Tipos de Magmas que podem-se achar nas Ilhas Oceanicas: Toleitica, alcalina e altamente alcalina

Depois Wilson (1989) Igneous Petrogenesis. Kluwer.

Series magmáticas alcalinas:

-alcalinas (magmas de ilhas oceánicas, pontos quentes, rift continental)

-Sobresaturada

-Sub-saturada

- altamente alcalinas (magmas de rift continental, intraplaca continental)

-Subsatura

3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 50

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

Picro -basalt

Basalto

AndesitoDacito

R io lito

Traqu ito

Traqu idacitoFo idito

Na

O+

KO

22

S iO 2

traqu i-andesito

Fonolito

Tefro-fonolito

Fono-tefrito

TefritoBasanito

Andesito-basaltico

traqui-andesitobasáltico

traqui-basálto

4 5 5 2

5 76 3

Na- Traquito

Lacito (K)

Shoshonito (K)

K -traquibasálto

Hawaito

Benmoreito (Na)K- Traquito

3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 50

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

Picro -basalt

Basalto

AndesitoDacito

R io lito

Traqu ito

Traqu idacitoFo idito

Na

O+

KO

22

S iO 2

traqu i-andesito

Fonolito

Tefro-fonolito

Fono-tefrito

TefritoBasanito

Andesito-basaltico

traqui-andesitobasáltico

traqui-basálto

3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 50

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

Picro -basalt

Basalto

AndesitoDacito

R io lito

Traqu ito

Traqu idacitoFo idito

Na

O+K

O2

2

S iO 2

traqu i-andesito

Fonolito

Tefro-fonolito

Fono-tefrito

TefritoBasanito

Andesito-basaltico

traqui-andesitobasáltico

traqui-basálto

Os magmas alcalinos, dependiendo do conteúdo em Na2O e K2O, podem evoluir gerando líquidos sovrassaturo (riolitos alcalinos) o sobsaturos (fonolitos).

Os basáltos alcalinos que geram, por diffrenciação, riolítos alcalino chamam-se basáltos transicionais

Magmas tipo OIB

Ilhas oceânicas e seamounts

Comumente associados com hot spots

Vulcanismo de Intraplaca

Depois de Crough (1983) Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 11, 165-193.

Ilhas oceânicas e seamountsIlhas oceânicas e seamountsComumente associados com Comumente associados com hot spotshot spots

Elementos traços

Os elementos traço LIL (K, Rb, Cs, Ba, Pb2+ and Sr) e HFS (Th, U, Ce, Zr, Hf, Nb, Ta) são incompatíveis e encontram-se enriquecidos nos magmas tipo OIB com respeito aos MORB.

As razões dos elementos incompatíveis são usadas para distinguir as diferentes fontes magmaticas:

–N-MORB: a razão K/Ba è alta (> 100)–E-MORB: a razão K/Ba è baixa (~30)

•N-MORB: a razão Zr/Nb geralmente è alta (>30)•OIBs: a razão Zr/Nb geralmente è baixa(<10)

Figure 14-2. After Wilson (1989) Igneous Petrogenesis. Kluwer.

Elementos traços

MORB-normalized Spider Diagrams

Figure 14-3. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. Data from Sun and McDonough (1989).

Basaltos toleíticos

Fenocristais

OLIVINA: Os fenocristais de olivina grande não são frequentes. São não zonados e podem apresentar borda de ortopiroxênio

OPX: Podem ocorrer em fenocristais

PLAGIOCLASIO: Pode ocorrer nos primeiros estágios da seqüência de cristalização

CPX: Fenocristais de augita

Basaltos alcalinos

Fenocristais

OLIVINA: Os fenocristais de olivina grande são frequentes. São fortemente zonados

OPX: ausente

PLAGIOCLASIO: Pouco comum, pode ocorrer nos estágios tardios da seqüência de cristalização

CPX: Fenocristais de augita titanifera, fortemente onadas com bordas marrom-púrpura

Composição isotópica de Sr e Nd para os differentes tipos de basáltos

Figure 14-10. Nomenclature from Zindler and Hart (1986). After Wilson (1989) and Rollinson (1993).

Exemplo de Ilhas de Havaí

Na Ilha de Hawaii existem dois tipos principais de séries

- Séries Toleíticas (tipo dominante )–Basalto primordial: Toleito de ilhas oceânicas ou OIT–Similares do MORB, porém com algumas diferenças químicas e mineralógicas.

