Igneous garnet and amphibole fractionation in the roots of island arcs: experimental constraints on andesitic liquids

To evaluate the role of garnet and amphibole fractionation at conditions relevant for the crystallization of magmas in the roots of island arcs, a series of experiments were performed on a synthetic andesite at conditions ranging from 0.8 to 1.2 GPa, 800-1,000 degrees C and variable H2O contents. At water undersaturated conditions and fO(2) established around QFM, garnet has a wide stability field. At 1.2 GPa garnet ? amphibole are the high-temperature liquidus phases followed by plagioclase at lower temperature. Clinopyroxene reaches its maximal stability at H2O-contents <= 9 wt% at 950 degrees C and is replaced by amphibole at lower temperature. The slopes of the plagioclase-in boundaries are moderately negative in T-XH2O space. At 0.8 GPa, garnet is stable at magmatic H2O contents exceeding 8 wt% and is replaced by spinel at decreasing dissolved H2O. The liquids formed by crystallization evolve through continuous silica increase from andesite to dacite and rhyolite for the 1.2 GPa series, but show substantial enrichment in FeO/MgO for the 0.8 GPa series related to the contrasting roles of garnet and amphibole in fractionating Fe-Mg in derivative liquids. Our experiments indicate that the stability of igneous garnet increases with increasing dissolved H2O in silicate liquids and is thus likely to affect trace element compositions of H2O-rich derivative arc volcanic rocks by fractionation. Garnet-controlled trace element ratios cannot be used as a proxy

The newly defined "Greenstone Unit'' of the Aiguilles Rouges massif (western Alps): remnant of an Early Palaeozoic oceanic island-arc ?

In the southwestern part of the Aiguilles Rouges massif (pre-Alpine basement of the Helvetic realm, western Alps), a metavolcanic sequence, newly defined as the ``Greenstone Unit'',is exposed in two NS trending belts of several 100 metres in thickness. It consists of epidote amphibolites, partly epidote and/or calcic amphibole-bearing greenschists, and small amounts of alkali feldspar-bearing greenschists, which underwent low- to medium-grade metamorphism during Visean oblique collision. Metamorphic calcic amphiboles and epidotes show strong chemical zoning, whereas metamorphic plagioclase is exclusively albitic in composition (An 1-3). The SiO2 content of the subalkaline tholeiitic to calc-alkaline suite ranges continuously from 44 wt% to 73 wt%,but andesitic rocks predominate. The majority of samples have chemical compositions close to recent subduction-related lavas; some are even restricted to recent oceanic arcs (extremely low Ta and Nb contents, high La/Nb and Th/Ta ratios). But several basaltic to basalto-andesitic samples resemble continental tholeiites (low Th/Ta, La/Nb ratio). As it is very probable that both lava types are to some extent contemporaneous, it is proposed that the Greenstone Unit represents a former oceanic volcanic are which temporarily underwent extension during which emplacement of continental tholeiite-like rocks occurred. The cause of the extension remains ambiguous. Considering palaeotectonic significance and age of other metavolcanic units in the Aiguilles Rouges massif, the Greenstone Unit most likely formed in the Early Palaeozoic.

The role of basalt replenishment in the generation of basaltic andesites of the ongoing activity at Arenal volcano, Costa Rica: evidence from clinopyroxene and spinel

The bulk composition of magma erupted from Volcan Arenal has remained nearly constant (SiO2 = 53.6-54.9 wt%; MgO = 5.0-4.5 wt%) during almost 30 years of continuous activity (1969-1996). None the less, clinopyroxene (cpx) phenocrysts and their spinel inclusions record a much more complex open-system evolution in which steady-state production of the erupted basaltic andesitic magma is linked to episodic injections of basalt into Arenal's magma conduit/reservoir system. High-resolution major element zoning profiles (electron microprobe) on a large number of phenocrysts (>14,000 analyses), tied to back-scattered electron (BSE) images, have been used to assess the compositional characteristics of the magmatic end members as well as the timing and dynamics of magma replenishment events. No two cpx phenocrysts have exactly the same zoning profile. The vast majority of our analyses record the crystallization of cpx (Cr2O3 < 0.12 wt%; Mg# = 65-79; Al/Ti = 2-7) from a liquid comparable to or more evolved than erupted magma compositions. However, half of all cpx grains are cored by high-Cr cpx (Cr2O3 = 0.2-0.72 wt%) or contain similar basaltic compositions as abrupt growth bands in phenocrysts with and without high-Cr cores; phenocrysts with high-Cr cpx occur throughout the ongoing activity. In a few cases, high-Cr cpx occurs very near the outer margin of the grain without an apparent growth hiatus, particularly in 1968/69 and 1992/93. The main conclusions are: (1) all basaltic andesitic lavas erupted at Arenal during the ongoing activity that began in July, 1968, are the products of magma mixing, (2) clinopyroxenes record multiple replenishment events of basaltic magma in contrast to the near constancy of erupted bulk compositions, (3) some phenocrysts preserve records of multiple interactions with basaltic magmas requiring magmatic processes to operate on time-scales shorter than residence times of some phenocrysts, (4) multiple occurrences of clinopyroxene with high-Cr rims suggest that basalt replenishment events have occurred with sub-decadal frequency and may predate eruption by months or less. From this we infer that Arenal volcano is underlain by a continuously active, small-volume magmatic reservoir maintained in quasi-steady state by basalt recharge over several decades. The monotony of erupting Arenal magmas implies that fractionation, recharge, ascent, and eruption are well balanced in order for magmas to be essentially uniform while containing phenocrysts with vastly different growth histories at the time of eruption.

