Gabbro of the Esmeralda underwater volcano(Mariana Island Arc)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The mineralogical and petrochemical compositions of gabbro from the Esmeralda underwater volcano, located in the southern part of the Mariana Island Arc, dredged during the 4th and 5th cruises of the research vessel “Vulcanologist”, were studied. It has been established that gabbros belonging to the tholeiitic series are highly fractionated rocks, in contrast to the dredged gabbroids in the basins of the southern part of the Mariana Island Arc system. It is shown that gabbro is characterized by elevated iron content. The elevated iron content of rocks is confirmed by high iron content in pyroxenes and plagioclases, which allows us to classify the bulk of dredged gabbro as an association of Island Arc ferruginous tholeiites. Low concentrations of highly charged and heavy rare earth elements relative to the composition of MORB, as well as their interelement ratios, suggest the formation of primary melts from a depleted mantle source. The enrichment of gabbro with large-ion lithophile elements indicates the participation in magmogenesis of not only high-temperature sedimentary melt, but also the significant role of a low-temperature fluid component.

About the authors

P. I. Fedorov

Geological Institute, Russian Academy of Sciences

Email: pi_fedorov@mail.ru
Pyzhevsky lane, 7, bld. 1, Moscow, 119017 Russia

V. A. Rashidov

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: rashidva@kscnet.ru
bulvar Piipa, 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006 Russia

V. V. Ananyev

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: aversun@yandex.ru
bulvar Piipa, 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006 Russia

