Anatexis en metamorfisme in tectonisch verdikte continentale korst, geïllustreerd door het Sevier hinterland, West-Noord-Amerika

Het ontstaan van granitoïde magma’s door het gedeeltelijk smelten van korstgesteenten tijdens het verdikken van het continent is goed gedocumenteerd in vele geologische provincies over de hele wereld, waaronder de laat-Mesozoïsche Sevier-gordel van West-Noord-Amerika. Wij presenteren een thermisch en petrologisch model van anatexie en metamorfisme in regio’s van korstverdikking waar de enige bijdrage van de aardmantel bestaat uit de normale geleidende toevoer van warmte door de basis van de lithosfeer (d.w.z. advectie van massa en energie is uitgesloten). We maken onderscheid tussen de vorming van migmatieten en het ontstaan van mobiele granitoïde magma’s en onderzoeken de temporele en ruimtelijke relaties tussen deze twee verschillende anatectische processen, tussen anatexis en regionale deformatie en tussen anatexis en metamorfisme. Een fundamentele conclusie is dat, als protolieten rijk aan waterhoudende mineralen aanwezig zijn, regionale anatexis het eindproduct is van klassiek Barroviaans metamorfisme in verdikte continentale korst, zelfs in de afwezigheid van een vrije waterrijke vloeistoffase. Barroviaanse metamorfiereeksen worden voorspeld met verdikkingsratio’s (maximaal bereikte dikte van de korst/initiële dikte van de korst) tot 1,3, maar mobiele granitoïde magma’s worden niet gevormd als deze ratio kleiner is dan ongeveer 1,5. Boven deze ondergrenzen treden Barroviaans metamorfisme en anatectisch granitoïd magmatisme op, onafhankelijk van de omvang van de verdikking en van de manier waarop de verdikking tot stand komt. Beide processen zijn gevoelig voor een verminderde warmtetoevoer; verlaging van de Moho-warmtestroom of van de productie van radioactieve warmte door de korst resulteert in blauwschist-eclogiet-metamorfisme en remt de vorming van mobiele granitoïde magma’s. Wij modelleren anatexis onder omstandigheden waarin geen vloeistof aanwezig is en laten zien dat, met een dergelijke beperking, migmatisatie altijd een syn-kinematisch proces is (ten opzichte van de verdikking van het korstoppervlak), terwijl de vorming van mobiele granitoïde magma’s in de meeste gevallen post-kinematisch is (ten opzichte van de verdikking van het korstoppervlak), maar syn-kinematisch kan zijn als de verdikking langer duurt dan ongeveer 50 Myr. De typische tijdsintervallen voor het smelten komen overeen met geologische waarnemingen; mobiele granitoïde magma’s worden door de meeste van onze modellen voorspeld binnen ongeveer 10 Myr na het einde van de korstverdikking. Deze “incubatieperiode” is voornamelijk het gevolg van de temperatuurstijging die nodig is voor de dehydratie-smeltreacties die in staat zijn om grote smeltfracties te produceren. De energetische vereisten van anatexis zijn relatief klein vergeleken met de geleidende thermische begrotingen van het aardkorst, zoals blijkt uit het feit dat zodra de noodzakelijke P-T condities zijn bereikt, de smeltreacties worden voltooid binnen tijdsintervallen van de orde van 1 Myr, d.w.z. 1-2 orden van grootte kleiner dan de karakteristieke tijdschalen van de tektonische processen die betrokken zijn bij de verdikking van het aardkorst.