Geometry, petrology and growth of a shallow crustal laccolith : the Torres del Paine Mafic Complex (Patagonia)

1. ABSTRACTS - RÉSUMÉSSCIENTIFIC ABSTRACT - ENGLISH VERSIONGeometry, petrology and growth of a shallow crustal laccolith: the Torres del Paine Mafi c Complex (Patagonia)The Torres del Paine intrusive complex (TPIC) is a composite mafic-granitic intrusion, ~70km2, belonging to a chain of isolated Miocene plutons in southern Patagonia. Their position is intermediate between the Mesozoic-Cenozoic calc-alkaline subduction related Patagonian batholith in the West and the late Cenozoic alkaline basaltic back-arc related plateau lavas in the East. The Torres del Paine complex formed during an important reconfiguration of the Patagonian geodynamic setting, with a migration of magmatism from the arc to the back-arc, possibly related to the Chile ridge subductionThe complex intruded the flysch of the Cretaceous Cerro Toro and Punta Barrosa Formations during the Miocene, creating a well-defined narrow contact aureole of 200-400 m width.In its eastern part, the Torres del Paine intrusive complex is a laccolith, composed of a succession of hornblende-gabbro to diorite sills at its base, with a total thickness of ~250m, showing brittle contacts with the overlying granitic sills, that form spectacular cliffs of more than 1000m. This laccolith is connected, in the western part, to its feeding system, with vertical alternating sheets of layered gabbronorite and Hbl-gabbro, surrounded and percolated by diorites. ID-TIMS U-Pb on zircons on feeder zone (FZ) gab- bros yield 12.593±0.009Ma and 12.587±0.009Ma, which is identifcal within error to the oldest granite dated so far by Michel et al. (2008). In contrast, the laccolith mafic complex is younger than than the youngest granite (12.50±0.02Ma), and has been emplaced from 12.472±0.009Ma to 12.431 ±0.006Ma, by under-accretion beneath the youngest granite at the interface with previously emplaced mafic sills.The gabbronorite crystallization sequence in the feeder zone is dominated by olivine, plagioclase, clinopyroxene and orthopyroxene, while amphibole forms late interstitial crystals. The crystallization sequence is identical in Hornblende-gabbro from the feeder zone, with higher modal hornblende. Gabbronorite and Hornblende-gabbro both display distinct Eu and Sr positive anomalies. In the laccolith, a lower Hornblende-gabbro crystallized in sills and evolved to a high alkali shoshonitic series. The Al203, Ti02, Na20, K20, Ba and Sr composition of these gabbros is highly variable and increases up to ~50wt% Si02. The lower hornblende-gabbro is characterized by kaersutite anhedral cores with inclusions of olivine, clino- and orthopyroxene and rare apatite and An70 plagioclase. Trace element modelling indicates that hornblende and clinopyroxene are in equilibrium with a liquid whose composition is similar to late basaltic trachyandesitic dikes that cut the complex. The matrix in the lower hornblende gabbro is composed of normally zoned oligoclase, Magnesio-hornblende, biotite, ilmenite and rare quartz and potassium feldspar. This assemblage crystallized in-situ from a Ba and Sr-depleted melts. In contrast, the upper Hbl-gabbro is high-K calc-alkaline. Poikilitic pargasite cores have inclusions of euhedral An70 plagioclase inclusions, and contain occasionally clinopyroxene, olivine and orthopyroxene. The matrix composition is identical to the lower hornblende-gabbro and similar to the diorite. Diorite bulk rock compositions show the same mineralogy but different modal proportions relative to hornblende-gabbrosThe Torres del Paine Intrusive Complex isotopic composition is 87Sr/86Sr=0.704, 143Nd/144Nd=0.5127, 206Pb/204Pb=18.70 and 207Pb/204Pb=15.65. Differentiated dioritic and granitic units may be linked to the gabbroic cumulates series, with 20-50% trapped interstitial melt, through fractionation of olivine-bearing gabbronorite or hornblende-gabbro fractionation The relative homogeneity of the isotopic compositions indicate that only small amounts of assimilation occurred. Two-pyroxenes thermometry, clinopyroxene barometry and amphibole-plagioclase thermometry was used to estimate pressure and temperature conditions. The early fractionation of ultramafic cumulates occurs at mid to lower crustal conditions, at temperatures exceeding 900°C. In contrast, the TPIC emplacement conditions have been estimated to ~0.7±0.5kbar and 790±60°C.Based on field and microtextural observations and geochemical modelling, fractionation of basaltic-trachyandesitic liquids at intermediate to lower crustal levels, has led to the formation of the Torres del Paine granites. Repetitive replenishment of basaltic trachy- andesitic liquid in crustal reservoirs led to mixed magmas that will ascend via the feeder zone, and crystallize into a laccolith, in the form of successive dioritic and gabbroic sills. Dynamic fractionation during emplacement concentrated hornblende rich cumulates in the center of individual sills. Variable degrees.of post-emplacement compaction led to the expulsion of felsic liquids that preferentially concentrated at the top of the sills. Incremental sills amalgamation of the entire Torres del Paine Intrusive Complex has lasted for ~160ka.RESUME SCIENTIFIQUE - VERSION FRANÇAISEGéométrie, pétrologie et croissance d'un laccolite peu profond : Le complexe ma- fique du Torres del Paine (Patagonie)Le Complexe Intrusif du Torres del Paine (CITP) est une intrusion bimodale, d'environ 70km2, appartenant à une chaîne de plutons Miocènes isolés, dans le sud de la Patago-nie. Leur position est intermédiaire entre le batholite patagonien calco-alcalin, à l'Ouest, mis en place au Mesozoïque-Cenozoïque dans un contexte de subduction, et les basal-tes andésitiques et trachybasaltes alcalins de plateau, plus jeune, à l'Est, lié à l'ouverture d'un arrière-arc.A son extrémité Est, le CITP est une succession de sills de gabbro à Hbl et de diorite, sur une épaisseur de ~250m, avec des évidences de mélange. Les contacts avec les sills de granite au-dessus, formant des parois de plus de 1000m, sont cassants. Ce laccolite est connecté, dans sa partie Ouest, à une zone d'alimentation, avec des intrusions sub-ver- ticales de gabbronorite litée et de gabbro à Hbl, en alternance. Celles-ci sont traversées et entourées par des diorites. Les zircons des gabbros de la zone d'alimentation, datés par ID-TIMS, ont cristallisés à 12.593±0.009Ma et 12.587±0.009Ma, ce qui correspond au plus vieux granite daté à ce jour par Michel et al. (2008). A l'inverse, les roches manques du laccolite se sont mises en place entre 12.472±0.009Ma et 12.431 ±0.006Ma, par sous-plaquage successifs à l'interface avec le granite le plus jeune daté à ce jour (12.50±0.02Ma).La séquence de cristallisation des gabbronorites est dominée par Ol, Plg, Cpx et Opx, alors que la Hbl est un cristal interstitiel. Elle est identique dans les gabbros à Hbl de la zone d'alimentation, avec ~30%vol de Hbl. Les gabbros de la zone d'alimentation montrent des anomalies positives en Eu et Sr distinctes. Dans le laccolite, le gabbro à Hbl inférieur évolue le long d'une série shoshonitique, riche en éléments incompatibles. Sa concentration en Al203, Ti02, Na20, K20, Ba et Sr est très variable et augmente rapide-ment jusqu'à ~50wt% Si02. Il est caractérisé par la présence de coeurs résorbés de kaer- sutite, entourés de Bt, et contenant des inclusions d'OI, Cpx et Opx, ou alors d'Ap et de rares Plg (An70). Hbl et Cpx ont cristallisés à partir d'un liquide de composition similaire aux dykes trachy-andesite basaltique du CITP. La matrice, cristallisée in-situ à partir d'un liquide pauvre en Ba et Sr, est composée d'oligoclase zoné de façon simple, de