikt.

Obductie vond plaats in de Dinariden, ten zuidoosten van de Alpen: ofiolieten van de Jurassische Vardaroceaan, zelf van Midden-Jurassische ouderdom, werden in het Laat-Jura op een accretiewig en op de rand van Apulië geschoven. Lang werd gedacht dat ze ook de ofioliet van de Chenaillet had geplaatst, omdat zijn gesteenten slechts een zeer laaggradige Alpiene metamorfose tonen. Een recente studie vond relicten van lawsoniet en omfaciet in zijn gabbro en albitiet, die zijn Alpiene piek op 10 tot $11\,\mathrm{kbar}$ en 340 tot $360\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ brengen: het gewicht van een dekbladstapel van zo’n 35 tot $40\,\mathrm{km}$ dik. De auteurs concluderen dat de Chenaillet gesubduceerd werd, niet geobduceerd, een herinnering dat de lezing van een ofioliet evenzeer op zijn metamorfe geschiedenis berust als op zijn gesteenten.

De oceaan gaat omlaag

In het Krijt werd de zuidelijke, Apulische rand van de Piemont–Ligurische oceaan een actieve rand: zijn trog vulde zich met schalie en zandsteen, nu de kalkrijke schisten die Bündnerschiefer of schistes lustrés heten. De Oostelijke Alpen leggen ook een eerdere botsing vast, de sluiting van een golf van een andere oceaan, de Meliata, tegen Apulië, met een hogedrukpiek rond $100\,\mathrm{Ma}$: de Alpen zijn het product van twee orogenesen, een Krijt-orogenese en een Tertiaire.

De ofioliet van Zermatt–Saas daalde af tot de eclogietfacies van Hoofdstuk 10: zijn eclogieten bereikten 550 tot $600\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ en 2.5 tot $3.0\,\mathrm{GPa}$, en de piekdruk werd bereikt tussen 48 en $44\,\mathrm{Ma}$. Eén schijf ervan, bij het Lago di Cignana, bevat coësiet en microscopische diamanten in gesteenten die begonnen als basalten en sedimenten van de oceaanbodem; ze bereikte ongeveer $615\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ en $2.8\,\mathrm{GPa}$, en haar zirkonen dateren dat diepste punt op $44.1 \pm 0.7\,\mathrm{Ma}$. Oceaanbodem die $164\,\mathrm{Myr}$ geleden ontstond, werd op een ouderdom van 120 miljoen jaar gesubduceerd tot diepten van $90\,\mathrm{km}$ of meer, en kwam daarna terug.

Het continent volgt

Toen de oceaan verdwenen was, werd de rand van Europa erachteraan gesleept. De coësiethoudende kwartsieten van het massief van Dora Maira, ontmoet in Hoofdstuk 11, zijn continentale korst van de Europese kant van de oceaan die meer dan $90\,\mathrm{km}$ bereikte, ongeveer $35\,\mathrm{Myr}$ geleden, en terugkwam met de snelheid van platen. Het dateren van de hogedrukgesteenten over de hele gordel geeft een volgorde: de Apulische rand zelf (de Sesiazone) in het Laat-Krijt, de ofiolieten van de Piemont–Ligurische oceaan rond $44\,\mathrm{Ma}$, de Europese continentale korst in het Laat-Eoceen. Rubatto en collega’s lezen dat als drie subductie-episoden die in de tijd verspringen van zuidoost naar noordwest, naar Europa toe.

De botsing volgde: de Valais-oceaan, de laatste oceanische strook, sloot tijdens het midden tot late Eoceen, en vanaf dat moment werd continentale korst op continentale korst gestapeld. De figuur hieronder vat de opeenvolging samen.

13.3 Dekbladen, klippen en vensters

De stukken oceaan en continent werden niet in hun geheel opgestapeld. Ze werden als dunne schijven afgeschraapt en ver meegevoerd.

Definitie 13.4 (Dekblad; dekbladstapel)

Een dekblad is een grote gesteenteplaat, vaak enkele kilometers dik en tientallen kilometers lang, die langs een flauw hellende overschuiving of in de omgekeerde flank van een grote liggende plooi ver van zijn plaats van oorsprong is meegevoerd; de gesteenten van een dekblad zijn allochtoon, die welke ter plaatse bleven autochtoon. Een dekbladstapel is een stapel dekbladen waarin de structureel hogere dekbladen meestal van verder binnen in het orogeen komen.

In de Alpen is de stapelvolgorde de geografie van de verdwenen oceaan op zijn kop gezet, en de eenheden zijn genoemd naar hun oorsprong (tabel hieronder).

eenheid (van boven naar onder)	oorsprong en gesteenten
Austroalpiene dekbladen	rand van Apulië ten noorden van de Periadriatische Lijn: schijven van sokkel en dek, losgemaakt van hun onderkorst
Margna–Sesia-dekbladen (Sesiazone, Dent Blanche)	fragmenten die bij het opengaan van de oceaan van de buitenste Apulische rand werden afgescheurd
Bovenpenninische dekbladen	Piemont–Ligurische oceaan: ofiolieten, geëxhumeerde mantel, kalkrijke schisten
Middenpenninische dekbladen	het lintcontinent van het Briançonnais
Onderpenninische dekbladen	Valais-oceaan: ofiolieten en kalkrijke schisten
Subpenninische dekbladen	Europese sokkel, losgemaakt van zijn onderkorst
Helvetische dekbladen	kalksteenrijk dek van de nabije Europese rand, losgemaakt van zijn sokkel
Zuidelijke Alpen	Apulië ten zuiden van de Periadriatische Lijn: een zuidwaarts gerichte plooi- en overschuivingsgordel, grotendeels Mioceen, 10 tot $15\,\mathrm{km}$ dik

De bovenplaat, Apulië, ligt bovenop; daaronder komen, in volgorde, de verre oceaan, het Briançonnais, de nabije oceaan en de Europese rand, waarbij de laagste eenheden die zijn die het dichtst bij Europa lagen. Grote plooien die de dekbladen na het stapelen opnieuw plooiden, verstoren soms de volgorde, en sommige repen, zoals het Briançonnais, wiggen langs de gordel uit.

Erosie snijdt daarna de stapel aan, en twee vormen verschijnen op een kaart.

