What are the geochemical parameters that distinguish the eruptive products of the Villarrica and Mocho-Choshuenco volcanoes?

Abstract

Villarrica and Mocho-Choshuenco stratovolcanoes, located in the Central Southern Volcanic Zone (CSVZ) of Chile are separated by only 57 km nevertheless they exhibit petrographic differences. Notably, amphibole has been identified in the most silicic eruptive products of Mocho-Choshuenco while being absent of Villarrica suggesting differences in the parent magmas. We constrained the distinct geochemical parameters of both stratovolcanoes through XRF and ICP-MS analysis on whole-rock samples and determined whether these characteristics where inherited from their parental magmas through observations of the “6 values”, a reference value of 6 wt.% MgO for major and trace elements minimising the effects of crustal processes. Moreover, we investigated the importance of differentiation processes, such as fractional crystallisation and mixing. Our results confirmed that fractional crystallisation dominates the magmatic evolution of both systems, while bulk magma mixing process is not supported by geochemical data. However, petrographic observations support the hypothesis that explosive eruptions at both stratovolcanoes may be triggered by local mixing during magma recharge. Higher La/Yb, Th/Yb and La/Sm ratios in Mocho-Choshuenco are probably the result of a generally greater input of the slab component, notably from the subducted basaltic oceanic crust for the Sr. The greater slab depth beneath Mocho-Choshuenco, being farther from the trench than Villarrica, induces both greater pressure and temperature at the slab surface, supported by the slightly lower Sr/Nd ratio in Mocho-Choshuenco. This difference could influence metamorphic reactions at the origine of a local enrichment in the mantle source of Ba, Sr, La and Th beneath it. The presence of amphibole appears to be induced by a higher water content of the parental magma of Mocho-Choshuenco inherited from a locally more hydrous mantle.

Les stratovolcans Villarrica et Mocho-Choshuenco, situés dans la « Central Southern Volcanic Zone » (CSVZ) du Chili et séparés de seulement 57 km, présentent des différences pétrographiques marquées. L’amphibole, absente de Villarrica mais présente dans les produits éruptifs les plus évolués de Mocho-Choshuenco, suggère des magmas parents distincts. Nous avons analysé des échantillons de roches totales par XRF et ICP-MS. En utilisant les compositions à 6 % de MgO pour minimiser les effets des processus crustaux, nous avons identifié les traits hérités des magmas parents. Nos résultats confirment que la cristallisation fractionnée domine leur évolution magmatique, tandis que le mélange homogène de magmas n’est pas soutenu par les données géochimiques. Cependant, les observations pétrographiques suggèrent que les éruptions explosives pourraient être déclenchées par des mélanges locaux lors de la recharge des réservoirs magmatiques. Les rapports La/Yb, Th/Yb et La/Sm plus élevés à Mocho-Choshuenco indiquent une contribution accrue de la plaque subductée, notamment de la croûte océanique basaltique pour le Sr. La profondeur de la plaque, plus importante sous Mocho-Choshuenco qui est plus éloigné de la fosse que Villarrica, induit une pression et une température plus élevées, pouvant influencer les réactions métamorphiques à l’origine d’un enrichissement de sa source mantellique en Ba, Sr, La et Th. La présence d’amphibole serait le reflet d’une teneur en eau plus élevée de son magma parent, héritée d’un manteau localement plus hydraté.