Evolución magmática de la isla Robinson Crusoe, Dorsal de Juan

Evolución magmática de la isla Robinson Crusoe, Dorsal
de Juan Fernández, Chile: resultados preliminares
Javier Reyes V. *(1,2), Luis E. Lara (3)
(1) Departamento de Geología, Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Santiago, Chile
(2) Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes, Universidad de Chile, Santiago, Chile
(3) Programa de Riesgos Volcánicos, Servicio Nacional de Geología y Minería, Santiago, Chile
* E-mail: [email protected]
Resumen. La isla Robinson Crusoe está formada por
remanentes de estructuras volcánicas tipo escudo y
constituye un clásico ejemplo de volcanismo intraplaca. En
su sección expuesta se distinguen tres unidades
volcánicas diferentes: la ‘Secuencia Punta Larga’ (SPL)
formada por basaltos toleíticos parcialmente alterados; la
‘Secuencia Puerto Inglés’ (SPIN) integrada por basaltos
transicionales con presencia de grupos de alto Mg ricos en
olivino; y la ‘Secuencia Bahía del Padre’ (SBDP), formada
por basanitas con fenocristales de olivino y titanoaugita. Se
reconoce también la presencia de un cuerpo intrusivo
alcalino, denominado ‘Intrusivo de Punta Larga’ (IPL),
formado por sienitas y sienodioritas de clinopiroxeno. Las
variaciones composicionales internas observadas en la
SPIN pueden ser explicadas mediante procesos de
acumulación y/o cristalización fraccionada de fases como
olivino, clinopiroxeno y plagioclasa. En tanto, el marcado
enriquecimiento en LILE de las secuencias más jóvenes
indica un fuerte aumento en la alcalinidad, especialmente
notorio en la SBDP. Se plantean dos hipótesis distintas
para explicar las variaciones entre las distintas secuencias:
disminución progresiva en el grado de fusión parcial a
partir de un manto enriquecido; y cambio en la fuente
mantélica asociada a la formación de SBDP, cuyas
características serían similares a fuentes tipo HIMU.
(Lara, 2010). La sección emergida de la isla está formada
por rocas volcánicas mayoritariamente básicas además de
un cuerpo intrusivo de carácter félsico y escasas secuencias
sedimentarias de baja potencia.
Basado en criterios litológicos y estratigráficos, Morales
(1987)
distinguió
distintas
unidades
volcánicas
denominadas informalmente como ‘Secuencia Punta
Larga’ (SPL), ‘Secuencia Puerto Inglés’ (SPIN) y
‘Secuencia Bahía del Padre’ (SBDP), delimitadas por
discordancias erosivas. El cuerpo plutónico recibe el
nombre de ‘Intrusivo de Punta Larga’ (IPL).
Dataciones K-Ar han entregado valores de 5,8±2,1 Ma
para la SPL (Stuessy et al, 1984) y entre 3,1 y 4,23 Ma
para la SPIN (Baker et al, 1987 y referencias; Stuessy et
al, 1984; Lara et al, en prep.). Recientemente, se han
obtenido nuevas edades radiométricas para la unidad más
joven (SBDP) de ca. 1,2 Ma.
3 Método de trabajo y técnicas analíticas
En complemento a la información previa, se recolectaron
32 muestras representativas de la totalidad de rocas ígneas
presentes en la isla con estricto control estratigráfico. Para
cada muestra se estudiaron secciones delgadas y datos
geoquímicos (Laboraorios ACME en Vancouver, Canadá,
mediante ICP-ES y ICP-MS).
Palabras Claves: Juan Fernández Ridge, volcanismo
intraplaca, evolución magmática, Robinson Crusoe
1 Introducción
4 Petrografía y Geoquímica
La isla Robinson Crusoe (33°38’42’’S-78°49’23’’W)
corresponde a un conjunto volcánico de intraplaca
emplazado en la Dorsal de Juan Fernández, un ridge
asísmico de orientación aproximada E-W situado sobre la
placa de Nazca. Las islas Santa Clara y Alejandro Selkirk,
junto a los montes submarinos O´Higgins, Guyot
O´Higgins, Alpha, Beta, Gamma, Domingo y Friday son
los otros constituyentes más conspicuos de esta dorsal.
4.1 Secuencia Punta Larga
El objetivo de esta contribución es discutir los principales
procesos que controlan la evolución magmática de las
rocas presentes en esta isla caracterizando los mecanismos
petrogenéticos involucrados.
Esta unidad está integrada por basaltos y andesitas
basálticas principalmente toleíticas de medio K. Poseen
escasos fenocristales de plagioclasa y clinopiroxeno. La
masa fundamental presenta microlitos de plagioclasa,
clinopiroxeno, opacos y vidrio en cantidad variable.
Minerales secundarios como clorita, esmectita, epidota y
carbonatos se reconocen en proporciones importantes
dentro de este conjunto. La SPL presenta los valores
relativos más bajos de Ni, Cr y Co.
