Erupções Kimberlíticas impulsionadas pelo fluxo da laje e ângulo de subducção

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9216 (2023) Citar este artigo

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Os kimberlitos são provenientes de ressurgências termoquímicas que podem transportar diamantes para a superfície da crosta. A maioria dos kimberlitos preservados na superfície da Terra entrou em erupção entre 250 e 50 milhões de anos atrás e foi atribuída a mudanças na velocidade das placas ou plumas do manto. No entanto, esses mecanismos falham em explicar a presença de fortes assinaturas de subducção observadas em alguns kimberlitos do Cretáceo. Isso levanta a questão de saber se existe um processo de subducção que unifique nossa compreensão do momento das erupções do kimberlito. Desenvolvemos uma nova formulação para calcular o ângulo de subducção com base na migração da trincheira, taxa de convergência, espessura e densidade da laje para conectar o influxo de material da laje no manto com o tempo das erupções do kimberlito. Descobrimos que os ângulos de subducção combinados com picos no fluxo da laje preveem pulsos de erupções de kimberlito. Altas taxas de subducção do material da laje desencadeiam o fluxo de retorno do manto que estimula reservatórios férteis no manto. Essas instabilidades convectivas transportam o derretimento influenciado pela laje para a superfície a uma distância de entrada da trincheira correspondente ao ângulo de subducção. Nossa formulação de mergulho de laje de tempo profundo tem inúmeras aplicações potenciais, incluindo a modelagem dos ciclos profundos de carbono e água e uma melhor compreensão dos depósitos minerais relacionados à subducção.

Kimberlitos são rochas vulcânicas máficas que surgiram do manto da Terra e são as rochas hospedeiras da maioria dos diamantes1. Os kimberlitos ocorrem em todos os crátons e foram esporadicamente colocados desde 3 Ga2, mas o maior número de erupções de kimberlito preservadas na Terra hoje se formou durante os últimos 250 a 50 milhões de anos, principalmente na África e na América do Norte3. Embora a distribuição de kimberlitos tenha sido associada às bordas de grandes províncias de baixa velocidade de onda de cisalhamento (LLSVPs)4 e mudanças na velocidade angular da placa3, isso não explica a frequência de erupções de kimberlito nem assinaturas de isótopos radiogênicos enriquecidos indicando uma subducção componente de laje em algumas populações de kimberlito cretáceo1,5. A subducção íngreme da litosfera oceânica no manto foi proposta para conduzir um forte fluxo de retorno do manto e pulsos de magmatismo6. No entanto, apesar da conexão teórica entre erupções vulcânicas e altas taxas de fluxo de placas7, as dificuldades em estimar o volume e o ângulo de subducção da litosfera oceânica sendo reciclada em antigas zonas de subducção frustraram qualquer correlação com as erupções de kimberlito. Tentativas anteriores de caracterizar o ângulo de mergulho de lajes de subducção aplicaram análise multivariada das características da zona de subducção para procurar correlações entre os parâmetros-chave8,9,10,11,12,13,14. No entanto, essas abordagens são mais úteis para reproduzir o mergulho atual da laje e têm aplicação limitada a zonas de subducção reconstruídas ao longo do tempo geológico profundo. Aqui, usando um modelo recente de reconstrução de placas tectônicas15 e modelos de resfriamento de placas16,17,18, revisitamos a estimativa do mergulho da laje a partir de parâmetros cinemáticos de placas simples que caracterizam a maioria das zonas de subducção em todo o mundo para explorar o papel potencial das lajes de subducção acentuada no controle erupções kimberlíticas na África e na América do Norte.

Profundidades de lajes de subducção obtidas a partir do modelo Slab219 sobrepostas com kimberlitos entraram em erupção nos últimos 250 milhões de anos20. Os segmentos de trincheira têm as seguintes abreviaturas em (i) Oceania: Ton, Tonga; Ker, Kermadec; NH, Novas Hébridas; Sol, Salomão; (ii) Sudeste Asiático: PNG, Papua Nova Guiné; Soma, Sumatra; Mar, Marianas; IZB, Izu-Bonin; Ryu, Ryukyu; Homem, Manila; Ph, filipino; (iii) Ásia: Mak, Makran; SJ, Sul do Japão; NJ, norte do Japão; