Crustal structure along the southern Central American volcanic front

Abstract

Subduction alters continents several ways, including accretion, magmatic addition, mantle wedge serpentinization, and crustal differentiation. These changes affect seismic velocities, so characterizing upper plate crust establishes a baseline for composition and continental growth. Teleseismic P and PP arrivals from a temporary deployment of broadband seismometers in Central America have been used to estimate crustal thickness and Vp/Vs ratio from receiver functions and to image crust across the active arc. Crustal thickness ranges from 25 to 44 km with formal errors of 1.6–9.2 km. The thinnest crust (24.6 ± 3.5 km) lies directly beneath the Nicaraguan arc, whereas the thickest crust lies in the Nicaraguan back arc (43.5 ± 2.5 km) and beneath the Costa Rican arc (37.9 ± 5.2 km). Crustal structure and Vp/Vs show sharp transitions at terrane boundaries. The Moho exhibits strong velocity contrasts throughout the study area of ∼0.5–1.0 km/s, even beneath arc and fore arc, precluding extensive serpentinization or ponded melt below the Moho. Crust is thicker beneath the Costa Rican arc, consistent with 10–23 km3/km/Ma crustal growth. The crust is thinner by 11–18 km beneath the large depression in central Nicaragua, with the thinnest crust beneath the arc. There, the relationship between thin crust, arc location, and deeper seismic velocities suggests that upper plate structure plays a critical role in focusing magma to the surface.La subducción altera los continentes de varias maneras, incluida la acreción, la adición magmática, la serpentinización de la cuña del manto y la diferenciación de la corteza. Estos cambios afectan las velocidades sísmicas, por lo que la caracterización de la corteza de la placa superior establece una línea de base para la composición y el crecimiento continental. Las llegadas telesísmicas P y PP de un despliegue temporal de sismómetros de banda ancha en América Central se han utilizado para estimar el espesor de la corteza y la relación Vp/Vs a partir de las funciones del receptor y para obtener imágenes de la corteza a lo largo del arco activo. El grosor de la corteza varía de 25 a 44 km con errores formales de 1,6 a 9,2 km. La corteza más delgada (24,6 ± 3,5 km) se encuentra directamente debajo del arco de Nicaragua, mientras que la corteza más gruesa se encuentra en el arco posterior de Nicaragua (43,5 ± 2,5 km) y debajo del arco de Costa Rica (37,9 ± 5,2 km). La estructura de la corteza y Vp/Vs muestran transiciones pronunciadas en los límites del terreno. El Moho exhibe fuertes contrastes de velocidad en toda el área de estudio de ∼0,5–1,0 km/s, incluso debajo del arco y antearco, lo que impide una extensa serpentinización o derretimiento encharcado debajo del Moho. La corteza es más gruesa debajo del arco de Costa Rica, consistente con un crecimiento de la corteza de 10–23 km3/km/Ma. La corteza es más delgada entre 11 y 18 km debajo de la gran depresión en el centro de Nicaragua, con la corteza más delgada debajo del arco. Allí, la relación entre la corteza delgada, la ubicación del arco y las velocidades sísmicas más profundas sugiere que la estructura de la placa superior juega un papel fundamental en la concentración del magma en la superficie.