The name of “adakite” is used to describe a far too large group of rocks, whose sole common feature is high Sr/Y and La/Yb ratios. However, such a signature can be achieved via different processes: melting of a high Sr/Y (and La/Yb) source; deep melting, with abundant residual garnet; fractional crystallization or AFC; or interactions of felsic melts with the mantle, causing selective enrichment in LREE and Sr over HREE. A database of the compositions of “adakitic” rocks—including “high silica” and “low silica” adakites [Martin, H., Smithies, R.H., Rapp, R.P., Moyen, J.-F., Champion, D.C., 2005. An overview of adakite, tonalite–trondhjemite–granodiorite (TTG) and sanukitoid: relationships and some implications for crustal evolution. Lithos, 79(1–2), 1–24.], “continental” adakites and Archaean adakites–was assembled. Geochemical modeling of the potential processes is used to interpret it, and reveals that (1) the classical model of “slab melting” provides the best explanation for the genesis of high-silica adakites; (2) low-silica adakites are explained by garnet-present melting of an adakite-metasomatized mantle, i.e., at depths greater than 2.5 GPa; (3) “Continental” adakites is a term encompassing a huge range of rocks, with a corresponding diversity of petrogenetic processes, and most of them are different from both low- and high-silica adakites; (4) Archaean adakites show a bimodal composition range, with some very high Sr/Y examples (similar to part of the TTG suite) reflecting deep melting (> 2.0 GPa) of a basaltic source with a relatively high Sr/Y, while lower Sr/Y rocks formed by shallower (1.0 GPa) melting of similar sources. Comparison with the Archaean TTG suite highlights the heterogeneity of the TTGs, whose composition spreads the whole combined range of HSA and Archaean adakites, pointing to a diversity of sources and processes contributing to the “TTG suite”.

TTGs (tonalite–trondhjemite–granodiorite) are one of the archetypical lithologies of Archaean cratons. Since their original description in the 1970s, they have been the subject of many studies and discussions relating to Archaean geology. In this paper, we review the ideas, concepts and arguments brought forward in these 40 years, and try to address some open questions — both old and new. The late 1960s and the 1970s mark the appearance of “grey gneisses” (TTG) in the scientific literature. During this period, most work was focused on the identification and description of this suite, and the recognition that it is a typical Archaean lithology. TTGs were already recognised as generated by melting of mafic rocks. This was corroborated during the next decade, when detailed geochemical TTG studies allowed us to constrain their petrogenesis (melting of garnet-bearing metamafic rocks), and to conclude that they must have been generated by Archaean geodynamic processes distinct from their modern counterparts. However, the geodynamic debate raged for the following 30 years, as many distinct tectonic scenarios can be imagined, all resulting in the melting of mafic rocks in the garnet stability field. The 1990s were dominated by experimental petrology work. A wealth of independent studies demonstrated that melting of amphibolites as well as of mafic eclogites can give rise to TTG liquids; whether amphibolitic or eclogitic conditions are more likely is still an ongoing debate. From 1990s onwards, one of the key questions became the comparison with modern adakites. As originally defined these arc lavas are reasonably close equivalents to Archaean TTGs. Pending issues largely revolve around definitions, as the name TTG has now been applied to most Archaean plutonic rocks, whether sodic or potassic, irrespective of their HREE contents. This leads to a large range of petrogenetic and tectonic scenarios; a fair number of which may well have operated concurrently, but are applicable only to some of the rocks lumped together in the ever-broadening TTG “bin”.