- Séries Acalinas (subordinadas)–Basalto primordial: Basalto de ilhas oceânicas, ou OIA–Dois tipos principais de sub-séries alcalinas

•Sub-saturadas em sílica •Levemente sobresaturadas (séries menos comuns)

Kilauea KohalaBasálto Toleitico Basálto alcalino MORB

SIO2 50.51 47.52 48.77AL2O3 13.45 15.95 15.9Fe2O3 1.78 7.16 1.33FeO 9.59 5.3 8.62MgO 7.41 5.18 9.67CaO 11.18 8.96 11.16Na2O 2.28 3.56 2.43K2O 0.49 1.29 0.08MnO 0.12 0.19 0.17TiO2 2.63 3.29 1.15P2O5 0.28 0.64 0.09H2O 1.16 0.3

La 13.4 38 2.1ce 35.5 85Sm 6.14 11.8 2.74Eu 1.88 3.5 1.06Yb 1.98 3.08 3.2Rb 9.2 26 0.56Sr 371 650 88.7Ba 150 340 4.2

Exemplo Hawaí Vulcanismo Cíclico, comportamento da

história eruptiva1. Estágio de construção Pré-escudo tipo alcalino

e variável

2. Estágio de construção do escudo começa com tremendas erupções de basaltos toleíticos

Contexto do Hawaí3. Atividade eruptiva mais alcalina, esporádica

e violenta (Mauna Kea, Hualalai e Kohala). As Lavas são mais diversificadas, com importantes proporções de líquidos diferenciados.

4. Um período comprido latente, seguido por um estágio pós-erosivo. Caracterizado por magmas altamente alcalinos e magmas subsaturados em sílica, incluindo basaltos alcalinos, nefelinitos, basaltos melilíticos e basaltos

Um Modelo de Magmatismo Oceânico

DMDM

OIBOIB

ContinentalContinental

ReservoirsReservoirs

EM e HIMU de EM e HIMU de crustalcrustal sources (subducted OC + CC seds) sources (subducted OC + CC seds)

Nomenclature from Zindler and Hart (1986). After Wilson (1989) and Rollinson (1993).

•Útil para as rochas nas faixas moveis antigas e nos crátons onde não se pode reconhecer o ambiente tectônico original

•Os elementos traços podem discriminar um ambiente tectônico?

•O método è empírico para as rochas modernas

•Utilizam-se os elementos imóveis nas condições de baixo e médio metamorfismo

Os elementos traços como ferramentas para determinar os paleo-ambientes tectônicos

Figure 9-8.Figure 9-8. (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 in Thorpe (ed.), Andesites: Orogenic andesites and related rocks. Wiley. Chichester. pp. 525-548Thorpe (ed.), Andesites: Orogenic andesites and related rocks. Wiley. Chichester. pp. 525-548 , Coish et al. (1986), , Coish et al. (1986), Amer. J. Sci., Amer. J. 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.

Ciclo de Wilson

Magmatismo de Rift

1 5 % 5 0 %

G E O T E R M A

Solidus

Liq ui du s

1000 1500 2000500 T (°C )0

100

50

150

A’

A

km

Exemplo de fusão por descompressão adiabática (caso do ascenso do manto nas cadeia meso-oceânicas e nas zonas de rift)

Estagio Pre-rift: ascenso do manto astenosferico (ativamente o passivamente) na litossfera. Fusão do manto por descompressão adiabatica (área verde indica o sector onde acontece a fusão parcial) e produção de magmas alcalinos. Pode acontecer tambem a fusão parcial do manto litosferico subcontinental metasomatizado.

Estagio de Rift : desenvolvimento do rift continental com erupção dos magmas alcalinos (vermelho) desde uma fonte astenosferica. Ascenso da astenosfera quente produze processos de fusão parcial na crosta. Na estrutura do rift acumulam-se materiais vulcânico e vulcaniclástico.

Estagio tipo Afar: a astenosfera alcança os níveis crustais. Representa a transição ao desenvolvimento e formação da crosta oceânica.

