279 ALEJANDRO TOSELLICapitulo 16Magmatismo de margenes continentales activosIntroduccinLasubduccindeplacasocenicaspordebajodeplacascontinentales,generaun magmatismocalco-alcalinoparticular,comoocurreenlascostasoccidentales deAmrica, Japn, Sumatra, Alaska, Nueva Zelandia y las islas Aegean (Fig. 16-1).Lasandesitasorognicassontpicastantodelosarcosdeislascomodelosmrgenes continentalesactivos(MCA),aunquelacirculacindelosmagmasatravsdelacorteza continental, agrega complejidades a las interpretaciones petrogenticas. Los magmas calco-alcalinos son dominantes, pero varan entre bajos en K, altos en K y shoshonitas. Adems, lavasalcalinassuelenpresentarseenasociacinconelvolcanismocalco-alcalino,aunque constituyendo zonas separadas dentro del cinturn volcnico y pueden haberse formado en un rgimen de extensin similar a las cuencas de trans-arco.Fig. 16-1. Margenes continentales actios con zonas de subduccin ,modicado de \ilson 1991,.Una diferencia fundamental entre las series de los AI y los MCA, es que en estos ltimos predominan los magmas ricos en slice (dacitas y riolitas), al igual que las rocas piroclsticas (ignimbritas), que estaran asociadas con zonas de corteza continental engrosada.QumicamentelosvolcanesdeMCAtienenencomparacinconlosAI,mayor concentracin de K, Sr, Rb, Ba, Zr, Th y U, con altas relaciones K/Rb y Fe/Mg y un amplio rango de variacin de istopos de 87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd y Pb. Estas caractersticas se deberan Miscelanea 18: 279-292Elementos bsicos de petrologa gneaTucumn, 2010 -ISSN 1514 - 4836 - ISSN on-lineISSN 1668 - 3242 MAGMATISMO EN MRGENES ACTIVOS DE PLACAS 280a la participacin de corteza y a las variaciones del manto subcontinental en la petrognesis de los magmas. En los MCA la distribucin y volumen del magmatismo es controlada por el ngulo y velocidad de subduccin de las placas.La Cordillera Andina de Sudamrica se extiende a lo largo de 10.000 km, sobre el margen oeste del continente, desde el Mar Caribe hasta el Mar de Scotia, siendo la cadena montaosa ms larga del mundo y est integrada por segmentos que buzan desde < 1,3 FeO + 4,4 (Mcdonald 1974). En ciertas reas las riolitas son separadas en grupos usando su contenido de CaO (menor al 1% de CaO alcalinas o mayor al 1% calco-alcalinas). Las alcalinas tienen concentraciones ms altas de F, Cl, Nb, Ta, Zr, Mo y Cd. Fig. 16-5. Divisin de las volcanitas en relacin al K2O. Las lneas en gris denen los campo de la claiciacin 1AS, segn el contenidos de SiO2 (Peccerillo y Taylor 1976).Las riolitas pueden tener distintos orgenes, por lo que para su interpretacin se deben realizarpreguntascomo:Puedelacortezacontinentalengrosadahospedarporlargos perodosmagmasmacosmantlicos,aisladosdelexterior,paraproducirdierenciaciones que permitan ormar riolitas o ,Los magmas macos se contaminan con material cortical para producir undidos riolticos o ,Los magmas macos pueden aportar suciente energa MAGMATISMO EN MRGENES ACTIVOS DE PLACAS 286trmica a la corteza continental, para producir fundidos riolticos?Los magmas baslticos y andesticos derivados del manto de las Islas Tonga-Kermadec hansufridofraccionamientocristal-lquido,produciendomagmasdacticos(Ewartetal. 19,. Lstos autores sostienen tambin, que magmas macos similares deriados del manto, enelarcodeNuevaZelandia,fueroncontaminadospormaterialsilicoproduciendo andesitas y basaltos. La residencia de los magmas macos en la corteza continental inerior portiemposucientecomoparacontaminarse,estasujetaatenersucientetemperatura parasertransferidaalarocadecajasilica,creandofundidosparcialesriolticosdebaja temperatura.Los istopos de Sr y los elementos trazas, indican la generacin magmas riolticos por fusin parcial de grauvacas y lutitas, con R.I. de Sr = 0,705 - 0.718. Dacitas de composicin intermedia ueron posiblemente originadas por mezcla de magmas macos y riolticos, o tal ez por raccionamiento lquido-cristal desde magmas macos.Fig. 16-6. Separacin de los