La geologia dell'Europa settentrionale ed orientale: 2. Baltica, la zolla in viaggio, e l'aggregazione della Laurasia tra Paleozoico e Mesozoico

In un post precedente ho parlato della storia delIe terre che oggi appartengono all'Europa orientale e al Cratone Est europeo in tempi molto antichi, da 3 miliardi di anni fa alla formazione, 1,6 miliardi di anni fa, del grande orogene collisionale di Lapponia, Russia Centrale e Baltia meridionale con cui  queste zolle si sono amalgamate fra loro e con altre ora appartenenti all'Amerca Settentrionale (dove questo orogene continua come Orogene Trans – Hudsoniano). Poco dopo, durante la formazione del supercontinente Rodinia e quindi durante l'orogenesi di Grenville, alle terre dell'odierno cratone dell'Europa dell'est si unì un'altro continente, Amazonia, che ora fa parte dell'America Meridionale. Questo post si occupa del periodo in cui le terre del Cratone dell'Europa dell'est si sono staccate da Laurentia e da Amazonia, diventando un continente – isola che ha abbondantemente girovagato nel Paleozoico dalle alte latitudini australi verso le basse latitudini boreali per poi unirsi di nuovo a Laurentia e ad altre terre come Avalonia, Siberia e Kazakhistan tra il Paleozoico medio e il Giurassico e formare il grande continente settentrionale della Laurasia.

fig.1: Rodinia e l'orogenesi di Grenville tra Baltica e Australia

In un post precedente avevamo lasciato le terre del cratone dell'Europa dell'est (d'ora in poi EEC)  circa 1,7 miliardi di anni fa, quando vi si erano unite una gran parte delle terre oggi appartenenti al Nordamerica settentrionale con il grande orogene di Lapponia – Russia centrale e Baltia meridionale. Circa 600 milioni di anni dopo, durante la formazione del supercontinente Rodinia, contro queste terre si è scontrata Amazonia, formando nella odierna Scandinavia meridionale l'orogene sveco – norvegese, che altro non è se non la terminazione dell'orogene di Grenville, una delle caratteristiche più salienti della amalgamazione di Rodinia, i cui resti ora sono diffusi in mezzo mondo (fig. 1).

Ora, l'amalgamazione di Rodinia è avvenuta circa 900 milioni di anni fa, nel Mesoproterozoico,  ma come per la Pangea non è durata molto: già dopo 150 milioni di anni alcuni blocchi si sono separati per poi scontrarsi durante l'orogenesi panafricana formando il Gondwana.

Laurenzia, Baltica e Amazonia erano invece rimaste unite e – fondamentalmente – indisturbate, fino al Neoproterozoico quando, poco più di 600 Ma fa, l'area dell'EEC si separò da Laurentia, diventando Baltica, una zolla continentale isolata in lento pellegrinaggio verso nord. Tra Baltica e Laurentia si formò il braccio settentrionale dell'oceano Giapeto (che già divideva Laurentia dal Gondwana), mentre altri settori oceanici la dividevano da masse continentali che poi avrebbero formato l'Asia. La figura 2, da (1) mostra la situazione poco prima del Cambiano, nel Vendiano superiore, 550 My ago.  

Fig. 2 da Torsvik e cocks (2005): Baltica e Laurentia nel Vendiano, ancora vicine al Gondwana e presso il Polo Sud. 

Duranto tutto il Neoproterozoico e il Paleozoico Baltica è stata parzialmente coperta da mari poco profondi anche se probabilmente i massicci più alti erano ampiamente emersi. In questo post non considero per semplicità la possibile presenza di Arctica, un'altra massa continentale originatasi dallo smembramento di Rodinia. Spero comunque di parlarne presto perchè è una storia ancora poco nota.

Fig. 3: le zone stirate dei margini di Baltica
ancora visibili dopo gli eventi orogenici

Questa sezione, presa da (2), mostra il settore oggi occidentale di Baltica ma anche gli altri bordi del continente dovrebbero raccontare la stessa storia: uno stadio di rift nel Neoproterozoico, la formazione di un oceano e di un margine continentale su cui successivamente si sono messe in posto falde provenienti dagli oceani che si sono chiusi e dai continenti che si sono accreti a Baltica per formare Laurasia.

