GEOPHYSICAL AND GEOCHEMICAL EVIDENCE FOR COLD UPPER MANTLE BENEATH THE EQUATORIAL ATLANTIC OCEAN

Abstract

ABSTRACT

This paper presents geophysical and geochemical evidence for the possible existence of cold, subducted lithosphere beneath the Saint Paul Fracture Zone of the Equatorial Atlantic Ocean. The ocean floor along the fracture zone is characterized by a high percentage of abyssal peridotites. The abyssal peridotites were emplaced by tectonic uplift of the oceanic lithosphere. The top of the ridge is exposed at Saint Peter and Saint Paul islets. The Os isotopic composition of these abyssal peridotites indicate the presence of old depleted mantle material in this region with Re-depletion model ages (T_RD) from 0.32 to 1.1Ga. Melt inclusions in plagioclase phenocrysts of the MORB close to this location have boninitic composition, suggesting that some basalts originated from low-degree mantle melting. The global tomography models show fast seismic velocities in the upper and lower mantle of the Equatorial Atlantic Ocean, consistent with the presence of cold subducted lithosphere. The range of Re-depletion model ages are consistent with paleo-reconstructions of plate motion, suggesting that the fossil subducted slab was formed during the closure of both the Iapetus and the Rheic oceans.

Keywords :Equatorial Atlantic Ocean; Saint Paul Fracture Zone; abyssal mantle; Re-Os isotope system; cold mantle; fossil subducted slab.

RESUMO

O presente trabalho mostra evidências geofísicas e geoquímicas para a possível existência de fragmentos frios do manto originados da placa subductada abaixo da Zona de Fratura de São Paulo no Oceano Atlântico Equatorial. A planície abissal desta área é caracterizada por uma abundância de rochas peridotíticas, com presença de poucas rochas basálticas originadas de baixo grau de fusão parcial. Arquipélago de São Pedro e São Paulo se localiza no topo de uma elevação morfológica com mais de 4000m de altura, constituída por peridotitos abissais, posicionados por um soerguimento tectônico da litosfera oceânica. A razão isotópica de Os dos peridotitos da Zona de Fratura de São Paulo indica a presença de materiais originados de antigo manto depletado nesta região com as idades modelo de 0.32 a 1.1Ga. As inclusões de magma trapeadas nos fenocristais de plagioclásio nos basalto da cadeia meso-oceânica pouco mais ao sul apresentam composição boninítica, típicas de zona de arco. Os modelos da tomografia mundial do manto demonstram alta velocidade sísmica tanto no manto superior quanto no inferior do Oceano Atlântico Equatorial, o que corrobora a interpretação da presença de placa subductada de baixa temperatura. As idades do modelo de depleção de Re dos peridotitos são consistentes com a reconstituição de movimento das placas, sugerindo que os fragmentos de placa fóssil subductada são provenientes do fechamento tanto do Oceano Iapetus como o do Oceano Rheic.

Keywords :Oceano Atlântico Equatorial; Zona de Fratura de São Paulo; manto abissal; sistema isotópico Re-Os; manto frio; placa fóssil subductada.