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: jareyes@ing.uchile.cl 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. 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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