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 diversas maneras, entre ellas la acreción, la aportación magmática, la serpentinización de la cuña del manto y la diferenciación cortical. Estos cambios afectan a las velocidades sísmicas, por lo que la caracterización de la corteza superior de la placa establece una referencia para determinar la composición y el crecimiento continental. Se han utilizado las llegadas telésmicas de las ondas P y PP, obtenidas mediante un despliegue temporal de sismómetros de banda ancha en América Central, para estimar el espesor de la corteza y la relación Vp/Vs a partir de las funciones de receptor, así como para obtener imágenes de la corteza a lo largo del arco activo. El espesor de la corteza oscila entre 25 y 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 nicaragüense, mientras que la más gruesa se encuentra en el arco posterior de Nicaragua (43,5 ± 2,5 km) y debajo del arco costarricense (37,9 ± 5,2 km). La estructura cortical y la relación Vp/Vs muestran transiciones bruscas en los límites de los terrenos. El Moho presenta fuertes contrastes de velocidad en toda el área de estudio de 0,5–1,0 km/s, incluso debajo del arco y del arco anterior, lo que descarta una serpentinización extensa o la acumulación de magma debajo del Moho. La corteza es más gruesa debajo del arco de Costa Rica, lo que concuerda con un crecimiento cortical de 10–23 km3/km/Ma. La corteza es entre 11 y 18 km más delgada bajo la gran depresión del centro de Nicaragua, siendo la más delgada la que se encuentra bajo el arco. Allí, la relación entre la delgadez de la corteza, la ubicación del arco y las velocidades sísmicas a mayor profundidad sugiere que la estructura de la placa superior desempeña un papel fundamental en la concentración del magma hacia la superficie.