Figure 19-9. Hypothetical cross sections (same vertical and horizontal scales) showing a proposed model for the progressive development of the East African Rift System. a. Pre-rift stage, in which an asthenospheric mantle diapir rises (forcefully or passively) into the lithosphere. Decompression melting (cross-hatch-green indicate areas undergoing partial melting) produces variably alkaline melts. Some partial melting of the metasomatized sub-continental lithospheric mantle (SCLM) may also occur. Reversed decollements (D1)

provide room for the diapir. b. Rift stage: development of continental rifting, eruption of alkaline magmas (red) mostly from a deep asthenospheric source. Rise of hot asthenosphere induces some crustal anatexis. Rift valleys accumulate volcanics and volcaniclastic material. c. Afar stage, in which asthenospheric ascent reaches crustal levels. This is transitional to the development of oceanic crust. Successively higher reversed decollements (D2 and D3)

accommodate space for the rising diapir. After Kampunzu and Mohr (1991), Magmatic evolution and petrogenesis in the East African Rift system. In A. B. Kampunzu and R. T. Lubala (eds.), Magmatism in Extensional Settings, the Phanerozoic African Plate. Springer-Verlag, Berlin, pp. 85-136 and P. Mohr (personal communication). Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Volcão Erta Ale

Magmatismo bimodal e

o problema do “Daly gap”

“Daly gap”: ausência o escassez de rochas com composição intermédia (~ de 55 a 65 % em SiO2)

Prováveis causas do “Daily gap”:

-O processo de Cristalização Fracionada diminui o volumem dos líquidos de composição intermedia

-Estratificação das câmaras magmáticas favorecem a erupção dos magmas mais evoluídos

-Os magmas evoluídos no derivam dos magmas basálticos

Entre 1250 º e 1150º C cristaliza só olivina e o conteúdo de SiO2 no magma não varia muito e da mesma maneira a quantidade do líquido residual diminui pouco.

Entre 1150 º e 1000º C cristalizam olivina, cpx, plagioclasio, oxidos de Fe, e o conteúdo de SiO2 no magma varia muito e da mesma maneira diminui muito a quantidade do líquido residual.

Entre 1000 º e 750º C cristalizam plagioclásio, feldspato alcalino e fémicos; o conteúdo de SiO2 no magma varia pouco e da mesma maneira a quantidade do líquido residual volta a diminuir pouco.

Os productos intermedios estão representado por “enclaves” magmáticas achadas nas rochas riolíticas pos-calder

Províncias basálticas continentais e oceânicas(Continental Flood Basalts)

Figure 15-1. Columbia River Basalts at Hat Point, Snake River area. Cover of Geol. Soc. Amer Special Paper 239. Photo courtesy Steve Reidel.

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

Províncias basálticas continentais e oceânicas

Figure 15-2. Flood basalt provinces of Gondwanaland prior to break-up and separation. After Cox (1978) Nature, 274, 47-49.

Figure 15-3. Relationship of the Etendeka and Paraná plateau provinces to the Tristan hot spot. After Wilson (1989), Igneous Petrogenesis. Kluwer.

Figure 15-9. OIB-normalized spider diagram for some representative CRBG analyses. Winter (2001). An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. (data as in Figure 15-8).

Figure 15-4. Present setting of the Columbia River Basalt Group in the Northwestern United States. Winter (2001). An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. Also shown is the Snake River Plain (SRP) basalt-rhyolite province and proposed trace of the Snake River-Yellowstone hot spot by Geist and Richards (1993) Geology, 21, 789-792.

Figure 15-13. A model for the origin of the Columbia River Basalt Group From Takahahshi et al. (1998) Earth Planet. Sci. Lett., 162, 63-80.

Figure 15-14. Diagrammatic cross section illustrating possible models for the development of continental flood basalts. DM is the depleted mantle (MORB source reservoir), and the area below 660 km depth is the less depleted, or enriched OIB source reservoir. Winter (20010 An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Magmatismo potássico e ultrapotássico

Na maioria dos ambientes tectônicos uma das características dos magmas basálticos primários é que têm uma concentração de Na2O maior que a de K2O.

As exceções mais importantes são alguns magmas básicos e ultramáficos, de ambiente tectônico de tipo intraplaca continental, que caracterizam-se por um conteudo de K2O maior que o de Na2O.

Figure 19-1. Variations in alkali ratios (wt. %) for oceanic (a) and continental (b) alkaline series. The heavy dashed lines distinguish the alkaline magma subdivisions from Figure 8-14 and the shaded area represents the range for the more common oceanic intraplate series. After McBirney (1993). Igneous Petrology (2nd ed.), Jones and Bartlett. Boston. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

•As rochas alcalinas têm geralmente mais álcalis do que pode ser acomodado por um Feldspato. Os álcalis do excesso aparecem nos feldspatóides, em piroxênios-anfíbólios sódicos, ou em outras fases alcalis-ricas, em um sentido mais restrito, rochas alcalinas possuem falta de SiO2 em relação a NaÒ, KÒ, e ao CaO.

