Disparate Paths in the Geologic Evolution of the Northern and Southern Appalachians: A Case for Inherited Contrasting Crustal/Lithospheric Substrates

Modern understanding of the tectonic evolution of the Appalachian orogen allows for recognition of most of the first-order lithotectonic elements and events of the mountain belt. Comparison of these features and events along the length of the orogen indicates that the northern and southern segments display distinct first-order differences. Contrasts between these segments existed from the onset of the Appalachian cycle. It has been recognized that Mesoproterozoic basement rock types south of approximately Pennsylvania are different from those to the north and more recently it has been shown that basement rocks in each area display distinct Nd and Pb isotopic signatures. Also, an early, ca. 770–680 Ma, Cryogenian stage of rifting is recorded in the southern Appalachians, but is not documented in the northern part of the orogen. During the Paleozoic Appalachian cycle, the accretion of peri-Gondwanan terranes was partitioned; Carolinia and Suwannee are confined to the southern Appalachians, and Ganderia, Avalonia, and Meguma to the northern Appalachians. Consequential to this partitioning, associated magmatism and some of the attendant tectonism is asymmetrically distributed between the two segments of the orogen. The terminal Appalachian collisional event, the Carboniferous Alleghanian orogeny, is distinctly different in the two segments of the orogen. The volumes of Alleghanian magmatic rocks in the northern and southern Appalachians are distributed asymmetrically and Carboniferous tectonic styles contrast sharply between the two regions. In addition, there is a modern first-order topographic change in the foreland of the orogeny. The southern foreland is characterized by a continuous, elevated plateau, whereas north of the New York promontory, foreland topography is more varied. Throughout the Appalachian cycle, all of these varied first-order changes occur in the vicinity of the New York promontory, suggesting that the promontory represents an enduring, fundamental boundary in the orogen. The nature and duration of differences between the northern and southern segments of the orogen indicate that this boundary was not an extrinsic ephemeral feature, such as a plate triple junction or hot spot. Rather, we suggest that an intrinsic difference in the Laurentian crustal/lithospheric(?) substrate present from the outset of the Appalachian cycle, as reflected by contrasts in the Mesoproterozoic basement in each segment, could be the root cause of these significant contrasts.SOMMAIREL’etat actuel des connaissances sur l’evolution tectonique de l’orogene appalachien nous permet de reconnaitre la plupart des elements et des evenements lithotectoniques de premier niveau de la chaine de montagnes. La comparaison de ces caracteristiques et evenements tout au long de l'orogene permet de distinguer des differences de premier ordre entre les segments nord et sud. Des contrastes entre ces segments ont existe depuis le debut des Appalaches. Il a ete reconnu que les roches de type socle du Mesoproterozoique a partir du sud de la Pennsylvanie environ, different de celles au nord, et plus recemment, il a ete demontre que les roches de socle dans chacun de ces segments ont des signatures isotopiques Nd et Pb distinctes. En outre, un debut de phase de distension au Cryogenien (770-680 Ma env.) est present dans le segment sud des Appalaches, mais n'est pas documente dans le segment nord de l'orogene. Durant le cycle paleozoique des Appalaches, l'accretion des terranes peri-Gondwana a ete partage; les terranes de Carolinia et de Suwannee sont confines au segment sud des Appalaches, alors que ceux de Ganderia, d’Avalonie, et de Meguma sont confines au segment nord des Appalaches. Consequence de cette repartition, le magmatisme associe ainsi qu’une partie du diastrophisme relie sont repartis de maniere asymetrique entre les deux segments de l'orogene. La phase terminale de collision des Appalaches, l'orogenese Carbonifere alleghanienne, est nettement differente dans les deux segments de l'orogene. Les volumes des roches magmatiques alleghaniennes dans les Appalaches septentrionales et meridionales sont repartis de maniere asymetrique et les styles tectoniques carboniferes contrastent fortement entre ces deux regions. En outre, on observe une difference topographique de premier ordre dans l’etat actuel de l'avant-pays de l'orogenese. Le segment sud de l'avant-pays est caracterise par un plateau eleve continu, alors qu’au nord du promontoire de New York, la topographie d'avant-pays est plus diversifiee. Tout du long du cycle des Appalaches, tous ces changements varies de premier ordre existent au pourtour du promontoire de New York, ce qui permet de penser que le promontoire represente une frontiere determinante durable dans l'orogene. La nature et la persistance de ces differences entre les segments nord et sud de l'orogene indiquent que cette limite n'etait pas une caracteristique ephemere extrinseque, comme une jonction triple de plaque ou un point chaud. Nous suggerons plutot qu'une difference intrinseque dans la croute/substrat lithospherique(?) laurentien existait des le debut du cycle des Appalaches, comme en temoignent les contrastes dans le socle mesoproterozoique dans chaque segment, et pourrait etre la cause de ces contrastes significatifs.