Modelamiento de la producción y evolución de magmas TTG en el Arqueano: Implicaciones para la formación de Corteza Continental

Abstract

Los terrenos tonalita-trondhjemita-granodiorita (TTG) representan los primeros fragmentos de corteza continental formados en la Tierra en el Arqueano. Numerosa evidencia geoqu ́ımi- ca y experimental sugiere que estos terrenos fueron formados por fusio ́n parcial de rocas hidratadas de composici ́on basa ́ltica enriquecida en elementos incompatibles. Sin embargo, el contexto geodina ́mico en el cual se dar ́ıan las condiciones de presio ́n, temperatura y com- posici ́on (P-T-x) necesarias para generar corteza de tipo TTG no es claro y es objeto de debate. En este trabajo se utiliza modelamiento termodin ́amico de equilibrio de fases mine- rales en cinco litolog ́ıas que corresponden a posibles composiciones de la corteza primitiva formadas en distintas configuraciones geodin ́amicas. A partir del modelamiento se calcula la composicio ́n de los productos de fusio ́n parcial (i.e., fundido y residuo s ́olido) a lo largo de diferentes escenarios t ́ermicos y durante mu ́ltiples eventos de extracci ́on de fundido. Adema ́s, se analiza la evolucio ́n teo ́rica de elementos traza en el sistema despu ́es de cada uno de dichos eventos. Como resultado, se demuestra que basaltos formados en ambientes tipo stagnant-lid producen fundidos que muestran buena correlaci ́on con la composicio ́n promedio de los terre- nos TTG en t ́erminos de firma geoqu ́ımica y distribucio ́n de elementos mayores y elementos traza. Se concluye, adema ́s, que los terrenos TTG se generaron a temperaturas entre ∼850 oC y ∼1000 oC y presiones entre ∼9 kbar y ∼18 kbar en los primeros eventos de perdida de fundido y en gradientes geot ́ermicos relativamente altos que van desde 50 oC/kbar hasta incluso 100 ◦C/kbar. Estas condiciones sugieren que la formacio ́n de TTGs pudo resultar de la fusi ́on parcial de basaltos hidratados en la base de una corteza engrosada o plateau oce ́anico a profundidades entre ∼40 y ∼60 km, y no necesariamente se requirio ́ tect ́onica de placas activa en el Arqueano.

Abstract: Archean tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTG) terranes represent the first blocks of continental crust formed on Earth. Extensive geochemical and experimental evidence suggest that these rocks were formed via partial melting of enriched hydrated metabasalt. However, the geodynamic context that would account for the pressure, temperature, and compositional conditions required to form TTG magmas is unclear and matter of debate. Here, we use thermodynamic phase equilibria modeling in five contrasting lithologies that are thought to represent likely compositions of Earth’s primitive crust formed in alternative geodynamic settings. We calculated the composition of partial melting products (i.e., melt and solid residuum) along different thermal scenarios and multiple events of melt loss, and studied trace-element evolution in the system after each of these events. Our results show that basalts formed within stagnant-lid regimes are capable of producing melts that correlate with the average composition of TTGs in terms of geochemical signature and major- and trace-element distribution. In addition, we show that magmas TTG were generated at temperatures between ∼850 ◦C and ∼1000 ◦C and pressures between ∼9 kbar and ∼18 kbar during the first melt loss events in relatively high geothermal gradients from 50 ◦C/kbar up to 100 ◦C/kbar. These conditions suggest that TTGs may have resulted from partial melting of hydrated basaltic rocks at the base of an overthickened mafic crust or oceanic plateau at depths between ∼40 and ∼60 km, with no need of active plate tectonics during the Archean.