Widening of the Andes: an interplay between subduction dynamics and crustal wedge tectonics

L'élargissement des Andes: une interaction entre dynamique de subduction et croissance de prismes d'accrétion crustaux

Joseph Martinod (1) , Mélanie Gérault (2) , Laurent Husson (1) , Vincent Regard (3)

1 ISTerre - Institut des Sciences de la Terre
2 EAPS - Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences [MIT, Cambridge]
3 GET - Géosciences Environnement Toulouse

Shortening of the continental lithosphere is generally accommodated by the growth of crustal wedges building above megathrusts in the mantle lithosphere. We show that the locus of shortening in the western margin of South America has largely been controlled by the geometry of the slab. Numerical models confirm that horizontal subduction favors compression far from the trench, above the asthenospheric wedge and steeply dipping segment of the subducting slab. As a result, a second crustal wedge grows in the hinterland of the continent, and widens the Andes. In the Bolivian orocline, this wedge corresponds to the Eastern Cordillera, whose growth was triggered by a major episode of horizontal subduction. When the slab returned to a steeper dip angle, shortening and uplift pursued, facilitated by the structural and thermo-chemical alteration of the continental lithosphere. We review the successive episodes of horizontal subduction that have occurred beneath South America at different latitudes and show that they explain the diachronic widening of the Andes. We infer that the present-day segmented physiography of the Andes results from the latitudinally variable, transient interplay between slab dynamics and upper plate tectonics over the Cenozoic. We emphasize that slab flattening, or absence thereof, is a major driving mechanism that sets the width of the Andes, at any latitude.

Les modèles mécaniques de déformation de la lithosphère montrent que le raccourcissement d'une plaque continentale est généralement accommodé par des prismes d'accrétion crustaux qui croissent au dessus de méga-chevauchements recoupant le manteau lithosphérique. Nous montrons que la localisation du raccourcissement sur la bordure ouest du continent sud-américain est fortement contrôlée par la géométrie de la plaque plongeante. En effet, nous présentons des modèles numériques qui confirment que les subductions horizontales entrainent une migration de la zone de raccourcissement loin de la fosse de subduction. Il en résulte l'apparition d'un second prisme d'accrétion crustal qui se développe à l'intérieur du continent, et dont la croissance entraine l'élargissement de la chaîne andine. Dans l'orocline bolivien, ce second prisme correspond à la Cordillère orientale. Sa croissance est due à un épisode de subduction horizontale survenu au cours du Paléogène. Lorsque le pendage de la plaque plongeante redevient incliné, le raccourcissement et le soulèvement de la chaîne se poursuivent, facilités par les changements thermiques et rhéologiques que subit alors la plaque continentale. Nous passons en revue les épisodes de subduction horizontale survenus sous les Andes au cours du Tertiaire, à différentes latitudes, et montrons qu'ils expliquent l'élargissement diachrone de la chaîne. Nous concluons que l'aspect contrasté actuel de la morphologie de la Cordillère des Andes est le résultat des interactions entre la dynamique de la subduction et la tectonique continentale au cours du Tertiaire. L'apparition ou l'absence de segments de subductions horizontales est un mécanisme essentiel qui explique la largeur actuelle de la chaîne, à toutes les latitudes.

Mots clés: Andes; flat-slab subduction; crustal wedge; tectonics

Domaines: Tectonique; Géophysique [physics.geo-ph]

Joseph Martinod, Mélanie Gérault, Laurent Husson, Vincent Regard. Widening of the Andes: an interplay between subduction dynamics and crustal wedge tectonics. Earth-Science Reviews, 2020, 204, ⟨10.1016/j.earscirev.2020.103170⟩. ⟨hal-02515932⟩