LE LARGE IGNEOUS PROVINCES E I RIFT CHE SI TROVANO IN BALTICA

Baltica all'epoca della separazione da Laurentia ed Amazonia si trovava alle alte latitudini meridionali e nel suo cammino verso nord si trovò a passare sopra la zona di risalita di materiali caldi di provenienza profonda ora centrato sotto l'Africa, uno dei due superswell di Faccenna (3) e così sul continente si sono messe un posto alcune Large Igneous Provinces (LIP). 

Le prime tracce di questa attività potrebbero essere rappresentate dalle rocce alcaline di Seiland del Vendiano inferiore (570 MA fa), nella Norvegia settentrionale. Si tratta di un evento di breve durata durante un periodo in cui l'area affetta dal vulcanismo è stata sottoposta ad un regime estensionale (4). Ho usato il condizionale perché queste rocce appartengono alle falde delle caledonidi e non è possibile almeno per adesso determinare quanto a largo di Baltica sia avvenuto tutto ciò. 

Fig.4: i rift che frammentano Baltica

Questi episodi vulcanici hanno anche prodotto una serie di rift ancora oggi chiaramente visibili, come si vede dalla figura 4. I rift di Baltica, però, non si sono successivamente evoluti rompendo il continente come invece è successo per le aree passate successivamente, nel Mesozoico, sul superswell africano, che hanno causato l'apertura della Tetide tra Europa meridionale e Caraibi e successivamente la frammentazione del Gondwana. In questa carta si vede anche il rift abortito del Golfo di Botnia, che però non appartiene a questo sistema, essendosi formato circa 1,5 miliardi di anni fa e quindi ben prima  dell'assemblaggio di Rodinia.

Troviamo i basalti di Volyn lungo una struttura orientata SW – NE, l'aulacogeno di Orsha-Volyn: è un rift di età ediacariana che va dalla Moldavia alla Lituania. Occupano circa 200.000 km2, essenzialmente nel sottosuolo (sono pochi gli affioramenti). La loro età si colloca fra 600 e 540 MA, e quindi si sono formati quando Baltica si era già separata da Laurentia e Amazonia.

Nel Devoniano troviamo magmi alcalini in buona quantità nella penisola di Kola, lungo il rift di Kontozero, allineato in direzione ENE–WSW.

Un'altro sistema composto da un rift e da una grande provincia magmatica si è formato nel Devoniano, il bacino di Pripyat – Dniepr – Donets. Questa struttura taglia e attraversa il preesistente aulacogeno di Orsha-Volyn e arriva fino al mar Baltico (il prolungamento verso W non è visibile nella carta di fig.4, che è antecedente al suo riconoscimento): troviamo alcuni dei suoi basalti a largo della costa estone (5). Nella sua parte orientale il bacino di Pripyat – Dniepr – Donets è stata successivamente deformata durante la formazione degli Urali.
Di poco successive (Carbonifero basale) sono le rocce vulcaniche alcaline del bacino di Lublino, tra Polonia e Ucraina.

L'ultima LIP principale di Baltica è quella dello Skagerrak, i cui magmi affiorano in una vasta area fra Scozia, Inghilterra settentrionale, Norvegia meridionale (il graben di Oslo e quello dello Skagerrak sono le strutture più note associate a questa LIP) e Germania settentrionale. L'età di questo episodio si colloca più o meno in corrispondenza con il limite Carbonifero – Permiano.

È interessante notare che secondo le ultime ricostruzioni l'area interessata dalla LIP dello Skagerrak si trovava all'epoca della messa in posto dei magmi dove ora c'è il lago Ciad, e quindi al di sopra della attuale posizione del superswell africano.

BALTICA E L'AGGREGAZIONE DELLA LAURASIA

All'inizio della sua storia, i margini della zolla Baltica erano tutti tipici margini continentali di tipo passivo, ma poi sono stati tutti interessati da eventi tettonici, il primo dei quali si colloca molto presto, ancora nell'Ediacariano superiore, poco prima di 550 MA, nell'attuale margine di NE: è l'orogene delle Timanidi, che oggi affiora dalla penisola di Varanger in Norvegia settentrionale fino alla Russia di NE, per circa 1800 km., dove è troncato bruscamente dalla successiva catena degli Urali (come d'altro canto lo è in Norvegia dall'orogene caledoniano). È formato da una serie di falde composte da sedimenti e prodotti magmatici di età neoproterozoica provenienti dal fondo di un oceano e da un arco magmatico che si sono accreti contro il margine passivo di Baltica.