The end of the Archean aeon (3.0–2.5 Ga) was a period of fundamental change in many aspects of the geological record. In Archean cratons, this timespan is marked by a considerable diversification in both the nature and petrogenesis of granitoid rocks. In this article, we review the nature, petrogenesis and global evolution of late-Archean granitoids and discuss their geodynamic significance. Late-Archean granitoids can be classified into four groups: (1) volumetrically-dominant and juvenile tonalites, trondhjemites and granodiorites (TTGs), whose geochemistry is consistent with an origin through partial melting of meta-igneous mafic rocks at various pressures; (2) Mg-, Fe- and K-rich, metaluminous (monzo)diorites and granodiorites, referred to as sanukitoids s.l., which derive primarily from hybridization between mantle peridotite and a component rich in incompatible elements; (3) peraluminous and K-rich biotite- and two-mica granites, formed through melting of older crustal lithologies (TTGs and meta-sediments, respectively); and (4) hybrid high-K granites with mixed characteristics from the first three groups. The chronology of granitoid emplacement in late-Archean times is different from one craton to another but, in general, follows a very specific two-stage sequence: (1) a long period (0.2–0.5 Ga) of TTG emplacement; (2) a shorter period (0.02–0.15 Ga) during which all other granitoid types were generated. We propose that this sequence represents the first global subduction–collision cycle in the Earth's history. Although possibly present in the geological record prior to 3.0 Ga, such mechanisms became progressively prevalent on a planetary scale only between 3.0 and 2.5 Ga, indicating that the late-Archean geodynamic changes resulted from the global initiation of “modern-style” plate tectonics. The Archean–Proterozoic transition thus represents a major change in the mechanisms of the Earth's heat loss: before 3.0–2.5 Ga, it took place by large-scale magmatic differentiation characterized by generation of proto-continents that underwent crustal maturation locally, but without obvious cyclic activity on a planetary scale. After this, heat loss became accommodated by plate tectonics and global Wilson subduction–collision cycles. These changes were the consequence of the Earth's cooling, which in turn controlled a number of different parameters locally (thickness, temperature, volume and rheology of the crust). This explains why the changes took place over a short timespan (~ 0.5 Ga) relative to the Earth's history, but at different times and with different characteristics from one craton to another.

The geodynamic context of formation of the Archaean continental crust is a matter of debate. The crust is largely made of grey gneiss complexes, a composite rock assemblage dominated by granitoids that are generally regarded as belonging to the TTG (tonalite–trondhjemite–granodiorite) series. Using a large database of published TTG and grey gneiss compositions, it is possible to show that the granitoids forming grey gneiss complexes actually belong to at least four main geochemical groups: (i) a potassic component made of granodiorites and formed by melting of existing crustal lithologies; and (ii) three sodic groups (TTG proper) that comprise low, medium and high pressure groups. The geochemistry of the low pressure group is consistent with derivation from a plagioclase and garnet–amphibolite; the medium pressure group was formed in equilibrium with a garnet-rich, plagioclase-poor amphibolite, whereas the high pressure group derived from a rutile-bearing eclogite. As the temperature of melting of metamafic rocks is largely independent from pressure, this corresponds to melting along a range of contrasting geothermal gradients, in turn reflecting a range of tectonic sites for the formation of the Archaean continental crust.

