Tectônica de Placas - Gênese das Tectônica de Placas - Gênese das Rochas ÍgneasRochas Ígneas

1.1. Cadeia meso-oceânicaCadeia meso-oceânica

2.2. Rifte IntracontinentalRifte Intracontinental

3. 3. Arco de IlhaArco de Ilha

4. 4. Margem ContinentalMargem Continental

ativaativa

5.5. Bacias de Back-arc Bacias de Back-arc

6.6. Basaltos de ilhas OceânicasBasaltos de ilhas Oceânicas

7.7. Atividade Intra-ContinentalAtividade Intra-Continental kimberlitos, carbonatitos, kimberlitos, carbonatitos,

anortositos...anortositos...

? ???

600 km

400

200 km

Crosta continental

Crosta Oceânica

Manto Litosférico

Manto Sub-litosférico

Fonte de magma

15 3 46 7 2

Classificação Classificação das Rochas das Rochas ÍgneasÍgneas

Classificação das rochas ígneas faneríticas, com mais de 10% (quartzo + feldspato + feldspatoide). After IUGS.

A rocha deve conter ao menos10% dos minerais abaixo. Normalizado para 100%

Quartz-richGranitoid

9090

6060

2020Alkali Fs.Quartz Syenite Quartz

SyeniteQuartz

MonzoniteQuartz

Monzodiorite

Syenite Monzonite Monzodiorite

(Foid)-bearingSyenite

5

10 35 65

(Foid)-bearingMonzonite

(Foid)-bearingMonzodiorite

90

Alkali Fs.Syenite

(Foid)-bearingAlkali Fs. Syenite

10

(Foid)Monzosyenite

(Foid) Syenite

(Foid)Monzodiorite

(Foi

d) G

abbr

o

Qtz. Diorite/Qtz. Gabbro

5

10

Diorite/Gabbro/Anorthosite

(Foid)-bearingDiorite/Gabbro

60

(Foid)olites

Quartzolite

Granite Grano-diorite

Tonalite

Alka

li Feld

spar

Gra

nite

Q

A P

F

60

Classsificação de rochas ígneas faneríticas. a. Rochas Gabróicas. b. Rochas Ultramáficas. After IUGS.

Plagioclásio

OlivinaPiroxênio

Gab

ro

TroctolitoOlivina gabro

Rochas ultramáficas com plagioclásio

90

(a)

Anortositoe

OlivinaOlivina

ClinopiroxênioClinopiroxênioOrtopiroxênioOrtopiroxênio

LherzolitoLherzolitoH

arzb

urgi

to

Wehrlito

Websterite

OrtopiroxenitoOrtopiroxenito

ClinopyroxeniteClinopyroxenite

Olivine Websterito

PeridotitosPeridotitos

PiroxenitosPiroxenitos

90

40

10

10

DunitoDunito

(b)

Classificação das Rochas Ígneas

Classificação das Classificação das Rochas ÍgneasRochas Ígneas

Classificação e nomenclatura das rochas volcânicas. After IUGS.

(foid)-bearing Trachyte

(foid)-bearing Latite

(foid)-bearing Andesite/Basalt

(Foid)ites

10

60 60

35 65

10

20 20

60 60

F

A P

Q

Rhyolite Dacite

Trachyte Latite Andesite/Basalt

Phonolite Tephrite

Classificação das Rochas ÍgneasClassificação das Rochas Ígneas

Classificação das rochas pirocl]asticas a. Baseado no tipo de material. After Pettijohn (1975) Sedimentary Rocks, Harper & Row, and Schmid (1981) Geology, 9, 40-43. b. Baseado no tamanho do material. After Fisher (1966) Earth Sci. Rev., 1, 287-298.

Classificação das Rochas ÍgneasClassificação das Rochas Ígneas

Classificação química das rochas vulcanicas baseado no total de alkalis vs. sílica. After Le Bas et al. (1986) J. Petrol., 27, 745-750. Oxford University Press.

Elementos traços como ferramenta para Elementos traços como ferramenta para determinar ambientes paleotectônicosdeterminar ambientes paleotectônicos

São bons indicadores de ambientes tectônicosSão bons indicadores de ambientes tectônicosSão relativamente imóveis ou pouco móveisSão relativamente imóveis ou pouco móveisSão usados para determinar ambientes moderno São usados para determinar ambientes moderno e relativamente seguros em correlações com e relativamente seguros em correlações com paleoambientespaleoambientes

(a)(a) after Pearce and Cann (1973), after Pearce and Cann (1973), Earth Planet, Sci. Lett., Earth Planet, Sci. Lett., 1919, 290-300, 290-300. . (b)(b) after Pearce (1982) after Pearce (1982) in Thorpe (ed.), in Thorpe (ed.), Andesites: Orogenic andesites and related rocks. Wiley. Chichester. pp. 525-548Andesites: Orogenic andesites and related rocks. Wiley. Chichester. pp. 525-548 , Coish et al. (1986), , Coish et al. (1986), Amer. J. Amer. J. Sci., Sci., 286286, 1-28, 1-28.. (c)(c) after Mullen (1983), after Mullen (1983), Earth Planet. Sci. Lett., Earth Planet. Sci. Lett., 6262, 53-62., 53-62.

Riftes Meso-oceânicosRiftes Meso-oceânicos

4 camadas distingüidas pelas 4 camadas distingüidas pelas velocidades velocidades sísmicassísmicas Deep Sea Drilling ProgramDeep Sea Drilling Program OfiolitosOfiolitos

Crosta oceânica e a estrutura do manto Crosta oceânica e a estrutura do manto superiorsuperior

Crosta oceânica e a Crosta oceânica e a estrutura do manto estrutura do manto superiorsuperior

Ofiolito típicoOfiolito típico

Litologia e espessura de uma seqüência Litologia e espessura de uma seqüência ofiolítica típica, baseado no ofiolito de ofiolítica típica, baseado no ofiolito de Samial em Oman. After Boudier and Samial em Oman. After Boudier and Nicolas (1985) Earth Planet. Sci. Lett., Nicolas (1985) Earth Planet. Sci. Lett., 76, 84-92.76, 84-92.

