Petrochemical aspects of Central American Magmatism

Zusammenfassung

Auf Grund zahlreicher chemischer Gesteinsanalysen, die aufRittmann-Normen umgerechnet und ausgewertet wurden, lassen sich neue ZusammenhÄnge zwischen Krustenbau, erdgeschichtlicher Entwicklung und dem Gesteinschemismus des kretazisch-kÄnozoischen Magmatismus in Mittelamerika aufzeigen. Hierbei ist die Tatsache, da\ der Nordteil Mittelamerikas eine kontinentale Kruste, der Südteil dagegen nur eine ozeanische Kruste besitzt, von ausschlaggebender Bedeutung.

Im Norden begann der tertiÄre Vulkanismus mit der Förderung der andesitischen und latiandesitischen Gesteine der Matagalpa-Formation. Im MiozÄn kam es zum Ausbruch gro\er Massen alkalirhyolithischer, rhyolithischer und rhyodazitischer Ignimbrite, die nicht nur zeitlich und rÄumlich, sondern auch petrochemisch eng an die Förderung der Matagalpa-Formation anschlie\en. Die Vulkanite der Matagalpa-Formation werden als „andesitische“ Aufschmelzungsprodukte tieferer, im Chemismus unterschiedlicher Krustenniveaus gedeutet, die Ignimbrite dagegen als Anatekte höherer Teile der Kruste.

Im Südteil Mittelamerikas, dessen Kenntnis vor allem auf Arbeiten im Raum von Costa Rica beruht, begann der Magmatismus mit der Förderung submariner, überwiegend tholeiitischer Basalte (Nicoya-Komplex) und der Intrusion eines (heute serpentinisierten) Peridotites. Diese Gesteine reprÄsentieren Material des subozeanischen oberen Mantels. Ein mitteltertiÄrer Vulkanismus, der intermediÄre Gesteine der Kalkalkali-Reihe gefördert hat, scheint dem spÄtmiozÄnen Plutonismus der Talamanca-Kordillere stofflich eng verwandt zu sein. Dieser Plutonismus unterscheidet sich von dem des nördlichen Mittelamerikas durch stÄrkeren Alkali-Charakter, was nicht im Einklang mit dem Krustenbau zu stehen scheint.

Der bisher ins PliozÄn gestellte Vulkanismus der Aguacate-Formation förderte stark natriumbetonte Gesteine, die sich von allen anderen Magmatit-Serien des Gebietes unterscheiden. Sie werden als Differentiationsprodukte subkrustalen ozeanischen Magmas gedeutet. Die Altersstellung dieser Serie ist revisionsbedürftig.

Im quartÄren Vulkanismus, der beiden Teilen Mittelamerikas gemeinsam ist, dominieren sowohl quarzführende Latiandesite und Andesite als auch Rhyolithe, Rhyodazite und Dazite. Eine Ähnliche bimodale HÄufung der Gesteinstypen wird aus den südamerikanischen Anden aufgezeigt. Basalte treten nur sehr untergeordnet auf; sie unterscheiden sich lediglich durch eine wenig höhere Farbzahl von den Andesiten. Diese besser als Mela-Andesite zu bezeichnenden Vulkanite dürften durch gravitative Differentiation aus „andesitischem“ Ausgangsmagma entstanden sein. Regionale Unterschiede des Gesteinschemismus sind deutlich, vor allem Nicaragua zeichnet sich durch stÄrkere BasizitÄt aus. Einzelne Vulkane sind von eng benachbarten petrochemisch oft deutlich verschieden und lassen individuelle, durch Differentiationsprozesse bedingte Entwicklungstendenzen erkennen. Die quartÄren „andesitischen“ Magmen Mittelamerikas sind ursprünglich primÄre Schmelzen, die in der von der pazifischen Küste nach Nordosten abtauchenden Benioff-Zone entstanden sein dürften. Bei ihrem Aufstieg wurden Teile dieser Schmelzen durch Kontamination mit Krustengesteinen, Vermischung mit anatektischen Schmelzen der Kruste und durch Differentiationsprozesse mehr oder weniger stark verÄndert.

Bemerkenswert ist das Vorkommen von Alkaligesteinen in grö\erer Entfernung von der Vortiefe, eine Erscheinung, die auch aus anderen Gebieten des zirkumpazifischen Vulkangürtels bekannt ist und mit der regionalen Tektonik Mittelamerikas in Zusammenhang gebracht werden kann.

Abstract

On the basis of the great stock of chemical bulk analyses and their conversion intoRittmann norms new conclusions can be drawn about the relationship of crust, geologic development and rock chemistry of the Cretaceous-Cenozoic magmatic events in Central America. In this regard the fundamental fact that a continental crust exists only in northern but is lacking in southern Central America served as a starting point.