2 Marco geológico
4.2 Secuencia Puerto Inglés
La isla Robinson Crusoe corresponde al remanente de
estructuras antiguas tipo escudo profundamente erodadas
Esta unidad es representativa de la fase más intensa de
volcanismo de escudo en la isla Robinson Crusoe. Se
383
compone de basaltos (se reportan andesitas en la unidad
inferior) de medio K con afinidad transicional desde
toleítica a alcalina. Presentan escasos fenocristales de
plagioclasa zonada, olivino con bordes y fracturas
alterados a iddingsita y clinopiroxeno. La masa
fundamental, generalmente intergranular, se compone de
plagioclasa,
clinopiroxeno,
olivino,
opacos
y
ocasionalmente vidrio y vesículas. El piroxeno en la masa
fundamental en las rocas alcalinas corresponde a
titanoaugita. Destaca la existencia de un grupo de picritas y
meimequitas ricas en fenocristales de olivino (hasta 35%
de la roca total) con MgO>16% y bajos contenidos
relativos de Ti, Al, Ca, P y Na.
1400
Picritas y meimequitas
1200
Ni (ppm)
1000
800
600
400
200
4.3 Secuencia Bahía del Padre
0
35
Esta unidad está compuesta por basanitas de medio y alto
K con fenocristales de olivino y titanoaugita. La masa
fundamental es rica en microlitos de plagioclasa junto a
titanoaugita, olivino, nefelina y opacos (ilmenita), además
de cantidades variables de vidrio intersticial. Estas rocas
poseen fuerte enriquecimiento relativo en Na, Nb, y Ta,
leve en Zr, Hf, Y, Th y empobrecimiento en FeOT y Ti.
45
55
65
75
85
Mg #
Figura 1. Diagrama de variación Mg# vs Ni. La tendencia
observada entre ambos elementos junto a evidencias
petrográficas, indica la importante presencia de olivino provocada
por acumulación cristalina. Se anexan muestras de la isla
Alejandro Selkirk que exhiben la misma tendencia descrita
(Baker et al, 1987; Farley et al, 1993).
4.4 Cuerpos intrusivos
En tanto, el comportamiento acoplado de CaO con V y Sc
(Fig. 2) indica fraccionamiento de clinopiroxeno dentro de
la unidad SPIN. Además, las variaciones de CaO con
respecto a Sr y Al2O3, permiten deducir el fraccionamiento
de plagioclasa dentro de la misma secuencia. Luego, los
procesos de acumulación y fraccionamiento mineral son
capaces de explicar las variaciones composicionales
internas observadas dentro de SPIN.
Estos cuerpos corresponden esencialmente a sienitas y
sienodioritas de alto y medio K. Su mineralogía consiste en
feldespato potásico (ortoclasa), plagioclasa, clinopiroxeno
(alterado a anfíbola, clorita y óxidos Fe-Ti), cuarzo y
opacos. Destaca la presencia de circón y notorios cristales
euhedrales de apatito. Estas rocas se encuentran
enriquecidas en Na, K, LILE, HFSE; y fuertemente
empobrecidas en Fe, Mg, Ti, Ca, V y Sc.
Por otro lado, las sienitas y sienodioritas de IPL se habrían
formado mediante diferenciación a partir de un magma
alcalino. Cristalización fraccionada de fases como
plagioclasa, piroxeno y apatito se constituirían como el
principal proceso involucrado.
4.5 Enclaves ultramáficos
Particularmente visibles en la unidad SPIN, se reporta la
existencia de enclaves ultramáficos clasificados como
dunitas. Poseen textura heteroacumulada con crecimiento
de plagioclasa y clinopiroxeno entre cristales anhedrales de
olivino (89% de la roca total). Exhiben enriquecimiento en
elementos compatibles al olivino como Mg, Fe, Cr, Ni y
Co.
5.2 Evolución magmática de la isla Robinson
Crusoe
Las características petrográficas y geoquímicas de las
distintas secuencias permiten establecer una clara
tendencia marcada por el aumento de la alcalinidad en las
unidades volcánicas más jóvenes. Esta alcalinidad se
refleja en un mayor contenido en LILE con respecto a
HFSE. Luego, las rocas parcialmente alteradas de la SPL
son toleíticas (La/Yb=10,69, Ba/Zr=0,76, Nb/Zr=0,16). La
fase principal de volcanismo de escudo (SPIN) es
transicional de toleítica a alcalina (La/Yb=13,69;
Ba/Zr=1,07; Nb/Zr=0,16); destacando la existencia de
picritas y meimequitas con acumulación de olivino
(La/Yb=6,76; Ba/Zr=0,73; Nb/Zr=0,13). Finalmente, las
basanitas post-escudo de la SBDP son fuertemente
alcalinas (La/Yb=22,32; Ba/Zr=2,26; Nb/Zr=0,26).
5 Discusión
5.1 Cristalización fraccionada y/o acumulación
La concentración de Ni en relación al Mg# (Fig. 1), junto a
la abundancia de fenocristales de olivino (hasta 35% de la
roca total) en un importante conjunto de rocas de la SPIN,
permite inferir la participación de procesos de acumulación
de cristales de olivino que dan cuenta de la composición
del grupo de picritas y meimequitas (alto Mg) de esta
secuencia.
