Nitrogen recycling at the Costa Rican subduction zone: The role of incoming plate structure

Abstract

Efficient recycling of subducted sedimentary nitrogen (N) back to the atmosphere through arc volcanism has been advocated for the Central America margin while at other locations mass balance considerations and N contents of high pressure metamorphic rocks imply massive addition of subducted N to the mantle and past the zones of arc magma generation. Here, we report new results of N isotope compositions with gas chemistry and noble gas compositions of forearc and arc front springs in Costa Rica to show that the structure of the incoming plate has a profound effect on the extent of N subduction into the mantle. N isotope compositions of emitted arc gases (9–11 N°) imply less subducted pelagic sediment contribution compared to farther north. The N isotope compositions (δ15N = −4.4 to 1.6‰) of forearc springs at 9–11 N° are consistent with previously reported values in volcanic centers (δ15N = −3.0 to 1.9‰). We advocate that subduction erosion enhanced by abundant seamount subduction at 9–11 N° introduces overlying forearc crustal materials into the Costa Rican subduction zone, releasing fluids with lighter N isotope signatures. This process supports the recycling of heavier N into the deep mantle in this section of the Central America margin.

El reciclaje eficaz del nitrógeno (N) sedimentario subducido a la atmósfera a través del vulcanismo de arco y el contenido de N de las rocas metamórficas de alta presión implican una adición masiva de N N subductado al manto y más allá de las zonas de generación de magma de arco. En este trabajo se presentan nuevos resultados de la composición isotópica del N con la química de los gases y las composiciones de los gases nobles de los manantiales del frente del arco en Costa Rica para mostrar que la estructura de la placa entrante tiene un profundo efecto en la extensión de la subducción de N en el manto. Las composiciones isotópicas de N de los gases de arco emitidos (9-11N°) implican una menor contribución de los sedimentos pelágicos subductados subducción de los sedimentos pelágicos en comparación con las zonas más septentrionales. Las composiciones isotópicas de N (δ15N=-4,4 a 1,6‰) de los manantiales de la precordillera a 9-11N° son coherentes con los valores previamente comunicados en los centros volcánicos (δ15N=-3,0 a 1,9‰). Defendemos que la erosión de subducción potenciada por la abundante subducción de montes submarinos de subducción a 9-11N° introduce materiales de la corteza de la antepaís en la zona de subducción de Costa Rica de subducción costarricense, liberando fluidos con firmas isotópicas de N más ligeras. Este proceso apoya el reciclaje de N más pesado en el manto profundo en esta sección del margen de América Central