In the northern part Tertiary volcanism first produced the andesitic and latiandesitic rocks of the Matagalpa Formation. In the Miocene enormous quantities of alkali rhyolitic, rhyolitic and rhyodacitic ignimbrites were formed which are closely connected in space and time, as well as in petrochemistry, with the Matagalpa volcanics. These are interpreted as primary “andesitic” magmas originated by fusion of various levels in the lower crust, whereas the ignimbrites may represent anatectic melts formed in higher parts of the crust.

In southern Central America, knowledge of which is based mainly on work in Costa Rica, magmatism began with submarine eruptions of predominantly tholeiitic basalts (Nicoya Complex) and the intrusion of a now serpentinized peridotite. These rocks derive from the suboceanic upper mantle. A middle-Tertiary volcanism producing intermediate calc-alkalic rocks seems to be closely related petrochemically to the late Miocene plutonism in the Cordillera de Talamanca. These plutonics contrast with those of northern Central America by having a higher alkali content.

The volcanic rocks of the Pliocene Aguacate Formation differ from all other volcanics in this area by their high sodium content. These rocks are considered to be products of differentiation of an oceanic subcrustal magma. The Pliocene age is in need of revision.

In both parts of Central America Quaternary volcanism largely produced quartz-bearing latiandesites and andesites, on the one hand, and rhyolites, rhyodacites and dacites on the other. A similar bimodal distribution was found with respect to the young volcanics of the South American Andes. Basalts occur rarely and differ from the andesites only by a slightly higher content in mafic constituents. These rocks, which better should be called mela-andesites, represent products of gravitative differentiation of the primary andesitic magmas. Regional petrochemical differences are strongly marked. Mafic rocks occur particularly in Nicaragua. Single volcanoes often show strong petrochemical contrasts even to neighbouring volcanic edifices. The Quaternary “andesitic“ magmas of Central America are thought to have originated as primary melts in the Benioff zone. Parts of these magmas were modified on their way to the surface by processes of crustal contamination, mixing with crustal derived melts and differentiation.

Noteworthy is the occurrence of alkaline rocks at greater distances from the foredeep; a phenomenon, also reported from other parts of the circum-Pacific volcanic belt, which can be related to the tectonics.

Resumen

Los resultados de nuevos análisis químicos de rocas, que fueron convertidos a normas Rittmann y procesado por computación, permiten se~nalar nuevas relaciones entre la estructura de la corteza, la historia geológica y las características químicas de los procesos magmáticos durante el Cretácico-Cenozoico de América Central. Reviste especial importancia la circunstancia de que la parte norte de Centroamérica tiene una corteza continental y la parte sur posee en cambio una corteza oceánica.

En el norte se inició el volcanismo Terciario con la erupción de rocas andesíticas y latiandesíticas de la Formación Matagalpa. Durante el Mioceno se produjeron volÚmenes grandes de ignimbritas riolíticas alcalinas, riolíticas y riodacíticas, las cuales se relacionan tanto en tiempo y espacio como petroquímicamente con la Formación Matagalpa. Las vulcanitas de la Formación Matagalpa se consideran como productos de fusión “andesitica” de niveles quimicamente diferentes más profundos de la corteza, las ignimbritas en cambio, se interpretan como productos anatécticos de niveles superiores de la corteza.

La parte sur de América Central se conoce sobre todo por los trabajos realizados en Costa Rica. Allí los procesos magmáticos comenzaron con la extrusión submarina, principalmente de basaltos toleiíticos (Complejo de Nicoya), y por la intrusión de peridotitas serpentinizadas. Estas rocas reprensentan material de la parte superior del manto sub-oceánico. El volcanismo del Terciario medio produjo rocas intermedias de la serie calcalcalina y parece estar cercanamente relacionado en composición con el plutonismo del Mioceno superior de la Cordillera de Talamanca. Este plutonismo se distingue del de América Central septentrional por su carácter más alcalino, lo que no parece estar de acuerdo con la estructura de la corteza.

Hasta ahora se ha considerado el volcanismo de la Formación Aquacate perteneciente al tiempo del Plioceno y produjo rocas con notoríos contenídos de sodio. Por esto se diferencian de todas las demás series ígneas de la región. Estas rocas se interpretan como productos de diferenciación de magmas subcorticales oceánicas. La clasificación de edad de esta secuencia merece ser revisada.