Mg-Hbl, Bt, llm ainsi que de rares Qtz et KF. Le gabbro à Hbl supérieur, quant à lui, appartient à une suite chimique calco-alcaline riche en K. Des coeurs poecilitiques de pargasite con-tiennent de nombreuses inclusions de Plg (An70) automorphe, ainsi que des Ol, Cpx et Opx. La composition de la matrice est identique à celle des gabbros à Hbl inférieurs et toutes deux sont similaires à la minéralogie des diorites. Les analyses sur roches totales de diorites montrent la même variabilité que celles de gabbros à Hbl, mais avec une ten-eur en Si02 plus élevée.La composition isotopique des liquides primitifs du CITP a été mesurée à 87Sr/86Sr=0.704, 143Nd/144Nd=0.5127, 206Pb/204Pb=18.70 et 207Pb/204Pb=15.65. Les granites et diorites différenciés peuvent être reliés à des cumulais gabbronoritiques (F=0.74 pour les granites et F=1-0.5 pour les diorites) et gabbroïques à Hbl (fractionnement supplémentaire pour les granites, avec F=0.3). La cristallisation de 20 à 50%vol de liquide interstitiel piégé dans les gabbros du CITP explique leur signature géochimique. Seules de faibles quantités de croûte continentale ont été assimilées. La température et la pression de fractionnement ont été estimées, sur la base des thermobaromètres Opx-Cpx, Hbl-Plg et Cpx, à plus de 900°C et une profondeur correspondant à la croûte inférieure-moyenne. A l'inverse, les conditions de cristallisation de la matrice des gabbros et diorites du laccolite ont été estimées à 790±60°C et ~0.7±0.5kbar.Je propose que les liquides felsiques du CITP se soient formés par cristallisation frac-tionnée en profondeur des assemblages minéralogiques observés dans les gabbros du CITP, à partir d'un liquide trachy-andesite basaltique. La percolation de magma dans les cristaux accumulés permet la remontée du mélange à travers la zone d'alimentation, vers le laccolite, où des sills se mettent en place successivement. L'amalgamation de sills dans le CITP a duré ~160ka.Le CITP s'est formé durant une reconfiguration importante du contexte géodynamique en Patagonie, avec un changement du magmatisme d'arc vers un volcanisme d'arrière- arc. Ce changement est certainement lié à la subduction de la ride du Chili.RESUME GRAND PUBLIC - VERSION FRANÇAISEGéométrie, pétrologie et croissance d'une chambre magmatique peu profonde : Le complexe mafique du Torres del Paine (Patagonie)Le pourtour de l'Océan Pacifique est caractérisé par une zone de convergence de plaques tectoniques, appelée zone de subduction, avec le plongement de croûte océa-nique sous les Andes dans le cas de la Patagonie. De nombreux volcans y sont associés, formant la ceinture de feu. Mais seuls quelques pourcents de tout le magma traversant la croûte terrestre parviennent à la surface et la majeure partie cristallise en profondeur, dans des chambres magmatiques. Quelles est leur forme, croissance, cristallisation et durée de vie ? Le complexe magmatique du Torres del Paine représente l'un des meilleurs endroits au monde pour répondre à ces questions. Il se situe au sud de la Patagonie, formant un massif de 70km2. Des réponses peuvent être trouvées à différentes échelles, variant de la montagne à des minéraux de quelques 1000ème de millimètres.Il est possible de distinguer trois types de roches : des gabbros et des diorites sur une épaisseur de 250m, surmontées par des parois de granite de plus de 1000m. Les contacts entre ces roches sont tous horizontaux. Entre granites et gabbro-diorite, le contact est net, indiquant que le second magma s'est mis en place au contact avec un magma plus ancien, totalement solidifié. Entre gabbros et diorites, les contacts sont diffus, souvent non-linéaires, indiquant à l'inverse la mise en contact de magmas encore partiellement liquides. Dans la partie Ouest de cette chambre magmatique, les contacts entre roches sont verticaux. Il s'agit certainement du lieu de remplissage de la chambre magmatique.Lors du refroidissement d'un magma, différents cristaux vont se former. Leur stabilité et leur composition varient en fonction de la pression, de la température ou de la chimie du magma. La séquence de cristallisation peut être définie sur la base d'observations microscopiques et de la composition chimique des minéraux. Différents gabbros sont ainsi distingués : le gabbro à la base est riche en hornblende, d'une taille de ~5mm, sans inclusion de plagioclase mais avec des cristaux d'olivine, clinopyroxene et orthopyroxene inclus ; le gabbro supérieur est lui-aussi riche en hornblende (~5mm), avec les mêmes inclusions additionnées de plagioclase. Ces cristaux se sont formés à une température supérieure à 900°C et une profondeur correspondant à la croûte moyenne ou inférieure. Les minéraux plus fin, se trouvant hors des cristaux de hornblende des deux gabbros, sont similaires à ceux des diorites : plagioclase, biotite, hornblende, apatite, quartz et feldspath alcalin. Ces minéraux sont caractéristiques des granites. Ils ont cristallisé à ~790°C et ~2km de profondeur.La cristallisation des minéraux et leur extraction du magma par gravité provoque un changement progressif de la composition de ce dernier. Ainsi, après extraction d'olivine et d'orthopyroxene riches en Mg, de clinopyroxene riche en Ca, de plagioclase riche en Ca et Al et d'hornblende riche en Ca, Al et Mg, le liquide final sera appauvri en ces élé-ments. Un lien peut ainsi être proposé entre les diorites dont la composition est proche du liquide de départ, les granites dont la composition est similaire au liquide final, et les gabbros dont la minéralogie correspond aux minéraux extraits.L'utilisation de zircons, un minéral riche en U dont les atomes se transforment en Pb par décomposition radioactive au cours de millions d'années, permet de dater le refroidissement des roches qui les contiennent. Ainsi, il a été observé que les roches de la zone d'alimentation, à l'Ouest du complexe magmatique, ont cristallisés il y a 12.59±0.01 Ma, en même temps que les granites les plus vieux, se trouvant au sommet de la chambre magmatique, datés par Michel et al. (2008). Les deux roches pourraient donc avoir la même origine. A l'inverse, les gabbros et diorites de la chambre magmatique ont cristallisé entre 12.47±0.01Ma et 12.43±0.01Ma, les roches les plus vieilles étant à la base.En comparant la composition des roches du Torres del Paine avec celles d'autres en-tités géologiques de Patagonie, les causes du magmatisme peuvent être recherchées. A l'Ouest, on trouve en effet des intrusions granitiques, plus anciennes, caractéristiques de zones de convergence de plaque tectonique, alors qu'à l'Est, des laves basaltiques plus jeunes sont caractéristiques d'une dynamique d'extension. Sur la base des compositions chimiques des roches de ces différentes entités, l'évolution progressive de l'une à l'autre a pu être démontrée. Elle est certainement due à l'arrivée d'une dorsale océanique (zone d'extension crustale et de création de croûte océanique par la remontée de magma) dans la zone de subduction, le long des Andes.Je propose que, dans un premier temps, des magmas granitiques sont remontés dans la chambre magmatique, laissant d'importants volumes de cristaux dans la croûte pro-fonde. Dans un second épisode, les cristaux formés en profondeur ont été transportés à travers la croûte continentale, suite au mélange avec un nouveau magma injecté. Ces magmas chargés de cristaux ont traversé la zone d'alimentation avant de s'injecter dans la chambre magmatique. Différents puises ont été distingués, injectés dans la chambre magmatique du sommet à la base concernant les granites, puis à la base du granite le plus jeune pour les gabbros et diorites. Le complexe magmatique du Torres del Paine s'est construit sur une période totale de 160'000±20'000 ans.