campos de las traquitas y riolitas alcalinas en comenditas y pantelleritas (Macdonald 1974).La mayora de las investigaciones apoyan la hiptesis de un origen cortical como fuente de las riolitas, pero los istopos de oxgeno lo ponen en duda, porque el 18O de las riolitas es de (+7 a +9), que es ms baja, que el de rocas sedimentarias corticales, que es de (+7 a +15).Composicin qumica de los magmasLasseriesdemagmasreconocidasenMCAson:calco-alcalinosaltosenKy shoshoniticas.LosaltoscontenidosenK2Opuedenrenejarelaumentodecontaminacin cortical. Asimismo las suites alcalinas se presentan del lado continental del frente volcnico, variandodesdebasaltosmedianamentealcalinosabasanitasleucticas.Estosmagmasno necesariamenteestnrelacionadosalasubduccinypuedengenerarseaconsecuenciade tectnica extensional en el trans-arco de la regin. Los tipos litolgicos ms comunes son basaltos, andesitas baslticas, andesitas, dacitas y riolitas.287 ALEJANDRO TOSELLIFig. 16-7. A) Proyeccin del volcanismo andino, mostrando la amplia dispersin composicional en el diagrama. B) Variacin de Al2O3, CaO y MgO vs. SiO2 en el Batolito de la Costa de Per (Peccerillo y Taylor 1976).Tabla 16-2. Anlisis de rocas andinas, efusivas y plutnicasELEMENTOS MAYORES LaFig.16-5A,muestraeldiagramaK2Ovs.SiO2derocasvolcnicasdedistintas zonas de los Andes, que se proyectan en los campos de alto y mediano potasio, atribuible a contaminacin cortical, que los diferencian de los AI.Los procesos de cristalizacin fraccionada muestran tendencias lineales coherentes en los diagramas de Harker, por ejemplo Fig. 16-5B, muestra las variaciones de MgO, CaO y Al2O3 % peso versus SiO2 % peso, para rocas plutnicas de Batolitos de la Costa del Per. MAGMATISMO EN MRGENES ACTIVOS DE PLACAS 288ELEMENTOS TRAZAS Los basaltos de AI se caracterizan por el enriquecimiento de elementos de bajo potencial inico (Sr, K, Rb, Ba, Th) y baja concentracin de elementos de alto potencial inico (Ta, Nb, Ce, P, Zr, Hf, Sm, Ti, Y, Yb, Sc, Cr) en comparacin con los MORB-N. El enriquecimiento en elementos de bajo potencial inico se atribuye a metasomatismo en la fuente de los basaltos, por nuidos relacionados a la loza subductada. Mientras que la depresin de los elementos de alto potencial inico, se debera al alta fusin parcial y a la estabilidad de las fases residuales del manto. En el borde andino la participacin de contaminacin cortical, es difcil de predecir por la variada composicin del material involucrado. Es posible que el agregado de material cortical al fundido basltico, produzca la variacin desde andesitas baslticas, a andesitas y riolitas.EngeneralenlosMCA,losmagmasmuestranenriquecimientoenloselementos trazasincompatibles,encomparacinconlosbasaltosdeAIO,querenejaraneectos combinadosdederivacindeunafuentedemantoenriquecidoycontaminacincortical. EnlaFig.16.8A,seproyectalasrelacionesTh/Ybvs.Ta/Yb,mostrandolasdiferencias entre basaltos relacionados a subduccin y los basaltos ocenicos derivados de una fuente deprimida o enriquecida.ISTOPOS RADIOGNICOS Larelacin 143Nd/144Ndversus87Sr/86SrdelasrocasvolcnicassemuestranenlaFig. 16-8 B y corresponden a las zonas norte, central y sur de los Andes, en comparacin con los campos MORB, OIB y AIO. Los basaltos Cenozoicos del plateau de la Patagonia, han sido erupcionados en un ambiente de tectnica extensional, al este de la Cordillera de los Andes. En general los magmas tienen un alto rango de variacin de toleiticos, a basaltos alcalinos y basanitas leucticas, que no habran sufrido contaminacin cortical y manteniendo caracteres primitivos de alto contenido de MgO = 6 11%. La variacin de 207Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb de la Fig. 16-9, muestra las zonas volcnicas del norte, centro y sur de los Andes ,plutnicas y olcanicas,. Los datos denen una tendencia Fig. 16-8. A) relaciones Th/Yb vs. Ta/Yb, mostrando las diferencias entre los basaltos de MCA y AIO segn su fuente mantlica. B) relaciones de istopos