384
observaciones y colaboración en terreno.
0,30
HIMU
0,25
Nb/Zr
0,20
EMII
EMI
0,15
0,10
N-MORB
0,05
0,00
Figura 2. Diagrama de variación CaO vs V. Se aprecia la
tendencia a la disminución conjunta de CaO y V indicativa de
fraccionamiento de clinopiroxeno. Se muestran las tendencias
reportadas para los montes submarinos Friday y Domingo
Domingo.
(Devey et al, 2000)
0
5
10
15
20
Ba/La
Figura 3. Diagrama de variación de las razones Ba/La vs Nb/Zr
con composición promedio de rocas generadas a partir de fuentes
mantélicas tipo HIMU, EMI, EMII y N-MORB
N
(Weaver, 1991).
Se aprecia la cercanía de la SBDP con rocas de fuente HIMU, y
la composición intermedia entre HIMU y N-MORB
N
para el resto
de las secuencias.
Este aumento
ento progresivo en el valor de las razones La/Yb
y Ba/Zr en la secuencias más jóvenes, así como el
importante enriquecimiento en Nb y Ta (menos notorio en
Zr, Y, Hf y Th) en la SBDP (reflejado en la razón Nb/Zr)
implica importantes cambios en la petrogénes
petrogénesis asociada a
cada secuencia. En este sentido, fueron estudiadas
preliminarmente las muestras más primitivas de cada
unidad (excluidas rocas con acumulación de olivino)
manejando dos hipótesis capaces de explicar estos
cambios.
Referencias
Baker, P.E.; Gledhill, A.; Harvey, P.K.; Hawkesworth, C.J. 1987.
Geochemical evolution of the Juan Fernandez Islands, SE
Pacific. Journal of the Geological Society 144: 933-944.
933
Devey, C.W.; Hémond, C.; Stoffers, P. 2000. Metasomatic reactions
between carbonated plume melts and mantle harzburguite: the
evidence from Friday and Domingo Seamounts (Juan Fernandez
chain, SE Pacific). Contributions to Mineralogy
M
and Petrology
139: 68-84.
Farley, K.A.; Basu, A.R.; Craig, H. 1993. He, Sr and Nd isotopic
variations in lavas from the Juan Fernandez Archipielago, SE
Pacific. Contributions to Mineralogy and Petrology 115: 75-87.
75
Lara, L.E. 2010. Las islas oceánicas
nicas de Chile. En Díaz-Naveas, J.;
Frutos, J. (eds). Geología Marina de Chile. Comité
Oceanográfico Nacional de Chile; Pontificia Universidad
Católica de Valparaíso; Servicio Nacional de Geología y Minería
de Chile. pp. 44-47.
Morales, A.J. 1987. Geología de las islas Robinson
Rob
Crusoe y Santa
Clara, Archipiélago
élago Juan Fernández, V Región, Chile. Memoria
para optar al título de geólogo. Antofagasta, Universidad del
Norte, Departamento de Geociencias. 103p.
Stuessy, T.F.; Foland, K.A.; Sanders, R.W.; Silva, M. 1984. Botanical
and geological significance of potassium-argon
potassium
dates from the
Juan Fernández islands. Science 225 (4657): 49-51.
49
Sun, S.-s.; McDonough,, W.F. 1989. Chemical and isotopic systematic
of oceanic basalts: implications for mantle composition and
processes. En Saunders, A.D.; Norry
orry, J. (eds). Magmatism in the
Ocean Basins. Geological Society, London, Special Publications
(42):313-345.
Weaver, B.L. 1991. The origin of ocean island basalt end-member
end
compositions: trace element and isotopic
sotopic constraints. Earth and
Planetary Science Letters 104: 381-397
397.
La primera hipótesis corresponde a cambios en el grado de
fusión parcial a partir de una misma fuente
fuente. En tal caso, la
formación de la SBDP se explicaría mediante grados de
fusión parcial muy bajos (~2%) a partir de una fuente
enriquecida en Nb (con respecto al manto primitivo de S
Sun
y McDonough (1989)). La segunda hipótesis plantea un
cambio en la fuente mantélica asociada a la formación de
la SBDP. Esta fuente se encontraría enriquecida
fuertemente en Nb y Ta, y levemente en Zr, Y, Hf y Th, con
características geoquímicas similares a la fuente tipo
HIMU (Weaver, 1991) (Fig. 3). El sólido parental del resto
de las secuencias correspondería a un término intermedio
entre fuentes tipo HIMU y N-MORB (Fig. 3)
3).
Agradecimientos
Los autores agradecen al proyecto Fondecyt 1110966 que
financia esta investigación, a D. Morata y D. Sellés por las
observaciones realizadas durante el desarrollo del estudio,
y a M. Piña, G. Orozco y P. Sepúlveda por sus
385