Definitie 13.5 (Klippe; tektonisch venster)

Een klippe (meervoud klippen) is een geïsoleerd restant van een dekblad, dat op de gesteenten eronder blijft staan wanneer erosie de rest van de plaat heeft verwijderd; het wordt omringd door zijn basale overschuiving. Een tektonisch venster is een gat dat door een dekblad is uitgesleten, waar de gesteenten onder zijn basale overschuiving verschijnen, omringd door het dekblad.

De Alpen staan vol met beide. De Matterhorn is een klippe: zijn top hoort bij het overschuivingssysteem van de Dent Blanche, een erosierest van Apulische gesteenten bovenop de hele wig, zijn gneisen en gabbro’s van Permische ouderdom rustend op de ofiolieten van het dekblad van Zermatt–Saas en de Combinzone, die op hun beurt rusten op de dekbladen van de Monte Rosa en de Grote Sint-Bernhard van de Europese kant (foto hieronder). Aan het noordelijke front van de Westelijke Alpen vormen dekbladen van het sedimentaire dek, van ver binnen in de gordel, de Préalpes Romandes en de klippen van Centraal-Zwitserland. In de Oostelijke Alpen openen zich twee vensters door het Austroalpiene deksel: het Engadinvenster, waar schisten van de Valais-oceaan met blauwschisten onder de laatste resten van het Briançonnais verschijnen, en het grotere Tauernvenster, waar de Europese rand en schijven van de Alpiene Tethys onder de Austroalpiene dekbladen uit komen.

Onthechtingsvlakken en de twee huiden

Dekbladen en overschuivingsplaten bewegen over zwakke vlakken.

Definitie 13.6 (Décollement)

Een décollement is een flauw hellend vlak waarlangs een gesteenteopeenvolging loskomt van wat eronder ligt en eroverheen glijdt, waarbij beide kanten onafhankelijk vervormen; het volgt meestal een zwakke laag zoals evaporiet of schalie.

Definitie 13.7 (Dunhuidige en dikhuidige tektoniek)

Dunhuidige tektoniek is vervorming van een sedimentair dek dat langs een basaal décollement van zijn sokkel is losgemaakt: het dek plooit en overschuift terwijl de sokkel eronder onvervormd blijft. Dikhuidige tektoniek is vervorming waarbij de sokkel betrokken is, waarbij dek en sokkel samen verkorten langs breuken die tot in de sokkel snijden.

Definitie 13.8 (Plooi- en overschuivingsgordel)

Een plooi- en overschuivingsgordel is een gordel van plooien en overschuivingen die het buitenste deel van een orogeen verkort en naar zijn voorland voortschrijdt; overschuivingen klimmen vanaf het décollement trapsgewijs door de lagen, en plooien groeien erboven.

De Alpen hebben beide huiden. De Helvetische dekbladen zijn een dunhuidige plooi- en overschuivingsgordel, de mesozoïsche kalkstenen van de nabije Europese rand, losgemaakt van hun sokkel. Hun basis is de Glarus-overschuiving, waar Permische rode lagen op cenozoïsche flysch liggen. In het Mioceen werden daarentegen sokkelblokken van de externe massieven, verkorte en verdikte Europese sokkel (de massieven van de Aar, de Mont Blanc, Belledonne, Pelvoux en Argentera), met hun dek opgeschoven: dikhuidige overschuiving.

De Jura, de boog van ruggen ten noordwesten van het Zwitserse plateau, is het klassieke voorbeeld van dunne huid. In het Laat-Mioceen en Plioceen werd zijn mesozoïsche dek geplooid en opgeschoven boven een décollement in de zwakke evaporieten van het Midden- en Boven-Trias, terwijl de sokkel eronder, die vanaf de externe massieven onder het Molassebekken doorloopt, er niet bij betrokken was: in de klassieke lezing kwam de duw van de verre externe massieven. De seismologie heeft sindsdien een dikhuidig hoofdstuk toegevoegd. De aardbevingen bij Saint-Ursanne in 2000 hadden hun bron minder dan een kilometer diep en een overschuivingsmechanisme, actieve ondiepe overschuiving in het dek, terwijl andere studies sokkelbreuken vinden die sinds het jongste Plioceen opnieuw actief zijn. Of de Jura nog steeds van zijn sokkel is losgemaakt, staat ter discussie.

In het veld — Een overschuivingscontact lezen

Tussen Flims en de Walensee in Oost-Zwitserland loopt de Glarus-overschuiving, een van de opvallendste grote, flauw hellende overschuivingen van de Alpen. Langs haar liggen Permische rode lagen, het Verrucano, boven cenozoïsche flysch: veel oudere gesteenten rusten op jongere. Daartussen vormt een dunne, sterk geschoven band kalksteen het contact: de Lochseiten-kalksteen, waarop de verplaatsing, minstens 30 tot $40\,\mathrm{km}$, zich concentreerde. In de negentiende eeuw las Heim de structuur als twee enorme omgekeerde plooien die naar elkaar toe gericht waren; Escher von der Linth had er één overschuiving in gelezen, en de lezing als overschuiving won het. Een geoloog die zo’n contact tegenkomt, controleert drie dingen: of oudere gesteenten op jongere liggen, wat geen gewone gelaagdheid kan; of de lagen aan weerszijden bij het contact worden afgesneden; en of het contact zelf een band van geschoven, gerekristalliseerd gesteente is in plaats van een laagvlak.

13.4 Voorlandbekkens: flysch en molasse

Een gebergtegordel belast de plaat waarop hij rust, en de plaat buigt vóór hem omlaag.

Definitie 13.9 (Voorlandbekken; flysch; molasse)

Een voorlandbekken is een langgerekt sedimentair bekken dat ontstaat tussen een orogeen en het stabiele continent ervoor, waar de plaat wordt omlaaggebogen door de last van de overschuivingswig; het is het diepst naast het overschuivingsfront en wordt zelf geleidelijk overschoven. Flysch is de diepwatervulling van zo’n bekken, vooral turbidieten van zandsteen en schalie, afgezet zolang het bekken ondergevuld is. Molasse is zijn latere ondiepmariene en continentale vulling, vooral conglomeraten en zandstenen uit de eroderende gordel, afgezet zodra de aanvoer het bekken vult.

