Извержения кимберлитов, вызванные потоком плит и углом субдукции

Jul 12, 2023

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

55 доступов

16 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.