MULTISCALE STRUCTURAL ANALYSIS OF ULTRAMAFIC ROCKS IN THE DIFFERENT STRUCTURAL DOMAINS OF THE ALPS, INTEGRATED WITH PETROLOGY AND GEOCHEMISTRY: A KEY TO UNRAVEL THE GEODYNAMIC INTERPRETATION OF COLLISIONAL BELTS

The tectono-metamorphic evolution of serpentinites and associated rocks has been investigated in the Alpine ophiolitic Piemontese Zone (PZ) – in the Zermatt-Saas Zone (ZSZ) and near the Sesia-Lanzo Zone (SLZ) rim – and in the Variscan migmatites of the Argentera External Crystalline Massif (ECM). Materials selected for laboratory work contain sequences of meso- and microstructural imprints containing parts of the tectonic evolution of both mono- and poly-orogenic environments (in our case the Piemontese Zone in the Penninic of the Western Alps and the Argentera EMC – Provençal domain of the Alpine collisional front at the Alpine belt termination within the Western Mediterranean). In the Zermatt-Saas Zone serpentinite of Valtournanche, meso- and microstructural analyses have been coupled with petrological investigation, geochemistry, and radiometric dating. In Valtournanche, Créton serpentinite has been interpreted as a slice of mid-ocean ridge lithosphere, affected by gabbroic percolation and hydrothermalism, deeply involved in the Alpine subduction complex, reaching UHP conditions (2.9-3.3 GPa and 600-630 °C) prior to be exhumed at HP conditions 60-70 Ma and incorporated in a mix of slices of oceanic material of heterogeneous origin and metamorphic evolution. Gias Vej serpentinite registered Eclogite facies conditions and was coupled with slices of continental material at the southern border of the Sesia Lanzo Zone before the record of Pmax conditions. At Lake Brocan in Valle Gesso, remnants of serpentinised spinel lherzolite and diopsidite are suggested to represent a most probable vestigial suture zone of the Rheic Ocean in the External Crystalline Massif of Argentera; this relict survived repeated transpositions and dismembering during migmatisation of the deep Variscan crust related to Variscan continental collision. The obtained results indicate that investigation of ultramafic rocks by a structure-driven multidisciplinary approach, can unravel the most complete memory of the divergent and convergent tectonic evolution of old oceans. Similar investigation strategies of laboratory procedures, based on solid structural fieldwork, may more diffusely support circumscription of tectonic units in ocean-derived sequences and contribute to redefine their translational tectonic trajectories during mountain-building processes.

In questa tesi si applica un’indagine multidisciplinare guidata dall’analisi strutturale per studiare l’evoluzione tettono-metamorfica di rocce ultrafemiche appartenenti a unità ofiolitiche affiorati nella parte occidentale delle Alpi o intrappolate nel basamento prealpino durante la collisione varisica. L’analisi si focalizza sulla Zona Zermatt-Saas (ZSZ) in alta Valtournanche (AO), al contatto di questa zona e la parte esterna del bordo meridionale della Zona Sesia Lanzo nella Valli del Tesso e del Tessuolo (TO) e nel Massiccio dell’Argentera, in alta Valle Gesso (CN). Le prime due aree si trovano nella Zona Piemontese che include unità derivanti da litosfera oceanica ristrutturate durante la convergenza alpina. L’ultima zona è situata nei Massicci Cristallini Esterni delle Alpi che includono in prevalenza rocce di origine continentale con scarsi relitti di rocce di probabile origine oceanica, ristrutturate e pervasivamente riequilibrate durante il ciclo Varisico. L’analisi meso- e micro-strutturale è stata integrata dall’analisi minero-chimica, dalle stime termo-barometriche e dalla modellazione petrologica delle associazioni di minerali metamorfici all’equilibrio, dalla datazione radiometrica dei fabric e dall’analisi geochimica di micro-domini selezionati. Le serpentinite di Créton in Valtournanche sono state interpretate come una scaglia di litosfera originariamente adiacente alla dorsale medio oceanica della Tetide Alpina, metasomatizzata e percolata da Fe- e Mg-gabbri, che ha raggiunto condizioni di ultra alta pressione (UHP) durante la convergenza Alpina, come registrato dalle associazioni a Ti-chondrodite e Ti-clinohumite, precedentemente allo sviluppo della foliazione di alta pressione, dominante a scala regionale, e datata a 60-70 Ma. Il paragone delle condizioni metamorfiche registrate con un modello numerico di subduzione Alpina ha convalidato l’evoluzione ricostruita e ha permesso di restaurarne la posizione nel sistema di subduzione in funzione dell’evoluzione termo-barica dedotta per queste rocce. La serpentinite di Gias Vej in Valle del Tesso ha registrato un’evoluzione strutturale comune alle rocce ofiolitiche e continentali ad essa adiacenti e ha raggiunto un picco metamorfico eclogitico, come testimoniato dalle paragenesi di alta pressione a Ti-clinohumite, durante la subduzione Alpina. Presso il Lago Brocan dell’alta valle Gesso in Argentera, boudins di serpentinite e diopsidite, associati a boudins di anfibolite e marmi, si trovano avvolti e allineati dalla foliazione migmatitica regionale di età tardo-Varisica. Essi verosimilmente rappresentano, analogamente alle rocce Alpine studiate, i relitti della sutura dell’oceano Reico, riequilibrati in condizioni di alta temperatura-bassa pressione e trasposti durante la collisione Varisica ed il successivo collasso tardo orogenico. In conclusione, i risultati ottenuti mostrano come l’utilizzo integrato di tecniche laboratoriali e modellistiche, basate su un solido lavoro di terreno, possano descrivere e individuare unità tettono-metamorfiche nei domini di affinità oceanica in catene montuose risultanti da uno o più cicli di Wilson e dare un contributo alla ricostruzione delle loro evoluzione geodinamica, anche quando scaglie di crosta oceanica sono frammentate e disperse nella cicatrice profonda di un’antica sutura continentale.