Ophiolites in ocean–continent transitions: From the Steinmann Trinity to sea-floor spreading

Before the theory of plate tectonics took hold, there was no coherent model for ocean–continent transitions that included both extant continental margins and fragmentary ancient examples preserved in orogenic belts. Indeed, during the early 1900, two strands of thought developed, one relying on the antiquity and permanence of continents and oceans, advocated by the mainstream of the scientific community and one following mobilist concepts derived from Wegener's hypothesis (1915) of continental drift. As an illustration of the prevailing North-American view, the different composition and thickness of continental and oceanic crust and the resulting isostatic response showed “how improbable it would be to suppose that a continent could founder or go to oceanic depth or that ocean floor at ± 3000 fathoms could ever have been a stable land area since the birth of the oceans” [H.H. Hess, Trans. R. Soc. London, A 222 (1954) 341–348]. Because of the perceived permanence of oceans and continents, mountain chains were thought to originate from narrow, elongated, unstable belts, the geosynclines, circling the continents or following “zones of crustal weakness” within them, from which geanticlines and finally mountain belts would develop. This teleological concept, whereby a geosyncline would inevitably evolve into a mountain chain, dominated geological interpretations of orogenic belts for several decades in the mid-twentieth century. However, the concept of permanence of oceans and continents and the concept of the geosyncline had already met with the critiques of Suess and others. As early as 1905, Steinmann considered the association of peridotite, “diabase” (basalt/dolerite) and radiolarite (a typical ocean–continent transition assemblage), present in the Alps and Apennines, as characteristic of the deep-ocean floor and Bailey (1936) placed Steinmann's interpretation into the context of continental drift and orogeny. Indeed, in both authors’ writings, the concept of ophiolites as ocean crust is apparent. Between 1920 and 1930, the stage was thus potentially set for modern mobilist concepts that were, however, to prove attractive to only a small circle of Alpine and peri-Gondwanian geologists. After the Second World War, the 1950s saw the rapid progress of the geophysical and geological exploration of oceans and continental margins that provided the data for a reevaluation of the geosynclinal concept. Actualistic models now equated the former preorogenic miogeosyncline of Stille (1940) and Kay (1951) with passive continental margins [C.L. Drake, M. Ewing, G.H. Sutton, Continental margin and geosynclines: the east coast of North America, north of Cape Hatteras, in: L. Ahrens, et al. (Eds.), Physics and Chemistry of the Earth 3, Pergamon Press, London, 1959, pp. 110–189], the (American version of the) eugeosyncline and its igneous rocks with “collapsing continental rises” [R.S. Dietz, J. Geol. 71 (1963) 314–333] and the ophiolites, the Steinmann Trinity, of the (European) eugeosyncline with fragments of oceanic lithosphere [H.H. Hess, History of ocean basins, in: Petrologic Studies: a Volume to Honor A.F. Buddington, Geol. Soc. Am., New York. 1962, pp. 599–620]. The concept of sea-floor spreading [H.H. Hess, History of ocean basins, in: Petrologic Studies: a Volume to Honor A.F. Buddington, Geol. Soc. Am., New York. 1962, pp. 599–620; H.H. Hess, Mid-oceanic ridges and tectonics of the sea-floor, in: W.F. Whittard, R. Bradshaw (Eds), Submarine Geology and Geophysics, Colston Papers 17, Butterworths, London, 1965, pp. 317–333] finally eliminated the weaknesses in Wegener's hypothesis and, with the coming of the “annus mirabilis” of 1968, the concept of the geosyncline could be laid to rest. Ocean–continent transitions of modern oceans, as revealed by seismology and deep-sea drilling, could now be compared with the remnants of their ancient counterparts preserved in the Alps and elsewhere.

