Magmatismo de arcos de isla

magmatismo de arco de islas Arqueado cadenas de islas volcánicas a lo

largo de las zonas de subducción Claramente diferentes de las provincias,

principalmente de basalto hasta la fecha • Basalto, generalmente subordinada• Composición más diversa y silícico• Más explosiva• Strato-volcanes relieve volcánico más

común

• Actividad ígnea relacionada con situaciones de placa convergente-subducción de una placa debajo de otra.

• El modelo inicial petrológico:– Subducción de la corteza oceánica se funden

parcialmente– fusión parcial que es más ácida que de la fuente – Se derrite un lugar a través de la placa superior.

Justo detrás de los volcanes del borde de la placa principal.

– Suministro ilimitado de la corteza oceánica para fundir

• Este modelo sencillo y elegante nos puede explicar muchos aspectos de magmatismo de subducción.

La fábrica de subducción

Desde Tatsumi, Y. (2005) La fábrica de subducción: ¿Cómo opera en la Tierra en evolución. Hoy en día GSA, 15, 4-10.

Mar del océano - Isla Arco (ES)

Oceánica-continental - Continental Arco o margen continental activo (ACM)

Figura 16.1. Principales zonas de subducción relacionados con el vulcanismo orogénico y plutonismo. Los triángulos se encuentran en la placa superior. PBS = Papúa-Bismarck-Salomón, Nuevas Hébridas arco. Después de Wilson (1989) Petrogénesis ígnea, Allen Unwin / Kluwer.

Productos de subducción• Características asociaciones ígneas• Distintas modalidades de metamorfismo• Orogenia y cadenas montañosas

complejamenterelacionados entre sí

Orogénicos sinónimos y afines de subducción-cuando se refiere a la asociación común de basaltos, andesitas basálticas, andesitas, dacitas y riolitas producido en las zonas de subducción     = "Orogénico suite"

Estructura de un arco de isla

Figura 16.2. Esquema de la sección transversal a través de un arco típico de la isla después de Gill (1981), andesitas orogénicas y tectónica de placas. Springer-Verlag. HFU = calor de la unidad de flujo (4,2 x 10-6 joules/cm2/sec)

tenga en cuenta las direcciones de flujo del manto (la resistencia inducida), cuña aislada, y con el sistema de surgencia - cuenca de trasarco difusión  . Benioff-Wadati zona sísmica (x x x x)  . frente volcánico  . h es la profundidad - relativamente constante es importante

Table 16-1. Relative Proportions of Analyzed

Locality B B-A A D R

Mt. Misery, Antilles (lavas)2 17 22 49 12 0Ave. Antilles2 17 ( 42 ) 39 2Lesser Antilles1 71 22 5Nicaragua/NW Costa Rica1 64 33 3 1 0W Panama/SE Costa Rica1 34 49 16 0 0Aleutians E of Adak1 55 36 9 0 0Aleutians, Adak & W1 18 27 41 14 0Little Sitkin Island, Aleutians2 0 78 4 18 0Ave. Japan (lava, ash falls)2 14 ( 85 ) 2 0Isu-Bonin/Mariana1 47 36 15 1 < 1Kuriles1 34 38 25 3 < 1Talasea, Papua2 9 23 55 9 4Scotia1 65 33 3 0 01 from Kelemen (2003a and personal comunication).2 after Gill (1981, Table 4.4) B = basalt B-A = basaltic andesite

A = andesite, D = dacite, R = rhyolite

Island Arc Volcanic Rock Types

( 3 )

Volcanic Rocks of Island Arcs• Compleja situación tectónica y amplio espectro de productos

volcánicos• Alta proporción de andesita basáltica y andesita

– La mayoría de las andesitas se producen en la configuración de la zona de subducción.

Basaltos son todavía muy comunes e importantes!