References

  1. Ананьев В.В., Петрова В.В., Рашидов В.А. Подводный вулкан Эсмеральда (Марианская островная дуга) и некоторые особенности слагающих его горных пород // Вулканология и сейсмология. 2024. № 1. С. 56–75. https://doi.org/10.31857/S0203030624010058
  2. Горшков А.П., Абрамов В.А., Сапожников Е.А. и др. Геологическое строение подводного вулкана Эсмеральда // Вулканология и сейсмология. 1980. № 4. С. 65–78.
  3. Колосков А.В., Рашидов В.А., Ананьев В.В. Первая находка шпинель-лерцолитового ксенолита “неофиолитового типа” в задуговом бассейне Марианской островодужной системы // Океанология. 2020. № 4. С. 629–647. https://doi.org/10.31857/S0030157420040139
  4. Рашидов В.А., Петрова В.В., Ананьев В.В., Горькова Н.В. Первые сведения о редкоземельной минерализации в породах вулкана Эсмеральда (Марианская островная дуга) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2024а. № 1. Вып. № 61. С. 28–41. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2024-1-61-28-41
  5. Рашидов В.А., Петрова В.В., Ананьев В.В., Горькова Н.В. Необычная минерализация в андезибазальте подводного вулкана Эсмеральда (Марианская островная дуга) // Литология и полез. ископаемые. 2024б. № 4. С. 462–468. https://doi.org/10.31857/S0024497X24040051
  6. Akizawa N., Ohara Y., Okino K. et al. Geochemical characteristics of backarc basin lower crust and upper mantle at final spreading stage of Shikoku Basin: an example of Mado Megamullion // Progress in Earth and Planetary Science. 2021. V. 8. № 65. 34 p. https://doi.org/10.1186/s40645-021-00454-3
  7. Baker D.R., Eggler D.H. Compositions of anhydrous and hydrous melts coexisting with plagioclase, augite, and olivine or low-Ca pyroxene from I atm to 8 kbar: Application to the Aleutian volcanic center of Atka // American Mineralogist. 1987. V. 72. № 1–2. P. 12–28.
  8. Bogaard P.J.F., Wörner G. Petrogenesis of basanitic to tholeiitic volcanic rocks from the Miocene Vogelsberg, Central Germany // Journal of Petrology. 2003. V. 44. Iss. 3. P. 569–602. https://doi.org/10.1093/petrology/44.3.569
  9. Condie К. High field strength element ratios in Archean basalts: a window to evolving sources of mantle plumes? // Lithos. 2005. V. 79. Iss. 3–4. P. 491–504.
  10. Dixon T.H., Stern R.J. Petrology, chemistry, and isotopic composition of submarine volcanoes in the southern Mariana Arc // Geological Society of America Bull. 1983. V. 94. № 10. P. 1159–1172.
  11. Duggen S., Portnyagin M., Baker J. et al. Drastic shift in lava geochemistry in the volcanic-front to reararc region of the Southern Kamchatkan subduction zone: Evidence for the transition from slab surface dehydration to sediment melting // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. V. 71. Iss. 2. P. 452–480.
  12. Dietrich V., Emmermann R., Oberhansli R., Puchelt H. Geochemistry of basaltic and gabbroic rocks from the West Mariana basin and Mariana trench // Earth and Planet. Sci. Lett. 1978. V. 39. Iss. 1. P. 127–144.
  13. Di Vincenzo G., Rocchi S. Origin and interaction of mafic and felsic magmas in an evolving late orogenic setting: the Early Paleozoic Terra Nova Intrusive Complex, Antarctica // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1999. V. 137. P. 15–35.
  14. Elliott T. Tracers of the Slab // Inside the Subduction Factory. Geophysical Monograph Series. 2003. № 138. P. 23–45.
  15. Fedyunina N.N., Seregina I.F., Bolshov M.A. et al. Investigation of the efficiency of the sample pretreatment stage for the determination of the Rare Earth Elements in rock samples by inductively coupled plasma mass spectrometry technique // Analytica Chimica Acta. 2012. V. 713. P. 97–102.
  16. Hess H.H. Major structural features of the western North Pacific an interpretation of H.O. 5484, batimetric chart, Korea to New Guinea // Geological Society of America Bull. 1948. V. 59. № 5. P. 417–446.
  17. Irvine T.N., Baragar W.R.A. A guide to the chemical classification on the common volcanic rocks // Canadian Journal of Earth Sciences. 1971. V. 8. № 5. P. 523–548.
  18. Ishizuka O., Taylor R.N., Milton J.A. et al. Variation in the mantle sources of the northern Izu arc with time and space – Constraints from high-precision Pb isotopes // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2006. V. 156. Iss. 3–4. P. 266–290.
  19. Johnson M.C., Plank T. Dehydration and melting experiments constrain the fate of subducted sediments // Geochemistry. Geophysics. Geosystems. 2000. V. 1. Iss. 12. https://doi.org/10.1029/999GC000014
  20. Liu B., Ma C.Q., Zhang J.Ya. et al. 40Ar–39Ar age and geochemistry of subduction-related mafic dikes in northern Tibet, China: petrogenesis and tectonic implications // International Geology Rev. 2014. V. 56. Iss. 1. P. 57–73. https://doi.org/10.1080/00206814.2013.818804
