Evolution of the Bohemian Massif: Insights from numerical modeling

Abstract

Český masiv byl konsolidován v důsledku kolize několika kontinentálních mikrodesek v průběhu Variského vrásnění (~400-300 Ma). Centrální část Českého masivu, Moldanubikum, obsahuje významné množství felsických vysoce metamorfovaných hornin. V této práci představujeme numerický model kontinentální kolize, která vedla k výstupu těchto hornin. Důležitým předpokladem modelu je felsické složení spodní kůry jednoho z kolidujících kontinentálních bloků, a z toho vyplývající její nízká hustota a viskozita a vysoký obsah radioaktivních prvků způsobujících zahřívání materiálu. Zkoumali jsme vliv koncentrace tepelných zdrojů, rychlosti kolize a povrchové eroze na deformaci kůry a na tlakově-teplotní podmínky ve spodněkorovém materiálu. Při časovém vývoji dochází v modelu ke ztluštění kůry, růstu náhorní plošiny a sedimentaci v předpolní pánvi. Pokud je spodní kůra dostatečně změkčená v důsledku radioaktivního zahřívání, je ztluštění kůry doprovázeno gravitačně indukovaným výstupem spodněkorových hornin a následně subhorizontálním tečením ve střední kůře. Naproti tomu v chladnějších a rychlejších modelech je hlavním mechanismem ztluštění kůry vrásnění. Tyto dva typy chování vystihují pozorované rozdíly mezi felsickými vysoce metamorfovanými horninami v moldanubické a v sudetské části Českého masivu.

The Bohemian Massif was consolidated during the Variscan orogeny (~400-300 Ma), which involved several oceanic subductions and collisions of continental micro-plates. The central part of the Bohemian Massif, the Moldanubian domain, shows a large accumulation of felsic high-pressure metamorphs. We present a numerical model of exhumation of these rocks due to continental collision and underthrusting. The key feature of the model is a felsic (light, rheologically weak and rich in radioactive elements) material in the lower crust of one of the colliding blocks. We examine the influence of the rate of convergence of the two blocks, radiogenic heating in the felsic lower crust and efficiency of erosion, on the model evolution and pressure-temperature conditions in the lower-crustal material. The models where the material is sufficiently weakened due to radiogenic heating show formation of an orogenic plateau, sedimentation in a foreland basin, and crustal thickening accompanied by gravity-driven exhumation of the lower crust and subsequent sub-horizontal flow in the middle crust. In colder and/or faster models, the thickening is dominated by folding. We correlate the tectonic style of these two types of models with differences between the high-grade rocks in the southern (Moldanubian) and northern (Sudetic) parts...