Anatexis and metamorphism in tektonically thicked continental crust exemplified by the Sevier hinterland, western North America

Granitoidisten magmojen syntyminen maankuoren kivien osittaisen sulamisen kautta mannermaisen paksuuntumisen aikana on hyvin dokumentoitu monissa geologisissa maakunnissa eri puolilla maailmaa, mukaan lukien myöhäismesotsooinen Sevierin vyöhyke läntisessä Pohjois-Amerikassa. Esitämme lämpö- ja petrologisen mallin anateksista ja metamorfismista kuoren paksuuntumisalueilla, joilla ainoa vaipan osuus on normaali johtava lämmönsyöttö litosfäärin pohjan läpi (eli massan ja energian advektiota ei oteta huomioon). Erottelemme toisistaan migmatiittien muodostumisen ja liikkuvien granitoidimagmojen synnyn ja tarkastelemme näiden kahden erillisen anatektisen prosessin, anateksiksen ja alueellisen deformaation sekä anateksiksen ja metamorfoosin välisiä ajallisia ja alueellisia suhteita. Keskeinen johtopäätös on, että jos esiintyy runsaasti vesipitoisia mineraaleja sisältäviä protoliitteja, alueellinen anateksis on klassisen barrovilaisen metamorfoosin lopputuote paksuuntuneessa mannermaisessa kuoressa, vaikka vapaata, runsaasti vettä sisältävää nestemäistä vaihetta ei olisikaan. Barrovin metamorfisia fasiasarjoja ennustetaan, kun paksuuntumissuhde (kuoren suurin saavutettu paksuus / kuoren alkuperäinen paksuus) on vain 1,3, mutta liikkuvia granitoidimagmoja ei muodostu, jos tämä suhde on alle noin 1,5. Tämä tarkoittaa, että granitoidimagmoja ei muodostu, jos tämä suhde on alle 1,5. Näiden alarajojen yläpuolella barrovilainen metamorfoosi ja anatektinen granitoidimagmatismi tapahtuvat riippumatta paksuuntumisen suuruudesta ja paksuuntumistavasta. Molemmat prosessit ovat herkkiä vähentyneelle lämmönsaannille; joko Mohon lämpövirran tai kuoren radioaktiivisen lämmöntuotannon vähentäminen johtaa blueschisti-eklogiittimetamorfismiin ja estää liikkuvien granitoidimagmojen muodostumisen. Mallinnamme anateksista olosuhteissa, joissa nestettä ei ole, ja osoitamme, että tällaisessa tilanteessa migmatisaatio on aina syn-kinemaattinen prosessi (suhteessa kuoren paksuuntumiseen), kun taas liikkuvien granitoidisten magmojen syntyminen on useimmissa tapauksissa post-kinemaattista (suhteessa kuoren paksuuntumiseen), mutta se voi olla syn-kinemaattista, jos paksuuntuminen kestää yli noin 50 Myr. Sulamiselle tyypilliset aikavälit ovat sopusoinnussa geologisten havaintojen kanssa; useimmat mallit ennustavat liikkuvien granitoidimagmojen tapahtuvan noin 10 Myr:n kuluessa kuoren paksuuntumistapahtuman päättymisestä. Tämä ”inkubaatioaika” johtuu ensisijaisesti lämpötilan noususta, joka vaaditaan sellaisten dehydraatio-sulamisreaktioiden tapahtumiseen, jotka kykenevät tuottamaan suuria sulafraktioita. Anateksiksen energiavaatimukset ovat suhteellisen vähäiset verrattuna johtavaan maankuoren lämpöbudjettiin, kuten osoittaa se, että kun tarvittavat P-T-olosuhteet on saavutettu, sulamisreaktiot saadaan päätökseen 1 Myr:n suuruusluokkaa olevissa aikaväleissä, eli 1-2 suuruusluokkaa pienemmissä kuin maankuoren paksuuntumiseen osallistuvien tektonisten prosessien tyypilliset aikaskaalat.