Possível origem dos xenocristais de zircão em rochas de arco de ilhas

Os cristais de zircão são amplamente utilizados em diversas áreas de geociências, especialmente na geocronologia do sistema U-Pb para datar períodos de eventos termais associados a processos de cristalização e/ou metamorfismo, bem como em estudos de proveniência e idade máxima de sedimentação em bacias sedimentares. Nos últimos anos, o zircão também tem sido utilizado como um traçador de processos de reciclagem crustal em ambientes dinâmicos da terra, como por exemplo em zonas de subducção (e.g. Bea et al., 2001; Rojas-Agramonte et al., 2016; e Torró et al., 2018), pois possui propriedades físicas ótimas que tornam o cristal resistente a vários processos, tanto exógenos como endógenos (p.e. Corfu et al., 2003). Portanto, populações de zircões de diversas idades podem ser encontradas em rochas ígneas cujo tempo de cristalização é mais recente que essas populações (p.e. Bea et al., 2001; Yamamoto et al., 2013; Rojas-Agramonte et al., 2016; Aswal et al., 2016; Torró et al., 2018).

Diversos estudos em zonas de subducção já tinham proposto que essas regiões eram o ambiente geotectônico ideal para que o manto terrestre fosse re-fertilizado em componentes que de outra forma estariam fortemente empobrecidos (p.e Schmidt & Poli, 2003; Splander & Pirard, 2013). Inicialmente, foi sugerida uma contribuição de material crustal na cunha mantélica para justificar as razões isotópicas de Sr, Nd e Pb registradas em rochas de arco,

bem como os conteúdos distintivos em LREE e HFSE (DePaolo & Wasserburg, 1977; White & Patchett, 1984; White, 1985; Othman et al., 1989). De fato, estudos iniciais em rochas de arco intra-oceânicas já concluíram que os valores isotópicos encontrados nestas rochas requerem um componente continental agregado na fonte e que, para arcos com ausência de crosta continental, esse componente seria o produto da subducção de sedimentos, implicando uma reciclagem de material continental antigo, e potencialmente de material crustal novo, pelo menos em um 1% (White & Patchett, 1984). Assim, a presença de zircão antigo em rochas de arco corresponde a uma evidencia mineralógica que apoia as hipóteses iniciais sobre o material crustal introduzido nas zonas de subducção (p.e. Bea et al., 2001; Rojas- Agramonte et al., 2016; Torró et al., 2018). Este trabalho também revela reciclagem de material crustal em ambientes de subducção intra-oceânico, evidenciado pelos zircões antigos (de origem continental) encontrados nas rochas de arco cretáceas.

O mecanismo principal, sugerido para explicar o transporte e/ou introdução de zircões antigos nas áreas fontes dos magmas de arco, é atribuído às camadas de sedimentos terrígenos no slab e sua subsequente subducção (p.e. Bea et al., 2001; Rojas-Agramonte et al., 2016; Torró et al., 2018). Basicamente, o material sedimentar, que é depositado na crosta oceânica, introduz restitos de zircão na cunha mantélica através de fluidos e/ou fundidos, e essa cunha mantélica subsequentemente gera magmas contaminados em xenocristais de zircão (p.e. Bea et al., 2001; Spandler & Pirard, 2013; Rojas-Agramonte et al., 2016; Figura 5.1A).

A camada sedimentar também pode sofrer diapirismo e permanecer na base da crosta de arco, onde o magma gerado na cunha mantélica é contaminado em zircão antigo ao interagir com a referida camada de sedimentos à medida que passa pela crosta (p.e. Hacker et al., 2011; Figura 5.1B). Assim, seja por fluidos e/ou fundidos provenientes dos sedimentos subductados ou pelo diapirismo da camada sedimentar, ambos processos podem gerar a contaminação dos magmas de arco por zircão mais antigo (Figura 5.1).

Figura 5.1. Corte esquemático de transporte e introdução de zircão detrítico (bola roxa) no magma de arco. A) introdução de restitos de zircão, através de fluidos e/ou fundidos provenientes de sedimentos subductados (setas pretas), na área fonte. B) Processo de diapirismo da camada sedimentar que permanece na base da crosta (Hacker et al. 2011), onde o zircão detrítico pode ser capturado ao passo do magma. São tomados como referencias modelos encontrados em Rojas-Agramonte et al. (2016); Spandler & Pirard (2013); Hacker et al.(2011) e Whattam & Stern (2015).

Outros mecanismos encontrados na literatura, que explicam presença de zircão antigo tanto em rochas de arco como em outros tipos de rochas ígneas, são: a) delaminação da crosta inferior máfica no manto astenoférico, produzida pelo aumento de densidade devido à mudança de fácies granulito para eclogito durante processos de espessura crustal em orógenos e zonas cratônicas (p.e Kay & Kay, 1993; Gao et al., 2004); b) presença de fragmentos de litosfera subcontinental enterrados embaixo de arcos de ilhas (p.e. Kamenov et al., 2011); e c) Partes de continentes antigos embaixo de crosta oceânica (p.e Ashwal et al., 2016).

Esses mecanismos são mais difíceis de explicar para a área de estudo, porque as rochas de arco estudadas são associadas ao desenvolvimento da grande província ígnea do Caribe (CLIP) e nesta província ígnea não tem sido registrada presença de crosta continental inferior, ou de fragmentos de litosfera subcontinental ou partes de continentes antigos abaixo dela (p.e.

Pindel & Kennan, 2009; Whattam & Stern 2015). Além disso, a geoquímica elementar e isotópica não mostra uma forte contaminação de crosta continental que apoie sua presença na área fonte dos corpos sub-vulcânicos.

Portanto, pode-se indicar que a origem mais provável dos zircões antigos nas rochas analisadas é a reciclagem de sedimentos terrígenos arrastados no canal de subducção, que são parcialmente fundidos e incorporados na cunha mantélica (com restitos de zircão), sendo fertilizada nos referidos zircões, os quais são posteriormente trazidos para níveis crustais por magmas de arco (Figura 5.1). Análogos semelhantes de rochas de arco com contaminação em xenocristais de zircão são encontrados na região norte da Placa do Caribe, dentro do Arco Caribe, com registros em Cuba (Rojas-Agramonte et al., 2016) e República Dominicana (Torró et al., 2018), onde os xenocristais também são atribuídos a reciclagem crustal por sedimentos terrígenos.