Deformation and metamorphism at the South-margin of the Alps,East of Bellinzona,Switzerland

Deformation and metamorphism of rock series at the South-margin of the Alps, E of Bellinzona, are studied. Magmatic relics and metamorphic Minerals and rock types of the Tonalite and of the Augengneiss of Melirolo are examined. These bodies are regarded as of magmatic origin. Zoning of plagioclase is ascribed to rise of melts and cooling under loss of volatiles. Subvolcanic dykes branch off the Augengneiss into the Tonale Series. The magmatics are late-alpine and intruded into the Southerly cover plate on top of the subduction zone. The cover plate was still cold and unaffected by alpine deformation during this intrusion. Later deformation and heating of cover plate and magmatics is late-alpine. The Tonalite-deformation was quantified by a study of xenolith-deformation. The Tonalite was flattened to 1/20 of its original width. We extrapolate this flattening to the Southerly steep zone, now 5 km broad. We conclude that this zone was 100 km wide befor late-alpine flattening. This deformation occurred during the higher T part of lepontine heat-rise. A maximum T of ca 580 C and pH₂0 5–6 kbar is reached after the main deformation. Considerable stretching upward buried the niveau of intrusion, formerly shallow, under 15–20 km of rocks. The Tonale Series suffered 3-fold rotational refolding under subsiding T after the main deformation. An early-alpine subduction eclogite was found imbricated into the Tonale Series. It still contains parts of the subduction paragenesis preserved or pseudomorphosed and relics of subduction preferred orientation. Under late-alpine deformation it is changed into amphibolite. This proves continuation of subduction from Val Sesia to our area and further E. The magmatics are interpreted as subduction-magmatites. They cannot be derived as partial melts from the subducted slice which underlies the Tonale Series, from which the eclogite was imbricated into the Tonale Series during late-alpine movements.Voll has found a more Northerly subduction zone (Adula Nappe, Misox Zone). This may have reached our area in sufficient depth to produce partial melts before late-alpine flattening of the marginal zone. Last movements at the Insubric Line formed blastomylonites at 300 C indicating vertical movements. In our area lepontine garnet-staurolite-kyanite-schists abut directly against the Insubric line and the Seealpen. Lower T areas towards the S are cut off by the Insubric Line.

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Zusammenfassung Die Arbeit studiert und korreliert Deformation und Metamorphose der Gesteinsserien am Alpen-S-Rand E von Bellinzona. Magmatische und metamorphe Minerale von Tonalit und Augengneis von Melirolo werden erfat, ferner Gesteinstypen ausgegliedert. Beide Körper werden als magmatisch angesehen. Zonierung im Plagioldas wird Aufstieg von Schmelzen und Abkühlung unter Entgasung zugeschrieben. Vom Augengneis nach S abzweigende Subvulkanit-GÄnge wurden gefunden. Die Magmatite sind jungalpin in den alpin noch nicht deformierten, kalten Teil der südlichen Deckelplatte über der Subduktionszone eingedrungen. Ebenfalls noch jungalpin werden dann Magmatite und Deckelplatte deformiert und geheizt. Quantifizierung der Tonalit-Deformation mittels Schollen ergibt PlÄttung auf im Mittel 1/20 der Ausgangsbreite. Diese PlÄttung wird auf den heute 5 km breiten, steilen Alpen-S-Rand extrapoliert, damit für diesen eine Breite von 100 km vor der jungen Einengung ermittelt. Die Deformation fÄllt in den Hoch-T-Teil des aufsteigenden Metamorphose-Astes der Lepontin-Heizung. Das T-Maximum bei ca. 580 C, 5–6 kbar, überlebt die Deformation. Hochdehnung hat das erst seichte Inlrusionsniveau betrÄchtlich belastet. 3fache Wiederfaltung in der Tonale-Serie erfolgt rotational, meist S-vergent, bei fallender T. In der Tonale-Serie wurde ein eoalpiner Subduktions-Eklogit gefunden, der eoalpine Paragenesen und Regelung erhalten hat, jungalpin deformiert und in Amphibolit umgewandelt wurde. Er beweist: Subduktion hÄlt vom Val Sesia über unser Gebiet nach E an. Wir fassen die Magmatite als Subduktions-Magmatite auf. Sie können nicht der schon obduziert seicht unter der Tonale-Serie liegenden Subduktions-Serie entstammen, aus der der Eklogit jungalpin in die Tonale-Serie eingeschuppt ist. Im N fandVoll eine zweite, subduzierte Serie: Aduladecke + Misoxer Zone. Es scheint möglich, da diese vor der jungen Einengung des S-Randes unter unserem Gebiet die nötige Tiefe für Teilschmelzbildung erreichten. Letzte Bewegungen direkt an der Insubrischen Linie erzeugen bei ca. 300 C Blastomylonite, deuten auf Vertikalbewegung. Das Areal der Lepontin-Metamorphose grenzt mit Granat-Staurolith-Disthen-Glimmerschiefern direkt an Insubrische Linie und Seealpen. Einst nach S zu OberflÄchen-T vermittelnde Teile sind durch die Insubrische Linie weggeschnitten.