Elementos maiores e petrologiaElementos maiores e petrologia

Um basalto MORB típico é um Um basalto MORB típico é um olivina olivina toleítotoleíto com baixo K com baixo K22O (< 0.2%) e baixo O (< 0.2%) e baixo

TiOTiO22 (< 2.0%) (< 2.0%) Unicamente os Unicamente os vidros vidros são usados para são usados para representar a composição do representar a composição do líquidolíquido

A seqüência comum de cristalização é: A seqüência comum de cristalização é: olivinaolivina ( ( Mg-Cr espinélio), Mg-Cr espinélio), olivina + plagioclasioolivina + plagioclasio ( ( Mg-Cr Mg-Cr espinélio), espinélio), olivine + plagioclásio + clinopiroxênioolivine + plagioclásio + clinopiroxênio

After Bowen (1915), A. J. Sci., After Bowen (1915), A. J. Sci., and Morse and Morse (1994)(1994), Basalts and , Basalts and Phase Diagrams. Krieger Phase Diagrams. Krieger Publishers.Publishers.

Óxidos de Fe-Ti Óxidos de Fe-Ti estão restritos a matrix, e formam-se estão restritos a matrix, e formam-se tardiamente tardiamente na seqüência MORB na seqüência MORB

Diagrama AFM para as Diagrama AFM para as rochas vulcânicas da Crater rochas vulcânicas da Crater Lake, Oregon Cascades. Data Lake, Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey.compiled by Rick Conrey.

A química dos elementos maiores nos A química dos elementos maiores nos MORBsMORBs

Originalmente considereda para ser Originalmente considereda para ser extremente uniforme, extremente uniforme,

Com uma amostragem extensiva tem Com uma amostragem extensiva tem mostrado que eles apresentam uma mostrado que eles apresentam uma variaçãovariação (restrita) de composição(restrita) de composição MORBsMORBs não podem ser considerados magmas não podem ser considerados magmas

primáriosprimários, , mas são originados por cristalização mas são originados por cristalização

fracionada (~ 60% da fonte)fracionada (~ 60% da fonte)

Table 13-2. Average Analyses and CIPW Norms of MORBs (BVTP Table 1.2.5.2)

Oxide (wt%) All MAR EPR IORSiO2 50.5 50.7 50.2 50.9

TiO2 1.56 1.49 1.77 1.19

Al2O3 15.3 15.6 14.9 15.2FeO* 10.5 9.85 11.3 10.3MgO 7.47 7.69 7.10 7.69CaO 11.5 11.4 11.4 11.8Na2O 2.62 2.66 2.66 2.32

K2O 0.16 0.17 0.16 0.14

P2O5 0.13 0.12 0.14 0.10Total 99.74 99.68 99.63 99.64

Normq 0.94 0.76 0.93 1.60or 0.95 1.0 0.95 0.83ab 22.17 22.51 22.51 19.64an 29.44 30.13 28.14 30.53di 21.62 20.84 22.5 22.38hy 17.19 17.32 16.53 18.62ol 0.0 0.0 0.0 0.0mt 4.44 4.34 4.74 3.90il 2.96 2.83 3.36 2.26ap 0.30 0.28 0.32 0.23All: Ave of glasses from Atlantic, Pacific and Indian Ocean ridges.

MAR: Ave. of MAR glasses. EPR: Ave. of EPR glasses.

IOR: Ave. of Indian Ocean ridge glasses.

Química dos elementos Química dos elementos maiores nos MORBsmaiores nos MORBs

Fontes rica e pobre em elementos incompatíveis do manto para o MORB• N-MORB (normal MORB) como fonte o manto superior empobrecido

Mg# > 65: K2O < 0.10 TiO2 < 1.0

• E-MORB (enriquecido MORB, também chamado P-MORB para pluma) como fonte o manto profundo

Mg# > 65: K2O > 0.10 TiO2 > 1.0

Trace Element and Isotope ChemistryTrace Element and Isotope Chemistry REE diagram for MORBsREE diagram for MORBs

E-MORBs La/Sm > 1.8

N-MORBs La/Sm < 0.7

T-MORBs (transicional) valores intermediários

N-MORBs: N-MORBs: 8787Sr/Sr/8686Sr < 0,7035 e Sr < 0,7035 e 143143Nd/Nd/144144Nd > Nd > 0,5030, 0,5030, fonte do manto empobrecidafonte do manto empobrecida

E-MORBs valores mais enriquecidosE-MORBs valores mais enriquecidos indicando fontes (reservatórios) distintas para N-indicando fontes (reservatórios) distintas para N-

MORBs e E-MORBsMORBs e E-MORBs

Vulcanismo Intraplaca OceânicoVulcanismo Intraplaca Oceânico

Tipos de magma do tipo OIBTipos de magma do tipo OIB

Duas séries principais de magmaDuas séries principais de magma SérieSérie Toleíticas Toleíticas (tipo dominante) (tipo dominante)

Origem dos ocean island tholeiitic basalt-Origem dos ocean island tholeiitic basalt-OITOIT Similar aos MORB Similar aos MORB

SérieSérie Alcalina Alcalina (subordinada) (subordinada) Da origem aos ocean island alkaline basalt-Da origem aos ocean island alkaline basalt-OIAOIA Duas principais sub-sériesDuas principais sub-séries

insaturada em sílicainsaturada em sílica levemente saturada em sílica levemente saturada em sílica (menos (menos comum) comum)

Evolução do magmatismoEvolução do magmatismoToleítico, alcalino e altamente alcalinoToleítico, alcalino e altamente alcalino

Alcalinidade é altamente variávelAlcalinidade é altamente variável álcalis são elementos incompatíveis, só são álcalis são elementos incompatíveis, só são

modificadas com mais de 50% de cristalização modificadas com mais de 50% de cristalização fracionada, indicando para fracionada, indicando para distintas fontes de mantodistintas fontes de manto ou ou mecanismos de geração mecanismos de geração

Table 14-4. Alkali/silica ratios (regression) for selected ocean island lava suites.