1st radiometric dating of a paleontologically dated Bathonian level from Georgia (USSR) - Use of the cathodoluminescence for selection of suitable plagioclases

Jurassic volcanic formations interlayered with (ammonite-bearing) sediments are common in the Caucasus area; this situation is of interest for the numerical calibration of the poorly documented Jurassic portion of the time scale. However, following petrographic study on thin sections no whole-rocks can be considered reliable geochronometers due to subsequent alteration; from about 20 samples, two were selected for plagioclase dating; one (V134) is probably early Kimmeridgian in age; the other (V136) is probably located in the Lower Bathonian stage according to diagnostic ammonites. Cathodoluminescence (CTL) study has shown that sample V136 was similar to usual volcanic feldspars (blue to green colour); however, the lack of CTL of the V134 plagioclase is a character common to diagenetic feldspars; consequently, in spite of a good optical preservation, this geo-chronometer cannot give an age representative of the time of emplacement of the lava flow. We have combined CTL observation with microprobe analysis in order to document the poorly known CTL behaviour of volcanic feldspars; cations Ti4+ and Fe2+ play a major role in the CTL colour of plagioclases and are able to document the growing history of these feldspars ; phenocrysts are initially rich in Fe2+ (core of the crystals, green in colour), then richer in Ti toward the exterior; microcrysts are even richer in Ti (blue to bright blue). We have also observed that natural CTL colour was modified resulting from acid ``cleaning'' of the separated feldspars : the initial blue or green colour tends to change to yellow or violet, respectively, after acid treatment probably due to oxydation of Fe2+ toward Fe3+. X-ray and microprobe analyses both indicated that plagioclases from sample V134 was near the sodic end member (albite) suggesting a diagenetic origin in this andesitic basalt; In contrast, sample V136 contains a calcic plagioclase of common composition for a doleritic basalt. The K-Ar conventional technique was applied as a preliminary tool for radiometric analysis. The Kimmeridgian Na-plagioclase sample gave a ``rejuvenated'' (85 Ma) apparent age which confirms a late genesis for the separated plagioclase phase; this interpretation is based on CTL observation, X-ray analysis, and microprobe analysis ; these techniques are able to distinguish samples which have been submitted to diagenetic alteration from those which have not. An age consistent with the stratigraphic location has been obtained from sample V136. This age of 161 +/- 3 (2-sigma) Ma, is the first one available from a sample palaeontologically located with reasonable precision within the mid Jurassic time.