Het buigen is elastische flexuur van de lithosfeer, die in een hoofdstuk van Boek 5 wordt behandeld; hier telt alleen het effect op het bekken. Sinclair beschreef het vroege Alpiene voorlandbekken, van Paleoceen tot Oligoceen, als een “ondergevulde drie-eenheid”: kalkstenen aan de continentale kant, hemipelagische modder in het midden, diepwaterturbidieten tegen het overschuivingsfront. Naarmate de overschuivingen oprukten, schoof het bekken met hen mee: door Zwitserland kroop zijn continentale kustlijn naar het noordwesten met 8.5 tot $12.9\,\mathrm{mm}$ per jaar, en het bekken migreerde met een bijna constante vorm over minstens $210\,\mathrm{km}$ over de Europese plaat.

Het Noord-Alpiene Molassebekken, dat zich van de Zee-Alpen tot Wenen uitstrekt, begon in het Laat-Eoceen te dalen. Onder-Oligocene flysch, nu bovenop de Helvetische dekbladen te vinden, legt een laatste diepwaterstadium vast; van het Laat-Oligoceen tot het Laat-Mioceen spreidden rivieren continentale grind- en zandlagen uit de jonge bergen. De naam is oud: H.-B. de Saussure voerde molasse in 1779 in. De vulling wordt naar de gordel toe dikker: in de Oostenrijkse sector tot meer dan $4000\,\mathrm{m}$ aan het overschuivingsfront, en elders in het bekken is één enkele Laat-Oligocene reeks rivierconglomeraten zo’n $4\,\mathrm{km}$ dik. Het zuidelijke deel van het bekken is overreden: de Oostenrijkse dagzoomgordel, ongeveer $60\,\mathrm{km}$ breed, is minder dan een kwart van de vroegere breedte van het bekken. De overreden molasse zelf is in de overschuivingen gevangen als de Subalpiene Molasse, naar het zuiden hellende schijven conglomeraat langs de noordrand van de gordel.

Ten zuiden van de Alpen ligt de Povlakte op het weinig vervormde Adriatische voorland van de Zuidelijke Alpen. Haar jongste sedimenten, uit Plioceen en Pleistoceen, bedekken Alpiene structuren deels discordant en zijn deels vervormd door de laatste overschuivingen van de Zuidelijke Alpen en van de Apennijnen.

13.5 De geschiedenis lezen: doorsneden en geofysica

Een kaart toont waar de eenheden liggen; een doorsnede toont hoe ze eronder liggen, en ze kan worden getoetst.

Definitie 13.10 (Gebalanceerde doorsnede)

Een gebalanceerde doorsnede is een doorsnede van vervormde gesteenten, getekend evenwijdig aan de transportrichting, die kan worden hersteld tot een geologisch redelijke onvervormde toestand zonder gesteente te winnen of te verliezen: de lengten van gidslagen en de oppervlakten van gesteente-eenheden in de doorsnede blijven behouden tussen de vervormde en de herstelde toestand.

Het herstel wordt verankerd door pinlijnen, lijnen dwars op de lagen aan de uiteinden van de doorsnede, gekozen waar de gesteenten niet langs elkaar zijn geschoven.

Propositie 13.11 (Lengte- en oppervlaktebalans)

Laat tussen twee pinlijnen die in de vervormde toestand een afstand $l$ uit elkaar liggen, een gidslaag een lengte $l_0$ hebben, gemeten langs de laag, en laat een laag met oorspronkelijke dikte $t$ een doorsnede-oppervlakte $A$ hebben. Als lengte en oppervlakte in het vlak van de doorsnede behouden blijven, dan

1. was de laag vóór de vervorming $l_0$ lang, is de verkorting $e = 1 - l/l_0$ en is de verkortingsafstand $S = l_0 - l$;
2. is de herstelde lengte van de laag $l_0 = A/t$;
3. is, als een gidshorizon op een diepte $d$ boven een vlak décollement lag, de oppervlakte gesteente die boven het oorspronkelijke niveau van de gidslaag is opgeheven, zijn overschotoppervlakte $A_e$, gelijk aan $S\,d$; dus $d = A_e/S$.

Methode 13.12 (Een doorsnede herstellen)

1. Kies een doorsnede evenwijdig aan de transportrichting en twee pinlijnen waar er geen verschuiving tussen de lagen was.
2. Meet elke gidslaag langs haar lengte tussen de pinnen, en tel elk deel mee dat door een overschuiving wordt herhaald.
3. Leg de lagen vlak op hun gemeten lengte, in de volgorde van de lagen, en teken de breuken opnieuw op de herstelde doorsnede: hun afsnijdingen moeten op één lijn liggen, zonder gaten of overlappingen.
4. Vergelijk: lagen van dezelfde overschuivingsplaat moeten tot dezelfde lengte herstellen; de oppervlakten van de lagen, gedeeld door hun dikten, moeten ook dezelfde lengten geven. Een doorsnede die faalt, is zoals getekend niet toelaatbaar.

Balanceren is een toets van een doorsnede, geen bewijs ervan, en de aannamen ervan doen ertoe. In de Jura bij de Chasseral geeft lengtebalans van de top van het Jura $5.1\,\mathrm{km}$ verplaatsing, maar oppervlaktebalans en voorwaartse modellering geven $11.3\,\mathrm{km}$: de extra $6.2\,\mathrm{km}$ werden meegevoerd langs een tweede, hoger onthechtingsvlak in de Jurassische schalies en doorgegeven aan plooien verder naar het noorden. Eén gidslaag had de helft van de beweging gemist. Dezelfde studie woog twee andere lezingen af die in de Jura gangbaar zijn, en had ze niet nodig: sokkelhoogten die de plooien omhoogduwen, en anticlinale kernen die verdikt zijn door Triassische evaporieten die erin vloeien, een proces dat oppervlaktebalans ondermijnt, omdat de evaporietlaag haar dikte niet meer behoudt.

Hoeveel verkorting?