Island Alk/Silica Na2O/SiO2 K2O/SiO2

Tahiti 0.86 0.54 0.32Principe 0.86 0.52 0.34Trinidade 0.83 0.47 0.35Fernando de Noronha 0.74 0.42 0.33Gough 0.74 0.30 0.44St. Helena 0.56 0.34 0.22Tristan da Cunha 0.46 0.24 0.22Azores 0.45 0.24 0.21Ascension 0.42 0.18 0.24Canary Is 0.41 0.22 0.19Tenerife 0.41 0.20 0.21Galapagos 0.25 0.12 0.13Iceland 0.20 0.08 0.12

Elementos TraçosElementos Traços Os elementos traços Os elementos traços LILLIL (K, Rb, Cs, Ba, Pb (K, Rb, Cs, Ba, Pb2+2+ e Sr) e Sr)

são incompatíveis e estão são incompatíveis e estão todos enriquecidos dos todos enriquecidos dos magmas OIBmagmas OIB em comparação com MORBs em comparação com MORBs

A A razãorazão entre os elementos incompatíveis tem sido entre os elementos incompatíveis tem sido usada para distinguir entre diferentes fontes usada para distinguir entre diferentes fontes (reservatórios) (reservatórios) N-MORB: a razão K/Ba é alta (usualmente > 100)N-MORB: a razão K/Ba é alta (usualmente > 100) E-MORB: a razão K/Ba está ao redor de 30E-MORB: a razão K/Ba está ao redor de 30 OITs varia entre 25-40, e nos OIAs é maior que 20OITs varia entre 25-40, e nos OIAs é maior que 20

Todos os dados parecem indicar fontes distintasTodos os dados parecem indicar fontes distintas

• Elementos HFS (Th, U, Ce, Zr, Hf, Nb, Ta, and Ti) também são incompatíveis e estão enriquecidos no OIBs > MORBs• A razão destes elementos é também usada para distingüir as fontes do manto

• A razão Zr/Nb • Nos N-MORB são generalmente muito alto (>30)• Nos OIBs são baixos (<10)

Elementos TraçosElementos Traços

Elementos Traços: REEsElementos Traços: REEs

La/Yb (concavidade das REE) correlaciona com La/Yb (concavidade das REE) correlaciona com com o índice de saturação em sílica nos OIBscom o índice de saturação em sílica nos OIBs

Magmas altamente insaturados: La/Yb > 30Magmas altamente insaturados: La/Yb > 30 OIA: próximos a 12OIA: próximos a 12 OIT: ~ 4OIT: ~ 4

Elementos Traços: REEsElementos Traços: REEs

Diagramas multielementos normalizados pelo Diagramas multielementos normalizados pelo MORBMORB

Gequímica IsotópicaGequímica Isotópica

Os isótopos não fracionam durante a fusão Os isótopos não fracionam durante a fusão parcial ou processo de cristalização parcial ou processo de cristalização fracionada, os resultados irão então refletir fracionada, os resultados irão então refletir as características da fonteas características da fonte

OIBs, as amostras mostram grande variacão OIBs, as amostras mostram grande variacão com contaminação crustal mínima, com contaminação crustal mínima, mostrando as características do manto fontemostrando as características do manto fonte

MORB

Bulk Silicate Earth

enriched mantle type I baixa 87Sr/86Sr ( primordial)

enriched mantle type II alto 87Sr/86Sr (> 0.720, acimade qualquer fontemantélica)

(PREvalent MAntle)

Isótopos de PbIsótopos de PbPb é muito escasso no manto Pb é muito escasso no manto

Magmas derivados do manto são suscetíveis a contaminaçãoMagmas derivados do manto são suscetíveis a contaminação

U, Pb e Th estão concentrados na crosta continental (isótopos de Pb U, Pb e Th estão concentrados na crosta continental (isótopos de Pb altamente radiogênicos)altamente radiogênicos)

204204Pb não é radiogênico, então Pb não é radiogênico, então 208208Pb/Pb/204204Pb, Pb, 207207Pb/Pb/204204Pb, and Pb, and 206206Pb/Pb/204204Pb Pb cresce com o decaimento do U e do Thcresce com o decaimento do U e do Th

CrostaCrosta oceânica tem elevado conteúdo de U e Th content (comparado oceânica tem elevado conteúdo de U e Th content (comparado com o mantle) bem como com o mantle) bem como sedimentossedimentos derivados da crosta continental e derivados da crosta continental e oceânicaoceânica

Pb é um sensível medidor de componentes Pb é um sensível medidor de componentes crustaiscrustais (incluindo (incluindo sedimentos) no sistema isotópico do mantosedimentos) no sistema isotópico do manto

93,7% do U natural é 93,7% do U natural é 238238U, então U, então 206206Pb/Pb/204204PbPb irá ser sensível indicador de irá ser sensível indicador de

enriquecimento crustal enriquecimento crustal ((238238U U 234234U U 206206Pb)Pb)

