Crystallization and Emplacement of the Monte Amarelo Dikes: Magma Storage Assessment on Fogo, Cape Verde Islands

• Main Author: Risby, Olle
• Format: Others
• Language: English
• Published: Uppsala universitet, Institutionen för geovetenskaper 2017
• Subjects: Fogo; magma storage model; thermobarometry; clinopyroxene; intrusion & landslide.; magmalagringsdjup; termobarometri; klinopyroxen; intrusion; skred
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-316988

The volcanic island of Fogo belongs to the Cape Verde archipelago, a two-tiered chain of islands situated 500 km west of the African coast. Fogo is regarded as one of the most active volcanoes in the world with 10 eruptions during the last 250 years. The former shield volcano Monte Amarelo reached 3500 m.a.s.l. before it collapsed into the Atlantic Ocean. The massive landslide event occurred between 124 and 86 ka, forming the Bordeira cliffs and the high plateau Cha das Caldeiras on Fogo. We have collected rock samples from the Bordeira dikes, which intruded into the Bordeira wall prior to collapse. The purpose of the project is to produce a magmatic storage model for Fogo using mineral chemistry and thermobarometric methods. Additionally, I aim to determine the processes prevailing in the magmatic system, the link between the volcanic and plutonic system. Previous studies on the magma storage beneath Fogo have focused on the volcanics, which show crystallization pressures between 0.45 to 0.68 GPa using clinopyroxene-melt thermobarometry on rims. The Bordeira dikes are basanitic to nephelinitic in composition. The mineral assemblage of the 20 dike samples consist of phenocrystic clinopyroxene ± olivine ± plagioclase ± xenocrystic amphibole. Accessory minerals are titanomagnetite, apatite, nepheline, plagioclase and alkali feldspar in a microcrystalline groundmass. Clinopyroxene displays a large compositional variation, ranging from Mg#38 to Mg#85, with a mean of Mg#71±10 2s.d. (n=614). Xenocrystic amphibole varies from Mg#37 to Mg#72, with a mean of Mg#62±15 2s.d. (n=78). Interstitial feldspar forms two groups, one of An#24 to An#79, with a mean of An#66±19 2s.d., (n=125) and a second with Or#19 to 100 with a mean of Or#69±42 2s.d.(n=71). Bulk geochemistry of the 20 samples range from 1.82 to 11.5 MgO wt%. Our clinopyroxene-melt thermobarometry show crystallization pressures ranging from 0.02 to 0.85 GPa, with a mean of 0.47±0.29 2s.d. (n=502) (Putirka et al. 2003). Structural data from the intrusive dikes in the Bordeira contain three preferred orientations, N-S, NW-SE and E-W (n=371). The main process occurring in the magmatic system is fractional crystallization, however there is some evidence for phenocryst accumulation and magma recharge. Our magma storage model show that clinopyroxene crystallization initiates in the lithospheric mantle, between 15 to 28 km depth. Significant clinopyroxene rim and microcryst crystallization occur above Moho, between 9 to 12 km, implying that magma storage levels do exist in the oceanic crust. The intrusive and extrusive rocks present on Fogo show common storage levels, suggesting that they are formed in the same system but the difference being their residence time in the crustal level storage. Our structural data and 3D model suggest that the Monte Amarelo rift zone was composed of three components, being oriented NW-SE, N-NE and E-W. The flank collapse was caused by dike intrusions of N-S orientation which enabled a E-W extension of the shield volcano. === Vulkanön Fogo är en del av ögruppen Kap Verde i Atlanten. Ögruppen bildar en två delad arkipelag positionerad 500 km väster om det afrikanska fastlandet. Ön, tillika vulkanen Fogo har på senare tid varit en av de mest aktiva vulkanerna i världen med 10 utbrott under de senaste 250 åren. Ön byggdes upp av sköldvulkanen Monte Amarelo nådde 3500 m ö h innan delar av den kollapsade ned i Atlanten. Det massiva skredet som skedde mellan 86 och 124 tusen år sedan skapade högplatån Cha das Caldeiras samt den omringande klippsektionen Bordeira. Vi har samlat stenprover från de plutoniska bergarter som har trängt in sig i klippsektionen Bordeira. Målet med vår studie är att skapa en modell för hur magma lagringen fungerar under Fogo. Vi ämnar kartlägga magmalagringsdjupet med hjälp av kemiska variation i mineral som kan användas för att kartlägga kristalliseringstryck och temperatur som i t.ex. klinopyroxen. Vi är samtidigt intresserade av att veta vilka processer som sker i det magmatiska systemet och sambandet mellan vulkanska bergarter t.ex. lava och plutoniska bergarter. Tidigare studier av Fogos magmalagring har använt vulkaniska bergarter, som kristalliserar sig mellan 0.45 till 0.68 GPa när man undersökt kemin på kristallkanter av klinopyroxen. 20 prover har analyserats från Bordeiraklipporna och de innehåller låga kiselhalter, mellan 37 till 47% samt höga mängder alkaliska oxider så som kalium och natrium. Provernas mineralinnehåll består främst av större kristaller av silikatmineralen klinopyroxen ± olivin± fältspat ± främmande amfibolkristaller. De större kristallerna är omringande av en mikrokristallin grundmassa bestående av järn-titanoxider, apatit och fältspatoider. Klinopyroxen har en relativt stor kemisk variation, med Mg#37 till Mg#85, med ett medelvärde på Mg#71. Vi har även två olika sorter av fältspat, en grupp med ett kalciumrik rikt innehåll klassificeras som anortit, och en annan med ett kaliumrikt innehåll, som ortoklas. Vår analys av klinopyroxen-smälta har gett oss kristalliseringstryck som sträcker sig mellan 0.02 till 0.85 GPa med ett medelvärde på 0.47 GPa. Detta innebär att den dominerande processen i magmalagringssystemet är fraktionerad kristallisering då vi kan se ett linjärt avtagande för många ämnen när de jämförs mot magnesiumhalten. Vår magmalagringsmodell för vulkanen Fogo visar att klinopyroxenkrystallisering påbörjas i den litosfäriska manteln, mellan 15 och 28 km djup. Kristallisering av kanter på klinopyroxenkristaller samt mindre kristaller i grundmassan sker ytligare och visar på att det finns en eller flera magmalagringsnivåer i den oceaniska jordskorpan, mellan 9 till 12 km djup. Vulkaniska och plutoniska bergarter vittnar om ett delat magmasystem, vilket indikerar att skillnaden mellan de två bergarterna främst är tiden de befinner sig på respektive lagringsnivå. Vår strukturgeologiska data samt 3D modell visar att den intrusiva aktiviteten var primärt orienterad NV-SO, N-NO och O-Vriktning. Monte Amarelo-vulkanens skred och kollaps orsakades av intruderande gångar med en generell N-S orientering vilket ledde till ett skred på östsidan.