hot spots e plumas mantélicas -apresentação

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTECENTRO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIADISCIPLINA: GEOTECTNICA E GEOCRONOLOGIA

HOT SPOTS E PLUMAS MANTLICASORIGEM E CLASSIFICAO

ALUNOS: FILIPE RAMOS DE ALBUQUERQUEJADELSON E. DE ARAJO FERREIRAWELDOM SARAIVA DE SOUZA

DOCENTE: DR. FERNANDO CSAR ALVES DA SILVA

NATAL - MAIO DE 2014

O que um hot spot?

Wilson (1963): primeiro trabalho sugerindo magmatismos estacionrios

Morgan (1971) modelo de plumas rpida aceitao

Estudos comearam a colocar em cheque o modelo de plumas

Dualidade plume model X plate model

INTRODUO

Segundo Farnetani e Hoffman (2011):

1. Cadeia vulcnica

2. Associao com LIP

3. Inchamento topogrfico

4. Composio Geoqumica Especfica

CARACTERSTICAS DE UM HOT SPOT

MODELO DE PLUMAS

CARACTERSTICAS DE UM HOT SPOT

Segundo Anderson (2005):

1. Stress e a fbrica da placa, e no a temperatura, que controlam

o magmatismo

2. Conveco em pequena escala (na astenosfera)

3. O volume deste magmatismo controlado pela fertilidade do

manto (contedo de volteis, composio e pelo solidus)

4. Variao de temperaturas com baixa amplitude e vasta extenso

MODELO DE PLACAS

Poucos hot spots estudados apresentam caracterscas de serem

formados primriamente por plumas;

Ascension, Aores, Canrias, Easter, Samoa e Taiti (Montelli et.

al. 2006)

Necessidade de modelo alternativo a este para explicar tais

modelos

MODELO DE PLACAS vs MODELO DE PLUMAS

Existncia de trilhas vulcnicas;

Evidncias sismolgicas de zonas de baixas velocidades;

Assinaturas Geoqumicas: OIB MORB;

Zonas de LIPs tem temperaturas e densidades mais elevadas

MODELO DE PLUMASEVIDNCIAS PR MODELO DE PLUMAS

Hot spots frios;

Ausncia de trilhas vulcnicas;

No so fixos;

No possuem anomalias ssmicas;

Hot Spots continentais associados a zonas de cisalhamentos e/ou

rifitiamentos;

Hot spots ocorrem majoritariamente em litosfera ocenica;

MODELO DE PLACASEVIDNCIAS PR MODELO DE PLACAS

Classificao de Courtillot et. al. (2003) props uma

classificao baseado em 5 critrios:

1. Presena de trilhas

2. Alto fluxo de flutuabilidade

3. Razes de 3He/4He altas

4. Associadas a LIPs

5. Anomalias de Vs a 500 Km de profundidade

TIPOS DE HOTSPOTS

Aos hot spots que atendem esses requisitos (ou quase todos) chamaram Primrios;

Secundrios so os que esto associados a grandes swells e so fruto de fuso da cabea de uma superpluma;

Os Tercirios so relacionados a processos de placas;

TIPOS DE HOTSPOTS

Modelo de Placas: Tudo que no tem origem de pluma!

So maioria, classificao aberta

Classificao de Favela e Anderson apontam no mnimo 4 tipos;

TIPOS DE HOTSPOTS

Riftes Abandonados

Falhas transcorrentes com Magmatismo (leaky transformantsfaults);

Rasgos e distenses gerados por mudanas de direo e ngulode mergulho de zonas de subduco;

Fertilidade do manto causado antigas subduces;

TIPOS DE HOTSPOTS

GENERALIDADES

Os hotspots deixam os traos de sua existncia na crosta na forma de cadeias linearesde vulces.

Suas idades crescem a medida que se distanciam do ltimo vulco ativo ou extinto.Demarcando a direo e a velocidade de deslocamento das placas litosfricas.