= = 238238U/U/204204Pb (avalia o enriquecimento em urânio)Pb (avalia o enriquecimento em urânio) HIMUHIMU reservatório com muito alta razão reservatório com muito alta razão 206206Pb/Pb/204204Pb ratio, Pb ratio,

sugerindo uma fonte com alto U, mas não enriquecida em sugerindo uma fonte com alto U, mas não enriquecida em Rb, e velha o suficiente (> 1 Ga) para que a razão isotópica Rb, e velha o suficiente (> 1 Ga) para que a razão isotópica seja observável seja observável

modelo HIMU: crosta oceânica subductada e reciclada modelo HIMU: crosta oceânica subductada e reciclada (possivelmente contaminada com água do mar), com Pb-(possivelmente contaminada com água do mar), com Pb-Rb removidos por fluidos metassomáticosRb removidos por fluidos metassomáticos

A alta razão de Sr no EMI e EMII também requer um alto A alta razão de Sr no EMI e EMII também requer um alto conteúdo de Rb e similar longo período para produzir um conteúdo de Rb e similar longo período para produzir um excesso de excesso de 8787SrSr

Esta assinatura correlaciona-se bem com a da crosta Esta assinatura correlaciona-se bem com a da crosta continental (ou seus sedimentos)continental (ou seus sedimentos)Crosta oceânica e sedimentos são outros candidatos deste Crosta oceânica e sedimentos são outros candidatos deste reservatórioreservatório

Resumo:Resumo: Não nenhum processo no manto que posso criar Não nenhum processo no manto que posso criar

reservatórios isotopicamente enriquecidos (EMI, reservatórios isotopicamente enriquecidos (EMI, EMII e HIMU), e eles correspondem a rochas EMII e HIMU), e eles correspondem a rochas crustaiscrustais e/ou sedimentose/ou sedimentos

EMIEMI (levemente enriquecido) correlaciona-se com a (levemente enriquecido) correlaciona-se com a crosta continental inferior crosta continental inferior or or crosta oceânicacrosta oceânica

EMIIEMII é mais enriquecido, especialmente em Sr é mais enriquecido, especialmente em Sr radiogênico (indicando adição de Rb) e Pb (adicão de radiogênico (indicando adição de Rb) e Pb (adicão de U/Th) correlaciona-se com a U/Th) correlaciona-se com a crosta continental crosta continental superiorsuperior ou a ou a crosta iceânica-ilha oceânicacrosta iceânica-ilha oceânica

Modelo para o magmatismo oceânicoModelo para o magmatismo oceânico

DMDM

OIBOIB

ReservatórioReservatório

ContinentalContinental

EM e HIMU de fonte EM e HIMU de fonte crustaiscrustais (placa O subductada + seds C) (placa O subductada + seds C)

Nomenclatura de Zindler and Hart (1986). After Wilson (1989) and Rollinson (1993).

Basaltos Continentais Basaltos Continentais (Continental Flood Basalts)(Continental Flood Basalts)

Grandes províncias ígneas (LIPs)Grandes províncias ígneas (LIPs) Planos OceânicosPlanos Oceânicos Alguns riftesAlguns riftes Baslatos Continentais (CFB)Baslatos Continentais (CFB)

Basaltso de Columbia River

Table 15-1. Major Flood Basalt Provinces

Name Volume Age Locality

CRB (1.7x105 km3) Miocene NW US

Keeweenawan (4x105 km3) Precambrian Superior area

Deccan (106 km3) Cret.-Eocene India

Parana (area > 106 km2) early Cret. Brazil

Karroo (2x106 km3?) early Jurassic S. Africa

Ambientes Tectônicos dos CFBsAmbientes Tectônicos dos CFBs Hot spotsHot spots Continentais Continentais Riftes continentais Riftes continentais (podem estar associados com hot (podem estar associados com hot

spots)spots) Riftes Riftes Riftes abortados (aulacógenos)Riftes abortados (aulacógenos)

Traços de Traços de hot spotshot spots

Derrames BasálticosDerrames Basálticos

Platôs OceânicosPlatôs Oceânicos

Combinação de platôs oceânicos, Combinação de platôs oceânicos, traços de plumas e grandes traços de plumas e grandes derrames basálticosderrames basálticos

Grandes províncias basálticas Gondwana, antes da separação. After Cox (1978) Nature, 274, 47-49.

Columbia River Basalt. Winter (2001). An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Variação em wt.% de óxidos de elementos maiores selecionados vs. Mg# para Columbia River Basaltos. Winter (2001). An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. Data from BVTP (Table 1.2.3.3), Hooper (1988a), Hooper and Hawkesworth (1993).

Padrão de REE normalizados para o Condrite de amostras do CRB. Winter (2001). An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. Data from Hooper and Hawkesworth (1993) J. Petrol., 34, 1203-1246.

Diagrama multi-elementar normalizado pelo N-MORB de amostras do CRB. Winter (2001). An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. Data from Hooper and Hawkesworth (1993) J. Petrol., 34, 1203-1246. Picture Gorge from Bailey (1989) Geol. Soc. Amer. Special Paper, 239, 67-84.

87Sr/86Sr vs. 143Nd/144Nd para o CRBG. Winter (2001). An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. Data from Hooper (1988a), Carlson et al. (1981), Carlson (1984), McDougall (1976), Brandon et al. (1993), Hooper and Hawkesworth (1993).

208Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb para basaltos do CRB. Includindo EMI, EMII, e DUPAL , o arranjo do MORB, e o do NRHL (northern hemisphere reference line) conectando DM e HIMU. Winter (2001). An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. Data from Hooper (1988a), Carlson et al. (1981), Carlson (1984), McDougall (1976), Brandon et al. (1993), Hooper and Hawkesworth (1993).

Modelo para origem dos basaltos do Columbia River. From Takahahshi et al. (1998) Earth Planet. Sci. Lett., 162, 63-80.