Elementos principales de la serie y Magma

Toleítica (MORB, OIT)Alcalina (OIA)Calcoalcalino

CharacteristicSeries Convergent Divergent Oceanic ContinentalAlkaline yes yes yesTholeiitic yes yes yes yesCalc-alkaline yes

Plate Margin Within Plate

Las tres series se producen en el establecimiento de SZ, sin embargo, algo en SZ es diferente que -calcoalcalino

Calcoalcalino serie de magma que se utiliza como sinónimo de una nueva suite de orogénico por parte de algunos trabajadores

Dado que la serie magmática otros pueden ocurrir en las zonas de subducción, le recomiendo que se utiliza el término calco-alcalina estricta para denotar una serie de magma químico, no una asociación tectónica

Elementos principales de la serie y Magma

Figura 16.3. Los datos recopilados por Plank Terry (Plank y Langmuir, 1988), Planeta Tierra. Ciencia. Lett., 90, 349-370.

a. De sílice vs álcalib. AFMc. FeO * / MgO sílice vs

diagramas para 1946 análisis de ~ 30 isla y arcos continentales, con énfasis en las rocas volcánicas más primitivas

Figura 16.4 El tres de andesita serie de Gill (1981). Un cuarto muy alto de la serie K shoshonite es raro. Curvas de nivel representan la concentración de 2500 análisis de andesitas almacenados en el archivo de datos de gran tamaño RKOC76 (Instituto Carnegie de Washington).

Figura 16.6. una. K2O-SiO2 diagrama de distintivo de alto K, medio K y la serie K de baja. Cuadrados grandes = high-k de estrellas = med.-K, diamantes = bajo la serie K de la Tabla 16-2. Símbolos más pequeños se identifican en el título. La diferenciación, en una serie (presumiblemente dominado por cristalización fraccionada) está indicada por la flecha. Diferentes magmas primarios (a la izquierda) se distinguen por las variaciones verticales en K2O en baja SiO2. Después de Gill, 1981, andesitas orogénicas y tectónica de placas. Springer-Verlag.

Figura 16.6. b. Diagrama AFM distinguir serie toleítica y calc alcalina. Las flechas representan las tendencias de diferenciación dentro de una serie.

Figura 16.6. c. FeO * / MgO SiO2 vs diagrama de distinguir la serie toleítica y calc alcalina. La flecha gris en la parte inferior es la tendencia progresiva de fusión fraccionada en condiciones hidratados de Grove et al. (2003).

6 subserie si se combinan tholeiite y CA (algunos son raros)

Puede elegir más común 3:

Figura 16.5. Combinado K2O - FeO * / MgO diagrama en el que el low-k de alta de la serie K se combinan con los tipos toleíticos vs calco alcalina, dando como resultado seis series de andesita, después de Gill (1981) Andesitas orogénicos y tectónica de placas. Springer-Verlag. Los puntos representan los análisis en el apéndice de Gill (1981).

• Bajo-K toleítica• Med-K C-A• Hi-K mixta

Diferenciación toleítica vs Calc alcalino-

Figura 16.7. De Invierno (2001) Una introducción a la Petrología ígnea y metamórfica. Prentice Hall .

Zonas de subducción

Las principales zonas de convergencia activas se identifican en la actualidad mediante la localización de los focos sísmicos profundos (>60 km), próximos a las fosas oceánicas.Una zona de subducción, supone la existencia de una placa litosférica que, en su desplazamiento hacia otra, comienza a hundirse. Este hecho requiere que la placa subducida (corteza+manto litosférico) tenga una mayor densidad que la placa bajo la cual se produce la subducción (en caso contrario se produ-ciría una obducción). En general, este requisito implica que la placa subducida ha de corresponder a una litosfera antigua, engrosada por enfriamiento y acreción sub-litosférica. En el caso de una placa oceánica, el espesor de litosfera implicado puede alcanzar los 120-130 Km.