Em alguns casos, os traos de hotspots levam a derrames de basaltos continentais deplat ou a plats ocenicos (amplo domeamento crustal (Crough, 1979)), aos quais,neste caso, esto associados.

Os basaltos continentais de plat (ou CFBs, continental flood basalts) e os platsocenicos, so depsitos espessos de derrames baslticos. Definidos como grandesprovncias gneas (LIPs, large igneous provinces).

PETROLOGIA

Como exemplo dos principais, pode-se citar:Paran (Brasil e Paraguai); Etendeka e Karoo (sul da frica); Deco (sul da ndia), eSiberia.

Os plats ocenicos cobrem 10% da crosta ocenica, a elevando 2 a 4 Km acima doassoalho adjacente, gerando localmente um espessamento de crosta, onde alguns atigem20 a 40 Km de espessura (valor bem maior que os 8 Km que so aceitos comoespessura mdia da crosta ocenica).

Os maiores plats ocenicos (em volume e extenso) so os de Kerguele, ao sul doOceano ndico, prximo a Antrtica (Terras Autrais e Antrticas Francesas). E OntongJava, no oeste do Oceano Pacfico, prximo a Papua-Nova Guin.

PETROLOGIAGENERALIDADES

Distribuio de hotspots ( ) e LIPs fanerozicas. Em vermelho: LIPs (ou parte dela) gerado por uma 'cabea pluma passageira. em azul: LIPs (ou parte dela) gerada por cauda de pluma' persistente. Modificado de Coffin & Eldholm (1994).

LOCALIZAO DAS PRINCIPAIS LIPS E HOTSPOTS

PETROLOGIA

As partes inferiores dos edifcios vulcnicos (Hotspots) so formadas,predominantemente, por basaltos toleticos (relativamente ricos em Si e pobres em Na).Enquanto as partes superiores por basaltos alcalinos (Karl et al., 1988), que soenriquecidos em Na e K

Comparados com os basaltos das dorsais mesocenica (MORBs), possuem maiorconcentraes de Fe, Ti, Ba, Zr e elementos terras raras (ETR) (Bonatti et al., 1977).

A composio compatvel com a mistura de material do manto juvenil e daastenosfera depletada (Schilling et al., 1976).

PETROLOGIAPETROLOGIA

Topografia do assoalho ocencio de Smith and Sandwell (1997) na regio do Oceano Pacfico, mostrando o rastro de vulces extintos impressos na crosta pelo hotspot do Hava

PETROLOGIA

Os alinhamentos de ilhas soinvariavelmente mais novos que a crosta.

PETROLOGIA

Estudos geocronolgicos demonstram que, na maioria dos casos, o vulcanismoassociado a LIPs ocorreram em um curto intervalo de tempo geolgico (de algunsmilhes a menos de um milho de anos).

A taxa de produo de magmas, nestes casos, bem maior que em ambientesrelacionados a limites de placas.

Pode-se explicar essas taxas altas e a associao espacial entre LIPs e traos dehotspots pela ascenso e fuso parcial de plumas. Que ao chegar base da litosfera, acabea (topo) da pluma sofre fuso parcial por descompresso, produzindo umvolumoso vulcanismo basltico.

Com o passar do tempo e deslocamento da placa, ser agora a vez da cauda da plumasofrer fuso parcial, mas gerando um volume bem menor de magma e um hotspot.


Os magmas dominantes, tanto nas LIPs, quanto em ilhas ocenicas, so basaltostoleticos. lcali-basaltos e rochas alcalinas (nefelinitos, fonolitos, etc) podem estarpresentes em CFBs e em ilhas ocenicas e so atribudos a uma menor % de fusoparcial, em combinao, ou no, com cristalizao fracionada.

Basaltos picrticos (basaltos ricos em MgO) presentes em alguns CFBs sointerpretados como fuso parcial da poro central, e mais quente, da cabea de plumas.

Estimativas da diferena de temperatura de basaltos em LIPs e hotspots ecenicos e debasaltos erupcionados nas dorsais ocenicas variam de 150 a 400 C. Isto consistentecom a origem profunda assumida para plumas.