•Isto chega ao ponto em que se tornam "crìticamente subsaturadas" em SiO2, e a nefelina ou Acmite aparecem na norma alternativamente, algumas rochas pode ser deficientes no Al2Ò3 (e não necessariamente no SiO2) de modo que o Al2Ò3 não pode transformar os álcalis em Feldspatos normativos.

•Essas rochas são peralcalinas e podem ter, por vezes, sílica subsaturada ou baixa saturação de sílica.

Em particular, estes magmas definem-se ULTRAPOTASSICOS quando têm as seguintes características (Foley et al., 1987) :

-K2O>3%

-K2O/ Na2O>3

-MgO>3%

-Alto #MgO

-Alto conteúdo de Cr e Ni

Existem três tipos situações geodinámicas que podem estar relacionadas â producção de magmas potássicos e ultrapotássicos:

1) Regiões de subducção onde os magmas potássicos estão associados a os magmas da serie calcio-alcalina (Arco de Sunda).

2) Regiões de extensão continental (East African Rift)

3) Durante o depois duma colisão continental sucessivamente a um cerre oceânico. A fase poscollisional de magmatismo potassico pode durar decenais de milhões de anos antes de evoluir a um magmatismo alcalino de intraplaca continental (Italia)

Em geral os principais modelos petrogenéticos explicam como os magmas básicos e ultrabásicos podem ser derivados por distintos graus de fusão parcial de um lerzholito fertil no manto superior

O grau de fusão parcial e a profundidade de segregação dos magmas são as variáveis mais importantes que controlam a composição dos magmas basálticos.

Figure 19-5. Chondrite-normalized REE variation diagram for examples of the four magmatic series of the East African Rift (after Kampunzu and Mohr, 1991), Magmatic evolution and petrogenesis in the East African Rift system. In A. B. Kampunzu and R. T. Lubala (eds.), Magmatism in Extensional Settings, the Phanerozoic African Plate. Springer-Verlag, Berlin, pp. 85-136. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Os magmas potássicos e ultrapotássicos caracterizam-se por conteúdos muitos altos em elementos incompatíveis (Rb, Ba, Zr, La, Ce....).

Essas concentrações anômalas no podem ser explicada com um processo de fusão parcial dum manto comum (lerzolito a espinélio o granada), dado que precisaria-se dum grau de fusão muito baixo (<1%).

Esse tipo de processo geraria uma quantidade de fusão demasiado pequena para poder ser segregada e mobilizada.

Muitos autores propõem que esses tipos de magmas fortemente enriquecidos em elementos incompatíveis podem ser gerado por um processo de fusão parcial dum manto metasomatizado o enriquecido

Figure 15-14. Diagrammatic cross section illustrating possible models for the development of continental flood basalts. DM is the depleted mantle (MORB source reservoir), and the area below 660 km depth is the less depleted, or enriched OIB source reservoir. Winter (20010 An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Chondrite-normalized rare earth element diagram showing the range of patterns for olivine-, phlogopite-, and madupitic-lamproites from Mitchell and Bergman (1991) Petrology of Lamproites. Plenum. New York. Typical MORB and OIB from Figure 10-13 for comparison. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Magmatismo Alcalino Magmatismo Alcalino ContinentalContinental

LAMPROÍTOSLAMPROÍTOS

Magmatismo Alcalino ContinentalMagmatismo Alcalino ContinentalLAMPROÍTOSLAMPROÍTOS

Old Nomenclature

wyomingite diopside-leucite-phlogopite lamproiteorendite diopside-sanidine-phlogopite lamproitemadupite diopside madupidic lamproitecedricite diopside-leucite lamproitemamilite leucite-richterite lamproitewolgidite diopside-leucite-richterite madupidic lamproitefitzroyite leucite-phlogopite lamproiteverite hyalo-olivine-diopside-phlogopite lamproitejumillite olivine diopside-richterite madupidic lamproitefortunite hyalo-enstatite-phlogopite lamproitecancalite enstatite-sanidine-phlogopite lamproite

From Mitchell and Bergman (1991).

Table 19-6. Lamproite Nomenclature

Recommended by IUGS

Initial 87Sr/86Sr vs. 143Nd/144Nd for lamproites (red-brown) and kimberlites (red). MORB and the Mantle Array are included for reference. After Mitchell and Bergman (1991) Petrology of Lamproites. Plenum. New York. Typical MORB and OIB from Figure 10-13 for comparison. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Magmatismo Alcalino ContinentalMagmatismo Alcalino ContinentalLAMPROÍTOSLAMPROÍTOS

Magmatismo Alcalino ContinentalMagmatismo Alcalino ContinentalLAMPROFÍROSLAMPROFÍROS

biotite, hornblende, Na- Ti- amphib., melilite, biotite,feldspar foid diopsidic augite, diopsidic augite, Ti-augite, ± Ti-augite

(± olivine) (± olivine) olivine, biotite ± olivine ± calciteor > pl -- minette vogesitepl > or -- kersantite spessartiteor > pl feld > foid sannaitepl > or feld > foid camptonite

-- glass or foid monchiquite polzenite-- -- alnöite

Lamprophyre branch: Alkaline MeliliticAfter Le Maitre (1989), Table B.3, p. 11.

