Contrasting sources of Late Paleozoic rhyolite magma in the Polish Lowlands:evidence from U–Pb ages and Hf and O isotope composition in zircon

International audienceThe Polish Lowlands, located southwest of the Teisseyre–Tornquist Zone, within Trans-European Suture Zone, were affected by bimodal, but dominantly rhyolitic, magmatism during the Late Paleozoic. Thanks to the inherited zircon they contain, these rhyolitic rocks provide a direct source of information about the pre-Permian rocks underlying the Polish Lowland. This paper presents zircon U–Pb geochronology and Hf and O isotopic results from five drill core samples representing four rhyolites and one granite. Based on the ratio of inherited vs. autocrystic zircon, the rhyolites can be divided into two groups: northern rhyolites, where autocrystic zircon is more abundant and southern rhyolites, where inherited zircon dominates. We suggest that the magma sources and the processes responsible for generating high silica magmas differ between the northern and southern rhyolites. Isotopically distinct sources were available during formation of northern rhyolites, as the Hf and O isotopes in magmatic zircon differ between the two analysed localities of northern rhyolites. A mixing between magmas formed from Baltica-derived mudstone–siltstone sediments and Avalonian basement or mantle can explain the diversity between the zircon compositions from the northern localities Daszewo and Wysoka Kamieńska. Conversely, the southern rhyolites from our two localities contain zircon with similar compositions, and these units can be further correlated with results from the North East German Basin, suggesting uniform source rocks over this larger region. Based on the ages of inherited zircon and the isotopic composition of magmatic ones, we suggest that the dominant source of the southern rhyolites is Variscan foreland sediments mixed with Baltica/Avalonia-derived sediments

Der Rochlitzer Supervulkan: Vulkanosedimentäre Faziesanalyse und Geochemie des permischen Rochlitz-Ignimbrit-Komplexes und seiner distalen Äquivalente

Im Schatten der ausklingenden variszischen Gebirgsbildung erschütterten katastrophale Supervulkanausbrüche vor ca. 300 Millionen Jahren das Spätpaläozoikum Mitteleuropas. Östlich von Leipzig erstreckt sich auf einer Gesamtfläche von 2.000 km² (ca. 10 % der Fläche des Freistaates) der Nordsächsische Vulkanitkomplex, welcher mindestens zwei große Calderen beinhaltet: 1) das Wurzener und 2) das Rochlitzer Vulkansystem. Wobei die Gesteine des Rochlitzer Vulkansystems die größte Verbreitung finden. Ablagerungen dieser intrakontinentalen und großvolumigen Eruptionen dienten zahlreichen historischen Bauwerken als Baustoff. Redaktionsschluss: 27.04.202

Permeability and pressure measurements in Lesser Antilles submarine slides: Evidence for pressure-driven slow-slip failure

Recent studies hypothesize that some submarine slides fail via pressure-driven slow-slip deformation. To test this hypothesis, this study derives pore pressures in failed and adjacent unfailed deep marine sediments by integrating rock physics models, physical property measurements on recovered sediment core, and wireline logs. Two drill sites (U1394 and U1399) drilled through interpreted slide debris; a third (U1395) drilled into normal marine sediment. Near-hydrostatic fluid pressure exists in sediments at site U1395. In contrast, results at both sites U1394 and U1399 indicate elevated pore fluid pressures in some sediment. We suggest that high pore pressure at the base of a submarine slide deposit at site U1394 results from slide shearing. High pore pressure exists throughout much of site U1399, and Mohr circle analysis suggests that only slight changes in the stress regime will trigger motion. Consolidation tests and permeability measurements indicate moderately low (~10⁻¹⁶–10⁻¹⁷ m²) permeability and overconsolidation in fine-grained slide debris, implying that these sediments act as seals. Three mechanisms, in isolation or in combination, may produce the observed elevated pore fluid pressures at site U1399: (1) rapid sedimentation, (2) lateral fluid flow, and (3) shearing that causes sediments to contract, increasing pore pressure. Our preferred hypothesis is this third mechanism because it explains both elevated fluid pressure and sediment overconsolidation without requiring high sedimentation rates. Our combined analysis of subsurface pore pressures, drilling data, and regional seismic images indicates that slope failure offshore Martinique is perhaps an ongoing, creep-like process where small stress changes trigger motion

Mineralogical and geochemical investigation of megaspherulites from Argentina, Germany, and the USA

