Apatite (U-Th)/He and Fission Track thermochronometry in the Northern Patagonian Andes: New insights into the exhumation history of the thrust belt foreland sector

Lo studio dell’evoluzione Cretacico–Cenozoica delle Ande Nord Patagoniche offre l’opportunità di comprendere le relazioni intercorrenti tra processi profondi riguardanti la dinamica della litosfera e la deformazione più superficiale che coinvolge la crosta. Benché la catena andina sia caratterizzata da un generale andamento lineare nord-sud, nel dettaglio essa è fortemente segmentata da un punto di vista tettonico, come si evince dalla posizione variabile dell’arco magmatico e del fronte di deformazione verso le zone di avampaese. Pertanto, questo margine di placca risulta avere una complessa configurazione, che va oltre la comune nozione di sistema di subduzione di “tipo andino”. Localizzato nella zona di retrocatena, il settore Nord Patagonico della Cordigliera ha subito una complessa evoluzione, caratterizzata dall’alternanza di fasi di subduzione a basso e alto angolo, che ha controllato le fasi rispettivamente di raccorciamento e di estensione in corrispondenza della placca superiore. La variabilità deformativa in questa zona di retroarco è stata sia temporale—dunque legata a fasi di orogenesi e collasso della catena—sia spaziale, data la variabile trasmissione dello stress compressivo verso le zone esterne dell’orogene. La termocronologia di bassa temperatura è in grado di registrare i pattern irregolari di denudamento risultanti, essendo molto sensibile alle variazioni entro i primi chilometri della crosta. Tali sistemi termocronometrici sono ideali per identificare eventi tettonici a livello crostale, poiché sono in grado di registrare il momento e la velocità del raffreddamento legato all’esumazione. In particolare, i metodi (U-Th)/He (AHe) e tracce di fissione (AFT), entrambi su apatite, sono stati integrati in questa tesi con i metodi strutturali. L’area investigata è la regione ubicata tra 40° and 44°S, nel nord della Patagonia argentina. Durante le due campagne, condotte nelle Province di Neuquén, di Rio Negro e del Chubut, sono state campionate le rocce sulle quali compiere le analisi termocronologiche di bassa temperatura e sono stati analizzati dal punto di vista strutturale i lineamenti tettonici più importanti. Questi metodi hanno permesso sia di comparare i pattern di esumazione nella parte frontale della catena e nell’adiacente avampaese sia, al contempo, di comparare le differenze, a diverse latitudini, all’interno di uno stesso dominio morfo-strutturale. Complessivamente, sono stati raccolti, processati e analizzati quarantotto campioni. Le analisi (U-Th)/He sono state eseguite presso l’Università di Parigi Sud mentre quelle di tracce di fissione presso l’Università di Padova. Dal punto di vista geologico-strutturale, le maggiori strutture dell’area di studio sono state rilevate sul terreno e analizzate nel dettaglio, con particolare attenzione nelle zone meno studiate dell’avampaese. Infine, per un’analisi più approfondita di questo complesso scenario i due metodi sono stati integrati. Infatti, sono state costruite tre sezioni bilanciate e retrodeformate integrate con le informazioni termocronologiche al fine di produrre un modello termo-cinematico lungo due diversi transetti posti a 40° e 44°S, mediante l’utilizzo di un software dedicato in grado di modellare le età termocronometriche e fare previsione di queste lungo il profilo topografico odierno, che, a sua volta, è stato usato per validare lo scenario tettonico proposto. I nuovi dati AFT e AHe ottenuti nell’area di studio evidenziano due eventi tettonici principali interessanti l’area settentrionale della Patagonia: una fase d’inversione ed esumazione tra il tardo Cretacico e il Paleogene, che ha coinvolto l’intero sistema dalla catena all’avampaese, e una successiva, Mio-Pliocenica, in cui l’esumazione si è concentrata nella zona di catena. Questo scenario tettonico proposto è stato con successo testato lungo i due transetti analizzati attraverso FetKin, permettendo di chiarire il ruolo e l’entità di ogni fase tettonica avvenuta dal Mesozoico. Il pattern di esumazione così ottenuto è stato interpretato come il risultato del variabile grado di propagazione della deformazione dalla catena andina verso l’avampaese. Quest’ultimo sembra essere controllato principalmente da due parametri: (i) la configurazione della placca in subduzione, in altre parole la sua geometria più o meno orizzontale che gioca un ruolo fondamentale nella deformazione dell’avampaese, e (ii) la velocità di convergenza tra le placche pacifica e sud americana, che governa i processi di raccorciamento ed esumazione nella catena a pieghe e sovrascorrimenti.