Mối quan hệ mật thiết giữa hoạt động núi lửa ở các cung và các mảng chúc chìm hàm ý có sự liên hệ nguồn gốc giữa chúng. Hoặc động núi lửa liên quan tới đới chúc chìm bắt đầu đột ngột ở đới tiền tuyến núi lửa (volcanic front) nằm gần như song song với các máng đại dương và bắt đầu ở khoảng 200-300 km về phía lục địa kể từ các trục máng lân cận với khoảng trống từ cung đến máng. Nó xuất hiện ở nơi đới chúc chìm xuống sâu 125-150 km và khối lượng magma phun lên giảm dần theo hướng cắm của đới chúc chìm.
Sự bắt đầu hoạt động núi lửa ở tiền tuyến núi lửa bắt đầu chắc hẳn phản ánh sự bắt đầu nóng chảy trên tấm mảng chúc chìm và sự sụt giảm khối lượng magma phun lên đằng sau tiền tuyến núi lửa có thể là do khoảng cách di chuyển magma thẳng đứng xa hơn hoặc là do sụt giảm lượng nước thoát ra từ tấm mảng khi xuống sâu hơn.
Các đá núi lửa phổ biến ở phần lớn cung đảo là các đá basalt và basaltoandesit trong khi các đá andesit và các đá núi lửa felsic hơn cũng trở thành quan trọng ở các cung rìa lục địa.Trong khi các basalt và andesit chủ yếu phun thành dòng thì magma felsic chủ yếu phun ra “kiểu plini” , trong đó phần lớn vật liệu phun ra ở dạng tro và bụi. Các phun nổ đó cho ra các dòng tro và các tích tụ vụn núi lửa (hoặc các vụn thủy tinh) cộng sinh. Các đá núi lửa nói chung có kiến trúc nổi ban chứa đến 50% ban tinh trong đó chủ yếu là plagioclas.
Các núi lửa ở cung là các núi lửa phân tầng (stratovolcanoes) có sườn dốc gồm các thành phần dung nham thay đổi và các mảnh vật liệu. Kiểu phun của chúng từ
69
nổ nhẹ đến nổ mạnh và tương phản rõ rệt với các kiểu phun ở các núi lửa đảo đại dương và rift lục địa. Những lượng nước lớn tỏa ra trong khi các núi lửa hoạt động. Sự thải nhanh các magma có thể gây ra sự sụp đổ cấu tạo (structural collapse) các vách núi lửa, tạo nên các hố miệng núi lửa (calderas). Các giai đoạn phun cuối cùng ở một số trung tâm núi lửa đặc trưng bởi các dòng tro felsic có thể chảy đi khá xa. Các nghiên cứu đới bóng râm địa chấn (seismic shadow-zone studies) cho thấy các lò magma ở các vùng đới chúc chìm phổ biến ở độ sâu 50-100 km.Sự di cư các chấn tâm từ các độ sâu đến 200 km trong thời gian vài tháng trước khi phun phản ánh magma phun lên với tốc độ 1-2 km/ngày.Chiều cao các núi lửa phân tầng thay đổi theo thành phần magma. Núi lửa càng cao thì càng thành phần felsic hơn.Dường như là do sự kết tinh phân đoạn tăng lên ở các vùng vỏ dày lên nên ở đó các núi lửa có đáy cao hơn do đẳng tĩnh chi phối.
Các lõi của hệ thống cung bao gồm các batolit granit như đã thấy ở các cung bị xâm thực sâu. Các batholit đó thường gồm có vô số thể xâm nhập (pluton) có thành phần thay đổi từ diorit đến granit, với granodiorit thường chiếm chủ yếu.
Tương phản với basalt đại dương,các basalt ở cung phổ biến có các hàm lượng thạch anh chuẩn hóa, cao Al2O3 (16-20%) và thấp TiO2 (<1%). Các đá magma thuộc các loạt tholeit và vôi kiềm điển hình cho cả cung đảo lấn các cung rìa lục địa . Các tỉ số 87.Sr/86.Sr trong các đá núi lửa ở các cung đảo thấp (0,702-0,705), trong khi ở các cung rìa lục địa thì thay đổi, phản ảnh sự đóng góp khác nhau của
vỏ lục địa vào các magma. Các đá basalt ở các cung còn có thành tố đới chúc chìm
(subduction-zone component) tức là nghèo Nb và Ta so với các nguyên tố không tương hợp lân cận trên biểu đồ chuẩn hóa manti nguyên thủy.Các granitoid ở cung chủ yếu là kiểu I, thường bão hòa nhôm (meta-aluminous), với phần lớn là tonalit hoặc granodiorit.
70
H3.21 Mặt cắt của một đới chúc chìm thể hiện sự khử chất bốc của tấm mảng đi xuống (các mũi tên đứng ngắn) và sự sản sinh magma ở nêm manti