Anatexis and metamorphism in tectonically thickened continental crust exemplified by the Sevier hinterland, det vestlige Nordamerika

Genereringen af granitoide magmaer ved delvis smeltning af skorpebjergarter under kontinental fortykkelse er veldokumenteret i mange geologiske provinser i hele verden, herunder det senmesozoiske Sevier-bælte i det vestlige Nordamerika. Vi præsenterer en termisk og petrologisk model for anatexis og metamorfisme i regioner med skorpefortykkelse, hvor det eneste bidrag fra kappen er den normale ledende varmetilførsel gennem lithosfærebasen (dvs. advektion af masse og energi er udelukket). Vi skelner mellem dannelse af migmatitter og dannelse af mobile granitoide magmaer og undersøger de tidsmæssige og rumlige relationer mellem disse to forskellige anatektiske processer, mellem anatexis og regional deformation og mellem anatexis og metamorfisme. En grundlæggende konklusion er, at hvis der er protolitter, der er rige på vandholdige mineraler, er regional anatexis slutproduktet af klassisk barroviansk metamorfisme i fortykket kontinentalskorpe, selv i fravær af en fri vandrig væskefase. Barrovianske metamorfiske facies-serier forudsiges med fortykkelsesforhold (maksimal opnået skorpe-tykkelse/initial skorpe-tykkelse) så lavt som 1,3, men der dannes ikke mobile granitoide magmaer, hvis dette forhold er mindre end ca. 1,5. Over disse nedre grænser forekommer barroviansk metamorfisme og anatektisk granitoid magmatisme uafhængigt af størrelsen af fortykkelsen og af den måde, hvorpå fortykkelsen opnås. Begge processer er følsomme over for en nedsat varmeforsyning; en nedsættelse af enten Moho-varmetilførslen eller den radioaktive varmeproduktion fra jordskorpen resulterer i blueschist-eclogit-metamorfisme og hæmmer dannelsen af mobile granitoidmagmaer. Vi modellerer anatexis under væskemangelbetingelser og viser, at med en sådan begrænsning er migmatisering altid en syn-kinematisk proces (i forhold til skorpefortykkelsen), mens dannelsen af mobile granitoide magmaer i de fleste tilfælde er post-kinematisk (i forhold til skorpefortykkelsen), men kan være syn-kinematisk, hvis fortykningen tager mere end ca. 50 Myr. De typiske tidsintervaller for smeltning er i overensstemmelse med geologiske observationer; mobile granitoide magmaer forudsiges af de fleste af vores modeller inden for ca. 10 Myr efter afslutningen af skorpefortykkelsen. Denne “inkubationstid” skyldes primært den temperaturstigning, der er nødvendig for at de dehydrerings- og smeltningsreaktioner, der er i stand til at producere store smeltefraktioner, kan finde sted. De energimæssige krav til anatexis er forholdsvis små i forhold til de ledende termiske budgetter for jordskorpen, som det fremgår af det faktum, at når de nødvendige P-T betingelser er opnået, afsluttes smeltningsreaktionerne inden for tidsintervaller i størrelsesordenen 1 Myr, dvs. 1-2 størrelsesordener mindre end de karakteristiske tidsskalaer for de tektoniske processer, der er involveret i jordskorpen fortykkelse.