The results of field, geochronologic, geochemical and isotopic studies are presented for the granitoids that occur east of the Closepet batholith up to the Kolar schist belt (KSB). Field data, such as common foliation, strong shear deformation occasionally leading to mylonitization, together with petrographic data, including reduction in grain size with corroded borders, show characteristics of the syn-kinematic emplacement of the granitoids. Single zircon evaporation ages define a minimum age of 3127 Ma for the tonalitic–trondhjemitic–granodioritic (TTG) basement and 2552–2534 Ma plateau ages for the emplacement of the granitoids, which slightly predate (20–30 Ma) the emplacement of the 2518 Ma Closepet batholith.Major and trace element data, together with isotopic data, suggest at least four magmatic suites from Closepet batholith to the east, which have independent magmatic evolution histories. The observed data are compatible with magma mixing for the Closepet batholith, melting of TTG and assimilation–fractional crystallization processes for Bangalore granites, either melting of heterogeneous source or different degree of melting of the same source for the granitoids of Hoskote–Kolar and fractional crystallization for the western margin of the KSB. Isotopic (Nd–Sr) and geochemical data (LREE and LIL elements) suggest highly enriched mantle and ancient TTG crust for the Closepet batholith, enriched mantle and TTG crust for the Bangalore granites, c.a. chondritic mantle source for the granitoids of Hoskote–Kolar and the quartz monzonites of the western margin of the KSB and slightly depleted mantle for granodiorites of the eastern margin of the KSB.We interpret all these geochronologic, geochemical and isotopic characteristics of granitoids from the Closepet batholith to the east up to the KSB in terms of a plume model. The centre of the plume would be an enriched ‘hot spot’ in the mantle that lies below the present exposure level of the Closepet batholith. Melting of such an enriched mantle hot spot produces high temperature magmas (Closepet) that penetrate overlying ancient crust, where they strongly interact and induce partial melting of the surrounding crust. These magmas cool very slowly, as the hot spot maintains high temperatures for a long time; thus they appear younger (2518 Ma). On the contrary, to the east the plume induces melting of c.a. chondritic or slightly depleted mantle that produces relatively colder and less enriched magmas, which show less or no interactions with the surrounding crust and cool rapidly and appear slightly older (2552–2534 Ma). This plume model can also account for late Archaean geodynamic evolution, including juvenile magmatism, heat source for reworking, inverse diapirism and granulite metamorphism in the Dharwar craton.

Research Article| April 01, 2002 Secular changes in tonalite-trondhjemite-granodiorite composition as markers of the progressive cooling of Earth Hervé Martin; Hervé Martin 1Laboratoire Magmas et Volcans, Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand, Université Blaise Pascal, Centre National de la Recherche Scientifique 5, rue Kessler 63038, Clermont-Ferrand cedex, France Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Jean-François Moyen Jean-François Moyen 1Laboratoire Magmas et Volcans, Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand, Université Blaise Pascal, Centre National de la Recherche Scientifique 5, rue Kessler 63038, Clermont-Ferrand cedex, France Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Author and Article Information Hervé Martin 1Laboratoire Magmas et Volcans, Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand, Université Blaise Pascal, Centre National de la Recherche Scientifique 5, rue Kessler 63038, Clermont-Ferrand cedex, France Jean-François Moyen 1Laboratoire Magmas et Volcans, Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand, Université Blaise Pascal, Centre National de la Recherche Scientifique 5, rue Kessler 63038, Clermont-Ferrand cedex, France Publisher: Geological Society of America Received: 13 Sep 2001 Revision Received: 23 Nov 2001 Accepted: 27 Nov 2001 First Online: 02 Jun 2017 Online ISSN: 1943-2682 Print ISSN: 0091-7613 Geological Society of America Geology (2002) 30 (4): 319–322. https://doi.org/10.1130/0091-7613(2002)030<0319:SCITTG>2.0.CO;2 Article history Received: 13 Sep 2001 Revision Received: 23 Nov 2001 Accepted: 27 Nov 2001 First Online: 02 Jun 2017 Cite View This Citation Add to Citation Manager Share Icon Share Facebook Twitter LinkedIn MailTo Tools Icon Tools Get Permissions Search Site Citation Hervé Martin, Jean-François Moyen; Secular changes in tonalite-trondhjemite-granodiorite composition as markers of the progressive cooling of Earth. Geology 2002;; 30 (4): 319–322. doi: https://doi.org/10.1130/0091-7613(2002)030<0319:SCITTG>2.0.CO;2 Download citation file: Ris (Zotero) Refmanager EasyBib Bookends Mendeley Papers EndNote RefWorks BibTex toolbar search Search Dropdown Menu toolbar search search input Search input auto suggest filter your search All ContentBy SocietyGeology Search Advanced Search Abstract Archean tonalite-trondhjemite-granodiorite