A formao de kimberlitos, carbonatitos e outras rochas exticas relacionadas, soatribudas, tambm, fuso parcial de plumas mantlicas.

Incluses encontradas em alguns diamantes (majorita, magnesiovustita (ferropericlsio),ringwoodita (olivina fase )) indicam uma origem no manto inferior.

A composio peculiar de magmas kimberlticos e carbonatticos (com teores elevadosde MgO e de elementos incompatveis, como K, elementos terras raras, Nb e Ti) pareceser adquirida pela assimilao de pores metassomatizadas da litosfera por magmasultramficos.

PETROLOGIA

PETROLOGIA

Com o crescimento e evoluo da crosta continental, o manto foi progressivamenteempobrecido em incompativeis (Litfilos - LILE) no decorrer do tempo geolgico.

Magmas derivados da fuso parcial do manto superior (litosfrico), como osextravasados nas MORB (Mid-Ocean Ridge Basalt), tm concentraes extremamentebaixas desses elementos.

Em contraste, os basaltos de ilhas ocenicas (OIBs, ocean island basalts ou Hotspot) ede CFBs tm concentraes bem mais elevadas, particulamente dos elementos maisincompatveis (Rb, Ba, Th, Nd, La).

Isto indica derivao de uma fonte que foi menos afetada pela formao da crostacontinental e que reteve uma maior proporo de seus elementos incompatveis.

Esta fonte, presume-se , deve ser mais profunda, consistente com a derivao de plumasa partir do manto inferior (composio mais prxima do manto primitivo).

PETROLOGIAELEMENTOS TRAO

Diagrama de elementos trao (normalizados em relao ao manto primitivo) comparandocomposies mdias de MORBs, de hotspots (OIBs) e de CFBs.

PETROLOGIAELEMENTOS TRAO

Comparados com OIBs, CFBs tendem a ter concentraes menores de incompatveis,refletindo uma maior % de fuso parcial em cabeas de plumas que nas caudas.

Variaes composicionais mais acentuadas tambm so esperadas em CFBs, devido maior espessura da litosfera continental, o que dificulta a ascenso dos magmas.

Isto favorece a atuao de processos de cristalizao fracionada e uma maior interaodos magmas com a litosfera, o que pode resultar em sua contaminao.

Seja por assimilao de material crustal, Seja por mistura com magmas derivados defuso parcial do manto litosfrico e/ou crosta.

ELEMENTOS TRAO

PETROLOGIA

Estudos isotpicos corroboram com a distino entre OIBs e MORBs.Lavas de hotspots tendem a ser enriquecidas em Sr e Pb e empobrecidas em Nd.

A razo 87Sr/86Sr em MORBs 0,702-0,703, enquanto em OIBs 0,703-0,705.

As variaes isotpicas em diferentes hotspots requerem a existncia de, pelo menos,trs reservatrios com caractersticas distintas:

1 - HIMU (de high , a razo 238Pb/204Pb) caracterizado por altas razes206Pb/204Pb.

2 - EM1 (de enriched mantle, tipo 1), com razes relativamente baixas de 206Pb/204Pb emoderadas de 87Sr/86Sr.

3 - EM2 (de enriched mantle, tipo 2), com razes 206Pb/204Pb moderadas e 87Sr/86Srelevadas.

PETROLOGIAISTOPOS

Componente HIMU - Uma possvel explicao para o valor elevado da razo238U/204Pb sua provenincia de pores do manto que no foram afetadas pelaextrao de U para a crosta continental, isto , manto primitivo.

No entanto, a razo 87Sr/86Sr desse componente semelhante de basaltos em dorsaisocenicas, sugerindo, ao contrrio, fonte similar dos MORBs, isto , mantoempobrecido.

Por isso, a explicao mais aceita a presena de crosta ocenica subductada na regiofonte dos hotspots dominados pelo componente HIMU.

Nesta interpretao, a alta razo 238U/204Pb atribuda perda preferencial de Pb nosfluidos liberados durante a subduco da placa ocenica.