Diagrama illustrando possível modelo para o deselvolvimento de basaltos continentais. Winter (20010 An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Magmatismo de Arco de IlhasMagmatismo de Arco de Ilhas

Atividade ao longo da cadeia de ilhas e ao Atividade ao longo da cadeia de ilhas e ao longo da zona de subducçãolongo da zona de subducção

Magmatismo diferente das grandes Magmatismo diferente das grandes províncias basálticasprovíncias basálticas

Proporçào de sílica mais variávelProporçào de sílica mais variável Basalt em quantidades subordinadasBasalt em quantidades subordinadas Vulcanismo mais explosivo Vulcanismo mais explosivo

Atividade ígnea está relacionada a uma Atividade ígnea está relacionada a uma zona de convergência de placas numa zona de convergência de placas numa situação que resulta na subducção de uma situação que resulta na subducção de uma placa em relação a outraplaca em relação a outra

Modelo petrológico inicial:Modelo petrológico inicial: A crosta oceânica é parcialmente fundidaA crosta oceânica é parcialmente fundida As lavas atravessam a placa sobrejacente As lavas atravessam a placa sobrejacente

para formar vulcões próximo a borda da para formar vulcões próximo a borda da placaplaca

Oceano-oceano Oceano-oceano Arco de IlhaArco de Ilha (IA) (IA)Ocean-continent Ocean-continent Arco Continental Arco Continental ouou

Margem Continental AtivaMargem Continental Ativa (ACM) (ACM)

Principais zonas de subducção associadas com vulcanismo e plutonismo orogênico. Triângulas indicam a direçõa de mergulho da placa. PBS = Arco de Papuan-Bismarck-Solomon-New Hebrides. After Wilson (1989) Igneous Petrogenesis, Allen Unwin/Kluwer.

Subduction ProductsSubduction Products Associação Associação ígneaígnea característica característica Distintos padrões de Distintos padrões de metamorfismometamorfismo Orogenia Orogenia e cinturões de montanhas e cinturões de montanhas

ComplexamenteComplexamente

InterreligadasInterreligadas

Structure of an Island ArcStructure of an Island Arc

Perfil esquemático de um típico arco de ilha after Gill (1981), Orogenic Andesites and Plate Tectonics. Springer-Verlag. HFU= unidade de fluxo de calor (heat flow unit)= 4.2 x 10-6

joules/cm2/sec

Rochas Vulcânicas de Arcos de IlhaRochas Vulcânicas de Arcos de Ilha Complexa situação tectônica e amplo espectroComplexa situação tectônica e amplo espectro Alta proporção de Alta proporção de basaltos andesíticosbasaltos andesíticos e e

andesitosandesitos Maioria dos andesitos ocorre ambientes de zonas de Maioria dos andesitos ocorre ambientes de zonas de

subducçãosubducção

Table 16-1. Relative Proportions of Quaternary Volcanic

Locality B B-A A D RTalasea, Papua 9 23 55 9 4Little Sitkin, Aleutians 0 78 4 18 0Mt. Misery, Antilles (lavas) 17 22 49 12 0Ave. Antilles 17 42 39 2Ave. Japan (lava, ash falls) 14 85 2 0After Gill (1981, Table 4.4) B = basalt B-A = basaltic andesite

A = andesite, D = dacite, R = rhyolite

Island Arc Rock Types

Major Elements and Magma SeriesMajor Elements and Magma Series

ToleíticoToleítico (MORB, OIT) (MORB, OIT) AlcalinoAlcalino (OIA) (OIA) Cálcio-AlcalinoCálcio-Alcalino (~ restrito a Zona de (~ restrito a Zona de

Subducção)Subducção)

Elementos Maiores e Elementos Maiores e Séries MagmáticasSéries Magmáticas

Dados compilados por Terry Plank (Plank and Langmuir, 1988) Earth Planet. Sci. Lett., 90, 349-370.

a.a. Álcalis vs. sílica Álcalis vs. sílicab.b. AFM AFM c.c. FeO*/MgO vs. sílica FeO*/MgO vs. sílica

diagrama de ~ 30 arcos de ilha e arcos diagrama de ~ 30 arcos de ilha e arcos continentais, com ênfase nas rochas continentais, com ênfase nas rochas vulcânicas mais primitivasvulcânicas mais primitivas

Sub-série Cálcio-AlcalinaSub-série Cálcio-Alcalina KK22O é um importante discriminante O é um importante discriminante 33 sub-séries sub-séries

As três séries andesíticas de Gill (1981) Orogenic Andesites and Plate Tectonics. Springer-Verlag. Campos representam analises de andesitos (Carnegie Institute of Washington).

Diagrama K2O-SiO2 distinguindo as séries de alto-K, médio-K e baixo-K. Diferentiação dentro das séries

(provavelemte dominados pela cristalização fracionada) está indicada pelas setas. Diferentes tipo de magmas (a partir da esquerda) são distinguidas pela variação vertical de K2O e baixa SiO2. After Gill, 1981, Orogenic

Andesites and Plate Tectonics. Springer-Verlag.

Diagrama AFM distinguindo as séries cálcio-alcalinas e toleíticas. Setas representam tendências de diferenciação dentro das séries.

Diagram FeO*/MgO vs. SiO2 distinguindo as séries toleíticas e cálcio-alcalina.

66 sub-séries na combinação toleítico e Cálcio-alcanico (alguns são raros) sub-séries na combinação toleítico e Cálcio-alcanico (alguns são raros)

3 são mais comuns:3 são mais comuns:

Figure 16-5. Combined K2O - FeO*/MgO diagram in which the Low-K to High-K series are combined with the tholeiitic vs. calc-

alkaline types, resulting in six andesite series, after Gill (1981) Orogenic Andesites and Plate Tectonics. Springer-Verlag. The points represent the analyses in the appendix of Gill (1981).