Toegepast op hele transecten geeft balanceren de totale verkorting van de gordel, en de antwoorden verschillen met de aannamen. Over de Centrale Alpen, langs het NFP-20-transect, zijn de schattingen van de botsingsverkorting ongeveer $125\,\mathrm{km}$ in eerder werk, $160\,\mathrm{km}$ in een compilatie uit 2015 en $144\,\mathrm{km}$ in een overzicht uit 2021; als men de dextrale verschuiving langs de Periadriatische Lijn optelt, die Apulië zijwaarts langs de gordel verplaatste, stijgt de totale convergentie tot tussen 206 en $250\,\mathrm{km}$, afhankelijk van hoeveel verschuiving wordt aangenomen. In de Westelijke Alpen lopen de schattingen uiteen van 124 tot $243\,\mathrm{km}$. Elk ervan is een som van herstelde stukken, elk met zijn eigen pinlijnen en zijn eigen gissingen over wat erosie en subductie hebben verwijderd.

Wat de geofysica ziet

Doorsneden op diepte steunen op geofysica. Er zijn diepe seismische reflectieprofielen geschoten over de gordel (ECORS–CROP in de Westelijke Alpen, NFP-20 West en Oost in Zwitserland, TRANSALP in het oosten), en dichte netwerken van seismometers brengen nu de Moho in kaart met ontvangerfuncties, de omzettingen van teleseismische P-golven in S-golven aan de basis van de korst. De AlpArray-kaart, gebouwd uit meer dan honderdduizend ontvangerfuncties, vindt de Moho op ongeveer $30\,\mathrm{km}$, typisch voor continenten, rond de gordel, en op 55 tot $60\,\mathrm{km}$ onder de Alpen; de Europese Moho helt zacht van ongeveer $30\,\mathrm{km}$ in het noordwesten tot ongeveer $55\,\mathrm{km}$ onder de keten. De schematische doorsnede hieronder vat samen hoe de NFP-20-profielen over de Centrale Alpen worden gelezen.

Het profiel hierboven confronteert de wortel met het model van Airy uit Boek 3. Onder het hoogste deel van het profiel, waar het gemiddelde reliëf van de strook $2.74\,\mathrm{km}$ bereikt op $46.5{}^{\circ}$ NB, zou een lokale Airy-wortel de Moho op $30 + 4.5 \times 2.74 = 42.3\,\mathrm{km}$ leggen; hij wordt waargenomen op $36.3\,\mathrm{km}$. Ongeveer honderd kilometer verder naar het zuiden, aan de rand van de Povlakte, waar het gemiddelde reliëf maar $0.65\,\mathrm{km}$ is, is de waargenomen Moho de diepste van het profiel, $61.2\,\mathrm{km}$. De wortel ligt niet onder de toppen: hij is naar Apulië verschoven. Over het stuk waar picks bestaan, is zijn doorsnede, gemeten onder $30\,\mathrm{km}$, ongeveer $2300\,\mathrm{km}^{2}$, tegen ongeveer $1500\,\mathrm{km}^{2}$ voor de Airy-wortels van het reliëf erboven. Lokale compensatie van de huidige topografie verklaart de wortel niet. Pfiffner en collega’s wijzen op een extra last: het Ivrealichaam, een wig van Adriatische mantel en onderkorst binnen de gordel, die hielp de Europese plaat omlaag te buigen.

De zwaartekracht vertelt hetzelfde verhaal op een andere manier. De pan-Alpiene kaart van de Bouguer-anomalie toont een Alpien zwaartekrachtminimum van $-100$ tot $-170\,\mathrm{mGal}$ langs de keten, het diepst in de Centrale Alpen, door de lichte korst van de verdikte wortel; een minimum van het Pobekken van ongeveer $-80$ tot $-140\,\mathrm{mGal}$; en, tussen de Westelijke Alpen en de Povlakte, het smalle zwaartekrachtmaximum van Ivrea, tot $+40\,\mathrm{mGal}$, waar die dichte onderkorst en mantel dicht bij het oppervlak komen.

13.6 Een tijdlijn van de Alpen

Als men de dateringen van dit hoofdstuk verzamelt, krijgt men de geschiedenis van de gordel in één tabel (tabel hieronder).

tijd	gebeurtenis
Midden-Jura	de Piemont–Ligurische oceaan gaat open; zijn gabbro’s kristalliseren op $164\,\mathrm{Ma}$
vroegste Krijt	de Valais-oceaan gaat open ten noorden van het Briançonnais
rond $100\,\mathrm{Ma}$	hogedrukpiek van de Krijt-orogenese in de Oostelijke Alpen
Laat-Krijt	de Apulische rand (Sesiazone) wordt gesubduceerd; de Apulische rand van de oceaan is actief
48 tot $44\,\mathrm{Ma}$	de oceaanbodem van Zermatt–Saas bereikt zijn diepste punt, coësiet en diamant bij het Lago di Cignana
midden tot laat Eoceen	de Valais-oceaan sluit; het Molassebekken begint te dalen
$35\,\mathrm{Ma}$	continentale korst van de Dora Maira bij ultrahoge druk
Oligoceen en Mioceen	de Glarus-overschuiving; molassegrind vult het noordelijke voorland (Laat-Oligoceen tot Laat-Mioceen)
Mioceen	dikhuidige opheffing van de externe massieven; de Zuidelijke Alpen schuiven naar het zuiden
Laat-Mioceen tot Plioceen	dunhuidige plooiing van de Jura
vandaag	waterpassing toont een relatieve gesteenteopheffing tot $1.3\,\mathrm{mm}$ per jaar in de kern van de Centrale Alpen

De laatste regel is niet het einde van de convergentie. Herhaalde waterpassing over de Centrale Alpen geeft een relatieve gesteenteopheffing van ongeveer $-0.4\,\mathrm{mm}$ per jaar ten noorden van de Jura tot $1.3\,\mathrm{mm}$ per jaar in de kern van de keten, terwijl GPS-metingen erop wijzen dat de Centrale Alpen vandaag niet convergeren. Champagnac en collega’s lezen de opheffing als het isostatische herstel van een korst die door erosie wordt ontlast: de bergen rijzen omdat ze worden afgesleten.

Oefeningen

Gegevens voor de oefeningen: $g = 9.8\,\mathrm{m}\,\mathrm{s}^{-2}$, $G = 6.674 \times 10^{-11}\,\mathrm{m}^{3}\,\mathrm{kg}^{-1}\,\mathrm{s}^{-2}$.

Oefening 13.1 ★

In een doorsnede is een kalksteenlaag, gemeten langs haar plooien tussen twee pinlijnen, $36.0\,\mathrm{km}$ lang; de pinlijnen liggen $27.0\,\mathrm{km}$ uit elkaar. (a) Bereken met Propositie 13.11 de verkorting $e$ en de verkortingsafstand $S$. (b) Waaraan moet de laag voldoen opdat het antwoord geldt?