Post-Plutonic Magmatism: from the Source to the Emplacement of an Upper Crustal Dyke Swarm, Adamello Massif, Italy

Magmas of the arc-tholeiitic and calc-alkaline differentiation suites contribute substantially to the formation of continental crust in subduction zones. Different geochemical-petrological models have been put forward to achieve evolved magmas forming large volumes of tonalitic to granitic plutons, building an important part of the continental crust. Primary magmas produced in the mantle wedge overlying the subducted slab migrate through the mantle and the crust. During the transfer, magma can accumulate in intermediate reservoirs at different levels where crystallization leads to differentiation and the heat transfer from the magma, together with gained heat from solidification, lead to partial melting of the crust. Partial melts can be assimilated and mix with more primitive magma. Moreover, already formed crystal cumulates or crystal mushes can be recycled and reactivated to transfer to higher crustal levels. Magma transport in the crust involves fow through fractures within a brittle elastic rock. The solidified magma filled crack, a dyke, can crosscut previously formed geological structures and thus serves as a relative or absolute time marker. The study area is situated in the Adamello massif. The Adamello massif is a composite of plutons that were emplaced between 42 and 29 million years. A later dyke swarm intruded into the southern part of the Adamello Batholith. A fractionation model covering dyke compositions from picrobasalts to dacites results in the cummulative crystallization of 17% olivine, 2% Cr-rich spinel, 18% clinopyroxene, 41% amphibole, 4% plagioclase and 0.1% magnetite to achieve an andesitic composition out of a hydrous primitive picrobasalt. These rocks show a similar geochemical evolution as experimental data simulating fractional crystallization and associated magma differentiation at lower crustal depth (7-10 kbar). The peraluminous, corundum normative composition is one characteristic of more evolved dacitic magmas, which has been explained in a long lasting debate with two di_erent models. Melting of mafic crust or politic material provides one model, whereas an alternative is fractionation from primary mantle derived melts. Amphibole occurring in basaltic-andesitic and andesitic dyke rocks as fractionating cumulate phase extracted from lower crustal depth (6-7.5 kbar) is driving the magmas to peraluminous, corundum normative compositions, which are represented by tonalites forming most of the Adamello Batholith. Most primitive picrobasaltic dykes have a slightly steepened chondrite normalized rare earth elements (REE) pattern and the increased enrichment of light-REE (LREE) for andesites and dacites can be explained by the fractional crystallization model originating from a picrobasalt, taking the changing fractionating phase assemblage and temperature into account. The injection of hot basaltic magma (~1050°C) in a closely spaced dyke swarm increases the surface of the contact to the mainly tonalitic wallrock. Such a setting induces partial melting of the wall rock and selective assimilation. Partial melting of the tonalite host is further expressed through intrusion breccias from basaltic dykes. Heat conduction models with instantaneous magma injection for such a dyke swarm geometry can explain features of partial melting observed in the field. Geochemical data of minerals and bulk rock further underline the selective or bulk assimilation of the tonalite host rock at upper crustal levels (~2-3 kbar), in particular with regard to light ion lithophile elements (LILE) such as Sr, Ba and Rb. Primitive picrobasalts carry an immiscible felsic assimilant as enclaves that bring along refractory rutile and zircon with textures typically found in oceanic plagiogranites or high pressure/low-temperature metamorphic rocks in general. U-Pb data implies a lower Cretaceous age for zircon not yet described as assimilant in Eocene to Oligocene magmatic rocks of the Central Southern Alps. The distribution of post-plutonic dykes in large batholiths such as the Adamello is one of the key features for understanding the regional stress field during the post-batholith emplacement cooling history. The emplacement of the regional dyke swarm covering the southern part of the Adamello massif was associated with consistent left lateral strike-slip movement along magma dilatation planes, leading to en echelon segmentation of dykes. Through the dilation by magma of pre-existing weaknesses and cracks in an otherwise uniform host rock, the dyke propagation and according orientation in the horizontal plane adjusted continuously perpendicular to least compressive remote stress σ3, resulting in an inferred rotation of the remote principal stress field. Les magmas issus des zones de subduction contribuent substantiellement à la formation de la croûte continentale. Les plutons tonalitiques et granitiques représentent, en effet, une partie importante de la croûte continentale. Des magmas primaires produits dans le 'mantle wedge ', partie du manteau se trouvant au-dessus de la plaque plongeante dans des zones de subduction, migrent à travers le manteau puis la croûte. Pendant ce transfert, le magma peut s'accumuler dans des réservoirs intermédiaires à différentes profondeurs. Le stockage de magma dans ces réservoirs engendre, d'une part, la différentiation des magmas par cristallisation fractionnée et, d'autre part, une fusion partielle la croûte continentale préexistante associée au transfert de la chaleur des magmas vers l'encaissant. Ces liquides magmatiques issus de la croûte peuvent, ensuite, se mélanger avec des magmas primaires. Le transport du magma dans la croûte implique notamment un flux de magma à travers différentes fractures recoupant les roches encaissantes élastiques. Au cours de ce processus de migration, des cumulats de cristaux ou des agrégats de cristaux encore non-solidifiés, peuvent être recyclés et réactivés pour être transportés à des niveaux supérieures de la croûte. Le terrain d'étude est situé dans le massif d'Adamello. Celui-ci est composé de plusieurs plutons mis en place entre 42 et 29 millions d'années. Dans une phase tardive de l'activité magmatique liée à ce batholite, une série de filons de composition variable allant de picrobasalte à des compositions dacitiques s'est mise en place la partie sud du massif. Deux modèles sont proposés dans la littérature, pour expliquer la formation des magmas dacitiques caractérisés par des compositions peralumineux (i.e. à corindon normatif). Le premier modèle propose que ces magmas soient issus de la fusion de matériel mafique et pélitique présent dans la partie inférieur de la croûte, alors que le deuxième modèle suggère une évolution par cristallisation fractionnée à partir de liquides primaires issus du manteau. Un modèle de cristallisation fractionnée a pu être développé pour expliquer l'évolution des filons de l'Adamello. Ce modèle explique la formation des filons dacitiques par la cristallisation fractionnée de 17% olivine, 2% spinelle riche en Cr, 18% clinopyroxène, 41% amphibole, 4% plagioclase et 0.1% magnetite à partir de liquide de compositions picrobasaltiques. Ce modèle prend en considération les contraintes pétrologiques déduites de l'observation des différents filons ainsi que du champ de stabilité des différentes phases en fonction de la température. Ces roches montrent une évolution géochimique similaire aux données expérimentales simulant la cristallisation fractionnée de magmas évoluant à des niveaux inférieurs de la croûte (7-10 kbar). Le modèle montre, en particulier, le rôle prépondérant de l'amphibole, une phase qui contrôle en particulier le caractère peralumineux des magmas différentiés ainsi que leurs compositions en éléments en traces. Des phénomènes de fusion partielle de l'encaissant tonalitique lors de la mise en place de _lons mafiques sont observée sur le terrain. L'injection du magma basaltique chaud (~1050°C) sous forme de filons rapprochés augmente la surface du contact avec l'encaissante tonalitique. Une telle situation produit la fusion partielle des roches encaissantes nécessaire à l'incorporation d'enclaves mafiques observés au sein des tonalites. Pour comprendre les conditions nécessaires pour la fusion partielle des roches encaissantes, des modèles de conduction thermique pour une injection simultanée d'une série de filons ont été développées. Des données géochimiques sur les minéraux et sur les roches totales soulignent qu'au niveau supérieur de la croûte, l'assimilation sélective ou totale de l'encaissante tonalitique modifie la composition du liquide primaire pour les éléments lithophiles tel que le Sr, Ba et Rb. Un autre aspect important concernant la pétrologie des filons de l'Adamello est la présence d'enclaves felsiques dans les filons les plus primitifs. Ces enclaves montrent, en particulier, des textures proches de celles rencontrées dans des plagiogranites océaniques ou dans des roches métamorphiques de haute pression/basse température. Ces enclaves contiennent du zircon et du rutile. La datations de ces zircons à l'aide du géochronomètre U-Pb indique un âge Crétacé inférieur. Cet âge est important, car aucune roche de cet âge n'a été considérée comme un assimilant potentiel pour des roches magmatiques d'âge Eocène à Oligocène dans les Alpes Sud Centrales. La réparation spatiale des filons post-plutoniques dans des grands batholites tel que l'Adamello, est une caractéristique clé pour la compréhension des champs de contraintes lors du refroidissement du batholite. L'orientation des filons va, en particulier, indiqué la contrainte minimal au sein des roches encaissante. La mise en place de la série de filon recoupant la partie Sud du massif de l'Adamello est associée à un décrochement senestre, un décrochement que l'on peut lié aux contraintes tectoniques régionales auxquelles s'ajoutent l'effet de la dilatation produite par la mise en place du batholite lui-même. Ce décrochement senestre produit une segmentation en échelon des filons.

