Unravelling coupled surface-deep Earth processes in the Southern and Patagonian Andes through numerical modelling constrained by integrated datasets

Le Ande Meridionali e Patagoniche costituiscono una barriera orografica ai venti occidentali del Pacifico, condizionando così il clima e la distribuzione di acqua e ghiaccio nel Sud America meridionale. L'orogenesi andina si verifica almeno dal Cretaceo, guidata dalla subduzione di litosfera oceanica sotto il continente sudamericano. Le loro altezze elevate a latitudini extra-tropicali condizionano l’erosione fluvio-glaciali che condiziona, almeno in parte, il loro sollevamento, l'esumazione delle rocce e la localizzazione di deformazioni e vulcanismo. Le Ande Patagoniche meridionali (a sud di 46°S) sono caratterizzate da cinture di pieghe e sovrascorrimenti dal tardo Cretaceo al Miocene e da complessi magmatici attualmente situati sopra una finestra astenosferica. Nella zona orogenica interna affiorano rocce metavulcaniche sedimentarie del bacino di Rocas Verdes (RVB) del tardo Giurassico-inizio Cretaceo. La modellizazione termodinamica metamorfica, la geocronologia U-Pb su zircone e 40Ar/39Ar su fengiti nelle rocce del RVB ci permettono di determinare l'inizio dell'orogenesi andina tra ca. 83 e 70 Ma attraverso il loro sottoscorrimento tettonico fino a ~23 km. Questa fase è stata seguita dalla subsidenza dell'avampaese nel tardo Cretaceo e da compressione, plutonismo e subduzione della dorsale oceanica nel Miocene. La modellizazione inversa dei dati (U-Th-Sm)/He su apatite e zircone provenienti dalle rocce dei massicci di Torres del Paine (TdP, 51 °S) e del Fitz Roy (FzR, 49 °S) permette di quantificare la suddivisione tra le forzanti tettoniche e climatiche sul sollevamento regionale e sull’esumazione delle rocce. Un episodio di esumazione rapida nel FzR tra ca. 10,5 e 8,5 Ma è interpretato come forzato dalla risalita del mantello durante la subduzione della dorsale a quella latitudine. Un episodio condiviso di esumazione rapida a ca. 6,5 Ma in entrambi i massicci registra l'inizio delle glaciazioni patagoniche, seguito da una quiescenza dell'esumazione fino a
The Southern and Patagonian Andes constitute an orographic barrier to Pacific westerly winds, thus conditioning the climate and water/ice distribution in southern South America. Andean orogeny occurs since at least the Cretaceous, driven by oceanic subduction beneath the South American continent. Their high elevations in extra tropical latitudes condition the occurrence of fluvio-glacial erosion that control, at least partially, the surface uplift, the rock exhumation, and the localization of deformation and volcanism. The southern Patagonian Andes (south of 46 °S) are characterised by Late Cretaceous to Miocene fold-and-thrust belts and magmatic complexes currently located above an asthenospheric window. Meta-volcano-sedimentary rocks from the Late Jurassic-Early Cretaceous Rocas Verdes Basin (RVB) outcrop in the internal orogenic zone. Metamorphic thermodynamic modelling, zircon U-Pb, and and phengite 40Ar/39Ar geochronology in RVB rocks allow us to determine the onset of the Andean orogeny between ~83 and 70 Ma through their tectonic underthrusting down to ~23 km. This phase was followed by Late Cretaceous foreland subsidence, and Miocene compression, plutonism, and ridge subduction. We also perform inverse modelling of apatite and zircon (U-Th-Sm)/He data from the rocks of the Torres del Paine (TdP, 51 °S) and the Fitz Roy (FzR, 49 °S) massifs. The newly produced data allows us to quantify the partitioning between the tectonic and climate forcing on the regional uplift and rock exhumation. An episode of fast exhumation in the FzR between 10.5 and 8.5 Ma is interpreted as forced by mantle upwelling during ridge subduction at that latitude. A shared episode of fast exhumation at ~6.5 Ma in both massifs records the onset of Patagonian glaciations, followed by a quiescence of exhumation up to 2 Ma. The last acceleration of the exhumation from 2 Ma to present-day is likely linked to a shift in the glacial-interglacial cyclicity. In the Southern Andes Volanic Zone (33