Mafic replenishhment of multiple felsic reservoirs at the Mono domes and Mono Lake islands, California

The Long Valley Volcanic Field is best known for the paroxysmal 0.76 Ma Bishop Tuff caldera-forming eruption. Postcaldera volcanic activity initially was focused within the caldera complex and along its western and southern margins. Starting at ~60 ka, however, intracaldera volcanism ceased and the focus of activity shifted to the north into the Mono Basin. Frequent eruptions over the past 60,000 years have emplaced the Mono domes and the Mono Lake lavas. The Mono Lake lavas, as well as enclaves present in several of the Mono domes, comprise the only material of intermediate composition (andesite, dacite) erupted in the Mono Basin. Recent unrest in Long Valley, combined with the youth of the Mono Basin lavas, underlines the importance of better understanding the petrogenetic processes involved in generating these lavas. To aid in accomplishing this goal, we have undertaken a study of Mono Basin volcanism encompassing whole-rock major and trace element, Sr, Nd, Pb, and O isotopic, and electron microprobe glass, plagioclase, and amphibole analyses. Variations in major and trace elements suggest that fractional crystallization of feldspar (Sr, K2O), apatite (P2O5), titanomagnetite (V), zircon (Zr), and a LREE-bearing phase (La, Ce) has influenced the evolution of the Mono Basin lavas. Field observations, petrography, and chemistry together demonstrate that injection of more mafic magma is a universal process throughout the Mono Basin. Mafic enclaves of the Mono domes are stretched and rounded, with chilled margins between enclave and host rhyolite. Thin sections cut along the enclave-host border show millimeter-scale inclusions of rhyolite in the enclaves and vice versa. Paoha Island dacite has glass with 67-72 wt.% SiO2 and contains microscopic clots of more mafic glasses, with SiO2 contents as low as 64 wt.%. Isotopically, recently erupted regional basalts (e.g., Black Point) and the Mono dome enclaves represent the least radiogenic material in the Long Valley Volcanic Field, with 87Sr/86Sri <0.7056 and 143Nd/144Nd >0.5126. The silicic Mono Lake lavas and Mono dome rhyolites display increasingly crustal signatures, with 87Sr/86Sri >0.7058 and 143Nd/144Nd <0.5127, comparable to the Bishop Tuff. Oxygen and Pb isotopes throughout the sample suite also have crustal signatures, with 206Pb/204Pb >19 and δ18O >+6.5‰. The Mono Lake lavas generally are both younger and less evolved than the Mono domes, with lower 143Nd/144Nd, higher 206Pb/204Pb, and enrichment in trace elements including Ba and Sr. This implies that the Mono domes and the Mono Lake lavas are derived from different batches of magma, if not from separate magma chambers. The lack of any systematic relationship between the degree of chemical evolution and the age of a lava implies that several magma batches have been involved in the development of the Mono domes. Pronounced differences in trace element composition (Nb, Y) and isotopic values between the Negit Island and Paoha Island lavas indicate that they, too, are produced by the evolution of at least two different batches of intermediate-composition magma. Continued unrest in the south moat of Long Valley caldera hints at the potential for future volcanic activity there. Given the recent history of volcanism north of the caldera and the clear evidence presented here for continued mafic recharge beneath the Mono Basin, Mono Lake and the Mono domes are likely candidates for future eruptions.Le champ volcanique de Long Valley est connu pour l'éruption paroxysmale du Bishop Tuff, qui a excavé la caldeira il y a 0.76 Ma. L'activité postcaldeira fut concentrée initialement au sein de la caldeira et le long de ses frontières occidentales et méridionales. À partir de 60 ka, cependant, le volcanisme intracaldeira a cessé et le centre de l'activité s'est dirigé vers le nord, dans le bassin de Mono. Au cours des 60 000 années suivantes, les éruptions fréquentes ont produit les dômes de Mono et les laves du lac Mono. Les laves du lac Mono et les enclaves qui sont présentes dans plusieurs des dômes de Mono constituent le seul matériau de composition intermédiaire (andésitique, dacitique) qui a été éclaté dans le bassin de Mono. L'activité récente à Long Valley, combinée avec la jeunesse des laves du bassin de Mono, met l'accent sur l'importance de mieux comprendre les processus pétrogénétiques qui ont mené à la génération de ces roches. Nous avons entrepris une étude du volcanisme du bassin de Mono qui inclut des analyses des éléments majeurs et traces dans les roches, des analyses isotopiques de Sr, Nd, Pb, et O, et des analyses par microsonde électronique de verres volcaniques, de plagioclases, et d'amphiboles. Les variations en éléments suggèrent que la cristallisation fractionnée de feldspaths (Sr, K2O), d'apatites (P2O5), de titanomagnétites (V), de zircons (Zr), et d'une phase qui affecte les éléments de terres rares légères (La, Ce) a influencé l'évolution des laves. Les observations de terrain, la pétrographie, et la chimie démontrent ainsi que l'injection de magma mafique est un processus important. Les enclaves mafiques sont de formes étirées et arrondies, avec des marges figées entre les enclaves et la rhyolite hôte. Les lames minces de roches qui proviennent du long de la marge entre les enclaves et la rhyolite révèlent des inclusions de rhyolite de taille de l'ordre de quelques millimétres, et vice versa. La dacite de l'île de Paoha contient du verre ayant une composition en silice de 67-72% par masse. Elle contient des gouttes microscopiques de verre plus mafique, avec un contenu en SiO2 aussi bas que 64 pourcent poids. Les basaltes régionaux récentes et les enclaves des dômes de Mono possèdent les valeurs isotopiques les moins radiogéniques de tout le champ volcanique de Long Valley, avec 87Sr/86Sri <0.7056 et 143Nd/144Nd >0.5126. Les laves du lac Mono et les rhyolites des dômes de Mono ont des signatures plus influencées par la croûte terrestre, avec 87Sr/86Sri >0.7058 et 143Nd/144Nd <0.5127. Ces valeurs sont comparables à celles du Bishop Tuff. Les isotopes d'oxygène et de plomb dans la suite possèdent des signatures crustales, avec 206Pb/204Pb >19 et δ18O > +6.5 ‰. Les laves du lac Mono sont généralement plus jeunes et moins évoluées que celles des dômes de Mono, avec des valeurs de 143Nd/144Nd inférieures et de 206Pb/204Pb supérieures à celles des dômes. Elles démontrent aussi un enrichissement en éléments traces comme le Ba et le Sr. Ces observations impliquent que les dômes de Mono et les laves du lac Mono sont issus de lots de magmas différents, sinon de chambres magmatiques distinctes. L'absence de relation systématique entre le niveau d'évolution chimique et l'âge des laves suggère que plusieurs lots de magmas sont impliqués dans le développement des dômes de Mono. Les différences prononcées dans la composition en éléments traces (Nb, Y) et en valeurs isotopiques entre les laves de l'île de Negit et de l'île de Paoha indiquent que celles-ci sont aussi les produits d'une évolution d'au moins deux lots différents de magma de compositions intermédiaires. L'activité volcanique dans la région sud de la caldeira de Long Valley n'écarte pas la possibilité d'activité volcanique future. De plus, le volcanisme récent dans le nord de la caldeira, combiné avec la thèse de la recharge mafique sous le bassin de Mono, suggère que le bassin et les dômes de Mono pourraient connaitre de nouvelles éruptions futures