PETROLOGIA E COMPOSIZIONI ISOTOPICHE Nd-Sr-Pb DEI GABBROS DEL BACINO DI RETROARCO DI SHIKOKU, MAR DELLE FILIPPINE

Back-arc basins account for the formation of a significant fraction of the seafloor worldwide. (Sdrolias & Müller, 2006; Taylor & Martinez, 2003). However, in these contexts, magmatism is closely linked to the influx of subduction fluids within the upper mantle and the composition of the lower oceanic crust formed during back-arc expansion has never been characterized in detail, nor has an archetype of back-arc lithosphere composition been defined. Oceanic spreading is a key component of global tectonic cycles and needs to be thoroughly constrained in the effort to understand the Earth’s evolution. This research thesis aims at providing constraints on the petrography and geochemical composition of the lower gabbroic crust sampled in the Shikoku Basin (Philippine Sea). Sampling at increasing distance from the extinct spreading center will allow us to evaluate the compositional evolution of parental melts over the lifespan of the back arc basin, from initial spreading to its extinction. In turn, we will assess the compositional evolution of the oceanic lithosphere in relation with its geodynamic setting. Hence, this thesis will furnish new data to compare the magmatic features of ocean ridges formed at back-arc basins with those of the better-known mid-ocean ridges. The Philippine Sea is constituted by three basins that formed as a result of the westward subduction of the Pacific plate. The westernmost basin is the first to have opened between ~65 and ~35 Myr, and is characterized by a NE-SW spreading direction. After ⁓10 Ma, the spreading ridge associated with the Western Philippine basin was no longer stable, and jumped towards the east, closer to the subduction trench. This process led to the opening of a second basin, with the Shikoku basin, on the North, and the Parece Vela basin, on the South. The latter is also extinct nowadays, since ⁓15 Myr ago the active spreading was relocated eastward, along the Mariana Trough, active to date. The instability of the spreading ridge was most likely dictated by the retreat of the subducting slab in both cases. This slab roll-back results from the sinking of the old and heavy Pacific slab. (Mrozowski and Hayes, 1979; Shih, 1980b). We postulate that the ridge relocation can be related to variations in slab morphology, which governs the subduction fluid supplied into the upper mantle. A decline in fluid influx might lead to i) displacement of the main magmatic activity from the ridge to the volcanic arc, and to ii) the extinction of the ridge and opening of a new basin, 'splitting' the volcanic arc in two. Our sampling of the lower gabbroic crust of the Shikoku basin includes areas formed during both the early spreading (⁓25-30 Myr) towards the extinction of the ridge activity (⁓15 Myr). This allow us to reconstruct the compositional evolution of the basin over time and extrapolate the relationship with the geodynamic subducting slab architecture. To characterize the gabbroic lithologies forming the lower oceanic crust in these settings, we will complete a previous petrographic description of the samples, followed by major and trace element analyses of the main minerals composing these lithologies (olivine, plagioclase, clinopyroxene, amphibole, ilmenite). In order to trace the involvement of fluids in the formation of parental melts, this thesis will complete an existing geochemical dataset with new determination of Sr, Nd and Pb radiogenic isotopes performed on amphibole. The main scientific question of this research work is: Is there a variation in the influx of subduction fluids during the life cycle of the magmatism in the Shikoku basin? The main hypothesis to be tested is that the system evolves from having high amounts of fluids during the early phases of back-arc spreading to an anhydrous environment, equivalent or slightly more hydrated compared to mid-ocean ridges. This variation in fluid influx mainly results from the retreat of the subducting slab.

I bacini di retroarco rappresentano la formazione di una frazione significativa del fondale marino in tutto il mondo. Tuttavia, in questi contesti, il magmatismo è strettamente legato all’afflusso dei fluidi di subduzione all’interno del mantello superiore e la composizione della crosta oceanica inferiore formatasi durante l’espansione di retroarco non è mai stata caratterizzata in dettaglio, né è mai stato caratterizzato in dettaglio un archetipo di litosfera di retroarco. la composizione è stata definita L’espansione oceanica è una componente chiave dei cicli tettonici globali e deve essere accuratamente controllata nello sforzo di comprendere l’evoluzione della Terra. Questa tesi di ricerca si propone di fornire vincoli sulla petrografia e sulla composizione geochimica della crosta gabbroica inferiore campionata nel bacino di Shikoku (Mar delle Filippine). Il campionamento a distanza crescente dal centro di diffusione estinto ci consentirà di valutare l'evoluzione compositiva dei fusi parentali nel corso della vita del bacino del retroarco, dalla diffusione iniziale alla sua estinzione. A sua volta, valuteremo l'evoluzione compositiva della litosfera oceanica in relazione al suo assetto geodinamico. Quindi, questa tesi fornirà nuovi dati per confrontare le caratteristiche magmatiche delle dorsali oceaniche formatesi nei bacini di retroarco con quelle delle dorsali medio-oceaniche più conosciute.Il Mar delle Filippine è costituito da tre bacini formatisi a seguito della subduzione verso ovest della placca pacifica. Il bacino più occidentale è il primo ad essersi aperto tra ~65 e ~35 Myr, ed è caratterizzato da una direzione di espansione NE-SW. Dopo ⁓10 Ma, la dorsale in espansione associata al bacino delle Filippine occidentali non era più stabile e balzò verso est, più vicino alla fossa di subduzione. Questo processo portò all'apertura di un secondo bacino, con il bacino di Shikoku, a nord, e il bacino di Parece Vela, a sud. Anche quest'ultimo è oggi estinto, poiché ⁓15 Myr fa l'espansione attiva si è spostata verso est, lungo la Fossa delle Marianne, attiva fino ad oggi. In entrambi i casi, l'instabilità della dorsale in espansione è stata molto probabilmente dettata dal ritiro della placca in subduzione. Questo roll-back della lastra risulta dall'affondamento della vecchia e pesante lastra del Pacifico. Postuliamo che lo spostamento della cresta possa essere correlato a variazioni nella morfologia della lastra, che governa il fluido di subduzione fornito nel mantello superiore. Un calo dell'afflusso di fluidi potrebbe portare a i) spostamento della principale attività magmatica dalla cresta all'arco vulcanico, e ii) all'estinzione della cresta e all'apertura di un nuovo bacino, "spaccando" l'arco vulcanico in due. Il nostro campionamento della crosta gabbrica inferiore del bacino di Shikoku comprende aree formatesi durante l'espansione precoce (⁓25-30 Myr) verso l'estinzione dell'attività della dorsale (⁓15 Myr). Ciò consente di ricostruire l'evoluzione compositiva del bacino nel tempo ed estrapolare il rapporto con l'architettura geodinamica delle lastre di subduzione. Per caratterizzare le litologie gabbroiche che formano la crosta oceanica inferiore in questi ambienti, completeremo una precedente descrizione petrografica dei campioni, seguita dall'analisi degli elementi maggiori e in tracce dei principali minerali che compongono queste litologie (olivina, plagioclasio, clinopirosseno, anfibolo, ilmenite) . Al fine di tracciare il coinvolgimento dei fluidi nella formazione dei fusi parentali, questa tesi completerà un set di dati geochimici esistente con una nuova determinazione degli isotopi radiogenici di Sr, Nd e Pb eseguita sull'anfibolo. La principale domanda scientifica di questo lavoro di ricerca è: esiste una variazione nell'afflusso dei fluidi di subduzione durante il ciclo di vita del magmatismo nel bacino di Shikoku?