El volcanismo Cuaternario es semejante en ambas partes de América Central, aquí dominan tanto latiandesitas con cuarzo y andesitas, como riolitas, riodacitas y dacitas. Un arreglo bimodal parecido de los tipos de roca se registra en los Andes Sudamericanos. Los basaltos se presentan muy subordinadamente y se distinguen solamente por un “nÚmero de color” ligeramente más alto que el de las andesitas. Estas vulcanitas se consignan más apropiadamente como mela-andesitas y deberían haberse formado por diferenciación gravitacional a partir de un magma “andesítico” original. Existen claras diferencias regionales de la composición quimica de las rocas, sobre todo en la región de Nicaragua se distinguen características más básicas. Ciertos volcanes difieren petroquímicamente de otros focos vecinos y permitan reconocer tendencias de desarrollo individual por medio de procesos de diferenciación.

Las rocas “andesíticas” Cuaternarias centroamericanas son originalmente magmas primarios, que se pueden haber formado en la zona Benioff, inclinada hacia el noreste, de la costa Pacífica. En el ascenso, partes de estos magmas fueron más o menos modificados por contaminación con rocas de la corteza, por mezcla con fusiones anatécticas de la corteza y por procesos de diferenciación.

Es notable la presencia de rocas alcalinas a mayor distancia de la fosa frontal, una circunstancia que se conoce también de otras regiones del cinturón circumpacífico y la cual se puede relacionar con la tectónica regional de América Central.