Oplossing

Oplossing van Oefening 13.1.

(a) $e = 1 - 27.0/36.0 = 0.25$, dat wil zeggen $25\,\%$; $S = 36.0 - 27.0 = 9.0\,\mathrm{km}$. (b) De laag moet haar lengte hebben behouden (geen uitrekking of verdunning langs de laag), de doorsnede moet evenwijdig aan de transportrichting liggen, en de pinlijnen moeten plaatsen markeren waar de lagen niet langs elkaar zijn geschoven.

Oefening 13.2 ★

Op een geologische kaart ligt (a) een ovale vlek gneis van $4\,\mathrm{km}$ lang op Jurassische kalksteen, met als grens een overschuiving die rondom naar binnen helt, onder de gneis; (b) een langgerekt gebied van Krijtschalie wordt omringd door gneis, langs een overschuiving die rondom naar buiten helt, onder de gneis. Benoem elke structuur en zeg wat erosie in elk geval heeft gedaan.

Oplossing

Oplossing van Oefening 13.2.

(a) Een klippe: de gneis is een geïsoleerd restant van een dekblad dat op zijn autochtoon rust; erosie heeft de rest van de plaat rondom verwijderd. (b) Een tektonisch venster: erosie heeft het gneisdekblad doorsneden en de jongere gesteenten onder zijn basale overschuiving blootgelegd, die daarom aan alle kanten van het venster weg helt.

Oefening 13.3 ★

(a) Som de vier eenheden van de Penrose-ofiolietreeks op van onder naar boven, en koppel elk aan een laag van de oceanische korst of mantel. (b) De ofioliet van de Chenaillet toont blootgelegde mantel, gabbro en kussenbasalten, en geen sedimentair dek. Welke Penrose-eenheid ontbreekt in deze lijst? (c) Waarom geven ofiolieten geen eerlijke steekproef van de bodem van de wijde oceanen?

Oplossing

Oplossing van Oefening 13.3.

(a) Ultramafisch complex (de bovenmantel); gabbrocomplex (de onderste oceanische korst); complex van parallelle gangen (de middelste korst); vulkanisch complex, met kussens (de bovenste korst). (b) Het complex van parallelle gangen. (c) De meeste korst van de wijde oceanen wordt door subductie verbruikt; de ofiolieten die op het land overleven, ontstonden vooral in kleine oceaanbekkens of tussen eilandbogen, die van de Tethys waar een continent dunner werd tot er een kleine oceaan openging.

Oefening 13.4 ★

Op weg naar de top van de Matterhorn vanuit het zuiden doorkruist een klimmer achtereenvolgens de dekbladen van de Monte Rosa en de Grote Sint-Bernhard, de ofiolieten van Zermatt–Saas, de Combinzone en de gneisen van het overschuivingssysteem van de Dent Blanche. (a) Geef het domein van oorsprong van elk. (b) Welke plaat was de bovenplaat tijdens de subductie? (c) Waarom is deze volgorde een algemene regel in de dekbladstapel, en wat kan haar doorbreken?

Oplossing

Oplossing van Oefening 13.4.

(a) Dekbladen van de Monte Rosa en de Grote Sint-Bernhard: de Europese kant (het Briançonnais en de Europese passieve rand); Zermatt–Saas en de Combinzone: de Piemont–Ligurische oceaan; systeem van de Dent Blanche: de rand van Apulië. (b) Apulië, dat bovenop eindigt. (c) De bovenplaat wordt niet gesubduceerd, en de schijven die van de onderplaat worden afgeschraapt, stapelen zich eronder op in de volgorde waarin de onderplaat aankwam: verre oceaan eerst, nabije rand als laatste en het laagst. Latere plooiing van de stapel, of overschuivingen buiten de normale volgorde, kunnen de volgorde verstoren.

Oefening 13.5 ★★

De Centrale Alpen dragen een Bouguer-anomalie van ongeveer $-170\,\mathrm{mGal}$. (a) Bepaal met de Bouguer-plaat uit Boek 3, $\Delta g = 2\pi G\,\Delta\rho\,h$, de dikte $h$ van een oneindige plaat met dichtheidstekort $\Delta\rho = 500\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$ (korst die mantel vervangt) die deze anomalie geeft. (b) De ontvangerfuncties tonen een wortel van ongeveer $25\,\mathrm{km}$ onder een korst van $30\,\mathrm{km}$. Welke anomalie zou een oneindige plaat van die dikte geven? (c) Waarom is de waargenomen anomalie kleiner?

Oplossing

Oplossing van Oefening 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) $2.097\times10^{-7}\times25\,000 = 5.24 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}\,\mathrm{s}^{-2}$, ongeveer $-524\,\mathrm{mGal}$. (c) De wortel is geen oneindige plaat: het is een lichaam van enkele tientallen kilometers diep en slechts ongeveer zo breed als de gordel, zodat het minder trekt aan een punt aan het oppervlak dan een plaat van dezelfde dikte die tot in het oneindige doorloopt; dichte lichamen zoals de Ivreazone voegen positieve anomalieën toe, en het dichtheidscontrast op diepte kan kleiner zijn dan aangenomen.

Oefening 13.6 ★★

Gabbro’s van de ofioliet van Zermatt–Saas kristalliseerden op $164\,\mathrm{Ma}$; de ofioliet bereikte zijn diepste punt op $44\,\mathrm{Ma}$, bij $2.8\,\mathrm{GPa}$. (a) Hoe oud was de oceanische lithosfeer toen ze werd gesubduceerd? (b) Zet de druk om in diepte met een gemiddelde dichtheid van de bovenliggende gesteenten van $3000\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, en daarna $3300\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$. (c) Vergelijk met de “meer dan $90\,\mathrm{km}$” die voor dit gesteente wordt opgegeven.

Oplossing

Oplossing van Oefening 13.6.

(a) $164 - 44 = 120\,\mathrm{Myr}$. (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) “Meer dan $90\,\mathrm{km}$” ligt binnen dit bereik: de diepte hangt evenzeer af van de gemiddelde dichtheid die voor de bovenliggende gesteenten wordt gekozen als van de druk.