Toleítos de baixo-KToleítos de baixo-K Cálcio-alcalino de Méd-K Cálcio-alcalino de Méd-K Mixtura Alto-KMixtura Alto-K

Outros Outros TrendsTrends EspacialEspacial

Toleítos de Baixo-K próximos a trincheira Toleítos de Baixo-K próximos a trincheira C-A C-A alcalinas em profundidade alcalinas em profundidade

Alguns ao longo do arco Alguns ao longo do arco Antilhas Antilhas mais alcalina N mais alcalina N S S Aleutas está segmentada com C-A Aleutas está segmentada com C-A

predominado do inicio e toleítos no finalpredominado do inicio e toleítos no final TemporalTemporal

Toleítos no início Toleítos no início posteriormente C-A e no posteriormente C-A e no final alcalinos são comunsfinal alcalinos são comuns

Elementos TraçosElementos Traços REEsREEs

Curva dentro das séries é Curva dentro das séries é similar mas varia com a similar mas varia com a diferenciação devido a diferenciação devido a remoção de Ol, Plag e Pyxremoção de Ol, Plag e Pyx

curva (+) baixo-K curva (+) baixo-K DMDM alguns mais empobrecidas que alguns mais empobrecidas que

o MORBo MORB Outros-curvas mais normaisOutros-curvas mais normais Fontes Fontes heterogêneas do heterogêneas do

mantomanto HREE chato - HREE chato - sem granada sem granada

no resídouno resídouDiagrama REE para alguns andesitos e basaltos andesítos de baixo-K (toleítos), médio-K (cálcio-alcalinos) e alto-K. N-MORB como referência (from Sun and McDonough, 1989). After Gill (1981) Orogenic Andesites and Plate Tectonics. Springer-Verlag.

Vulcânicas de New Britain, Marianas, Aleutians e South Vulcânicas de New Britain, Marianas, Aleutians e South SandwichSandwich

IsIsóótopostopos

Variação isotópica de Nd-Sr em alguns arcos de ilha vulcânicas. After Wilson (1989), Arculus and Powell (1986), Gill (1981), and McCulloch et al. (1994). Atlantic sediment data from White et al. (1985).

Variação 207Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb nos arcos de ilhas vulcânicas (Wilson 1989).

Petrogênese dos magmas em arcos de ilhaMuitas variáveis tais como: Muitas variáveis tais como:

1)1) a a taxataxa de subducção de subducção

2)2) a a idadeidade da da zonazona de subducção de subducção

3)3) a a idadeidade da da placaplaca que subducta que subducta

Outros fatores:Outros fatores: ângulo de mergulho da placaângulo de mergulho da placa calor de fricçãocalor de fricção reações metamórficas endotérmicasreações metamórficas endotérmicas fluxo de fluidos metamórficas fluxo de fluidos metamórficas

Arco de Ilha Arco de Ilha

Magmatismo de Arco ContinentalMagmatismo de Arco ContinentalDiferenças potenciais em relação aos Arcos de Diferenças potenciais em relação aos Arcos de Ilha:Ilha:

Grande espessura crustal Grande espessura crustal pronunciado efeito de pronunciado efeito de contaminaçãocontaminação

Baixa densidade da crosta densa podendo retardar a Baixa densidade da crosta densa podendo retardar a ascenção de magma ascenção de magma magmas estacionários magmas estacionários possuem maior possibilidade de diferenciaçãopossuem maior possibilidade de diferenciação

Baixos pontos de fusão da crosta ajudam a produção Baixos pontos de fusão da crosta ajudam a produção de fusão parcial e fundidos de derivação crustalde fusão parcial e fundidos de derivação crustal

Magmatismo de Arco Magmatismo de Arco ContinentalContinental

Mapa do oeste da America do Sul, mostrando a distribuição de vulcanismo e tipo crustais. NVZ, CVZ e SVZ são zones vulcânicas do norte, centro e sul. After Thorpe and Francis (1979) Tectonophys., 57, 53-70; Thorpe et al. (1982) In R. S. Thorpe (ed.), (1982). Andesites. Orogenic Andesites and Related Rocks. John Wiley & Sons. New York, pp. 188-205; and Harmon et al. (1984) J. Geol. Soc. London, 141, 803-822. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Diagrama esquemático ilustrando como o baixo ângulo de mergulho da placa pode suprimir a astenosfera sobre a cunha do manto. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Diagramas AFM e K2O vs. SiO2 (incluindo tipos

Alto-K, Med.-K e baixo-K de Gill, 1981) para vulcânicas das vulcânicas do (a) norte, (b) centro e (c) sul do Andes. Círculos no NVZ e SVZ são rochas alcalinas. Dados deThorpe et al. (1982,1984), Deruelle (1982),), Hickey et al. (1986), López-Escobar et al. (1981), Hörmann and Pichler (1982). Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

REEREE

IsótoposIsótopos

IsótoposIsótopos

Magmatismo de Arco ContinentalMagmatismo de Arco Continental

Relativa freqüência de tipos de rocha no Andes vs. Arcos de ilha do SW Pacífico. In R. S. Thorpe (ed.), Andesites. Wiley. New York, pp. 25-95. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Table 18-3. The S-I-A-M Classification of Granitoids

Type SiO2 K2O/Na2O Ca, Sr A/(C+N+K)* Fe3+/Fe2+Cr, Ni 18O 87Sr/86Sr Misc Petrogenesis

M 46-70% low high low low low < 9‰ < 0.705 Low Rb, Th, U Subduction zoneLow LIL and HFS or ocean-intraplate

Mantle-derivedI 53-76% low high in low: metal- moderate low < 9‰ < 0.705 high LIL/HFS Subduction zone

mafic uminous to med. Rb, Th, U Infracrustalrocks peraluminous hornblende Mafic to intermed.