PETROLOGIAISTOPOS

Componente EM1 - Sua origem atribuda introduo na regio fonte dos OIBs desedimentos pelgicos subduzidos ou de pores da litosfera continental delaminadasdurante eventos orognicos.

Componente EM2 - Sua elevada razo 87Sr/86Sr interpretada como resultado daintroduo de sedimentos continentais, via subduco, na regio fonte dos OIBs.

Muitos hotspots so, ainda, caracterizados isotopicamente por razes 3He/4He maiselevadas que em MORBs.

Uma vez que 4He produzido pelo decaimento radioativo de U e Th, razes 3He/4Heelevadas podem ser interpretadas pela provenincia de plumas de uma fonte profunda,menos afetada pela perda de volteis durante a evoluo da terra (menos empobrecida).

ISTOPOS

PETROLOGIA

Razes isotpicas de Sr e Nd em MORBs e de hotspots (OIB). Amostras dominadas peloscomponentes HIMU, EM1 e EM2 so mostradas em vermelho, laranja e amarelo,respectivamente. PRIMA a composio inferida para o manto primitivo.*Em diagramas ternrios Sr-Nd-Pb as composies de ilhas individuais podem convergir para um ponto,FOZO (de focal zone) e C (de common) so as projees destes dois pontos no diagrama binrio.

ISTOPOS

PETROLOGIA

Segundo alguns autores, os dados sugerem que a diversidade isotpica observada emhotspots resulta da derivao de plumas de pores do manto afetadas pelo crescimentoda crosta continental (manto empobrecido), mas que foram variavelmenteenriquecidas por subduco de componentes litosfricos (plumas frias).

Tendo-se como base para esta proposta, a evidncia geofsica (tomografia ssmica) queindica a descida de placas (slabs) at a base do manto, reforando a origem profunda deplumas (camada D).

ISTOPOS

PETROLOGIA

Alguns OIBs tm composies prximas da composio de um destes componentes extremos,mas a maioria mostra uma disperso de valores, sugerindo mistura de dois ou mais componentese/ou com o manto fonte das MORBs.

Geograficamente, as composies EM1 e EM2 esto concentradas em hotspots localizados aosul do equador. Esta feio frequentemente referida como anomalia DUPAL.

HOT SPOTS NO MUNDO

ESTUDO DE CASOHAWAII: O CASO CLSSICO DE PLUMA

POSSIBILIDADES INICIAIS

ESTUDO DE CASOHAWAII: O CASO CLSSICO DE PLUMA

ESTUDO DE CASOISLNDIA: PLUMA OU MODELO DE PLACA

ESTUDO DE CASOALINHAMENTO MACAU-QUEIMADAS

CONCLUSO

Hot spots so hoje um tema profcuo e que sucinta muitos debates acerca dasua origem, nmero tempo de vida;

A tomografia ssmica, principal ferramenta no estudos destas feies, carecehoje de resoluo;

Favela e Anderson (1999) indagam, ainda sobre este tema: Por que hot spotsocorrem majoritariamente em litosfera ocenica?

Por que hot spots continentais no so mais velhos que 200 Ma e ocorremprximos de zonas de cisalhamento, eventos de rifiteamento e prximos dacosta?

Os autores apontam como nica explicao o modelo de placas. Em contra partida evidncias para existncia de plumas esto apresentados

neste trabalho. Assim permanece a dualidade. Resta como objetivo maior a classificao de cada caso com base nos

modelos.

Anderson, D. L., 2005. Scoring hotspots: The plume and plate paradigms; Geological Society of America Special Paper

388.

Bonatti, E. et al. (1977) Easter volcanic chain (southeas Pacific): a mantle hot line. J. geophys. Res. 82, 2457-78.