Textures and whole-rock chemistry, as well as mineral composition, were analyzed in megaspherulites (high-temperature crystallization domains [HTCDs]) that formed in different geographical and geotectonic contexts and during different geological periods (Silver Cliff, CO, USA—Paleogene; El Quevar, Argentina—Miocene; Meissen Volcanic Complex, Germany—Late Carboniferous). All of these megaspherulites have formed exclusively in rhyolitic lava, and their mineral composition is dominated by K-feldspar (sanidine) and SiO2 phases (quartz, cristobalite, tridymite). All megaspherulites represent composite HTCDs, comprising three zones: inner domain (ID), outer domain (OD), and a marginal domain (MD). Early evolution of megaspherulites is characterized by either central cavities and sector- to full-sphere spherulites or dendritic quartz-sanidine domains. The latter consist of bundles of fibrils each radiating from a single point reflecting relatively high growth rates. A common feature of OD and MD of all three megaspherulite occurrences is autocyclic banding. It mainly comprises fibrous (≤ 100 μm length), radially oriented sanidine and quartz, which formed at a temperature close to glass transition temperature (Tg). The termination of megaspherulite growth is marked by centimeter-sized sector-sphere spherulites on the surface. Megaspherulite formation requires limited nucleation, which is probably related to the low phenocryst content of the hosting lava. Latent heat from overlying crystallizing lithoidal rhyolite maintained low undercooling conditions keeping nucleation density low and facilitating high diffusion and growth rates. Late megaspherulite growth and its termination under low diffusion conditions is controlled by cooling close to Tg. Calculations based on literature data suggest that the megaspherulite growth presumably lasted less than 60 years, perhaps 30 to 40 years

Zircon abundance, size and paragenesis in SiO2-rich volcanic rocks: Implications for geochronologic studies

