Hans Pichler

Petrochemical aspects of Central American Magmatism

ZusammenfassungAuf 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.AbstractOn 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.ResumenLos 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 contaminació

Magmatism and crustal evolution in Costa Rica (Central America)

ZusammenfassungNeue chemische Gesteinsanalysen und Spurenelement-Daten von tertiären Vulkaniten Costa Ricas erlauben eine bessere Interpretation der petrochemischen Entwicklung im südlichen Mittelamerika. Sie ist gekennzeichnet durch einen kontinuierlichen Anstieg des SiO2-Gehaltes der magmatischen Förderprodukte von der Oberkreide bis zur Gegenwart. Hierin kommt die Umwandlung ozeanischer in kontinentale (“tectonitic”) Kruste zum Ausdruck.Abweichend von allen anderen magmatischen Serien Costa Ricas weist die Aguacate-Serie eine Vorherrschaft von alkalinen Gesteinen auf, die petrochemisch denen der ost-pazifischen Inselvulkane ähnlich sind. Es wird daher die Möglichkeit erörtert, da\ die Aguacate-Serie stark abgetragene Reste tertiärer Inselvulkane darstellt.AbstractNew major element and trace element data of Lower Tertiary volcanics and of rocks of the Aguacate volcanic series permit a better understanding of the petrochemical evolution in the Costa Rica area. This evolution of the magmatic and tectonic processes shows clearly the transformation of oceanic crust with basic magmatism into a continental crust with intermediate to acidic magmatic activity. The main trend since the upper Cretaceous is characterized by a continual increase of the silica level of the magmatic products which build up the present “tectonitic crust” of Costa Rica.Only the Aguacate volcanic series is contrasting from all other magmatic series by predominance of alkaline rocks which are petrochemically quite similar to the volcanics of the East-Pacific Islands. It is considered, therefore, that the Aguacate volcanics represent remnants of Upper Tertiary island volcanoes.ResumenNuevos análisis químicos y datos de elementos trazas en los volcanitos terciarios de Costa Rica permiten una mejor interpretación de la evolución quimica del magmatismo en la zona de América Central. Dicha evolución está caracterizada por un continuo aumento en el contenido de SiO2 de las rocas volcánicas desde el Cretácico superior hasta el Reciente. El aumento de silice manifesta la transformación de la corteza oceánica en una corteza continental (“tectonítica”).La Serie Aguacate se diferencia de todas las otras series magmáticas de Costa Rica, mostrando una predominación de las rocas alcalinas, que químicamente se parecen a las de las islas volcánicas en el Pacífico oriental. Por esta razón se discute la posibilidad de que la Serie Aguacate representa los restos fuertemente erosionados de islas volcánicas terciarias.кРАткОЕ сОДЕРжАНИЕпОслЕДНИЕ ДАННыЕ АНА лИжА пОРОД И РАссЕьНН ых ЁлЕМЕНтОВ В тРЕтИЧНы х ВУлкАНИтАх кОстА-РИк И РАжРЕшИлИ пРОВЕстИ БОлЕЕ ВЕРНУУ (спРАВЕДлИВУУ) ИНтЕРпРЕтАцИУ пЕтРО хИМИЧЕскОгО РАжВИтИ ь УжНОИ ЧАстИ сРЕДНЕИ АМЕРИкИ. ЁтО РАжВИтИЕ хАРАктЕ РИжУЕтсь НЕпРЕРыВНы М пОВышЕНИЕМ сОДЕРжАНИь SiO2 В МАгМАтИЧЕскОМ ВыБР ОсНОМ МАтЕРИАлЕ От ВЕ РхНЕгО МЕлА ДО НАстОьЩЕгО ВРЕМЕН И. ЁтО ВыРАжАЕтсь В пРЕО БРАжОВАНИИ ОкЕАНИЧЕ скОИ кОРы В МАтЕРИкОВУУ («тЕктОНИЧЕскУУ»). Иж ВсЕх МАгМАтИЧЕскИ х сВИт кОстА-РИкИ сВИт А Aguacate ВыДЕльЕтсь гОспОДст ВОМ ЩЕлОЧНых пОРОД, кОтОР ыЕ пЕтРОхИМИЧЕскИ сх ОДНы с тАкОВыМИ ВУлкАНИЧЕскИх ОстРО ВОВ ВОстОЧНОИ пАцИФИ кИ. ОБсУжДАЕтсь ВОжМОжН Ость тОгО, ЧтО ЁтА сЕРИь ьВл ьЕтсь сНЕсЕННыМ ОстА ткОМ тРЕтИЧНОгО ОстРОВНО гО ВУлкАНА.

