Igneous Rock Associations 13 Focusing on the Central American Subduction Zone

Abstract

Central America has recently been an important focus area for investigations into the complex processes occurring in subduction zones. Here we review some of the new findings concerning subduction input, magma production and evolution, and resultant volcanic output. In the Nicaraguan portion of the subduction zone, subduction input is unusually wet, likely caused by extensive serpentinization of the mantle portion of the incoming plate associated with bending-related faulting seaward of the Middle America trench. The atypical influx of water into the Nicaraguan section of the subduction zone ultimately leads to a regional maximum in the degree of mantle melting. In central Costa Rica, subduction input is also unusual in that it includes oceanic crust flavored by the Galapagos plume. Both of these exotic subduction inputs are recognizable in the compositions of magmas erupted along the volcanic front. In addition, Nicaraguan magmas bear a strong chemical imprint from subducting hemipelagic sediments. The high-fieldstrength- element depletions of magmas from El Salvador through Costa Rica are related to local variations in the depth to the subducting Cocos plate and, therefore, to segmentation of the volcanic front. Minor phases, probably amphibole or rutile, control these variable depletions. Silicic magmas erupted along the volcanic front exhibit the same along-arc geochemical variations as their mafic brethren. This and their mantle-like radiogenic isotopic compositions suggest the production of juvenile continental crust all along the Central American subduction zone. Punctuated times of enhanced magmatic input from the mantle may aid in crustal development.

Résumé

L’Amérique centrale a récemment été le lieu de recherches sur les processus complexes se produisant dans les zones de subduction. Ici nous passons en revue certaines découvertes sur nature des intrants de subduction, la production et l’évolution des magmas, ainsi que les extrants volcaniques résultants. Dans le segment nicaraguayen de la zone de subduction, les intrants de subduction sont exceptionnellement humides, probablement à cause de la serpentinisation généralisée de la portion mantélique de la plaque en subduction, fissurée par flexure dans partie marine de la fosse océanique de l’Amérique centrale. L'afflux atypique en eau dans le segment nicaraguayen de la zone de subduction induit ultimement un maximum régional de la proportion de fusion du manteau. Dans la portion centrale du Costa Rica l’intrant de subduction est lui aussi atypique en ce qu’il comprend une croûte océanique teintée par le panache des Galápagos. Ces deux intrants de subduction atypiques sont répercutés dans la composition des magmas éjectés le long du front volcanique. En outre, les magmas nicaraguayens affichent une forte empreinte chimique héritée des sédiments hémipélagiques en subduction. Les appauvrissements en éléments à fortes liaisons atomiques des magmas, du El Salvador jusqu’au Costa Rica, sont liés à des variations localisées de la profondeur de la plaque en subduction de Cocos, et donc, à la segmentation du front volcanique. Des phases mineures, probablement amphibole et rutile, déterminent ces appauvrissements variables. Les magmas siliceux éjectés le long du même front volcanique montrent les mêmes variations géochimiques le long de l’arc que leur contrepartie mafique. De plus, les compositions radiogéniques de leurs contreparties mantéliques évoquent la Geoscience Canada, production d’une croûte continentale juvénile le long de la zone de subduction de l’Amérique centrale. Des épisodes d’accroissements ponctuels des intrants magmatiques du manteau peuvent contribuer au développement d’une croûte.