de Nd vs. Sr, para distintas zonas de volcanismo activo de los Andes.289 ALEJANDRO TOSELLIlineal bastante diferente de los MORB + OIB. La superposicin de los istopos de Pb de las rocas volcnicas y plutnicas, indican conexin gentica entre ambos ambientes.Modelos petrogenticosLos procesos petrogneticos discutidos para los AI son similares en el ambiente de MCA, a los que se le suma el pasaje de los magmas a travs de la corteza continental. La Fig. 16-10 muestraenformaesquemticalaestructuradeunmargencontinentalactivodeunazona de la Cordillera de los Andes. En la subduccin la litosfera ocenica fraes calentada por combinacin de efectos de friccin y conduccin trmica, que producen transformaciones metamrcasdesdeaciesdeesquistoserdes,pasandoporanbolitashastaeclogitas.Ll progrado de metamorsmo inolucra la deshidratacin y los nuidos resultantes son liberados dentro del manto, produciendo el descenso del solidus y promoviendo la fusin parcial. Si la temperatura del solidus de la corteza subductada es excedida, se puede generar un fundido parcial cido hidratado, que puede metasomatizar la cua de manto y causar fusin parcial. Elespesordelalitosferacontinentalalcanzalos140km(pordebajodelosAndes), comparada con los 70-80 km de la litosfera ocenica. Asimismo la corteza continental tiene 50 km de espesor, en comparacin con los 10 km de la corteza ocenica.EnelambientetectnicodelosAIelvolcanismogeneralmentetienelugarenlacua astenosfrica ms frtil, por debajo de la loza ocenica. En los MCA, tienen lugar fenmenos similares, pero los procesos son ms complejos, porque la litosfera ocenica est variadamente deprimidadebidoaeventosdegeneracindemagmasenladorsalmedioocenicayla litosferacontinentalpuedehabersidometasomatizadayenriquecida,especialmentesiha formado parte de races continentales por un tiempo considerable. Aslosnuidosderiadosdelalozapuedeniniciarlausinparcialenlalitosera subcontinental,agregandocomplejidadalageoqumicadelosistoposyelementostraza de los magmas. Pearce (1983) considera que el manto subcontinental enriquecido (litosfera) juega un rol dominante en la petrognesis de todos los basaltos generados en un MCA, ms que la conveccin astenosfrica.Fig. 16-9. Relaciones de istopos de Pb de rocas plutnicas y volcnicas de los Andes.MAGMATISMO EN MRGENES ACTIVOS DE PLACAS 290Cualquier magma derivado del manto que pase a travs de 50 km de corteza continental debeinevitablementeinteractuarcondichacorteza,porprocesosdeasimilaciny cristalizacin fraccionada. En general se asume que los magmas primarios derivados del manto son de composicin basltica, aunque magmas ms silicios pueden formarse por metasomatismo en el manto. El fraccionamiento cristalino de tales magmas a baja presin, combinado con la contaminacin cortical, pueden formar tipos de rocas ms evolucionadas.Una caracterstica particular que aparece en todas las instancias de subduccin relacionadas con el magmatismo, es la transferencia de Sr, K, Rb, Ba, Th, Ce, P y Sm, a la cua mantlica por procesos de usin parcial o transportada por nuidos, que se asocian a la deshidratacin de la loza subductada.Una vez que los magmas primarios han sido generados por fusin parcial en la cua de manto, ellos ascienden a travs de la secuencia cortical, que es superior a los 70 km, en la quesufrencontaminacin.EstosmagmasdeMCAtienensignaturasisotpicasdistintivas de Sr, Nd, Pb y O, que renejan la composicin especca de los componentes con los cuales interactan. Ellos pueden ser corteza superior o inferior, corteza moderna o Precmbrica, cadaunaconsusdiferentescaracteresisotpicos.Dondelosmagmasatraviesancorteza joven,losdatosisotpicosdeSr,NdyPb,danlaimpresinqueelmagmanoestuviera contaminado, en razn que dichas rocas tienen caracteres isotpicos similares a los magmas derivadosdelmanto.Aestosesumanlosefectosdelacontaminacindelossedimentos terrgenosqueentranenlaplacaqueessubductada,introduciendosupropiasignatura isotpica. 