Textural relationships between different mineral phases in rock such as grain size, shape, associated minerals, inclusions, overgrowths may provide information on crystallization conditions. Such relations between zircon and associated mineral phases can affect interpretation of zircon chemical composition and age. The information on the rock texture is best observed in thin sections. However, observations on thin sections are often neglected due to low number of zircon grains in a thin section, and usually only separates from larger rock volume are being analysed. By doing so, the information on occurrence of zircon within the rock is lost and different zircon generations cannot be traced back to a particular textural position in the rock. In this study we analysed thin sections from silicic volcanic rocks in order to characterize the textural position of zircon in the rock and its diversity. Zircon grains in lava flows and domes samples analysed in this study are rare and usually small. They often occur within the rim of phenocrysts e.g quartz, plagioclase, feldspar, biotite, which indicates that zircon crystallized during the last stage of magma evolution, probably not long before eruption. Therefore, dating of this zircon provides the age of this last stage, but its chemistry may be affected by crystallization in melt pocket concentrated along mineral boundaries. On the other hand, such zircon is absent from ignimbrite samples, which contain abundant and large grains in the glassy matrix. The difference between the zircon appearance in lavas and ignimbrites might be explained by many factors e.g. the difference in analysed localities, crystallization in volatile-rich magma chamber, zonation within magma chamber prior to eruption, sorting and concentration during pyroclastic deposition. Relacje teksturalne i strukturalne wielkość, wykształcenie ziarna, współwystępowanie z innymi minerałami, inkluzje i przerosty między różnymi fazami mineralnymi w skale mogą dostarczyć informacji na temat zróżnicowanych warunków krystalizacji. Takie relacje między cyrkonem a fazami towarzyszącymi mogą mieć kluczowe znaczenie, jeśli chodzi o interpretację wieku cyrkonów datowanymi metodą U-Pb. Aby uzyskać informacje na temat teksturalnych relacji między cyrkonem a pozostałymi minerałami głównymi skały Qtz, Bt, Pl, zalecane są dokładne analizy płytek cienkich próbek skalnych. Bardzo często ten rodzaj badań jest pomijany i bezpośrednio przechodzi się do procesu separacji ziaren. W ten sposób utracone są informacje na temat występowania cyrkonu w skale, co jednoznacznie pozwala wydzielić i rozróżnić poszczególne etapy jego krystalizacji. W artykule przedstawiono wyniki analiz ponad 500 płytek cienkich skał wulkanicznych. Analizy te zostały wykonane w celu opisania występowania cyrkonu oraz potencjalnego zróżnicowania cyrkonu ze względu na sposób jego krystalizacji. Ziarna cyrkonu zidentyfikowane w lawie i kopule lawowej są zazwyczaj małe i wbudowane w brzegi minerałów. Świadczy to o ich krystalizacji podczas ostatniego etapu ewolucji magmy, najprawdopodobniej zaraz przed jej erupcją. Dzięki takim ziarnom uzyskujemy wiek tego etapu, niemniej jednak ich zapis chemiczny najprawdopodobniej odzwierciedla warunki krystalizacji w brzegowej strefie różnych minerałów. W ignimbrytach nie spotyka się małych ziaren zamkniętych w innych minerałach, natomiast występują liczne duże ziarna w szklistym tle skalnym. Taka różnica między występowaniem cyrkonu w lawach i iginmbrytach może być wynikiem analiz konkretnych lokalizacji. Jednak mogą mieć na to wpływ zarówno charakterystyczne warunki krystalizacji magmy np. w komorach silnie nasyconych gazami, jak i jej stratyfikacja w obrębie komory. Stąd też ziarna mogą być selektywnie gromadzone w osadach wulkanicznych odzwierciedlających części komory magmowej bogate bądź ubogie w kryształy.Textural relationships between different mineral phases in rock such as grain size, shape, associated minerals, inclusions, overgrowths may provide information on crystallization conditions. Such relations between zircon and associated mineral phases can affect interpretation of zircon chemical composition and age. The information on the rock texture is best observed in thin sections. However, observations on thin sections are often neglected due to low number of zircon grains in a thin section, and usually only separates from larger rock volume are being analysed. By doing so, the information on occurrence of zircon within the rock is lost and different zircon generations cannot be traced back to a particular textural position in the rock. In this study we analysed thin sections from silicic volcanic rocks in order to characterize the textural position of zircon in the rock and its diversity. Zircon grains in lava flows and domes samples analysed in this study are rare and usually small. They often occur within the rim of phenocrysts e.g quartz, plagioclase, feldspar, biotite, which indicates that zircon crystallized during the last stage of magma evolution, probably not long before eruption. Therefore, dating of this zircon provides the age of this last stage, but its chemistry may be affected by crystallization in melt pocket concentrated along mineral boundaries. On the other hand, such zircon is absent from ignimbrite samples, which contain abundant and large grains in the glassy matrix. The difference between the zircon appearance in lavas and ignimbrites might be explained by many factors e.g. the difference in analysed localities, crystallization in volatile-rich magma chamber, zonation within magma chamber prior to eruption, sorting and concentration during pyroclastic deposition. Relacje teksturalne i strukturalne wielkość, wykształcenie ziarna, współwystępowanie z innymi minerałami, inkluzje i przerosty między różnymi fazami mineralnymi w skale mogą dostarczyć informacji na temat zróżnicowanych warunków krystalizacji. Takie relacje między cyrkonem a fazami towarzyszącymi mogą mieć kluczowe znaczenie, jeśli chodzi o interpretację wieku cyrkonów datowanymi metodą U-Pb. Aby uzyskać informacje na temat teksturalnych relacji między cyrkonem a pozostałymi minerałami głównymi skały Qtz, Bt, Pl, zalecane są dokładne analizy płytek cienkich próbek skalnych. Bardzo często ten rodzaj badań jest pomijany i bezpośrednio przechodzi się do procesu separacji ziaren. W ten sposób utracone są informacje na temat występowania cyrkonu w skale, co jednoznacznie pozwala wydzielić i rozróżnić poszczególne etapy jego krystalizacji. W artykule przedstawiono wyniki analiz ponad 500 płytek cienkich skał wulkanicznych. Analizy te zostały wykonane w celu opisania występowania cyrkonu oraz potencjalnego zróżnicowania cyrkonu ze względu na sposób jego krystalizacji. Ziarna cyrkonu zidentyfikowane w lawie i kopule lawowej są zazwyczaj małe i wbudowane w brzegi minerałów. Świadczy to o ich krystalizacji podczas ostatniego etapu ewolucji magmy, najprawdopodobniej zaraz przed jej erupcją. Dzięki takim ziarnom uzyskujemy wiek tego etapu, niemniej jednak ich zapis chemiczny najprawdopodobniej odzwierciedla warunki krystalizacji w brzegowej strefie różnych minerałów. W ignimbrytach nie spotyka się małych ziaren zamkniętych w innych minerałach, natomiast występują liczne duże ziarna w szklistym tle skalnym. Taka różnica między występowaniem cyrkonu w lawach i iginmbrytach może być wynikiem analiz konkretnych lokalizacji. Jednak mogą mieć na to wpływ zarówno charakterystyczne warunki krystalizacji magmy np. w komorach silnie nasyconych gazami, jak i jej stratyfikacja w obrębie komory. Stąd też ziarna mogą być selektywnie gromadzone w osadach wulkanicznych odzwierciedlających części komory magmowej bogate bądź ubogie w kryształy