The Canadian MineraLogist Vol. 35, pp. 313-326 (1997) ORIGIN OF HIGH-An PLAGIOCLASE IN TONGAI\I HIGH-Ca BONINITES: IMPLICATIONS FOR PLAGIOCLASE-MELT EQUILIBRIA AT LOW P(H 20) LEONID V. DANYUSHEVSKYI Department of Geology, Universiry of Tasm(lIlia, GPO Box 252-79, Hobart, Tasmania, 7001, AustraLia MICHAEL R. CARROLL Department of Geology, Ulliversiry of Bristol, Bristol BSS 1RJ, U.K. TREVOR J. FALLOON Department of Geology, Universiry of Tasmania, GPO Box 252-79, Hobart, TasmaJlia, 7001, Australia ABSTRACT 313 Detailed petrological, mineralogical and melt-inclusion studies of an unusual plagioclase-phyric high-Ca boninite from the North Tongan forearc demonstrate that phenocrysts of high-An plagioclase (An>90l crystallized at the latest stages of melt evolution from H20-saturated dacitic melts (64-67 wt.% Si02, -2 wt.% MgO) at -I050°C and low pressure « 1 kbar). These melts contained -1.5 wt.% H20 and had low CaO/Na20 (-3, in wt.%). Our results suggest that the presence of high-Ca (An>90) plagioclase phenocrysts in arc lavas does not necessaIily imply either high H20-contents of Ihe melt (>6 wt.%), or involvement of refractory melts (CaOlNa20 > 8) in magma genesis, as was previously suggested. Established conditions of crystallization [P, T, X, X(H20)] during evolution of the Tongan boninite contradict those predicted by available models of plagioclase-melt equilibria. The effect of H20 on the activities of plagioclase components in hydrous melts is strongly nonlinear. Extrapolation of experimental results on the effect of H20 on plagioclase-melt equilibIia from melt H20 contents of >4 wt% to the low H20 contents (<2 wt%) of the evolved Tongan boninite predicts a less calcic plagioclase than observed, or higher H20 contents than measw'ed in plagioclase-hosted melt inclusions. These observations are in accord with the well-known large effect of small amounts of H20 on mineral melting temperatures, and also with recent results on the effect of H20 on melt viscosities at low H20 contents. Better predictions require new experimental data at low P(H20) (<i kbar). Keywords: high-An plagioclase, boninite, H20 content, melt inclusions, plagioclase-melt equilibria, model, Tonga forearc. SOMMAIRE Une etude detaiUee fondee sur la petrologie, la mineralogie et la composition des inclusions vitreuses de phenocristaux de plagioclase tres calcique d'une boninite anomale de I'avant-arc du secteur nord de Tonga demontre que Ie plagioclase s'est forme aux stades ultimes de cristallisation, it partir d'un magma dacitique sature en H20 (64-67% de Si02, -2% de MgO, en poids) it environ IOSO°C et a faible pression «I kbar). De tels magmas contenaient -1.5% en H20 et avaient un faible rapport CaOINa20 (-3, en termes ponderaux). D'apres nos resultats, la presence de phenocristaux de plagioclase tres calcique (An>90) ne requiert pas necessairement des teneurs en H20 du magma tres elevees (>6%, par poids) ou I'implication d'un magma rUractaire (CaOlNa20> 8), comme il est generalement suppose. Les conditions de cristallisation preconisees [P, T, X, X(H2 0)] au cours de l'evolution de la boninite de Tonga contredisent celles qui sont predites a partir des modeles disponibles de I'equilibre entre plagioclase et magma. L'intluence de H20 sur I'acivite des composantes du plagioclase dans les magmas est fortement non lineaire. Une extrapolation des resultats experimentaux sur I'effet de H20 sur I'equilibre plagioclase-liquide, etabli pour des teneurs de H2 0 superieures 11 4% (poids), aux faibles teneurs (<2%) observees dans Ie cas de la boninite evoluee, predit un plagioclase moins fortement ca!Cique que ce qui est observe, ou bien une teneur en H2 0 plus elevee que celie qui est mesuree dans les inclusions vitreuses pie gees par Ie plagioclase. Nos observations concordent bien avec I' influence tres marquee de faibles quantites de H20 sur Ie point de fusion des mineraux, et avec les resultats recents de I'effet de H20 sur la viscosite des magmas 11 faibles teneurs en H20. De meilleures predictions imposent de nouvelles donnees experimentales obtenues a faible P(H2 0) «I kbar). (Traduit par la Redaction) Mots-dis: plagioclase calcique, boninite, teneur en H20, reliquats magmatiques, equilibre plagioclase-liquide, modele, avant-arc de Tonga. I E-mail address:1.dan@geol.utas.edu.au