Anatexis und Metamorphismus in tektonisch verdickter kontinentaler Kruste am Beispiel des Sevier-Hinterlands, westliches Nordamerika

Die Entstehung granitoider Magmen durch teilweises Aufschmelzen von Krustengestein während kontinentaler Verdickungsereignisse ist in vielen geologischen Provinzen auf der ganzen Welt gut dokumentiert, so auch im spätmesozoischen Sevier-Gürtel des westlichen Nordamerikas. Wir stellen ein thermisches und petrologisches Modell der Anatexis und Metamorphose in Regionen mit Krustenverdickung vor, in denen der einzige Beitrag des Mantels die normale Wärmezufuhr durch die Basis der Lithosphäre ist (d. h. Advektion von Masse und Energie ist ausgeschlossen). Wir unterscheiden zwischen der Bildung von Migmatiten und der Erzeugung mobiler granitoider Magmen und untersuchen die zeitlichen und räumlichen Beziehungen zwischen diesen beiden unterschiedlichen anatektischen Prozessen, zwischen Anatexis und regionaler Deformation und zwischen Anatexis und Metamorphismus. Eine grundlegende Schlussfolgerung ist, dass bei Vorhandensein von Protolithen, die reich an wasserhaltigen Mineralien sind, regionale Anatexis das Endprodukt der klassischen barrowschen Metamorphose in verdickter kontinentaler Kruste ist, selbst wenn keine freie wasserreiche flüssige Phase vorhanden ist. Barrowsche metamorphe Faziesreihen werden bei Verdickungsverhältnissen (maximal erreichte Krustendicke/anfängliche Krustendicke) von nur 1,3 vorhergesagt, aber mobile granitoide Magmen werden nicht gebildet, wenn dieses Verhältnis weniger als etwa 1,5 beträgt. Oberhalb dieser unteren Grenzen treten Barrowsche Metamorphose und anatektischer Granitmagmatismus unabhängig vom Ausmaß der Verdickung und von der Art und Weise, wie die Verdickung erreicht wird, auf. Beide Prozesse reagieren empfindlich auf eine verringerte Wärmezufuhr; eine Verringerung des Moho-Wärmeflusses oder der radioaktiven Wärmeproduktion in der Kruste führt zu Blauschicht-Eklogit-Metamorphose und hemmt die Bildung mobiler granitoider Magmen. Wir modellieren die Anatexis unter flüssigkeitsarmen Bedingungen und zeigen, dass unter diesen Bedingungen die Migmatisierung immer ein syn-kinematischer Prozess ist (im Verhältnis zur Krustenverdickung), während die Bildung mobiler granitoider Magmen in den meisten Fällen post-kinematisch ist (im Verhältnis zur Krustenverdickung), aber syn-kinematisch sein kann, wenn die Verdickung länger als etwa 50 Myr dauert. Die typischen Zeitintervalle für das Schmelzen stimmen mit geologischen Beobachtungen überein; mobile granitoide Magmen werden von den meisten unserer Modelle innerhalb von etwa 10 Myr nach dem Ende der Krustenverdickung vorhergesagt. Diese „Inkubationszeit“ resultiert in erster Linie aus dem Temperaturanstieg, der für die Dehydratations-Schmelzreaktionen erforderlich ist, die große Schmelzanteile erzeugen können. Die energetischen Anforderungen der Anatexis sind im Vergleich zum konduktiven Wärmehaushalt der Kruste relativ gering, wie die Tatsache zeigt, dass die Schmelzreaktionen, sobald die erforderlichen P-T-Bedingungen erreicht sind, innerhalb von Zeitintervallen in der Größenordnung von 1 Myr abgeschlossen werden, d. h. 1-2 Größenordnungen kleiner als die charakteristischen Zeitskalen der an der Krustenverdickung beteiligten tektonischen Prozesse.