  21. McKenzie D., O’Nions R.K. Partial melt distributions from inversion of rare earth element concentrations // Journal of Petrology. 1991. V. 32. Iss. 5. P. 1021–1091.
  22. Miyashiro A. Volcanic rocks series in island arcs and active continental margins // American Journal of Sciences. 1974. V. 274. P. 321–355.
  23. Ohara Y., Stern R.J., Ishii T. et al. Peridotites from the Mariana Trough: first look at the mantle beneath an active backarc basin // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2002. V. 143. P. 1–18.
  24. Ohara Y., Fujioka K., Ishii T. et al. Peridotites and gabbros from the Parece Vela backarc basin: Unique tectonic window in an extinct backarc spreading ridge // Geochemistry. Geophysics. Geosystems. 2003. V. 4. Iss. 7. https://doi.org/10.1029/2002GC000469
  25. Pearce J.A., Kempton P.D., Nowell G.M., Noble S.R. Hf-Nd element and isotope perspective on the nature and provenance of mantle and subduction components in western Pacific arcbasin systems // Journal of Petrology. 1999. V. 40. Iss. 11. P. 1579–1611. https://doi.org/10.1093/petroj/40.11.1579
  26. Pearce J.A., Stern R.J., Bloomer S.H. et al. Geochemical mapping of the Mariana arcbasin system: Implications for the nature and distribution of subduction components // Geochemistry. Geophysics. Geosystems. 2005. V. 6. № 7. https://doi.org/10.1029/2004GC000895
  27. Pertermann M., Hirschmann M.M., Hametner K. et al. Experimental determination of trace element partitioning between garnet and silica-rich liquid during anhydrous partial melting of MORB-like eclogite // Geochemistry. Geophysics. Geosystem (G3). 2004. V. 22. https://doi.org/10.1029/2003GC000638
  28. Plank T., Langmuir C.H. Tracing trace element from sediment input to volcanic output at subduction zones // Nature. 1993. V. 362. P. 739–742.
  29. Reagan M.K., McClelland W., Girard G. et al. The geology of the southern Mariana forearc crust: Implications for the scale of Eocene volcanism in the western Pacific // Earth and Planet. Sci. Lett. 2013. V. 380. P. 41–51.
  30. Regelous M., Hofmann A.W., Abouchami W. et al. Geochemistry of lavas from the Emperor seamounts, and the chemical evolution of Hawaiian magmatism from 85 to 42 Ma // Journal of Petrology. 2003. V. 44. № 1. P. 113–140.
  31. Ribeiro J.M., Stern R.J., Martinez F. et al. Geodynamic evolution of a forearc rift in the southernmost Mariana Arc // Island Arc. 2013. V. 22. Iss. 4. P. 453–476.
  32. Stern R.J., Bibee L.D. Esmeralda Bank: Geochemistry of an active submarine volcano in the Mariana Island Arc and its implication for magmagenesis in Island Arcs // Carnegie Institution of Washington Year Book. 1980. V. 79. P. 465–472.
  33. Stern R.J., Bibee L.D. Esmeralda Bank: Geochemistry of an active submarine volcano in the Mariana Island Arc // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1984. V. 86. P. 159–169.
  34. Stern R.J., Bloomer S.H., Ping-Nan Lin, Smoot N. Chr. Submarine arc volcanism in the southern Mariana Arc as an ophiolites analoque // Tectophysics. 1989. V. 168. № 1–3. P. 151–170.
  35. Sun S.S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts // Magmatism in ocean basin / Eds A.D. Saunders, M.J. Norry. London: Geological Society (Special Publications), 1989. V. 42. P. 313–345.
  36. Tamura Y., Ishizuka O., Stern R.J. et al. Mission Immiscible: Distinct Subduction Components Generate Two Primary Magmas at Pagan Volcano, Mariana Arc // Journal of Petrology. 2013. V. 55. Iss. 1. P. 63–101.
  37. Turner S.J., Langmuir C.H. An alternative to the igneous crust fluid + sediment melt paradigm for arc lava geochemistry // Science Advances. 2024. V. 10. P. 1–9. https://doi.org/10.1126/sciadv.adg6482
  38. Wang K., Plank T., Walker J.D. et al. A mantle melting profile across the Basin and Range, SW USA // Journal of Geophysical Research. 2002. V. 106. P. ECV 5-1 – ECV 5-21. https://doi.org/10.1029/2001JB000209
  39. Wang X., Wang Z., Liu Yo. et al. Calcium Stable Isotopes of Tonga and Mariana Arc Lavas: Implications for Slab Fluid-Mediated Carbonate Transfer in Cold Subduction Zones // Journal of Geophys. Res. Solid Earth. 2021. V. 126. e2020JB020207. 19 p. https://doi.org/10.1029/2020JB020207
  40. Zamboni D., Gazel E., Ryan J.G. et al. Contrasting Sediment Melt and Fluid Signatures for Magma Components in the Aeolian Arc: Implications for Numerical Modeling of Subduction Systems // Geochemistry. Geophysics. Geosystems. 2016. V. 17. https://doi.org/10.1002/2016GC006301

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».