Oefening 13.7 ★★

Een laag is tot chevronplooien geplooid waarvan de rechte flanken allemaal onder de hoek $\theta$ hellen. (a) Toon aan dat de verkorting $e = 1 - \cos\theta$ is. (b) Welke flankhelling geeft $30\,\%$ verkorting? (c) Welke verkorting geven flanken die $40{}^{\circ}$ en $60{}^{\circ}$ hellen? Controleer de eerste aan de chevronfiguur van de paragraaf over balanceren.

Oplossing

Oplossing van Oefening 13.7.

(a) Een flank met lengte $L$ die onder $\theta$ helt, overspant horizontaal $L\cos\theta$; alle flanken hebben dezelfde helling, dus $l = l_0\cos\theta$ en $e = 1 - l/l_0 = 1 - \cos\theta$. (b) $\cos\theta = 0.70$: $\theta = 45.6{}^{\circ}$. (c) $1 - \cos40{}^{\circ} = 23.4\,\%$, zoals in de chevronfiguur; $1 - \cos60{}^{\circ} = 50\,\%$.

Oefening 13.8 ★★

Een dek van $2.0\,\mathrm{km}$ dik is geplooid en opgeschoven boven een vlak décollement. Tussen pinlijnen die nu $42\,\mathrm{km}$ uit elkaar liggen, is zijn doorsnede-oppervlakte $118\,\mathrm{km}^{2}$. (a) Bepaal zijn herstelde lengte, $S$ en $e$. (b) Bereken de overschotoppervlakte en de diepte van het décollement onder de oorspronkelijke top van het dek. (c) Is het resultaat consistent?

Oplossing

Oplossing van Oefening 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) Ja: het décollement ligt aan de basis van het dek van $2.0\,\mathrm{km}$, onder zijn top; het dek is langs zijn basis losgemaakt.

Oefening 13.9 ★★

Langs het profiel op $8{}^{\circ}$ OL van dit hoofdstuk is de gemiddelde hoogte van de strook $2.74\,\mathrm{km}$ op $46.5{}^{\circ}$ NB, waar de Moho op $36.3\,\mathrm{km}$ is gepickt, en $0.65\,\mathrm{km}$ op $45.55{}^{\circ}$ NB, waar hij op $61.2\,\mathrm{km}$ is gepickt. (a) Bereken met een referentiekorst van $30\,\mathrm{km}$, $\rho_c = 2700\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$ en $\rho_m = 3300\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$ de Airy-diepte van de Moho op beide plaatsen. (b) Vergelijk met de picks. (c) Wat zegt de vergelijking over hoe de Alpiene wortel wordt gedragen?

Oplossing

Oplossing van Oefening 13.9.

(a) De Airy-wortel is $4.5h$: op $46.5{}^{\circ}$ NB, $4.5\times2.74 = 12.3\,\mathrm{km}$, een Moho op $42.3\,\mathrm{km}$; op $45.55{}^{\circ}$ NB, $4.5\times0.65 = 2.9\,\mathrm{km}$, een Moho op $32.9\,\mathrm{km}$. (b) Onder het hoge terrein ligt de Moho $6.0\,\mathrm{km}$ ondieper dan Airy voorspelt; onder de rand van de Povlakte ligt hij $28.3\,\mathrm{km}$ dieper. (c) De wortel is niet lokaal gecompenseerd: hij is naar het zuiden verschoven en groter dan het reliëf vereist. De plaat buigt als geheel onder de lasten die erop rusten (de regionale ondersteuning uit een hoofdstuk van Boek 5), en een van die lasten, het Ivrealichaam, is helemaal geen topografie.

Oefening 13.10 ★★★

In de doorsnede van de Chasseral in de Jura geeft lengtebalans van de top van het Jura $5.1\,\mathrm{km}$ verplaatsing; oppervlaktebalans en modellering geven $11.3\,\mathrm{km}$, waarvan $6.2\,\mathrm{km}$ werd meegevoerd langs een hoger onthechtingsvlak in schalies van het Midden-Jura. (a) Welke fractie van de verplaatsing registreerde de laag aan de top van het Jura? (b) Toon aan dat de getallen kloppen, en leg uit waarom de bovenste laag een deel van de beweging mist. (c) Welke algemene les geeft dit voor balanceren met één enkele gidslaag?

Oplossing

Oplossing van Oefening 13.10.

(a) $5.1/11.3 = 0.45$: minder dan de helft. (b) $5.1 + 6.2 = 11.3\,\mathrm{km}$. De top van het Jura ligt boven het hogere onthechtingsvlak; de $6.2\,\mathrm{km}$ die langs dat onthechtingsvlak werden meegevoerd, gingen onder de plooien van de doorsnede door en werden verbruikt in structuren verder naar het noorden, zodat de bovenste laag binnen de doorsnede nooit met dat bedrag verkortte. (c) Eén gidslaag registreert alleen de verkorting van de lagen waartoe ze behoort; elk onthechtingsvlak erboven of eronder kan verplaatsing de doorsnede in of uit voeren. Balanceer meerdere lagen, en controleer met oppervlakten.

Oefening 13.11 ★★★

Over de Centrale Alpen is ongeveer $200\,\mathrm{km}$ noordwaarts gerichte verkorting geschat, en de Periadriatische Lijn heeft een dextrale oost–west-verplaatsing van ongeveer $100\,\mathrm{km}$, misschien 50, misschien 150. (a) Tel beide op als loodrechte vectoren en geef de totale convergentie voor elke verplaatsing. (b) Welke hoek maakt de convergentie met de noord–zuidrichting voor een verplaatsing van $100\,\mathrm{km}$? (c) Waarom doet de keuze van de verplaatsing er meer toe dan het derde significante cijfer van de verkorting?

Oplossing

Oplossing van Oefening 13.11.

(a) Voor een verplaatsing van $100\,\mathrm{km}$, $\sqrt{200^2 + 100^2} = 223.6\,\mathrm{km}$; voor $50\,\mathrm{km}$, $\sqrt{200^2 + 50^2} = 206.2\,\mathrm{km}$; voor $150\,\mathrm{km}$, $\sqrt{200^2 + 150^2} = 250.0\,\mathrm{km}$. (b) $\arctan(100/200) = 26.6{}^{\circ}$ ten opzichte van noord–zuid, een convergentielijn dicht bij de N$150{}^{\circ}$E die Rosenberg en collega’s opgeven. (c) De verplaatsing is onzeker met $\pm50\,\mathrm{km}$, wat de totale convergentie met ongeveer $20\,\mathrm{km}$ in beide richtingen verschuift; het derde cijfer van het resultaat ligt ver onder die onzekerheid.