Esta litosfera tiene una temperatura sustancialmente menor a la de las rocas con la cuales se va poniendo en contacto y es por tanto un material rígido, que en su desplazamiento en el manto superior va generando terremotos. La traza y geometría de la superficie de la placa litosférica en subducción (superficie de Wadati-Benioff) puede ser reconstruida mediante el estudio e interpretación de los hipocentros y mecanismos focales de los seismos que se producen en relación con el proceso de subducción. Las morfologías que se pueden reconstruir son muy variadas y sugieren una dinámica compleja del desplazamiento de la litosfera subducida.

Distribución de las zonas de convergencia tal como se puede definir a partir de la posición de los terremotos de foco profundo (puntos verdes y rojos).

Estas morfologías condicionan también la presencia y el grado de desarrollo de los prismas de acreción. Si el buzamiento de la superficie de Wadati-Benioff es reducido, se generan prismas de acreción sedimentarios muy importantes (por el efecto "bulldozer" del margen estable), en tanto que si dicho buzamiento es elevado, el prisma de acreción puede ser muy reducido e incluso inexistente, resultando subducida la mayor parte del volumen sedimentario. En algunos casos, cuando la convergencia afecta a dos placas oceánicas, se produce la formación de un arco de islas y, también de una cuenca tras-arco , con magmatismo activo, de diferentes características a las del magmatismo del arco principal. La corteza subducida corresponde a materiales intensamente hidratados, no solo por el agua introducida con el material sedimentario, sino, principalmente, debido a la intensa hidratación que suponen el metamorfismo de fondo oceánico y el contacto de los materiales basálticos con agua marina a presión elevada durante largos periodos (se estima que la vida media de un segmento de corteza oceánica, antes de ser subducida es de unos 200 M.a.). El material subducido, conforme se desplaza a mayor profundidad, sufre un aumento de temperatura y de presión muy significativos, que condicionan su deshidratación. Esta deshidratación, por su parte, supone una liberación de elementos higromagmatófilos (Rb, Th, Sr, K, Li, etc), que interaccionaran con la cuña de manto suprayacente, produciendo su modificación composicional (fenómeno denominado como metasomatismo). Además, la incorporación de agua junto con elementos capaces de modificar el punto de fusión (Li, B, etc) va a favorecer los procesos de fusión posterior. Este conjunto de procesos va a condicionar, de modo decisivo, las características del magmatismo presente en los dominios de subducción.

Morfología de las superficies de Wadati-Benioff en arcos de islas (A y C) y márgenes de tipo andino (B y D), definida a partir de la localización de sismos profundos.

Caracteres petrológicos

La actividad ígnea más característica en zonas de convergencia es el volcanismo, cuyas características principales son: - amplia diversidad composicional, relacionada con el carácter poligenético de los magmas: fusión de corteza oceánica subducida, fusión de corteza continental, fusión de manto metasomatizado o no, con posibilidad de diferentes tasas de fusión según la profundidad, contaminación, hibridación de magmas, etc. La variabilidad de composiciones refleja, por tanto una amplia diversidad de procesos y protolitos implicados en estas zonas. - reducida variedad tipológica: la mayor parte de las rocas emitidas (más del 95%) son andesitas; en algunas zonas, el predominio puede corresponder a rocas riolíticas, que en la mayor parte de los casos se emplazan mediante procesos de tipo ignimbrítico. Este volcanismo, por otra parte, está asociado a un plutonismo también significativo en volumen (se estima que supone entre 4 y 12 veces el volumen de los productos extrusivos). Las rocas intrusivas más abundantes corresponden a los equivalentes plutónicos de las composiciones andesítico-dacíticas, es decir, son de tipo granodiorita-monzogranito. En conjunto, este magmatismo ha sido denominado por algunos autores como magmatismo orogénico, puesto que su máxima expresión se puede observar en ambientes orogénicos, tanto actuales como antiguos.