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Résumé Les auteurs étudient et mettent en corrélation la déformation et le métamorphisme des séries de roches au bord sud des Alpes, à l'E. de Bellinzona. Les minéraux magmatiques et métamorphiques de la tonalité et du gneiss oeillé de Melirolo sont examinés, ainsi que les types de roche. Les deux massifs sont considérés comme magmatiques. La zonation du plagioclase est attribuée à la montée du magma et à son refoidissement avec dégazéification. On a trouvé des filons de roche subvolcanique émanant du gneiss oeillé. Les magmatites, d'âge alpin tardif, ont été mises en place dans une partie froide, encore exempté de toute déformation alpine, de la fraction méridionale de la plaque de couverture au-dessus de la zone de subduction. La magmatites et la plaque de couverture ont été ensuite déformées par le mouvement alpin tardif et soumises à un échauffement. Le degré de déformation de la tonalité, évalué à partir des enclaves, donne un applatissement de l'ordre de 1/20 de l'épaisseur originelle. Cet applatissement est extrapolé à la bordure méridionale des Alpes, aujourd'hui redressée et large de 5 km., ce qui conduit pour cette dernière à une largeur de 100 km. avant son amincissement récent. La déformation s'est produite lors de la phase à haute température de la phase ascendante du métamorphisme de réchauffement lépontien. La température maximum d'environ 580 C, sous 5 à 6 kbar, s'est prolongée après la déformation. Une forte extension a considérablement affecté ce niveau d'intrusion, alors à faible profondeur. Il s'en est suivi, dans la série du Tonale, une plissement 3 fois répété, rotationel, le plus souvent déversé vers le sud, par température descendante. Dans la série de Tonale, fut découverte une eclogite de subduction éoalpine, qui est marquée par une paragenèse et un réglage éoalpins, et qui déformée par les mouvements alpins récents, a été transformée en amphibolite. Ceci montre que la subduction s'étend du Val Sesia vers l'E. par delà notre région. Nous considérons les magmatites comme étant de subduction. Elles ne peuvent pas dériver de la série en subduction se trouvant à faible profondeur sous la série du Tonale, déjà soumise à une obduction, et qui a incorporé l'éclogite dans la série du Tonale lors des mouvements alpins récents. Au nord,Voll a trouvé une deuxième série marquée par la subduction: la nappe de l'Adula + la zone de Misox. Il semble possible que celles-ci aient atteint, sous notre région, les températures nécessaires à une fusion partielle, et ce, avant l'amincissement récent de la bordure méridionale. Les derniers mouvements survenus directement le long de la ligne insubrique ont produit des blastomylonites à une température de quelque 300 C, en impliquant des mouvements verticaux. L'aire du métamorphisme lépontien, à schistes à grenat, staurotide et disthène, touche directement la ligne insubrique et les Seealpes. Les parties formant la transition aux températures de surface ont été supprimées par le jeu de la ligne insubrique.

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. . , . . , . , . - . , 1/20 . , 5 , 100 . - . 580 C 5–6 . - . . , , . . . , - . , . , , . : . , , . 300 C , . - - . , , .

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List of symbols D Diameter of a sphere of equal volume to the strain ellipsoid - 1,2,3 Natural Strain - s Strain-Magnitude - v Strain-Symmetry - r Radius - s₁, str₁ First cleavage and first stretching lineation of late-alpine age - B₁ Axis of folds round str₁, folding s₁ - s_2–4, b_2–4 Cleavage planes and axes of 2nd-4th folds - T Temperature (C) - X, Y, Z Principal axes of the Strain Ellipsoid