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슬래브 플럭스와 섭입각에 의해 구동되는 킴벌라이트 분출
Jul 12, 2023Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9216(2023) 이 기사 인용
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측정항목 세부정보
킴벌라이트는 다이아몬드를 지각 표면으로 운반할 수 있는 열화학적 용승으로부터 공급됩니다. 지구 표면에 보존된 킴벌라이트의 대부분은 2억 5천만년에서 5천만년 사이에 분출되었으며, 판 속도나 맨틀 기둥의 변화에 기인합니다. 그러나 이러한 메커니즘은 일부 백악기 킴벌라이트에서 관찰되는 강력한 섭입 특징의 존재를 설명하지 못합니다. 이는 킴벌라이트 분출 시기에 대한 우리의 이해를 통일시키는 섭입 과정이 있는지에 대한 의문을 제기합니다. 우리는 킴벌라이트 폭발 시기와 함께 맨틀로의 슬래브 물질 유입을 연결하기 위해 트렌치 이동, 수렴 속도, 슬래브 두께 및 밀도를 기반으로 섭입각을 계산하는 새로운 공식을 개발합니다. 우리는 슬래브 플럭스의 최고점과 결합된 섭입각이 킴벌라이트 분출의 펄스를 예측한다는 것을 발견했습니다. 높은 속도로 섭입하는 슬래브 물질은 맨틀의 비옥한 저장소를 자극하는 맨틀 복귀 흐름을 촉발합니다. 이러한 대류 불안정성은 슬래브의 영향을 받은 용융물을 섭입각에 해당하는 트렌치로부터 안쪽으로 떨어진 거리에 있는 표면으로 운반합니다. 우리의 심층 슬래브 딥 공식은 심층 탄소 및 물 순환 모델링, 침강 관련 광물 퇴적물에 대한 이해 향상을 포함하여 수많은 잠재적 응용 분야를 가지고 있습니다.
킴벌라이트는 지구 맨틀에서 분출된 고철질 화산암이며 대부분의 다이아몬드의 모암입니다1. 킴벌라이트는 모든 분화구에서 발생하며 Ga2 3년 이후로 산발적으로 자리 잡았지만 오늘날 지구상에 보존된 킴벌라이트 폭발 중 가장 많은 수는 주로 아프리카와 북미에서 지난 2억 5천만~5천만 년 동안 형성되었습니다3. 킴벌라이트의 분포는 LLSVP(Low-shear-wave-velocity) 영역의 가장자리 및 각판 속도의 변화와 관련되어 있지만, 이는 킴벌라이트 분출의 빈도나 섭입된 것을 나타내는 풍부한 방사성 동위원소 특징을 설명하지 못합니다. 일부 백악기 킴벌라이트 집단의 석판 구성 요소1,5. 맨틀 속으로 해양 암석권이 급격하게 섭입하는 것은 강력한 맨틀 복귀 흐름과 마그마티즘의 맥박을 유도하기 위해 제안되었습니다6. 그러나 화산 분출과 높은 슬래브 플럭스 사이의 이론적 연관성에도 불구하고 고대 섭입대에서 재활용되는 해양 암석권의 부피와 섭입 각도를 추정하는 데 어려움이 있어 킴벌라이트 분출과의 상관 관계가 좌절되었습니다. 섭입 석판의 경사각을 특성화하려는 이전 시도는 주요 매개변수 간의 상관 관계를 검색하기 위해 섭입 지역 특성의 다변량 분석을 적용했습니다. 그러나 이러한 접근법은 현재의 슬래브 딥을 재현하는 데 대부분 유용하며 깊은 지질 시대를 통해 재구성된 섭입대에는 적용이 제한되어 있습니다. 여기서는 최근의 지각판 재구성 모델15과 판 냉각 모델16,17,18을 사용하여 전 세계 대부분의 섭입대를 특징짓는 간단한 판 운동학 매개변수로부터 슬래브 딥 추정을 재검토하여 제어에서 가파른 섭입 슬래브의 잠재적인 역할을 탐색합니다. 아프리카와 북미 지역의 킴벌라이트 폭발.
Slab2 모델19에서 얻은 섭입 석판의 깊이는 지난 2억 5천만년20 내에 킴벌라이트가 분출되었습니다. 트렌치 세그먼트는 (i) 오세아니아: Ton, Tonga; 케르, 케르마덱; NH, 뉴헤브리디스; 솔, 솔로몬; (ii) 동남아시아: PNG, 파푸아뉴기니; 합계, 수마트라; 마르, 마리아나; IZB, 이즈-보닌; 류, 류큐; 남자, 마닐라; 박사, 필리핀; (iii) 아시아: Mak, Makran; SJ, 남일본; 뉴저지, 일본 북부; 쿠르, 쿠릴; (iv) 유럽: Hel, Helenic; 칼, 칼라브리아; (v) 북미: 알(Al), 알류샨 열도(Aleutians); 캐스, 캐스케이드; (vi) 중앙아메리카: 멕시코, 멕시코; MAM, 중미; LAT, 소앤틸리스 제도; (vii) 남미: EC, 에콰도르; SA, 남미; SC, 칠레 남부; SSW, 사우스 샌드위치. 대략적인 트렌치 위치, 경계 유형, 이름 및 해당 약어가 표 S1에 나열되어 있습니다. 흰색 영역은 비해양 지각 영역을 나타냅니다. 굵은 빨간색 선은 중앙해령을 나타냅니다. 얇은 빨간색 선은 변환 경계를 나타냅니다. 지도는 Cartopy21을 사용하여 생성되었습니다.
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-d64025640e2584"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>