Dentro de la amplia variabilidad com-posicional que se presenta en el magmatismo asociado a las zonas de convergencia, el predominio corresponde a la serie calcoalcalina y típicamente a composiciones andesíticas. No obstante, estan representadas: -rocas de la serie toleítica saturada (toleitas con cuarzo normativo), en arcos de islas jóvenes y cuencas de tras-arco. Estas rocas se han denominado en ocasiones también como serie calco-alcalina pobre en potasio. - rocas calcoalcalinas, son las mayori-tarias y las más representativas. - rocas alcalinas, en las zonas internas de arcos muy evolucionados y orógenos de márgenes activos. - rocas ultraalcalinas, en zonas aún más internas de los orógenos de márgenes activos.

Las rocas calcoalcalinas corresponden mayoritariamente a términos intermedios o ácidos, predominando:

TIPOS LÁVICOS: andesitas: este es el litotipo mayoritario. Son rocas fuertemente porfídicas, holo o hipocristalinas, con fenocristales de plagioclasa zonada, orto- y clinopiroxeno y con frecuencia anfíbol y/o biotita. El olivino, presente de modo esporádico en las andesitas basálticas, es de composición intermedia. dacitas: menos frecuentes que las andesitas, suponen un término algo más saturado, siendo abundantes los cristales de cuarzo, plagioclasa sódica y como ferromagnesianos, biotita, anfíbol y con menor frecuencia, piroxeno. Presentan iguales texturas que las andesitas riolitas y riodacitas: frecuentes, se presentan como rocas variablemente porfídicas, holo a hipo-cristalinas e incluso vitroclásticas, compuestas por cuarzo, sanidina, plagioclasa sódica y minerales ferromagnesianos hidratados (biotita y/o anfíbol). obsidianas: se trata de rocas generalmente negras, completamente vítreas (holovítreas) inicialmente, cuya composición química corresponde a términos riolíticos o dacíticos. El vidrio, intrínsecamente inestable, puede recristalizar parcial o totalmente, dando origen a texturas esferulíticas o felsíticas.

TIPOS PIROCLÁSTICOS: Dentro de los productos piroclásticos emitidos, que son abundantes, destacan: -tobas piroclásticas, con aspecto brechoide, pueden estar cementadas o no e incluso, localmente, los piroclastos pueden presentarse incluidos en una pasta vítrea de igual o distinta composición. -ignimbritas: muy frecuentes, presentan composición dacítica o riolítica, estando caracterizadas por la presencia de "flamas" piroclásticas, correspondientes a fragmentos de vidrio deformados -e incluso soldados- en caliente.

Petrogénesis de las rocas de arco de isla

Grandes cantidades de magma que se generan en las regiones donde se está litosfera fría subducido en el manto y las isotermas están deprimidos, no elevada No hay un modelo petrogenético adecuada puede derivar sin tener en cuenta el régimen térmico en las zonas de subducción.

Las principales variables que pueden afectar a las isotermas en los sistemas de la zona de subducción:

1) Tasa de subducción

2) Edad de la zona de subducción

3) Edad de la losa subducida

4) Grado en que la losa subducida induce el flujo en la cuña del manto

Modelo típico térmico para una zona de subducción

Isotermas será mayor (es decir, el sistema será más caliente) si

a) la tasa de convergencia es más lenta

b) placa subducida es joven y cerca de la cordillera (más caliente)

c) Arco es joven (<50 a 100 Ma según Peacock, 1991)

Las curvas amarillas = flujo del manto

Figura 16.15. Sección transversal de una zona de subducción que muestra las isotermas (rojo, después de Furukawa, 1993, J. Geophys. Res., 98, 8,309 a 8,319) y las líneas de flujo del manto (amarillo, después de Tatsumi y Eggins, 1995, Magmatismo la zona de subducción. Blackwell. Oxford ).

Esto es suficientemente representativa

Figura 16.15. Sección transversal de una zona de subducción que muestra las isotermas (rojo, después de Furukawa, 1993, J. Geophys. Res., 98, 8,309 a 8,319) y las líneas de flujo del manto (amarillo, después de Tatsumi y Eggins, 1995, Magmatismo la zona de subducción. Blackwell. Oxford ).

