Geodynamic evolution of a wide plate boundary in the Western Mediterranean, near-field versus far-field interactions

• Published in: Bulletin de la Société géologique de France Vol. 192; no. 1; p. 48
• Main Authors: Jolivet, Laurent, Baudin, Thierry, Calassou, Sylvain, Chevrot, Sébastien, Ford, Mary, Issautier, Benoit, Lasseur, Eric, Masini, Emmanuel, Manatschal, Gianreto, Mouthereau, Frédéric, Thinon, Isabelle, Vidal, Olivier
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Paris EDP Sciences 2021; Société géologique de France - EDP Sciences
• Subjects: alboran sea; Asthenosphere; back-arc extension; betic cordillera; collision; Compression; Convection; Cretaceous; Deformation; Dynamics; Earth Sciences; Evolution; Fault zones; Fluctuations; Forces; Kinematics; Lava; liguro-provençal basin; Lithosphere; Mantle convection; mantle flow; mediterranean; Orogeny; Plate boundaries; Plate tectonics; pyrénées; rif; Rifting; Sciences of the Universe; slab retreat; slab tearing; Slabs; Subduction; Tectonics; tyrrhenian sea; England; United Kingdom > UK; Apennines; Eurasia; Africa; Cordillère Bétique; Liguro-Provençal Basin; Pyrénées; Tyrrhenian Sea; mantle flow; Méditerranée; slab retreat; convection; retrait du panneau plongeant; flux mantellique; Alboran Sea; Betic Cordillera; back-arc extension; lithosphere; lithosphère; Rif; Mediterranean; subduction; collision; déchirure du panneau plongeant; Bassin Liguro-Provençal; slab tearing; Pyrenées; extension arrière-arc; Mer d’Alboran; Mer Tyrrhénienne
• ISSN: 1777-5817; 0037-9409; 1777-5817
• DOI: 10.1051/bsgf/2021043

The present-day tectonic setting of the Western Mediterranean region, from the Pyrénées to the Betics and from the Alps to the Atlas, results from a complex 3-D geodynamic evolution involving the interactions between the Africa, Eurasia and Iberia plates and asthenospheric mantle dynamics underneath. In this paper, we review the main tectonic events recorded in this region since the Early Cretaceous and discuss the respective effects of far-field and near-field contributions, in order to unravel the origin of forces controlling crustal deformation. The respective contributions of mantle-scale, plate-scale and local processes in the succession of tectonic stages are discussed. Three periods can be distinguished: (1) the first period ( Tethyan Tectonics ), from 110 to 35 Ma, spans the main evolution of the Pyrenean orogen and the early evolution of the Betics, from rifting to maximum shortening. The rifting between Iberia and Europe and the subsequent progressive formation of new compressional plate boundaries in the Pyrénées and the Betics, as well as the compression recorded all the way to the North Sea, are placed in the large-scale framework of the African and Eurasian plates carried by large-scale mantle convection; (2) the second period ( Mediterranean Tectonics ), from 32 to 8 Ma, corresponds to a first-order change in subduction dynamics. It is most typically Mediterranean with a dominant contribution of slab retreat and associated mantle flow in crustal deformation. Mountain building and back-arc basin opening are controlled by retreating and tearing slabs and associated mantle flow at depth. The 3-D interactions between the different pieces of retreating slabs are complex and the crust accommodates the mantle flow underneath in various ways, including the formation of metamorphic core complexes and transfer fault zones; (3) the third period ( Late-Mediterranean Tectonics ) runs from 8 Ma to the Present. It corresponds to a new drastic change in the tectonic regime characterized by the resumption of N-S compression along the southern plate boundary and a propagation of compression toward the north. The respective effects of stress transmission through the lithospheric stress-guide and lithosphere-asthenosphere interactions are discussed throughout this period. Le contexte tectonique actuel de la Méditerranée occidentale, des Pyrénées aux Bétiques et des Alpes à l’Atlas, résulte d’une évolution géodynamique complexe en 3-D impliquant les interactions entre les plaques Afrique, Eurasie et Ibérie et le manteau asthénosphérique sous-jacent. Dans cet article, nous présentons une revue critique des principaux événements tectoniques survenus dans la région depuis le Crétacé supérieur pour discuter les contributions respectives des processus locaux et lointains, dans le but de mieux comprendre les forces contrôlant la déformation crustale. Les contributions respectives des processus à l’échelle du manteau, à l’échelle des plaques et les processus régionaux sont discutées. Trois périodes doivent être distinguées : (1) la première période (Tectonique Téthysienne), de 110 à 35 Ma, recouvre toute l’évolution de l’orogène pyrénéen et l’évolution précoce des Bétiques et du Rif, depuis le rifting jusqu’au raccourcissement maximum. Le rifting entre Ibérie et Europe et la formation de nouvelles limites de plaques convergentes et compressives dans les Pyrénées et les Bétiques et la propagation de contraintes compressives jusqu’à la Mer du nord sont placés dans le cadre des plaques Eurasie et Afrique portées par la convection mantellique à grande échelle ; (2) la deuxième période (Tectonique Méditerranéenne), de 32 à 8 Ma, est plus typiquement méditerranéenne avec une contribution dominante du recul des panneaux lithosphériques plongeants et des flux mantelliques associés. Construction des chaînes de montagnes et ouverture des bassins arrière-arc sont dominés par cette dynamique de retrait et de déchirure des panneaux plongeants et par le flux asthénosphérique qui en résulte. Les interactions 3-D entre les différents morceaux des panneaux plongeants sont complexes et la croÛte accommode les flux mantelliques de façons variées, incluant la formation de metamorphic core complexes et de zones de transfert ; (3) la troisième période (Tectonique Tardi-Méditerranéenne) débute à ∼8 Ma et se poursuit jusqu’à aujourd’hui. Elle correspond à un nouveau changement drastique de la dynamique de subduction associé à une reprise de la compression N-S au travers de la limite de plaque méridionale et une propagation de la compression vers le nord et l’est. Les effets respectifs de la transmission des contraintes le long du guide de contraintes qu’est la lithosphère et des interactions lithosphère-asthénosphère sont discutés pour chacune de ces trois périodes.