Извержения кимберлитов, вызванные потоком плит и углом субдукции

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 9216 (2023) Цитировать эту статью

55 доступов

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Кимберлиты образуются в результате термохимических апвеллингов, которые могут переносить алмазы на поверхность земной коры. Большинство кимберлитов, сохранившихся на поверхности Земли, извергались между 250 и 50 миллионами лет назад и были связаны с изменениями скорости плит или мантийных плюмов. Однако эти механизмы не могут объяснить наличие сильных признаков субдукции, наблюдаемых в некоторых меловых кимберлитах. Это поднимает вопрос, существует ли процесс субдукции, который объединяет наши представления о времени извержений кимберлитов. Мы разрабатываем новую формулу для расчета угла субдукции на основе миграции траншей, скорости конвергенции, толщины и плотности плит, чтобы связать приток материала плит в мантию со временем извержений кимберлитов. Мы обнаружили, что углы субдукции в сочетании с пиками потока плит предсказывают импульсы извержений кимберлитов. Высокие скорости погружения плитного материала вызывают возвратный поток мантии, который стимулирует плодородные резервуары в мантии. Эти конвективные неустойчивости переносят расплав, находящийся под влиянием плиты, на поверхность на расстояние от траншеи, соответствующее углу субдукции. Наша формула глубокого погружения плит имеет множество потенциальных применений, включая моделирование глубоких циклов углерода и воды, а также лучшее понимание месторождений полезных ископаемых, связанных с субдукцией.

Кимберлиты – это основные вулканические породы, извергнутые из мантии Земли и вмещающие большинство алмазов1. Кимберлиты встречаются на каждом кратоне и спорадически внедряются начиная с 3 млрд лет назад, однако наибольшее количество сохранившихся сегодня на Земле кимберлитовых извержений образовалось в течение последних 250–50 миллионов лет, главным образом в Африке и Северной Америке3. Хотя распределение кимберлитов было связано с краями крупных провинций с низкой скоростью поперечной волны (LLSVP)4 и изменениями угловой скорости плит3, они не объясняют частоту извержений кимберлитов, а также обогащенные радиогенные изотопные сигнатуры, указывающие на субдукцию плитовый компонент в некоторых меловых популяциях кимберлитов1,5. Было высказано предположение, что крутая субдукция океанической литосферы в мантию вызывает сильные возвратные потоки мантии и импульсы магматизма6. Тем не менее, несмотря на теоретическую связь между извержениями вулканов и высокими скоростями потока плит7, трудности в оценке объема и угла субдукции океанической литосферы, перерабатываемой в древних зонах субдукции, помешали любой корреляции с кимберлитовыми извержениями. Предыдущие попытки охарактеризовать угол падения погружающихся плит применяли многомерный анализ характеристик зоны субдукции для поиска корреляций между ключевыми параметрами8,9,10,11,12,13,14. Однако эти подходы в основном полезны для воспроизведения современного падения плит и имеют ограниченное применение к зонам субдукции, реконструированным в глубокие геологические времена. Здесь, используя недавнюю модель реконструкции тектонических плит15 и модели охлаждения плит16,17,18, мы возвращаемся к оценке падения плит на основе простых кинематических параметров плит, которые характеризуют большинство зон субдукции по всему земному шару, чтобы изучить потенциальную роль круто погружающихся плит в управлении кимберлитовые извержения в Африке и Северной Америке.

Глубины погружающихся плит, полученные на основе модели Slab219, перекрытых кимберлитами, извергавшимися в течение последних 250 миллионов лет20. Сегменты желоба имеют следующие сокращения в (i) Океании: Тон, Тонга; Кер, Кермадек; Нью-Хэмпшир, Новые Гебриды; Сол, Соломон; (ii) Юго-Восточная Азия: PNG, Папуа-Новая Гвинея; Сум, Суматра; Мар, Марианские острова; ИЗБ, Изу-Бонин; Рю, Рюкю; Ман, Манила; Ph, Филиппины; (iii) Азия: Мак, Макран; SJ, Южная Япония; Нью-Джерси, Северная Япония; Кур, Курилы; (iv) Европа: Хель, Хеленик; Кэл, Калабрия; (v) Северная Америка: Алеутские острова; Кас, Каскады; (vi) Центральная Америка: Мексика, Мексика; МАМ, Средняя Америка; LAT, Малые Антильские острова; (vii) Южная Америка: ЕС, Эквадор; ЮАР, Южная Америка; Южная Каролина, Южное Чили; ЮЮЗ, Южный Сэндвич. Приблизительное расположение траншей, типы границ, названия и соответствующие сокращения перечислены в Таблице S1. Белые области обозначают области неокеанической коры; толстые красные линии обозначают срединно-океанические хребты; тонкие красные линии обозначают границы трансформации. Карта была создана с помощью Cartopy21.

0\) the trench is advancing in the direction of subduction./p>

A second population of kimberlite eruptions occurred between 110 and 40 Ma while North America migrated westward during the opening of the North Atlantic Ocean. It has been proposed that the dehydration of hydrous minerals stored within the flat-subducting Farallon plate promoted magmatism and kimberlite generation approximately 1500 km from the nearest trench45, however, geodynamic models suggest that flat subduction inhibits arc magmatism as the release and convection of fluids from the slab are obstructed by the asthenospheric wedge57. From our reconstructions of slab dip, the average dip angle along the western margin of North America varies between 30 and 36\(^\circ\) and the slab flux predicts the peaks and troughs in kimberlite eruption frequency between 110 and 40 Ma (Fig. 6c). Slab dip is spatially and temporally variable along North American subduction boundaries during the Laramide period, which has been attributed to the flat subduction of the Shatsky Rise conjugate on the northernmost section of the Farallon plate40. Its subduction predicts the distribution of magmatic and amagmatic zones in North America. From 95 to 60 Ma, the subduction of relatively young seafloor (5–50 Ma) combined with subduction of the buoyant conjugate Shatsky Rise leads to flat slab subduction beneath central USA58 (Fig. 7). The distribution of kimberlite eruptions during this period are focused in Canada and the south of North America on either side of the conjugate (Fig. 8). Abrupt changes in subduction angles could be accommodated by slab tears adjacent to the Arizona–New-Mexico magmatic belt57. It is likely that melts associated with the dehydration of recycled slab material in the mantle transition zone were delivered to the surface through subduction-induced return flow47. Removal of the flat Farallon slab from the base of overriding continental lithosphere at 50 Ma2.3.CO;2 (1995)." href="/articles/s41598-023-36250-w#ref-CR59" id="ref-link-section-d50653224e2584"59 would further stimulate mantle return flow, triggering more widespread kimberlite eruptions which occur within the formerly amagmatic zone of central USA (Fig. 6c)./p>

Humphreys, E. D. Post-Laramide removal of the Farallon slab, western United States. Geology 23, 987. 2.3.CO;2"https://doi.org/10.1130/0091-7613(1995)023<0987:PLROTF>2.3.CO;2 (1995)./p>

2.3.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1130%2F0091-7613%281995%29023%3C0987%3APLROTF%3E2.3.CO%3B2" aria-label="Article reference 59" data-doi="10.1130/0091-7613(1995)0232.3.CO;2"Article ADS Google Scholar /p>