magnetite igneous sourceS 65-74% high low high low high > 9‰ > 0.707 variable LIL/HFS Subduction zone

high Rb, Th, Umetaluminous biotite, cordierite Supracrustal

Als, Grt, Ilmenite sedimentary sourceA high Na2O low var var low var var low LIL/HFS Anorogenic

77% high peralkaline high Fe/Mg Stable craton high Ga/Al Rift zone

High REE, ZrHigh F, Cl

* molar Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) Data from White and Chappell (1983), Clarke (1992), Whalen (1985)

Classificação Química dos GranitosClassificação Química dos Granitos

peraluminous

Tipo I, S e A são os mais comuns

Igneous source previously melted

S I A

Al-, K-rich minerals

Fe- Na-rich minerals

Tipos I e S

Tipo A

• HFSE-depleção típica de rocha de arco com contaminação crustal

• Alguma depleção nos HREE indicando a participação de granada no sistema

• Enriquecida em HFSE (como no “OIB”)

• Empobreciso em Sr, Ba indicando que o feldspato é importante na petrogênese

SA

I

VAG Syn-COLG WPG ORG

Granitos tipo I

• maioria granodiorito, mas diorito a granito também presente

• Distintas assinaturas química e isotópicas, refletindo diferente espessura e composição crustal

• Fusão parcial de crosta máfica inferior

• Ambiente de arcos vulcânicos continentais

• Dominantemente granitos peraluminosos

• Fase ricas em K e Al (muscovita, granada, silimanita), 87Sr/86Sr

muito alto, baixo Nd (negativo)

• Fusão parcial de rochas sedimentares devido a espessamento crustal

• Zone e arcos de colisão Continental

Granitos tipo S

Indian PlateEurasian Plate

• Desidratação das rochas sedimentares em profundidade liberando fluidos, principalmente H2O.

• Fluidos entram em contato com rochas quentes no eio da crosta causando fusão parcial intensa de metassedimentos

Petrogênese dos Granitos do tipo S

• Granitos, sienitos, gabro-diorito metaluminosos a peralcalinos

• Presença de piroxênio e anfibólio ricos em Fe e Na; assinatura química tipo OIB

• Fusão parcial de rochas de crosta inferior anidras, principalmente ígneas

• Mais comum em ambiente de Hot-spot, rifte continental ou colapso pós-orogênico

Granitos tipo A

Magmas máficos derivados do manto, são a fonte de calor para a fusão da crosta anidra.

Como podemos fundir rochas anidras crustais, que já tiveram “fundidos” extraídos deles??

Fusão partial da crosta inferior em ambiente de pluma continental

Hotspot de Yellowstone

I-, S

A

S AI

Magmatismo Continental AlcalinoMagmatismo Continental Alcalino

Rochas alcalinas apresentam feldspatóides, piroxênio-Rochas alcalinas apresentam feldspatóides, piroxênio-anfibólios sódicos ou outra fases alcalinasanfibólios sódicos ou outra fases alcalinas

No sensu restrito, rochas No sensu restrito, rochas aalcalinalcalinass são rochas defiecientes são rochas defiecientes em SiOem SiO

22 em comparação com Na em comparação com Na22O, KO, K

22O e CaO, são O e CaO, são

insaturados em SiOinsaturados em SiO22, com , com NeNefelinafelina ou ou AcAcmitamita na norma na norma

Alternativamente, algumas rochas podem ser deficientes em Alternativamente, algumas rochas podem ser deficientes em AlAl

22OO33 (e não necessariamente em SiO (e não necessariamente em SiO22). Tais rochas são ). Tais rochas são

peralcalinasperalcalinas e ser insaturadas ou supersaturadas em sílica e ser insaturadas ou supersaturadas em sílica

Nomenclatura de algumas rochas alcalinasNomenclatura de algumas rochas alcalinas (maioria vulcânica/hipoabissal)(maioria vulcânica/hipoabissal)

BasanitoBasanito baslato com feldspat;oide. Usualmente contém nefelina, mas pode ter leucita + olivine baslato com feldspat;oide. Usualmente contém nefelina, mas pode ter leucita + olivine

TefritoTefrito basanito sem olivinabasanito sem olivina

LeucititoLeucitito rocha vulcânica que contém leucita + clinopiroxênio rocha vulcânica que contém leucita + clinopiroxênio olivina. Tipicamente sem feldspato olivina. Tipicamente sem feldspato

NefelinitoNefelinito rocha vulcânica que contém nefelina + clinopiroxênio rocha vulcânica que contém nefelina + clinopiroxênio olivina. Tipicamente sem feldspato olivina. Tipicamente sem feldspato

UrtitoUrtito rocha plutônica com nefelina-piroxênio (aegirina-augita) com mais de 70% nefelina e sem feldspato rocha plutônica com nefelina-piroxênio (aegirina-augita) com mais de 70% nefelina e sem feldspato

IjolitoIjolito rocha plutônica com nefelina-piroxênio com 30-70% nefelina rocha plutônica com nefelina-piroxênio com 30-70% nefelina

MelilititoMelilitito predominantemente vulcânica - melilito - clinopiroxênio (se > 10% olivina - são chamadas olivina predominantemente vulcânica - melilito - clinopiroxênio (se > 10% olivina - são chamadas olivina melilitito) melilitito)

ShoshonitoShoshonito basalto rico em K com K-feldspato ± leucita basalto rico em K com K-feldspato ± leucita

PhonolitoPhonolito vulcânica alcalina félsica com feldspato alcalino + nefelina. (plutônica = vulcânica alcalina félsica com feldspato alcalino + nefelina. (plutônica = nephelina sienito)nephelina sienito)

ComenditoComendito riolito peralcalino com molar (Nariolito peralcalino com molar (Na22O+KO+K

