Eruzioni di Kimberlite guidate dal flusso delle lastre e dall'angolo di subduzione

Jul 12, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9216 (2023) Citare questo articolo

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Le kimberliti provengono da risalite termochimiche che possono trasportare i diamanti sulla superficie della crosta. La maggior parte delle kimberliti conservate sulla superficie terrestre sono esplose tra 250 e 50 milioni di anni fa e sono state attribuite a cambiamenti nella velocità delle placche o nei pennacchi del mantello. Tuttavia, questi meccanismi non riescono a spiegare la presenza di forti segni di subduzione osservati in alcune kimberliti del Cretaceo. Ciò solleva la questione se esista un processo di subduzione che unifichi la nostra comprensione dei tempi delle eruzioni della kimberlite. Sviluppiamo una nuova formulazione per calcolare l'angolo di subduzione in base alla migrazione della trincea, al tasso di convergenza, allo spessore e alla densità della lastra per collegare l'afflusso del materiale della lastra nel mantello con i tempi delle eruzioni della kimberlite. Troviamo che gli angoli di subduzione combinati con i picchi nel flusso delle lastre predicono gli impulsi delle eruzioni di kimberlite. Alti tassi di subduzione del materiale della lastra innescano il flusso di ritorno del mantello che stimola i serbatoi fertili nel mantello. Queste instabilità convettive trasportano il fuso influenzato dalla lastra verso la superficie ad una distanza in entrata dalla trincea corrispondente all'angolo di subduzione. La nostra formulazione per immersione in lastre in tempo profondo ha numerose potenziali applicazioni, tra cui la modellazione dei cicli profondi del carbonio e dell'acqua e una migliore comprensione dei depositi minerali legati alla subduzione.

Le kimberliti sono rocce vulcaniche mafiche eruttate dal mantello terrestre e ospitano la maggior parte dei diamanti1. Le kimberliti sono presenti su ogni cratone e sono state collocate sporadicamente a partire dal 3 Ga2, ma il maggior numero di eruzioni di kimberliti conservate oggi sulla Terra si è formato durante gli ultimi 250-50 milioni di anni, principalmente in Africa e Nord America3. Sebbene la distribuzione delle kimberliti sia stata associata ai bordi di grandi province con onde di taglio a bassa velocità (LLSVP)4 e ai cambiamenti nella velocità angolare delle placche3, questi non spiegano la frequenza delle eruzioni delle kimberliti né le firme isotopiche radiogeniche arricchite che indicano una subduzione componente di lastre in alcune popolazioni kimberlitiche del Cretaceo1,5. È stato proposto che la ripida subduzione della litosfera oceanica nel mantello guidi un forte flusso di ritorno del mantello e impulsi di magmatismo6. Tuttavia, nonostante la connessione teorica tra le eruzioni vulcaniche e gli alti tassi di flusso delle lastre7, le difficoltà nella stima del volume e dell’angolo di subduzione della litosfera oceanica riciclata nelle antiche zone di subduzione hanno ostacolato qualsiasi correlazione con le eruzioni della kimberlite. Precedenti tentativi di caratterizzare l'angolo di immersione delle lastre in subduzione hanno applicato l'analisi multivariata delle caratteristiche della zona di subduzione per cercare correlazioni tra i parametri chiave8,9,10,11,12,13,14. Tuttavia, questi approcci sono utili soprattutto per riprodurre l’attuale cedimento dello lastrone e hanno un’applicazione limitata alle zone di subduzione ricostruite attraverso tempi geologici profondi. Qui, utilizzando un recente modello di ricostruzione delle placche tettoniche15 e modelli di raffreddamento delle placche16,17,18, rivisitiamo la stima dell'immersione delle placche da semplici parametri cinematici delle placche che caratterizzano la maggior parte delle zone di subduzione in tutto il mondo per esplorare il ruolo potenziale delle lastre in subduzione ripida nel controllo eruzioni di kimberlite in Africa e Nord America.

Profondità delle lastre in subduzione ottenute dal modello Slab219 ricoperte da kimberliti eruttate negli ultimi 250 milioni di anni20. I segmenti di trincea hanno le seguenti abbreviazioni in (i) Oceania: Ton, Tonga; Ker, Kermadec; NH, Nuove Ebridi; Sol, Salomone; ii) Sud-est asiatico: PNG, Papua Nuova Guinea; Somma, Sumatra; Mar, Marianne; IZB, Izu-Bonin; Ryu, Ryukyu; Amico, Manila; Ph, filippino; (iii) Asia: Mak, Makran; SJ, Giappone meridionale; NJ, Giappone settentrionale; Kur, Curile; (iv) Europa: Hel, Helenic; Cal, Calabria; (v) Nord America: Al, Aleutine; Cas, Cascate; (vi) America Centrale: Messico, Messico; MAM, America centrale; LAT, Piccole Antille; (vii) Sud America: CE, Ecuador; SA, Sud America; SC, Cile meridionale; SSW, Sandwich meridionale. Le posizioni approssimative delle trincee, i tipi di confine, i nomi e le abbreviazioni corrispondenti sono elencati nella Tabella S1. Le aree bianche indicano regioni di crosta non oceanica; spesse linee rosse indicano le dorsali oceaniche; sottili linee rosse indicano i confini della trasformazione. La mappa è stata generata utilizzando Cartopy21.