associations (TTG) are classically thought to generate through partial melting of hydrous metabasalts. However, the chemical composition of the least differentiated TTG parental magmas evolved from 4.0 to 2.5 Ga. During this interval, the Mg# as well as the Ni and Cr contents increased, which is interpreted as reflecting increased interactions between felsic melts generated by metabasalt melting and mantle peridotite. Similarly, (CaO + Na2O) and Sr also increased over time, thus reflecting an increase in the abundance of plagioclase in the melt residue. The presence or absence of residual plagioclase is interpreted in terms of melting depth. The demonstrated interaction between TTG parental magmas and the mantle rules out their genesis by fusion of previously underplated metabasalt and favors the melting of subducted slab material. At 4.0 Ga, Earth's geothermal gradient was sufficiently high to allow slab melting at shallow depths where plagioclase was stable. Consequently, due to the small thickness of the overlying mantle wedge, felsic magmas interacted little with the mantle. At 2.5 Ga, however, owing to lower geothermal gradients, the melting depth was greater and plagioclase became no longer stable in the thick mantle wedge overlying the subducted slab. As a result, felsic magmas reacted strongly with the mantle peridotite. The changes of TTG composition during Archean time can be thus interpreted as reflecting the progressive cooling of Earth. You do not have access to this content, please speak to your institutional administrator if you feel you should have access.

Extensive field work in the Eastern Dharwar Craton, associated with petrographic and geochemical (major and trace elements) investigations, allows four main types of Late Archaean granitoids to be distinguished. (1) Na-rich granitoids of trondhjemitic, tonalitic and granodioritic composition (TTG) that are characterised by strongly fractionated REE patterns and low HREE contents and generally interpreted as “slab melts” generated by partial melting of metamorphosed hydrated basalt, most likely in a subduction environment. (2) Sanukitoids, which are K- and Mg-rich monzonites and granodiorites with TTG-like REE patterns associated with marked LILE-enrichment, and considered to result from the reaction of slab melts generated in a subduction environment with, and assimilation of, mantle wedge peridotite. (3) Uncommon high-HFSE, Mg and K granites with strongly REE and LILE-enrichment that, probably formed by partial melting of an enriched mantle source; unlike in the genesis of sanukitoids, in this case the slab melt is considered to be wholly consumed by reaction with mantle minerals, resulting in mantle-enrichment. Subsequent melting of this enriched mantle (probably in a post-subduction setting) gives rise to high-HFSE, Mg and K magmas. As demonstrated for the Closepet Granite (Dharwar Craton), the hot mantle-derived magma can induce melting of continental crust and then mix with the anatectic products. (4) K-rich, Mg-poor anatectic biotite-granites with REE patterns that are less fractionated and show negative Eu anomalies. These granites result from the remelting of old basement or recently accreted plutons, both with TTG compositions. Such anatexis can occur either in a subduction or in a post-subduction environment. This typology, based on the well-exposed Dharwar Craton, can be extended to Late Archaean granitoids from all over the world. About such 500 analysis were compiled, and a number of discriminant diagrams, based on both major and trace elements, are proposed. The most likely tectonic setting for the observed rock types is an accretionary orogen with accretion of continental blocks above a subduction system, followed by thermal reworking of the newly accreted continental material. However, it has been found that Archaean “subduction-related” granitoids are significantly different from their modern counterparts, implying progressive changes in the modes of magma generation at convergent margins from the Archaean to the present.

Subduction drives plate tectonics and builds continental crust, and as such is one of the most important processes for shaping the present-day Earth. Here we review both theory and observations for the viability and style of Archean subduction. High Archean mantle temperature gave low mantle viscosity and affected plate strength and plate buoyancy. This resulted in slower or intermittent subduction, either of which resulted in Earth cooling profiles that fit available data. Some geological observations are interpreted as subduction related, including an “arc” signature in various igneous rocks (suggesting burial of surface material to depths of 50–100 km), structural thrust belts and dipping seismic reflectors, and high-pressure–low-temperature and low-pressure–high-temperature paired metamorphic belts. Combined geodynamical and geochemical evidence suggests that subduction operated in the Archean, although not, as often assumed, as shallow flat subduction. Instead, subduction was more episodic in nature, with more intermittent plate motion than in the Phanerozoic.