22O)/AlO)/Al22OO33 levemente > 1. Podem conter Na-piroxênio ou levemente > 1. Podem conter Na-piroxênio ou

anfibólio anfibólio

PanteleritoPantelerito riolito peralcalino com molar (Na riolito peralcalino com molar (Na22O+KO+K

22O)/AlO)/Al22OO33 = 1,6 - 1,8. Contém Na-piroxênio ou anfibólio = 1,6 - 1,8. Contém Na-piroxênio ou anfibólio

LamproitoLamproito um grupo de rochas peralcalinas, ricas em volateis, ultrapotássica, volcânica a hipoabissal. A mineralogia um grupo de rochas peralcalinas, ricas em volateis, ultrapotássica, volcânica a hipoabissal. A mineralogia é variável, mas pode conter fenocristais de olivina + flogopita ± leucita ± K-richterita ± clinopiroxênio ± sanidina. é variável, mas pode conter fenocristais de olivina + flogopita ± leucita ± K-richterita ± clinopiroxênio ± sanidina.

LamprófiroLamprófiro um grupo diverso de rochas escuras, porfrítica, máfica a ultramáfica hipoabissal (ou ocasionalmente um grupo diverso de rochas escuras, porfrítica, máfica a ultramáfica hipoabissal (ou ocasionalmente vulcânica), comumente alto potássio (K>Al). Eles são normalmente ricas em ácalis, voláteis, Sr, Ba e Ti, fenocristais vulcânica), comumente alto potássio (K>Al). Eles são normalmente ricas em ácalis, voláteis, Sr, Ba e Ti, fenocristais de biotita-flogopita e/ou anfibólio. Tipicamente ocurrem com diques rasos, sills, plugs, ou stocks. de biotita-flogopita e/ou anfibólio. Tipicamente ocurrem com diques rasos, sills, plugs, ou stocks.

KimberlitoKimberlito um grupo complexo de rochas híbridas ricas em voláteis (dominantemente COum grupo complexo de rochas híbridas ricas em voláteis (dominantemente CO22), potássico, ultramáfico ), potássico, ultramáfico

com matrix de grão fino e olivina macrocristais e de: ilmenita, granada, diopsídio, flogopita, enstatita, cromita. com matrix de grão fino e olivina macrocristais e de: ilmenita, granada, diopsídio, flogopita, enstatita, cromita. Xenocristais e xenólitos são também comuns Xenocristais e xenólitos são também comuns

Kimberlito Grupo I Kimberlito Grupo I é tipicamente rico em COé tipicamente rico em CO2 2 e menos potássico que o kimberlito do Grupo 2e menos potássico que o kimberlito do Grupo 2

Kimberlito Group II (orangeito)Kimberlito Group II (orangeito) é tipicamente rico em H é tipicamente rico em H22O e tem matriz rica em mica (também com calcita, O e tem matriz rica em mica (também com calcita,

diopsídio, apatita) diopsídio, apatita)

CarbonatitoCarbonatito um grupo de rochas ígneas composta principalmente de carbonato (principalmente calcita, ankerita, e/ou um grupo de rochas ígneas composta principalmente de carbonato (principalmente calcita, ankerita, e/ou dolomita), e com algum clinopiroxênio ou anfibólio alcalino, biotita, apatita e magnetita. O carbonatito rico em Ca-dolomita), e com algum clinopiroxênio ou anfibólio alcalino, biotita, apatita e magnetita. O carbonatito rico em Ca-Mg são tecnicamente não alcalinos, mas são comumente associados com rochas alcalinasMg são tecnicamente não alcalinos, mas são comumente associados com rochas alcalinas

Magmatismo Alcalino ContinentalMagmatismo Alcalino Continental

Variação na razão de álcalis (wt. %) para séries alcalinas oceânica (a) e continental (b). After McBirney (1993). Igneous Petrology (2nd ed.), Jones and Bartlett. Boston. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Magmatismo Alcalino Magmatismo Alcalino Continental.Continental.Rifte do leste Africano Rifte do leste Africano

Magmatismo Alcalino Continental.Magmatismo Alcalino Continental.Rifte do leste AfricanoRifte do leste Africano

Magmatismo Alcalino Magmatismo Alcalino Continental.Continental.Rifte do leste AfricanoRifte do leste Africano

Magmatismo Alcalino Continental.Magmatismo Alcalino Continental.Rifte do leste AfricanoRifte do leste Africano

Carbonatitos Carbonatitos

Magmatismo Alcalino Magmatismo Alcalino Continental.Continental.Carbonatitos Carbonatitos

Magmatismo Alcalino Continental. Carbonatitos Magmatismo Alcalino Continental. Carbonatitos

Magmatismo Magmatismo Alcalino Alcalino

Continental.Continental.Lamproitos Lamproitos

87Sr/86Sr vs. 143Nd/144Nd inicial para lamproitoes (roxo)e kimberlitos (vermelho). MORB e o arranjo do Manto são incluídos como referência. After Mitchell and Bergman (1991) Petrology of Lamproites. Plenum. New York.MTypical MORB and OIB from Figure 10-13 for comparison. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Magmatismo Alcalino Continental. Lamproitos Magmatismo Alcalino Continental. Lamproitos

207Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb para lamproitos e kimberlitos. After Mitchell and Bergman (1991). Mitchell and Bergman (1991) Petrology of Lamproites. Plenum. New York. Padrão do MORB e OIB da Figura 10-13 for comparison. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Magmatismo Alcalino Continental. Lamproitos Magmatismo Alcalino Continental. Lamproitos

Magmatismo Magmatismo Alcalino Continental.Alcalino Continental.

Kimberlitos Kimberlitos

Magmatismo Magmatismo Alcalino Alcalino

Continental.Continental.Kimberlitos Kimberlitos

Magmatismo Alcalino Continental.Magmatismo Alcalino Continental.Kimberlitos Kimberlitos