RésuméAvant l’avènement de la Tectonique des Plaques, il n’y avait aucun modèle cohérent pour les transitions océan-continent qui soit susceptible d’inclure à la fois les marges continentales existantes et les équivalents fossiles préservés dans les orogènes. En fait, au début des années 1900, deux courants de pensée se sont développés ; l’un se référant à l’antiquité et à la permanence des continents et des océans et dont la majorité de la communauté scientifique se faisait l’adepte, et l’autre suivant les concepts mobilistes dérivés de l’hypothèse de Wegener (1915) sur la dérive des continents et regroupant la plupart des géologues qui travaillaient sur les ceintures alpines et himalayennes ou sur les contours du Gondwana. Le point de vue prédominant nord-américain tendait à souligner comment les différentes compositions et épaisseurs des croûtes continentale et océanique et la réponse isostatique associée montraient « combien il serait improbable qu’un continent ait pu aller jusqu’à des profondeurs océaniques ou que le plancher océanique ait jamais pu être une zone de terre ferme depuis la naissance des océans » [H.H. Hess, Trans. R. Soc. London, A 222 (1954) 341–348]. En raison de la croyance en la permanence des océans et des continents, les chaînes de montagne étaient supposées prendre naissance à partir de ceintures étroites, allongées et instables (les géosynclinaux) entourant les continents ou suivant des zones de faiblesse crustale à partir desquelles des géanticlinaux et, finalement, des ceintures orogéniques pouvaient se développer. Ce concept téléologique, impliquant qu’un géosynclinal évolue inévitablement en une chaîne de montagne, a dominé les interprétations géologiques des ceintures orogéniques pendant des décennies au milieu du xxe siècle. Cependant, le concept de permanence des océans et des continents et le concept du géosynclinal avaient déjà été soumis aux critiques de Suess et d’autres. Dès 1905, Steinmann considérait l’association de péridotite, de « diabase » (basalte) et de radiolarite (assemblage typique des transitions océan–continent), présente dans les Alpes et les Apennins, comme étant caractéristique du plancher océanique profond. De plus, Bailey (1936) plaçait l’interprétation de Steinmann dans le contexte de la dérive des continents et de l’orogénie. De fait, dans les écrits des deux auteurs, le concept d’ophiolites, en tant que croûte océanique, est déjà apparent. Entre 1920 et 1930, le décor était donc déjà planté pour les concepts mobilistes modernes, mais il restait à les rendre attractifs pour le reste de la communauté scientifique, autre qu’un cercle restreint de géologues alpins et périgondwaniens. Après la Seconde Guerre mondiale, les années 1950 virent le rapide progrès de l’exploration géophysique et géologique des océans et des marges, qui a fourni des données pour la réévaluation du concept de géosynclinal. Les modèles actualistes assimilent l’ancien miogéosynclinal orogénique de Stille (1940) et Kay (1951) aux marges passives continentales [C.L. Drake, M. Ewing, G.H. Sutton, Continental margin and geosynclines: the east coast of North America, north of Cape Hatteras, in: L. Ahrens, et al. (Eds.), Physics and Chemistry of the Earth 3, Pergamon Press, London, 1959, pp. 110–189], l’eugéosynclinal (dans son acception américaine) et ses roches ignées aux « glacis continentales effondrées » [R.S. Dietz, J. Geol. 71 (1963) 314–333] et les ophiolites – la trinité de Steinmann – de l’eugéosynclinal (dans son acception européenne) aux fragments de la lithosphère océanique [H.H. Hess, History of ocean basins, in: Petrologic Studies: a Volume to Honor A.F. Buddington, Geol. Soc. Am., New York. 1962, pp. 599–620]. Le concept d’accrétion du plancher océanique [H.H. Hess, History of ocean basins, in: Petrologic Studies: a Volume to Honor A.F. Buddington, Geol. Soc. Am., New York. 1962, pp. 599–620 ; H.H. Hess, Mid-oceanic ridges and tectonics of the sea-floor, in: W.F. Whittard, R. Bradshaw (Eds), Submarine Geology and Geophysics, Colston Papers 17, Butterworths, London, 1965, pp. 317–333] a finalement éliminé les faiblesses de l’hypothèse de Wegener et, avec « l’annus mirabilis » 1968, le concept de géosynclinal a été abandonné. Les transitions océan–continent des océans modernes, telles que les ont révélées la sismologie et les forages en mer profonde pouvaient alors être comparées avec les restes de leurs anciens homologues conservés dans les Alpes et ailleurs.