Oefening 13.12 ★★★

Het Zwitserse deel van het Alpiene voorlandbekken migreerde minstens $210\,\mathrm{km}$ naar het noordwesten over Europa, terwijl zijn kustlijn met 8.5 tot $12.9\,\mathrm{mm}$ per jaar oprukte. (a) Over welk bereik van tijdsduren liep de migratie? (b) In de Oostenrijkse sector is de huidige dagzoomgordel, ongeveer $60\,\mathrm{km}$ breed, minder dan een kwart van de vroegere breedte van het bekken. Wat was de kleinste vroegere breedte, en hoeveel van het bekken ligt verborgen onder de overschuivingen? (c) Waarom kan een voorlandbekken nooit volledig bewaard blijven?

Oplossing

Oplossing van Oefening 13.12.

(a) $210/12.9 = 16.3\,\mathrm{Myr}$ tot $210/8.5 = 24.7\,\mathrm{Myr}$ ($\mathrm{km}$ gedeeld door $\mathrm{mm}\,\mathrm{yr}^{-1}$ geeft miljoenen jaren). (b) Meer dan $4\times60 = 240\,\mathrm{km}$; minstens $240 - 60 = 180\,\mathrm{km}$ van het bekken ligt nu onder de Alpiene overschuivingen of is geërodeerd. (c) Het bekken ontstaat vóór de overschuivingswig en migreert ermee: zijn binnenste deel wordt steeds overreden door de overschuivingen die het belasten, en zijn oudste vulling raakt gevangen in de overschuivingen, zoals de Subalpiene Molasse.

Probleem 13.1

Weekendprobleem — de doorsnede herstellen

Een orogeen van Alpien type wordt doorsneden door een modeldoorsnede (een verzonnen geometrie, eigen aan dit boek en als model aangeduid) die bestaat uit vijf domeinen, van het voorland naar de overkant: een plooi- en overschuivingsgordel in het voorland, nu $48\,\mathrm{km}$ breed; een externe dekbladstapel, $15\,\mathrm{km}$; een sokkelmassief, $22\,\mathrm{km}$; een interne zone van continentale dekbladen en ofiolieten, $20\,\mathrm{km}$; en een zuidwaarts gerichte retrowig, $48\,\mathrm{km}$ (figuur hieronder). Lengten zijn overal in kilometer.

Deel I — Lengtebalans van de voorlandgordel. Tussen zijn twee pinlijnen, $48.0\,\mathrm{km}$ uit elkaar, bestaat de top van de hoofdkalksteen uit tien rechte segmenten (horizontale uitgestrektheid $\Delta x$, helling), opgesomd vanaf het voorland; bovendien bedekt een overschuivingsplaat een vlak stuk van dezelfde laag, $6.0\,\mathrm{km}$ lang, dat eronder wordt herhaald.

segment	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
helling (${}^{\circ}$)	0	35	35	0	50	50	10	40	40	5

1. Bereken de lengte langs de laag van de segmenten 2, 5 en 8.
2. Bereken de totale lengte van de laag tussen de pinlijnen, inclusief het herhaalde stuk.
3. Waarom moet het stuk dat onder de overschuivingsplaat verborgen ligt, worden meegeteld?
4. Bereken de verkorting $e$ en de verkortingsafstand $S$ van de voorlandgordel.
5. De basis van de kalksteen, op dezelfde manier gemeten, is $60.2\,\mathrm{km}$ lang. Met hoeveel, en met welk percentage, verschillen de twee lagen? Is de doorsnede aanvaardbaar?
6. Wat zou een lengte van $54.0\,\mathrm{km}$ voor de basis hebben betekend?

Deel II — Oppervlaktebalans en het décollement. Het dek tussen het décollement en de top van de kalksteen was vóór de vervorming $2.4\,\mathrm{km}$ dik; zijn oppervlakte tussen de pinlijnen wordt gemeten als $146\,\mathrm{km}^{2}$.

7. Bereken de herstelde lengte van het dek uit zijn oppervlakte.
8. Vergelijk met het resultaat van de lengtebalans uit vraag 2.
9. Bereken de overschotoppervlakte, opgeheven boven de oorspronkelijke top van het dek.
10. Leid de diepte van het décollement onder dat niveau af, en vergelijk haar met de dikte van het dek.
11. Welke herstelde lengte zou een oppervlakte van $160\,\mathrm{km}^{2}$ geven? Welk proces, genoemd bij de Jura, zou de oppervlakte en de lengte zo kunnen doen verschillen?
12. Waarom is deze gordel dunhuidig, en hoe zou de top van de sokkel er eronder moeten uitzien?

Deel III — De externe dekbladen en hun tempo. De gidslaag van de drie externe dekbladen herstelt tot 22, 18 en $25\,\mathrm{km}$; de stapel overspant nu $15\,\mathrm{km}$. In het sokkelmassief herstelt de top van de sokkel tot $30\,\mathrm{km}$ tegen $22\,\mathrm{km}$ vandaag. De voorlandgordel werd vervormd tussen 11 en $4\,\mathrm{Ma}$, de dekbladen tussen 30 en $20\,\mathrm{Ma}$.

13. Bereken de herstelde lengte van de dekbladstapel en zijn verkortingsafstand.
14. Bereken zijn verkorting $e$ en vergelijk die met die van de voorlandgordel.
15. Bereken de verkorting van het sokkelmassief. Wat voor tektoniek is dit?
16. Bereken de gemiddelde verkortingssnelheden van de voorlandgordel en van de dekbladen, in millimeter per jaar.
17. In welke richting migreerde de vervorming door de doorsnede? Is dit de volgorde van de Alpen?
18. Tel de verkorting van de drie externe domeinen op.