Mineral inventory of continuously erupting basaltic andesites at Arenal volcano, Costa Rica: implications for interpreting monotonous, crystal-rich, mafic arc stratigraphies

Except for the first 2 years since July 29, 1968, Arenal volcano has continuously erupted compositionally monotonous and phenocryst-rich (similar to35%) basaltic andesites composed of plagioclase (plag), orthopyroxene (opx), clinopyroxene (cpx), spinel olivine. Detailed textural and compositional analyses of phenocrysts, mineral inclusions, and microlites reveal comparable complexities in any given sample and identify mineral components that require a minimum of four crystallization environments. We suggest three distinct crystallization environments crystallized low Mg# (<78) silicate phases from andesitic magma but at different physical conditions, such as variable pressure of crystallization and water conditions. The dominant environment, i.e., the one which accounts for the majority of minerals and overprinted all other assemblages near rims of phenocrysts, cocrystallized clinopyroxene (Mg# similar to71-78), orthopyroxene (Mg# similar to71-78), titanomagnetite and plagioclase (An(60) to An(85)). The second environment cocrystallized clinopyroxene (Mg# 71-78), olivine (<Fo(78)), titanomagnetite, and very high An (similar to90) plagioclase, while the third cocrystallized clinopyroxene (Mg# 71-78) with high (>7) Al/Ti and high (>4 wt.%) Al2O3, titanomagnetite with considerable Al2O3 (10-18 wt.%) and possibly olivine but appears to lack plagioclase. A fourth crystallization environment is characterized by clinopyroxene (e.g., Mg#=similar to78-85; Cr2O3=0.15-0.7 wt.%), Al-, Cr-rich spinel olivine (similar toFo(80)), and in some circumstances high-An (>80) plagioclase. This assemblage seems to record mafic inputs into the Arenal system and crystallization at high to low pressures. Single crystals cannot be completely classified as xenocrysts, antecrysts (cognate crystals), or phenocrysts, because they often contain different parts each representing a different crystallization environment and thus belong to different categories. Bulk compositions are mostly too mafic to have crystallized the bulk of ferromagnesian minerals and thus likely do not represent liquid compositions. On the other hand, they are the cumulative products of multiple mixing events assembling melts and minerals from a variety of sources. The driving force for this multistage mixing evolution to generate erupting basaltic andesites is thought to be the ascent of mafic magma from lower crustal levels to subvolcanic depths which at the same time may also go through compositional modification by fractionation and assimilation of country rocks. Thus, mafic magmas become basaltic andesite through mixing, fractionation and assimilation by the time they arrive at subvolcanic depths. We infer new increments of basaltic andesite are supplied nearly continuously to the subvolcanic reservoir concurrently to the current eruption and that these new increments are blended into the residing, subvolcanic magma. Thus, the compositional monotony is mostly the product of repetitious production of very similar basaltic andesite. Furthermore, we propose that this quasi-constant supply of small increments of magma is the fundamental cause for small-scale, decade-long continuous volcanic activity; that is, the current eruption of Arenal is flux-controlled by inputs of mantle magmas. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Geochemistry of the thermal springs and fumaroles of Basse-Terre Island, Guadeloupe, Lesser Antilles

