The dynamics of post-collapse magmatism at rhyolitic calderas: analogue experiments and geochemistry of Yellowstone lavas

The dynamics of magma replenishment in silicic magma reservoirs are not well understood. This is an important issue, since replenishment may lead to the rapid accumulation of large volumes of crystal-poor magma, a condition potentially leading to cataclysmic caldera-forming eruptions. To shed light...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Girard, Guillaume
Other Authors: John Stix (Internal/Supervisor)
Format: Others
Language:en
Published: McGill University 2009
Subjects:
Online Access:http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=40738
Description
Summary:The dynamics of magma replenishment in silicic magma reservoirs are not well understood. This is an important issue, since replenishment may lead to the rapid accumulation of large volumes of crystal-poor magma, a condition potentially leading to cataclysmic caldera-forming eruptions. To shed light on this process, I have undertaken a combined experimental – geochemical approach designed to provide an integrated and synthetic view of magma replenishment processes. Scaled analogue experiments show that in silicic systems, buoyant injections rise through a magma reservoir without significant mixing with resident material, forming a layered reservoir. When a crystal mush is present at the base of the reservoir, its presence does not hinder buoyant injections to ascend. Indeed, such injections entrain crystals from the mush and transport them to the uppermost layers of the reservoir, resulting in the accumulation of a mix of replenishing magma and mush crystals. This process may have played a significant role in the generation of early post-collapse rhyolites of Yellowstone caldera, the Upper Basin Member rhyolites. In these lavas, I observe the coexistence of large, isolated, sieved plagioclase crystals with small, fresh, more calcic plagioclase crystals occurring as aggregates with pyroxenes and oxides. This unusual mineral assemblage suggests that a higher-temperature, more primitive silicic replenishing magma mixed with crystals from a mush shortly before eruption. In this scenario, the aggregates crystallized from the replenishing magma while the sieved crystals were extracted from the mush. Unlike the Upper Basin Member rhyolites, the younger voluminous Central Plateau Member rhyolites define a cogenetic series in which younger lavas exhibit more evolved mineralogy and trace element signatures, while crystal geochemistry suggests crystallization from progressively cooler melts. At the same time, the crystals also exhibit dissolution textures, suggesting a reh === La dynamique des recharges magmatiques dans les réservoirs de magma silicique est assez mal comprise. Ceci est un problème important, puisque les recharges magmatiques peuvent entraîner l’accumulation rapide de grands volumes de magma pauvre en cristaux, une configuration susceptible d’évoluer vers une éruption cataclysmique et la formation d’une caldeira. Pour comprendre ce processus, j’ai mené une approche combinant expériences et géochimie, afin d’obtenir une vision intégrée et synthétique du processus de recharges magmatiques. Des expériences analogiques dimensionnées montrent que, pour les systèmes siliciques, des injections de magma moins dense montent dans un réservoir magmatique sans se mélanger de façon significative avec le magma du réservoir, et forment un réservoir zoné. Lorsqu’un niveau saturé en cristaux est présent à la base du réservoir, sa présence n’empêche pas l’ascension des injections. En effet, ces injections moins denses arrachent des cristaux à ce niveau et les entraînent vers le toit du réservoir, où se forme une couche constituée d’un mélange du nouveau magma et de cristaux de la base du réservoir. Ce mécanisme a probablement joué un rôle clé dans la génèse des rhyolites post-caldeira précoces à Yellowstone, les rhyolites d’Upper Basin Member. Dans ces laves, j’observe une coexistence de grands cristaux de plagioclase isolés portant des textures en tamis, et de petits cristaux de plagioclase frais, plus calciques, présents en aggrégats avec des pyroxènes et des oxydes. Cette association inhabituelle suggère qu’un magma silicique plus primitif et plus chaud s’est mélangé à des cristaux d’un réservoir magmatique riche en cristaux peu avant son éruption. Dans ce modèle, les aggrégats ont cristallisé depuis le nouveau magma, et les cristaux à textures en tamis ont été arrachés au réservoir cristallin. Par opposition aux rhyolites d’Upper Basin Member, le