Deel IV — De interne zone, de oceaan en de hele doorsnede. Ofiolietrepen in de interne zone herstellen tot $18\,\mathrm{km}$. Veronderstel dat de oceaan van 85 tot $45\,\mathrm{Ma}$ werd gesubduceerd met een gemiddelde snelheid van $0.5\,\mathrm{cm}$ per jaar. De continentale dekbladen van de interne zone herstellen tot $60\,\mathrm{km}$ tegen $20\,\mathrm{km}$ vandaag, en de gidslaag van de retrowig tot $70\,\mathrm{km}$ tegen $48\,\mathrm{km}$.

19. Welke lengte oceanische lithosfeer werd gesubduceerd?
20. Geef een minimale breedte voor de oceaan.
21. Waarom is het slechts een minimum?
22. Bereken de verkorting van de interne zone en van de retrowig.
23. Tel de botsingsverkorting van de vijf domeinen op, en vergelijk die met de schattingen voor de Centrale Alpen in dit hoofdstuk.
24. Korstcontrole: herstel de doorsnede tot haar volle breedte met een korst van $30\,\mathrm{km}$, en vergelijk de korstoppervlakte met die van vandaag, gemiddeld $45\,\mathrm{km}$ over de huidige $153\,\mathrm{km}$. Welke fractie van de korst ontbreekt in de huidige doorsnede, en waar is ze gebleven? Geef de totale botsingsverkorting over de doorsnede, afgerond op de kilometer.

Oplossing

Oplossing van Probleem 13.1.

Deel 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. $8.00 + 2\times3.66 + 5.00 + 2\times3.89 + 6.0/\cos10{}^{\circ} + 2\times5.22 + 10.0/\cos5{}^{\circ} = 8.00 + 7.32 + 5.00 + 7.78 + 6.09 + 10.44 + 10.04 = 54.67\,\mathrm{km}$; met het herhaalde stuk is $l_0 = 60.7\,\mathrm{km}$.

3. De laag onder de overschuivingsplaat is dezelfde laag, door de overschuiving onder de plaat gebracht: vóór de overschuiving lag ze in het verlengde van de rest. Als men haar weglaat, wordt de laag te kort hersteld.

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

5. $60.7 - 60.2 = 0.5\,\mathrm{km}$, $0.5/60.7 = 0.8\,\%$: binnen de precisie van de meting; de doorsnede is aanvaardbaar.

6. $60.7 - 54.0 = 6.7\,\mathrm{km}$, $11\,\%$: de twee lagen van één plaat kunnen niet tot zulke verschillende lengten herstellen. De doorsnede zou zoals getekend niet toelaatbaar zijn: een structuur die ontbreekt of verkeerd is getekend, een pinlijn op de verkeerde plaats, beweging uit het vlak van de doorsnede, of een onthechtingsvlak tussen de twee lagen.

Deel II.

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

8. Het verschilt $0.1\,\mathrm{km}$ van $60.7\,\mathrm{km}$: lengte en oppervlakte stemmen overeen.

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

10. $d = 30.8/12.7 = 2.43\,\mathrm{km}$, gelijk aan de $2.4\,\mathrm{km}$ van het dek binnen de precisie van de gegevens: het décollement is de basis van het dek.

11. $160/2.4 = 66.7\,\mathrm{km}$, $6.0\,\mathrm{km}$ meer dan de lengte langs de laag. Verdikking van de evaporieten aan de basis van het dek, die in de kernen van anticlinalen vloeien, voegt oppervlakte toe zonder lengte toe te voegen; oppervlaktebalans met een constante dikte faalt dan.

12. Het dek bewoog over een décollement aan zijn basis en de sokkel was er niet bij betrokken. Onder de gordel zou de top van de sokkel vlak moeten lopen of zacht en gelijkmatig moeten hellen, ongebroken door de overschuivingen erboven.

Deel III.

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

14. $e = 50/65 = 76.9\,\%$, tegen $20.9\,\%$ in de voorlandgordel: de dekbladen zijn veel sterker verkort.

15. $30 - 22 = 8\,\mathrm{km}$ ($e = 26.7\,\%$). De sokkel zelf is verkort: dikhuidige tektoniek.

16. Voorlandgordel $12.7/(11 - 4) = 1.81\,\mathrm{km}/\mathrm{Myr}$, dat wil zeggen $1.81\,\mathrm{mm}$ per jaar; dekbladen $50/(30 - 20) = 5.0\,\mathrm{mm}$ per jaar.

17. De dekbladen (30 tot $20\,\mathrm{Ma}$) werden vervormd vóór de voorlandgordel (11 tot $4\,\mathrm{Ma}$): de vervorming migreerde naar buiten, naar het voorland. Dat is de volgorde van de Alpen: de Glarus-overschuiving in het Oligoceen en Mioceen, de externe massieven in het Mioceen, de Jura in het Laat-Mioceen en Plioceen.

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

Deel IV.

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

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

21. Alleen wat bewaard is of wordt afgeleid, telt mee: delen van de oceaan kunnen vóór $85\,\mathrm{Ma}$ of sneller dan de gemiddelde snelheid zijn gesubduceerd, ofiolietschijven kunnen geërodeerd of uit de doorsnede weggevoerd zijn, en convergentie die schuin op de doorsnede staat, voert oceaanbodem aan die de doorsnede niet ziet.

22. Interne zone $60 - 20 = 40\,\mathrm{km}$ ($e = 66.7\,\%$); retrowig $70 - 48 = 22\,\mathrm{km}$ ($e = 31.4\,\%$).

23. $12.7 + 50 + 8 + 40 + 22 = 132.7\,\mathrm{km}$; binnen het bereik van de schattingen voor de Centrale Alpen, ongeveer 125 tot $160\,\mathrm{km}$ botsingsverkorting (voordat de horizontale verschuiving wordt opgeteld).

24. Herstelde breedte $153 + 132.7 = 285.7\,\mathrm{km}$; herstelde korst $285.7\times30 = 8571\,\mathrm{km}^{2}$; huidige korst $153\times45 = 6885\,\mathrm{km}^{2}$. Ontbrekend: $8571 - 6885 = 1686\,\mathrm{km}^{2}$, $19.7\,\%$ van de herstelde korst; ze is geërodeerd (en in de voorlandbekkens afgezet) of met de onderkorst in de mantel gesubduceerd. Zonder die verliezen zou de korst gemiddeld $8571/153 = 56\,\mathrm{km}$ dik zijn. De totale botsingsverkorting over de doorsnede is $133\,\mathrm{km}$.