Research Article| January 01, 2007 Selective peritectic garnet entrainment as the origin of geochemical diversity in S-type granites Gary Stevens; Gary Stevens 1Department of Geology, Stellenbosch University, Private Bag X1, Stellenbosch 7602, South Africa Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Arnaud Villaros; Arnaud Villaros 1Department of Geology, Stellenbosch University, Private Bag X1, Stellenbosch 7602, South Africa Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Jean-François Moyen Jean-François Moyen 1Department of Geology, Stellenbosch University, Private Bag X1, Stellenbosch 7602, South Africa Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Author and Article Information Gary Stevens 1Department of Geology, Stellenbosch University, Private Bag X1, Stellenbosch 7602, South Africa Arnaud Villaros 1Department of Geology, Stellenbosch University, Private Bag X1, Stellenbosch 7602, South Africa Jean-François Moyen 1Department of Geology, Stellenbosch University, Private Bag X1, Stellenbosch 7602, South Africa Publisher: Geological Society of America Received: 05 May 2006 Revision Received: 19 Jul 2006 Accepted: 21 Jul 2006 First Online: 09 Mar 2017 Online ISSN: 1943-2682 Print ISSN: 0091-7613 Geological Society of America Geology (2007) 35 (1): 9–12. https://doi.org/10.1130/G22959A.1 Article history Received: 05 May 2006 Revision Received: 19 Jul 2006 Accepted: 21 Jul 2006 First Online: 09 Mar 2017 Cite View This Citation Add to Citation Manager Share Icon Share Facebook Twitter LinkedIn Email Permissions Search Site Citation Gary Stevens, Arnaud Villaros, Jean-François Moyen; Selective peritectic garnet entrainment as the origin of geochemical diversity in S-type granites. Geology 2007;; 35 (1): 9–12. doi: https://doi.org/10.1130/G22959A.1 Download citation file: Ris (Zotero) Refmanager EasyBib Bookends Mendeley Papers EndNote RefWorks BibTex toolbar search Search Dropdown Menu toolbar search search input Search input auto suggest filter your search All ContentBy SocietyGeology Search Advanced Search Abstract Experimental melt (glass) compositions indicate that most of the S-type granites of the Cape Granite Suite in South Africa have ferromagnesian contents too high to represent melts. Consequently, the composition of the more mafic granites demands the addition of an Fe- and Mg-rich component to the magma. The compositions of the granites evolve along well-defined trends away from the likely melt composition for many components plotted against Mg + Fe. An increase in A/CNK, Mg#, Ca, and HREEs, as well as a decrease in K and Si, as a function of increasing Mg + Fe appears to limit the contaminant to garnet (up to 20 wt%). The rate of Ti increase, as a function of Mg + Fe increase in the granites, matches that defined by the stoichiometry of high-temperature biotite, but cannot be the product of accumulation of biotite (± other phases) in the magma because the chemical trends are inconsistent with this, particularly those portrayed by K and Ti as a function of Mg + Fe. This, in conjunction with the fact that no large, counterbalancing population of very leucocratic material exists in the Cape Granite Suite, suggests that the relatively mafic granites are not the products of garnet fractional crystallization. Rather, these appear to be the result of selective entrainment of peritectic garnet and ilmenite. Thus, this work indicates that much of the compositional variation in the granites is primary, reflecting the magma composition that ascended from the source, and is controlled by the proportion of peritectic products entrained into the melt. There is no indication of entrainment of a mineralogically diverse residuum (restite). You do not have access to this content, please speak to your institutional administrator if you feel you should have access.