Volume 40, Number 4 (2013)
Harold Williams Series

Disparate Paths in the Geologic Evolution of the Northern and Southern Appalachians: A Case for Inherited Contrasting Crustal/Lithospheric Substrates

James Hibbard
North Carolina State University
Bio
Paul Karabinos
Williams College
Bio
Published December 20, 2013
How to Cite
Hibbard, J., & Karabinos, P. (2013). Disparate Paths in the Geologic Evolution of the Northern and Southern Appalachians: A Case for Inherited Contrasting Crustal/Lithospheric Substrates. Geoscience Canada, 40(4), 303–317. https://doi.org/10.12789/geocanj.2013.40.021

Abstract

Modern understanding of the tectonic evolution of the Appalachian orogen allows for recognition of most of the first-order lithotectonic elements and events of the mountain belt. Comparison of these features and events along the length of the orogen indicates that the northern and southern segments display distinct first-order differences.  Contrasts between these segments existed from the onset of the Appalachian cycle. It has been recognized that Mesoproterozoic basement rock types south of approximately Pennsylvania are different from those to the north and more recently it has been shown that basement rocks in each area display distinct Nd and Pb isotopic signatures. Also, an early, ca. 770–680 Ma, Cryogenian stage of rifting is recorded in the southern Appalachians, but is not documented in the northern part of the orogen. During the Paleozoic Appalachian cycle, the accretion of peri-Gondwanan terranes was partitioned; Carolinia and Suwannee are confined to the southern Appalachians, and Ganderia, Avalonia, and Meguma to the northern Appalachians. Consequential to this partitioning, associated magmatism and some of the attendant tectonism is asymmetrically distributed between the two segments of the orogen. The terminal Appalachian collisional event, the Carboniferous Alleghanian orogeny, is distinctly different in the two segments of the orogen. The volumes of Alleghanian magmatic rocks in the northern and southern Appalachians are distributed asymmetrically and Carboniferous tectonic styles contrast sharply between the two regions. In addition, there is a modern first-order topographic change in the foreland of the orogeny. The southern foreland is characterized by a continuous, elevated plateau, whereas north of the New York promontory, foreland topography is more varied.
    Throughout the Appalachian cycle, all of these varied first-order changes occur in the vicinity of the New York promontory, suggesting that the promontory represents an enduring, fundamental boundary in the orogen. The nature and duration of differences between the northern and southern segments of the orogen indicate that this boundary was not an extrinsic ephemeral feature, such as a plate triple junction or hot spot. Rather, we suggest that an intrinsic difference in the Laurentian crustal/lithospheric(?) substrate present from the outset of the Appalachian cycle, as reflected by contrasts in the Mesoproterozoic basement in each segment, could be the root cause of these significant contrasts.

SOMMAIRE

L’état actuel des connaissances sur l’évolution tectonique de l’orogène appalachien nous permet de reconnaître la plupart des éléments et des événements lithotectoniques de premier niveau de la chaîne de montagnes.  La comparaison de ces caractéristiques et événements tout au long de l'orogène permet de distinguer des différences  de premier ordre entre les segments nord et sud.  Des contrastes entre ces segments ont existé depuis le début des Appalaches.  Il a été reconnu que les roches de type socle du Mésoprotérozoïque à partir du sud de la Pennsylvanie environ, diffèrent de celles au nord, et plus récemment, il a été démontré que les roches de socle  dans chacun de ces segments ont des signatures isotopiques Nd et Pb distinctes.  En outre, un début de phase de distension au Cryogénien (770-680 Ma env.) est présent dans le segment sud des Appalaches, mais n'est pas documenté dans le segment nord de l'orogène.  Durant le cycle paléozoïque des Appalaches, l'accrétion des terranes péri-Gondwana a été partagé; les terranes de Carolinia et de Suwannee sont confinés au segment sud des Appalaches, alors que ceux de Ganderia, d’Avalonie, et de Meguma sont confinés au segment nord des Appalaches.  Conséquence de cette répartition, le magmatisme associé ainsi qu’une partie du diastrophisme relié sont répartis de manière asymétrique entre les deux segments de l'orogène.  La phase terminale de collision des  Appalaches, l'orogenèse Carbonifère alléghanienne, est nettement différente dans les deux segments de l'orogène.  Les volumes des roches magmatiques alléghaniennes dans les Appalaches septentrionales et méridionales sont répartis de manière asymétrique et les styles tectoniques carbonifères contrastent fortement entre ces deux régions.  En outre, on observe une différence topographique de premier ordre dans l’état actuel de l'avant-pays de l'orogenèse.  Le segment sud de l'avant-pays est caractérisé par un plateau élevé continu, alors qu’au nord du promontoire de New York, la topographie d'avant-pays est plus diversifiée.
    Tout du long du cycle des Appalaches, tous ces changements variés de premier ordre existent au pourtour du promontoire de New York, ce qui permet de penser que le promontoire représente une frontière déterminante durable dans l'orogène.  La nature et la persistance de ces différences entre les segments nord et sud de l'orogène indiquent que cette limite n'était pas une caractéristique éphémère extrinsèque, comme une jonction triple de plaque ou un point chaud.  Nous suggérons plutôt qu'une différence intrinsèque dans la croûte/substrat lithosphérique(?) laurentien existait dès le début du cycle des Appalaches, comme en témoignent les contrastes dans le socle mésoprotérozoïque dans chaque segment, et pourrait être la cause de ces contrastes significatifs.