Geochemistry, petrology and origin of the Cenozoic volcanic rocks of the Northern Andes in Ecuador

Abstract The Cenozoic volcanic rocks of the northern Andes in Ecuador for which only little petrological and geochemical information was available until now, display a strong geochemical and petrological zoning from west to east. The magmas of the volcanoes of the Western Cordillera (WC) are unique to the Andes. They belong to andesite-plagidacite series which is characterized by low and fairly constant K 2 O contents (1 ± 0.2%), low abundances of large cation elements (Rb, Sr, Ba), rare earth elements, highly charged cations (Zr, U, Th), and relatively high Ni and Cr abundances. The magmas of the volcanoes of the Eastern Cordillera (EC) belong to andesite andesitedacite-rhyolite series which is characterized by Rb, Sr, Ba, REE, Zr, U, and Th contents higher than in the rocks of the WC and varying with the K 2 O content. They have Ni and Cr versus MgO correlations similar to the rocks of the Western Cordillera. Even higher contents of K 2 O and the above-mentioned elements are encountered in the volcanic rocks of the Sub-Andean Area (SAA). All of the rocks have the same 37 Sr/ 36 Sr ratio of 0.704. The rocks are chemically more closely related to the Mesozoic to Tertiary rocks of the Basic Igneous Complex (BIC) of Ecuador and Colombia than to those of the Central Andes. It is suggested that the Cenozoic magmas of the volcanoes of the Western and Eastern Cordillera originated by hydrous partial melting of amphibolites and garnet amphibolites of the BIC-type in a subduction zone beneath the Cordilleras at pressures near 20 kbar which corresponds to a depth of about 70 km.

Neue Ergebnisse zur Gliederung der unterpermischen Eruptivfolge der Bozener Porphyr-Platte

ZusammenfassungAm Südrand der Bozener Porphyr-Platte (im Raum nordöstlich von Trento) konnte auf Grund neuer Untersuchungen für die unterpermische Eruptivfolge eine Zweiteilung gewonnen werden, die mit der bisher für diesen Bereich geltenden Gliederung (Trener 1904, 1933) in Widerspruch steht. Die untere, basische, „Basale Tuff-Serie“ genannte Abteilung wird neben einzelnen eingeschalteten Melaphyr- und Porphyritlagen hauptsächlich von Kristall-, Aschen- und Agglomerattuffen zusammengesetzt. Den hangenden, saueren Komplex nehmen Quarzporphyre und untergeordnet Tuffe der Lagorai-Quarzporphyr-Serie ein.Am Nord-, West- und Ostrand der Bozener Porphyr-Platte ist im großen ganzen eine ähnliche Zweiteilung beobachtbar. Hier entspricht der „Basalen Tuff-Serie“ des Trentiner Bereiches der „Trostburg-Melaphyr“-KomplexWolffs (1909). Dagegen sind der „Porphyr von St. Ulrich“, der „Eggentaler“, „Branzoller“, „Hocheppaner“ und der „Kasteiruther Porphyr“Wolffs (1909) nicht zeitlich nacheinander gebildete Lavaströme, sondern nur lokale Varietäten ein und derselben Ergußphase. Sie sind lithologisch und zeitlich dem Lagorai-Quarzporphyr des Südrandes gleichzusetzen.

Application of the Rittmann Norm Method to Petrological Problems

The results of the norm calculations in current use (C.I.P.W., Niggli’s molecular norm system) in many cases agree tolerably well with the modal mineral composition. More often, however, large discrepancies arise between the norm and the mode. Especially with regard to the undersaturated volcanics the results of norm calculations according to the C.I.P.W. system often show great anomalies. This fact was recently acknowledged by Chayes and Yoder (1971).