Burke, K., and Torsvik, T.H., 2004. Derivation of large igneous provinces of the past 200 million years from long-term

heterogeneities in the deep mantle, Earth Planet Sci. Lett., 227: 531-538. in: , C. G.; Hoffman, A. W.: Mantle Plumes

ENCYCLOPEDIA OF SOLID EARTH GEOPHYSICS, SPRINGER, DOI:10.1007/978-90-481-8702-7, 2011

Courtillot, V., Davaille, A., Besse, J., and Stock, J., 2003, Three distinct types of hotspots in the Earths mantle: Earth and

Planetary Science Letters, v. 205, p. 295308, www.mantleplumes.org/webdocuments/courtillot2003.pdf (Abril, 2014).

Crough, S.T. (1979) Hotspot epeirogeny. Tectonophysics 61, 321-33.

Farnetani, C. G.; Hoffman, A. W.: Mantle Plumes ENCYCLOPEDIA OF SOLID EARTH GEOPHYSICS, SPRINGER,

DOI:10.1007/978-90-481-8702-7, 2011

Favela, J., and Anderson, D.L., 1999, Extensional tectonics and global volcanism;

http://www.gps.caltech.edu/~dla/erice.pdf (Abril 2014).

Foulger, G.R., 2003, Plumes, or plate tectonic processes?;

http://www.mantleplumes.org/Penrose/PenPDFAbstracts/Foulger_Gillian_abs.pdf

BIBLIOGRAFIA

Karl, D.M. et al. (1988) Loihi Seamount, Hawaii: a mid-plate volcano with a distinctive hydrothermal system. Nature

335, 532-5.

Montelli, R., Nolet, G., Masters, G., Engdahl, E. R., and Hung, S.-H., 2004. Finite-frequency tomography reveals a

variety of plumes in the mantle, Science, 303: 338{343. In: Farnetani, C. G.; Hoffman, A. W.: Mantle Plumes

ENCYCLOPEDIA OF SOLID EARTH GEOPHYSICS, SPRINGER, DOI:10.1007/978-90-481-8702-7, 2011.

Morgan, W.J., 1971. Convection plumes in the lower mantle;

http://www.mantleplumes.org/WebDocuments/Morgan1972.pdf (Acessado em Abril de 2014).

Neves, Srgio Pacheco. Dinmica do manto e deformao continental: uma introduo geotectnica. 2. Ed Recife.

Ed. Universitria da UFPE, 2008.

Schubert, G., Turcotte, D.L., and Olson, P., 2001. Mantle convection in the earth and planets, Cambridge University

Press.

Schilling, J.-G., Anderson, R.N. & Vogt. P. (1976) Rare earth, Fe and Ti variations along the Galapagos spreading centre

and their relationship to the Galapagos mantle plume. Nature 261, 108-13.

V.N. Puchkov, 2009, The Controversy over Plumes: Who Is Actually Right?, Geotektonika, No. 1, pp. 322.

Wilson, J.T., 1963, A possible origin of the Hawaiian Islands:

http://www.mantleplumes.org/WebDocuments/Wilson1963.pdf (Acessado em Abril de 2014).

BIBLIOGRAFIA

Nmero do slide 1Nmero do slide 2Nmero do slide 3Nmero do slide 4Nmero do slide 5Nmero do slide 6CARACTERSTICAS DE UM HOT SPOTNmero do slide 8Nmero do slide 9Nmero do slide 10Nmero do slide 11Nmero do slide 12Nmero do slide 13Nmero do slide 14Nmero do slide 15Nmero do slide 16Nmero do slide 17Nmero do slide 18Nmero do slide 19Nmero do slide 20Nmero do slide 21Nmero do slide 22Nmero do slide 23Nmero do slide 24Nmero do slide 25Nmero do slide 26Nmero do slide 27Nmero do slide 28Nmero do slide 29Nmero do slide 30Nmero do slide 31Nmero do slide 32Nmero do slide 33Nmero do slide 34Nmero do slide 35Nmero do slide 36Nmero do slide 37Nmero do slide 38Nmero do slide 39Nmero do slide 40Nmero do slide 41Nmero do slide 42Nmero do slide 43Nmero do slide 44Nmero do slide 45