кРАткОЕ сОДЕРжАНИЕ

пО НОВыМ ДАННыМ хИМИЧ ЕскОгО АНАлИжА пОРОД, ОБРАБОтАННых пО НОРМ АМ РИттМАНА, пытАУтсь НА НОВО УстАНОВИть ВжАИ МОсВьжь МЕшДУ стРОЕНИЕМ кОРы, РАжВИтИЕМ плАНЕты жЕ МлИ ВООБЩЕ И хИМИжМОМ пОРОД В пЕРИОДы От ВЕРхНЕгО М ЕлА ДО кАИНОжОь, ИсслЕДУь МАгМАтИты лАтИНскОИ АМЕРИкИ. ОЧЕНь ВАжЕН ФАкт, ЧтО сЕВЕРНАь ЧАсть лАтИН скОИ АМЕРИкИ пРЕДстА ВльЕт сОБОИ МАтЕРИкОВУУ кОРУ, А УжНАь ЧАсть —кОРУ МО РскОгО ДНА. тРЕтИЧНыИ ВУлкАНИжМ НАЧАлсь НА сЕВЕРЕ пОД НьтИЕМ АНДЕжИтОВ И лАтИНОАН ДЕжИтНых пОРОД ФОРМАцИИ Matagalpa. В МИО цЕНЕ ИМЕл МЕстО ВыБРО с БОльшИх кОлИЧЕстВ ЩЕлОЧНО-РИ ОлИтОВых, РИОлИтОВых И РИОДАцИтОВых ИгНИМБ РИтОВ, кОтОРыЕ тЕсНО слИлИсь с пОДНь тыМИ пОРОДАМИ ФОРМАц ИИ Matagalpa НЕ тОлькО ВРЕМЕННО И пРОстРАНс тВЕННО, НО И пЕтРОхИМИ ЧЕскИ. ВУлкАНИты ФОРМАцИИ Matagalpa РАссМАтРИВАУт, кАк пР ОДУкты „АНДЕжИтОВОг О“ РАсплАВлЕНИь БОлЕЕ г лУБОкО жАлЕгАУЩИх слОЕВ кОР ы, ОтлИЧАУЩИхсь пО сВО ЕМУ хИМИжМУ, А ИгНИМБРИты —кАк АНАтЕкты ВышЕ лЕжАЩИ х ЧАстЕИ кОРы. В УжНОИ ЧАстИ лАтИНск ОИ АМЕРИкИ, сВЕДЕНИь О кОтОРОИ В ОсНОВНОМ пОлУЧЕНы пО РАБОтАМ В РАИОНЕ Costa Rica, МАгМАтИжМ НАЧАлсь пО ДНьтИЕМ пОДВОДНых, пРЕИМУЩЕстВЕННО тОл ЕИтОВых, БАжАльтОВ (кО МплЕкс Nicoya) И ИНтРУжИЕИ сЕРпЕНтИН ИжИРОВАННых пЕРИДОтИтОВ. ЁтИ пОРО Ды пРЕДстАВльУт сОБО И МАтЕРИАл ВЕРхНИх слОЕВ МАНтИИ, пОДстИлАУЩЕИ ОкЕАНы. ВУлкАНИжМ пОРОД РьДА ИжВЕсткОВ ых-ЩЕлОЧЕИ, кАжЕтсь, тЕсНО сВьжАН пО сОстАВУ с пОжДНЕМИ ОцЕпОВыМ плУтОНИжМОМ кОРДИльЕР Talamanca. ЁтОт плУт ОНИжМ ОтлИЧАЕтсь От т АкОВОгО сЕВЕРНОИ ЧАстИ лАтИНскОИ АМЕР ИкИ БОлЕЕ сИльНыМ ЩЕл ОЧНыМ хАРАктЕРОМ, кОтОРыИ с ВьжАть сО стРОЕНИЕМ пРИБРЕж НОИ пОлОсы НЕ УДАЕтсь. ВУлкАНИжМ ФОРМАцИИ Aquacate пРОслЕжИВАЕтсь В плИ ОцЕНЕ пОДНьтИЕМ БОгАтОИ НАтРИЕМ пОРОДы, ОтлИЧ АУЩЕИсь От ВсЕх ДРУгИ х МАгМАтИЧЕскИх сВИт Ё тОгО РАИОНА. Их РАссМАтРИВАУт, кАк пРОДУкты ДИФФЕРЕНцИ АцИИ МАгМы Иж сУБкОРы МОРскОгО ДНА. ВОжРАст ЁтОИ сВИт ы тРЕБУЕт пРОВЕРкИ. ВО ВРЕМь ЧЕтВЕРтИЧНО гО ВУлкАНИжМА, ОкАжАВ шЕгОсь ОЧЕНь ОБшИРНыМ Дль ОБЕИх ЧАстЕИ лАтИНск ОИ АМЕРИкИ, ВЕДУЩИМИ Б ылИ, кАк НЕсУЩИЕ кВАРц лАтИАН ДЕжИты И АНДЕжИты, тАк И РИОлИ ты, РИОДАцИты И ДАцИты. схОДНыЕ БИМОДАльНыЕ НАкОплЕНИь тИпОВ пОР ОД НАхОДьт И В УжНОАМЕ РИкАНскИх АНДАх. БАжАльты ИМЕУт жДЕсь тОлькО ВтОРОст ЕпЕННОЕ жНАЧЕНИЕ; От А НДЕжИтОВ ОНИ ОтлИЧАУтсь тОльк О НЕскОлькО БОлЕЕ ВысО кИМ жНАЧЕНИЕМ цВЕтНО гО ЧИслА. ЁтИ ВУлкАНИты, кОтОРыЕ БылО Бы УДАЧНЕЕ НАжыВ Ать МАгМА-АНДЕжИты, МО глИ ВОжНИкНУть В РЕжУльт АтЕ гРАВИтАцИОННОИ ДИФФ ЕРЕНцИАцИИ Иж „АНДЕж ИтОВОИ“ ИсхОДНОИ МАгМы. РЕгИО НАльНыЕ РАжлИЧИь В хИМИжМЕ пО РОД ВыРАжЕНы ЧАстО, Ос ОБЕННО В НИкАРАгУЕ ОНИ ОтлИЧАУтсь БОльшОИ Щ ЕлОЧНОстьУ. ОтДЕльНы Е, РАспОлАгАУЩИЕсь ДАж Е пО сОсЕДстВУ ВУлкАНы ОтлИЧАУтсь п ЕтРОхИМИЧЕскИ ДРУг О т ДРУгА И пРОьВльУт ИНДИВИДУА льНОсИт В РАжжИтИИ, ОБУслОВлЕ ННыЕ пРОцЕссАМИ ДИФФ ЕРЕНцИАцИИ. ЧЕтВЕРтИЧНыЕ „АНДЕжИтОВыЕ“ МАгМы лАтИНскОИ АМЕРИкИ ьВ льУтсь пЕРВИЧНыМИ сплАВАМИ, кОтОРыЕ МОг лИ ВОжНИкНУть В жОНЕ Benioff, пОДНьВшИсь НА сЕВЕРО ВОстОкЕ От пОБЕРЕжьь тИхОгО О кЕАНА. пРИ ЁтОМ пОДНьт ИИ ОтДЕльНыЕ пОРОДы ЁтО гО сплАВА ОкАжАлИсь В БОльшЕИ, И лИ МЕНьшЕИ стЕпЕНИ Иж МЕНЕННыМИ В РЕжУльтАтЕ жАгРьжНЕ НИИ пОРОДАМИ кОРы, сМЕЩАН ИЕМ с АНАтАктИВЕскИМ И сплАВАМИ кОРы И пРОцЕссАМИ ДИФФЕРЕНцИАцИИ. слЕДУЕт ОтМЕтИть НАх ОДкИ ЩЕлОЧНых пОРОД Н А БОльшИх РАсстОьНИьх От МАтЕР ИкОВОгО склОНА —ьВлЕНИЕ, ИжВЕ стНОЕ И В ДРУгИх ОБлАс тьх тИхООкЕАНскОгО ВУлкАНИЧЕскОгО пОьс А, кОтОРОЕ МОжНО сВьжА ть с РЕгИОНАльНОИ тЕктОН ИкОИ лАтИНскОИ АМЕРИкИ.