The purpose of this work was to study jointly the volcanic-hydrothermal system of the high-risk volcano La Soufriere, in the southern part of Basse-Terre, and the geothermal area of Bouillante, on its western coast, to derive an all-embracing and coherent conceptual geochemical model that provides the necessary basis for adequate volcanic surveillance and further geothermal exploration. The active andesitic dome of La Soufriere has erupted eight times since 1660, most recently in 1976-1977. All these historic eruptions have been phreatic. High-salinity, Na-CI geothermal liquids circulate in the Bouillante geothermal reservoir, at temperatures close to 250 degrees C. These Na-CI solutions rise toward the surface, undergo boiling and mixing with groundwater and/or seawater, and feed most Na-CI thermal springs in the central Bouillante area. The Na-Cl thermal springs are surrounded by Na-HCO3 thermal springs and by the Na-Cl thermal spring of Anse a la Barque (a groundwater slightly mixed with seawater), which are all heated through conductive transfer. The two main fumarolic fields of La Soufriere area discharge vapors formed through boiling of hydrothermal aqueous solutions at temperatures of 190-215 degrees C below the ``Ty'' fault area and close to 260 degrees C below the dome summit. The boiling liquid producing the vapors of the Ty fault area has SD and delta(18)O values relatively similar to those of the Na-CI liquids of the Bouillante geothermal reservoir, whereas the liquid originating the vapors of the summit fumaroles is strongly enriched in O-18, due to input of magmatic fluids from below. This process is also responsible for the paucity of CH;I in the fumaroles. The thermal features around La Soufriere dome include: (a) Ca-SO4 springs, produced through absorption of hydrothermal vapors in shallow groundwaters; (b) conductively heated, Ca-Na-HCO3 springs; and (c) two Ca-Na-Cl springs produced through mixing of shallow Ca-SO4 waters and deep Na-Cl hydrothermal liquids. The geographical distribution of the different thermal features of La Soufriere area indicates the presence of: (a) a central zone dominated by the ascent of steam, which either discharges at the surface in the fumarolic fields or is absorbed in shallow groundwaters; and (b) an outer zone, where the shallow groundwaters are heated through conduction or addition of Na-Cl liquids coming from hydrothermal aquifer(s).

H2O-δD-Fe-III relations of dehydrogenation and dehydration processes in magmatic amphiboles

Stable isotope compositions of a suite of magmatic amphiboles from alkaline basalts and andesitic rocks were examined to constrain the effects of degassing processes on the hydrogen isotope compositions. The Fe3+ (as Fe3+/Fe-total) and H2O contents, as well as the H isotope compositions of the amphiboles, differ markedly (27-58%, 0.5-2.2 wt%, -107 to -15 parts per thousand, respectively) but indicate systematic variations. The observed trends can be explained either as dehydrogenation or dehydration processes, both of which are coupled to oxidation processes, the latter most probably related to O2- substitution within amphiboles. The dehydrogenation-dehydration models can be used to assess the primary compositions of the magmas. As an important example, delta D values of amphiboles of Martian meteorites are discussed in a similar context. Copyright (c) 2006 John Wiley & Sons, Ltd.

Late mesozoic to neogene radiolarian biostratigraphy and palaeoceanography in the Caribbean and East pacific region