1odo esto eidencia la complejidad de los procesos y la dicultad en separar los componentes actuantes.Losmagmasbaslticosprimitivosgeneradosenlacuamantlica,asciendenporque sonmenosdensos,hastaqueelcontrastededensidadsehacenulo,conlasrocasdecaja. Ln los AIO esto puede acontecer a pocos kilmetros de la supercie, mientras que en los Fig. 16-10. Esquema de generacin magmtica en un margen continental activo.291 ALEJANDRO TOSELLIambientesdeMCA,estoocurreenlacortezaprofunda,enlasproximidadesdelMoho (lmitecorteza-manto).Lacortezacontinental,queesdedensidadmenorquelacorteza oceanica, acta como ltro, estancando los magmas, lo que produce que el raccionamiento y la contaminacin tengan lugar a niveles ms profundos. La rareza comparativa de las lavas basalticas en los MCA, reneja la dicultad que estas tienen para poder atraesar la corteza continental, ms que a la falta de magmas baslticos primarios en las reas continentales.LosAIocenicosinmadurosjvenes,secaracterizanporaltasproporcionesderocas olcanicas macas toleticas, en que las composiciones isotpicas y elementos trazas renejan que han derivado de un manto astenosfrico deprimido con agregado de material derivado de la loza. En contraste, en los AI maduros y en los arcos de MCA, los magmas que estn por debajo de una corteza espesa, erupcionan volmenes mayores de rocas volcnicas silcicas. En estos arcos predominan los tipos calco-alcalinos y toleticos, aunque se encuentren tipos shoshonticos.Lstaariacinestararenejandoloseectospetrogenticoscombinadosde fuente mantlica enriquecida y contaminacin cortical.Fig. 16-11. Diagrama mostrando los componentes involucrados enla generacin de magma en un MCA.AscomoenlosAI,elmagmatismoeolucionaconeltiempo,losrepetidosnujosde magma causan el engrosamiento de la corteza y as la profundidad a la cual se quedan varados se incrementa, por lo que la caracterstica toletica o calco-alcalina de los arcos no signicara diferenciasenelmagmaprimario,sinodiferenciasenlascondicionesdefraccionamiento. Por ejemplo la evolucin de un magma basltico que fracciona a profundidad somera, por encima del campo de estabilidad del anfbol, ser dominado por asociaciones anhidras que incluyen plagioclasa, olivino, ortopiroxeno, clinopiroxeno y magnetita, por lo que la evolucin MAGMATISMO EN MRGENES ACTIVOS DE PLACAS 292siguelalneatoletica.Porotraparte,amayorprofundidadelfraccionamientocristalino demagmasbsicoshidratados,estardominadoporelanfbol,queesfundamentalpara producir magmas calco-alcalinos.Enregionesparticularesdearcosmagmticosdelargavida,elefectotrmicodelos basaltosenlabasedelacorteza,puedecausarfusinparcial(anatxis),delosgneisesde la corteza inferior, produciendo magmas silcicos, a los cuales se atribuye las erupciones de ignimbritas de los Andes. La Fig. 16-11 resume los procesos y fuente de los componentes involucrados en la petrognesis de los magmas de un arco continental activo. Lecturas SeleccionadasBarazangui, M., e Isacks, B.L. 1976. Subduction ofthe Nazca plate beneath Peru: evidence from spatial distribution ofearthquakes. Geophysics Journal R. Astron. Soc. 57: 537-555. Iarmon, R.S., Barreiro, B.A., Moorbath, S., Ioes, J., lrancis, P.\., 1horpe, R.S., Deruelle, B., McIugh, J., y Viglino, J.A.1984.RegionalO-,Sr-andPbisotoperelationshipsinlateCenozoiccalc-alkalinelavasof theAndean Cordillera. J. Geol. Soc. Lond. 141: 803-822.Pearce,J.A.1983.Theroleof sub-continentallithosphereinmagmagnesisatdestructiveplatemargins.In: Hawkesworth, C.J., y Norry, M.J.(eds.). Continental basalts and mantle xenoliths, 230-249. Nantwich: Shiva.Peccerillo, A., y Taylor, S.R. 1976. Geochemistry ofEocene calc-alkaline volcanic rocks from the Katamonu area, northern Turkey. Contrib. Mineral. Petrol. 58: 63-81.Pitcher, \.S. 1985. A multiple and composite batholiths. In: Pitcher, \.S., Atherton, M.P.,Cobbing, L.J., Beckensale, R.D.. (eds.). Magmatism and Plate Edge. The Peruvian Andes. Blackie. Glasgow. 19-40.1horpe, R.S. ,ed., 1982. 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