Calc-alkaline

constituents

Table 19-7. Lamprophyre Nomenclature

Light-colored Predominant mafic minerals

Model of an idealized kimberlite system, illustrating the hypabyssal dike-sill complex leading to a diatreme and tuff ring explosive crater. This model is not to scale, as the diatreme portion is expanded to illustrate it better. From Mitchell (1986) Kimberlites: Mineralogy, Geochemistry, and Petrology. Plenum. New York. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Magmatismo Magmatismo Alcalino ContinentalAlcalino Continental

KIMBERLITOSKIMBERLITOS

Magmatismo Magmatismo Alcalino ContinentalAlcalino Continental

KIMBERLITOSKIMBERLITOS

Lamproite*

SiO2 33.0 27.8-37.5 35.0 27.6-41.9 45.5

TiO2 1.3 0.4-2.8 1.1 0.4-2.5 2.3

Al2O3 2.0 1.0-5.1 2.9 0.9-6.0 8.9

FeO* 7.6 5.9-12.2 7.1 4.6-9.3 6.0 MnO 0.14 0.1-0.17 0.19 0.1-0.6MgO 34.0 17.0-38.6 27. 10.4-39.8 11.2 CaO 6.7 2.1-21.3 7.5 2.9-24.5 11.8

Na2O 0.12 0.03-0.48 0.17 0.01-0.7 0.8

K2O 0.8 0.4-2.1 3.0 0.5-6.7 7.8

P2O5 1.3 0.5-1.9 1.0 0.1-3.3 2.1

LOI 10.9 7.4-13.9 11.7 5.2-21.5 3.5

Sc 14 20 19V 100 95 66Cr 893 1722 430Ni 965 1227 152Co 65 77 41Cu 93 28Zn 69 65Ba 885 3164 9831Sr 847 1263 3860Zr 263 268 1302Hf 5 7 42Nb 171 120 99Ta 12 9 6Th 20 28 37U 4 5 9La 150 186 297Yb 1 1 1Data from Mitchell (1995), Mitchell and Bergman (1991)

* Leucite Hills madupidic lamproite

Table 19-8. Average Analyses and Compositional Ranges of Kimberlites, Orangeites, and Lamproites.

Kimberlite Orangeite

Chondrite-normalized REE diagram for kimberlites, unevolved orangeites, and phlogopite lamproites (with typical OIB and MORB). After Mitchell (1995) Kimberlites, Orangeites, and Related Rocks. Plenum. New York. and Mitchell and Bergman (1991) Petrology of Lamproites. Plenum. New York. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Magmatismo Magmatismo Alcalino ContinentalAlcalino Continental

KIMBERLITOSKIMBERLITOS

Chondrite-normalized spider diagram for kimberlites, unevolved orangeites, and phlogopite lamproites (with typical OIB and MORB). After Mitchell (1995) Kimberlites, Orangeites, and Related Rocks. Plenum. New York. and Mitchell and Bergman (1991) Petrology of Lamproites. Plenum. New York. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Magmatismo Alcalino Magmatismo Alcalino ContinentalContinental

KIMBERLITOSKIMBERLITOS

Hypothetical cross section of an Archean craton with an extinct ancient mobile belt (once associated with subduction) and a young rift. The low cratonal geotherm causes the graphite-diamond transition to rise in the central portion. Lithospheric diamonds therefore occur only in the peridotites and eclogites of the deep cratonal root, where they are then incorporated by rising magmas (mostly kimberlitic- “K”). Lithospheric orangeites (“O”) and some lamproites (“L”) may also scavenge diamonds. Melilitites (“M”) are generated by more extensive partial melting of the asthenosphere. Depending on the depth of segregation they may contain diamonds. Nephelinites (“N”) and associated carbonatites develop from extensive partial melting at shallow depths in rift areas. After Mitchell (1995) Kimberlites, Orangeites, and Related Rocks. Plenum. New York. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Magmatismo Alcalino ContinentalMagmatismo Alcalino ContinentalKIMBERLITOSKIMBERLITOS