Successivamente la deformazione si è spostata lungo l'attuale margine scandinavo, testimoniando la collisione fra Laurentia e Baltica e la chiusura dell'oceano Giapeto lungo le caledonidi, un orogene complesso, multifasico, tra il Cambriano e il Devoniano.

Quindi, oltre 200 milioni di anni dopo il loro distacco, Laurentia e Baltica si trovano di nuovo insieme, anche se le numerose strutture comuni formatesi al tempo della loro precedente unione dimostrano che le posizioni relative fra le due masse sono un po' diverse rispetto a quei tempi.

La nuova unione è avvenuta lungo la sezione settentrionale del sistema orogenico caledoniano che borda entrambe le coste dell'oceano Atlantico da Terranova a Groenlandia in Nordamerica e dall'Irlanda alla Norvegia in Europa. Baltica era il margine passivo con funzione di avampaese (come lungo gli Appennini la fascia padano – adriatica, tanto per esemplificare). Questa sezione da (4) illustra la struttura delle caledonidi.

Fig.5: la struttura dell'orogene caledoniano in Norvegia da (4) 

Le ultime fasi del titanico scontro sono avvenute tra il Siluriano superiore e il primo Devoniano, circa 400 ma fa): il risultato è un continente più vasto, Euromerica (alle volte chiamato anche Laurussia). Dopo la collisione le due zolle hanno continuato a scorrere una lungo l'altra in un margine trascorrente che corrisponde alla famosa faglia di Great Glen della Scozia e quella di Cabot in Canada, in una situazione simile a quella odierna della celebre faglia di San Andreas in California.

I movimenti lungo questa faglia sono continuati fino al Carbonifero, qualche decina di milioni di anni dopo. Ricordo che la corrispondenza fra la faglia di Great Glen e quella di Cabot è stata una delle principali argomentazioni con cui J.T.Wilson ipotizzò l'apertura dell'Atlantico settentrionale nei primi anni '60 (6). 

Fig. 6: La zona di sutura trans europea da (7)

Le fasi finali della chiusura dell'oceano Giapeto sono state precedute dalla chiusura, a cavallo fra Ordoviciano e Siluriano, quindi circa 440 Ma fa, di un altro braccio oceanico, l'oceano di Tornqvist: grazie a ciò un'altra zolla, Avalonia, si è aggregata a Baltica lungo la zona di sutura trans – europea, che va dalla Danimarca alla Crimea. È piuttosto curioso che questa amalgamazione fra due continenti diversi prima di essere confermata dai dati geologici è stata proposta in base a dati paleomagnetici e faunistici.

Alla fine del Devoniano, 380 milioni di anni fa, lungo le coste dell'Euromerica è avvenuto uno dei principali step della storia della vita sulla Terra: alcuni pesci sarcopterigi hanno trasformato le loro pinne in arti dando origine ai primi anfibi.

Lo stadio finale della formazione della Laurasia registrato in Baltica è l'orogenesi degli Urali, in cui a Baltica si sono congiunti altri due continenti, il Kazakhistan e la Siberia. Baltica si è venuta a trovare quindi al centro del nuovo continente. Questa orogenesi, molto complessa a dispetto di quello che sembra dalle carte geografiche, è iniziata nel tardo Devoniano, circa 360 milioni di anni fa e si è conclusa nel Giurassico con l'amalgamazione definitiva dei 3 continenti. 

(1) Torsvik & Cocks (2005): Norway in space and time: A Centennial cavalcade. Norwegian Journal of Geology 85, 73-86

(2) Pharaoh et al., 2006. The Western Accretionary Margin of the East European Craton: an overview. Geological Society memoir 32, 291–312

(3) Faccenna et al. 2013. Mountain building and mantle dynamics. Tectonics 32, 1–15

(4) Roberts 2003. The Scandinavian Caledonides: event chronology, palaeogeographic settings and likely modern analogues. Tectonophysics, 365, 283 – 299

(5) Motuza et al. 2015. Geochemistry and 40 Ar/ 39 Ar age of Early Carboniferous dolerite sills in the southern Baltic Sea. Estonian Journal of Earth Sciences 64, 3.

(6) Wilson 1962. Cabot Fault, An Appalachian Equivalent of the San Andreas and Great Glen Faults and some Implications for Continental Displacement. Nature 195, 135-138 

(7) Oczlon et al. 2007. Avalonian and Baltican terranes in the Moesian Platform (southern Europe, Romania, and Bulgaria) in the context of Caledonian terranes along the southwestern margin of the East European craton. GSA Special Paper 423, 375–400