Los componentes principales

1. Porción de la corteza de la placa subducida1a alterado la corteza oceánica (hidratado con agua de mar en circulación, y se transformó en gran parte a facies de esquistos verdes)1b subducida sedimentos oceánicos y antearco1c atrapados en los espacios porosos

2. Manto cuña entre la losa y la corteza del arco 3. arco de la corteza 4. Manto litosférico de la subducción de la placa 5. Por debajo de la losa Astenosfera

Los componentes principales de origen IA magmas

Figura 16.15. Sección transversal de una zona de subducción que muestra las isotermas (rojo, después de Furukawa, 1993, J. Geophys. Res., 98, 8,309 a 8,319) y las líneas de flujo del manto (amarillo, después de Tatsumi y Eggins, 1995, Magmatismo la zona de subducción. Blackwell. Oxford ).

Secuencia de la presión y temperatura de una roca sometido durante el entierro, la subducción, el metamorfismo, levantamiento, etc se le llama presión-temperatura-tiempo (PTT) ruta

La corteza oceánica, ya que subduce, comenzará a calentar a 50-70 km de profundidad acerca, y continuará calentándose con una presión en aumento, aunque de forma lenta debido a las isotermas de la depresión

Material del manto cuña seguirá el camino de arrastre inducido por el flujo. Esto es menos conocido, pero deben seguir un camino (como las flechas que comienzan en el centro del borde derecho de la figura) de enfriamiento inicial de aproximadamente 1100°C a aproximadamente 800 ° C a una presión casi constante, y luego calentar a medida que aumenta la presión 1000°C

Algunas consecuencias para la evolución del manto y de la corteza oceánica. De lo expuesto previamente, resulta obvio que el proceso de subducción supone, además de un mecanismo petrogenético para la formación de importantes volúmenes de lavas, también un mecanismo de modificación de la composición del manto terrestre, aumentando su heterogeneidad y, a su vez, realimentando el proceso mediante la formación de corteza oceánica a partir del manto. Existen diferentes hipótesis acerca de lo que le sucede a la litosfera oceánica subducida; así Richter & McKenzie (1978), indican que estos volúmenes subducidos, afectados por la dinámica convectiva del manto, pueden estirarse y quedar laminados en el interior del manto, para finalmente "disgregarse" a nivel del manto astenosférico, modificando su composición. Por el contrario, Ringwood (1982), propone que estos volúmenes subducidos no llegan a homogeneizarse totalmente, dando origen a reservorios mantélicos con características específicas. En cualquiera de los casos, la participación de litosferas oceánicas en los ulteriores procesos de formación de nueva corteza oceánica, parece estar claramente verificada, tal como se deriva de los estudios sobre la composición isotópica del manto (que permiten definir diferentes reservorios composiciona-les a partir de composición de las lavas emitidas en islas oceánicas; especialmente el reservorio denominado EMII, parece estar relacionado en su origen con el reciclaje de litosfera oceánica en el manto). Por otra parte, algunos de los productos emitidos en algunos segmentos de dorsales oceánicas, presentan características geoquímicas astenosféricas, con cierta tendencia a composiciones del reservorio de tipo EMII.

Caracteristicas del proceso de subducción implicando la deshidratación de los materiales subducidos, el flujo de la cuña de manto y el desarrollo de procesos de fusión de manto metasomatizado al cruzar las isotermas de mayor temperatura. Se produce tambien la fusión, asimilación, almacenamiento y homogenización.

La propuesta de Richter & McKenzie parece, por su parte, dar justificación a la presencia en el manto de una laminación de piroxenitas, que aparecen como reflectores en los estudios sísmicos y, por otra parte, como enclaves en algunas lavas emitidas. Estas piroxenitas presentan composiciones isotópicas de Sr, Nd, Pb y sobre todo de Os muy similares a los propios de la litosfera oceánica, indicando, tal como sugieren Polvé & Allegre (1980) que se trata de láminas de litosferas oceánicas antiguas subducidas, estiradas y laminadas por la dinámica mantélica y reequilibradas a las condiciones P-T del manto superior.