^Raduolarians constitute a good tool for contributing to the biostratigraphy of accreted terranes and in deep-sea sediment sequences. The use of radiolarians is also proven to be valuable as a palaeoceanographic indicator. The present study evaluates radiolarians in three different geological settings, in order to better constrain the age of the sites and to try to understand their palaeoenvironmental situation at different periods, particularly in the Caribbean-Central America area. On the Jarabacoa Block, in Central Dominican Republic, a hundred meters of siliceous mudstones (Pedro Brand section in the Tireo Group) was dated as Turonian- Coniancian in age using radiolarians. A 40Ar-39Ar whole rock age of 75.1±1.1 Ma (Campanian), obtained in a basalt dyke crosscutting the radiolarian bearing rocks, a consistent minimum age for the pelagic-hemipelagic Pedro Brand section. The Jarabacoa Block is considered as the most complete outcrop section of Pacific ocean crust overlain by a first Aptian-Albian phase of Caribbean Large Igneous Province-type activity (CLIP), followed by the development of a Cenomanian-Santonian intraoceanic arc, which is in turn overlain by a late Campanian-Maastrichtian CLIP-phase. The Tireo Group records an episode of pelagic to hemi-pelagic and intermediate to acidic arc-derived sedimentation, previous to the youngest magmatic phase of the CLIP. Thus, the section of Pedro Brand has been interpreted in this study as being part of the intraoceanic arc. In northern Venezuela, a greenish radiolarite section from Siquisique Ophiolite (basalts, gabbros and some associated cherts) in Guaparo Creek has been studied. In previous studies, the Ophiolite unit (Petacas Creek section) has been dated as Bajocian-Bathonian, based on ammonites present in interpillow sediments from basalt blocks. New dating of the present study concluded in an Aptian?-Albian-Cenomanian age for the Guaparo creek section (middle Cretaceous), based on radiolarian assemblage associated to basalts-gabbros rocks of the unit. Previous plagioclase 40Ar-39Ar ages from the Siquisuique Ophiolite may be slightly younger (94-90 Ma.) and may, therefore, represent younger dykes that intruded onto a well-developed sheeted dyke complex of the Siquisique. The geochemistry of these rocks and the palaeotectonic reconstruction of the Caribbean area during this period suggest that these rocks were derived from a mid-ocean ridge with an influence of deep mantle plume. The Siquisique Ophiolite most probably represents a fragment of the proto-Caribbean basin. The Integrated Ocean Drilling Program Expedition 344 drilled a transect across the convergent margin off Costa Rica. Two sites of this expedition were chosen for radiolarian biostratigraphy and palaeoceanographic studies. Both sites (U1381C and U1414A) are located in the incoming Cocos plate, in the eastern Equatorial Pacific. The succession of U1381C yields a Middle Miocene to Pleistocene age, and presents an important hiatus of approximately 10 Ma. The core of U1414A exposes a continuous sequence that deposited during Late Miocene to Pleistocene (radiolarian zones RN6-RN16). The ages were assigned based on radiolarians and correlated with nannofossil zonation and tephra 40Ar-39Ar datation. With those results, and considering the northward movement of the Cocos plate motion (about 7 cm/year), deduction is made that the sites U1381C and U1414A were initially deposited during the Miocene, several hundreds of kilometres from the current location, slightly south of the Equator. This suggests that the faunas of these sites have been subjected to different currents, first influenced by the cold tongue of the South Equatorial Current and followed by the warm Equatorial Countercurrent. At last, coastal upwelling influenced faunas of the Pleistocene. -- Les radiolaires sont considérés comme un outil utile à la biostratigraphie des terrains accrétés et des sédiments profonds. Leur utilité est aussi prouvée comme étant remarquable au niveau des reconstructions paléocéanographiques. La présente étude évalue l'importance et la présence des radiolaires de trois localités géologiquement différentes d'Amérique Centrale-Caraïbes, dans le but d'améliorer les model d'âges et de mieux comprendre la situation paléoenvironnementale à travers le temps. Dans le Bloque de Jarabacoa, au centre de la République Dominicaine, une section de cent mètres (section de Pedro Brand, Groupe de Tireo) a été datée comme faisant partie du Turonien-Santonien, en utilisant les radiolaires. Une datation 40Ar-39Ar sur roche totale de 75±1.1 Ma (Campanien) a été obtenu pour vin dyke traversant les sédiments riches en radiolaires, en cohérence avec l'âge minimum accordé à la section de Pedro Brand. Aux Caraïbes, le Bloque de Jarabacoa est considéré comme l'affleurement le plus complet présentant une succession de croûte océanique d'origine Pacifique recouverte d'une première phase d'activité volcanique de type CLIP (Caribbean Large Igneous Province) d'âge Aptien- Albien, de dépôts d'arc volcanique intra-océanique d'âge Cénomanien-Santonien, puis d'une seconde phase de type CLIP d'âge Campanien-Maastrichtien. Le Groupe de Tireo enregistre un épisode de dépôt pélagiques-hémipélagiques et d'arc volcanique, antérieur à la plus jeune phase de type CLIP. Cette étude place donc la formation de la section de Pedro Brand au moment du développement de l'arc intra-océanique. A Guaparo Creek (nord du Vénézuela), une section de radiolarite verdâtre faisant partie des ophiolites de Siquisique (basaltes, gabbros, cherts) a été étudiée. Dans des études précédentes, sur la localité de Petacas Creek, l'unité ophiolitique a été daté d'âge Bajocien- Bathonien (Jurassique) sur la base d'ammonites trouvées dans des sédiments intercalés entre des laves en coussins. Les nouvelles datations de notre étude, basées sur des assemblages à radiolaires de l'unité à basaltes-gabbros, donnent un âge Aptien?-Albien-Cénomanien (Crétacé moyen). Les âges de l'Ophiolite de Siquisique, précédement calculés par la méthode sur plagioclases, pourraient être légèrement plus jeune (94-90 Ma) et donc représenter des intrusions plus récentes de dykes dans le complexe filonien déjà bien dévelopé. La géochimie de ces roches magmatiques, ainsi que les reconstructions paléotectoniques de la zone Caraïbes durant cette période, suggèrent que ces formations sont dérivées d'une ride médio-océanique associée à l'influence d'un panache mantellique. L'ophiolite de Siquisique représente très probablement un fragment du bassin de proto¬Caraïbe. L'expédition 344 du programme IODP (Integrated Ocean Drilling Program) a eu lieu dans l'optique de forer et dresser une coupe de la marge convergente au large du Costa Rica. Deux sites de cette expédition ont été choisis pour les besoins des études de biostratigraphie et de reconstruction paléocéanographique. Ces deux sites (U1381C et U1414A) sont situés sur la plaque subductante de Cocos, dans la zone Pacifique est-équatoriale. La carotte U1381C expose une séquence s'étalant du Miocène moyen au Pléistocène, et présente un important hiatus d'environ 10 Ma. La carotte U1414A expose une séquence continue s'étalant du Miocène tardif au Pléistocène (zone à radiolaires RN6-RN16). Les âges ont été assignés sur la base des radiolaires et corrélés avec les zones à nanofossiles et les datations 40Ar-39Ar sur téphras. Avec ces résultats, et en considérant le mouvement nord de la plaque de Cocos (environ 7 cm/an), déduction est faite que les deux sites étaient initialement situés, au cours du Miocène, à plusieurs centaines de kilomètres de leur location actuelle, au sud de l'équateur. Cela suggère que les faunes de ces sites ont été sujettes à différents courants; premièrement influencées par la langue froide du SEC (South Equatorial Current), puis par les eaux chaudes du ECC (Equatorial Countercurrent). Pour terminer, les remontées d'eau côtières ont influencées les faunes Pléistocène.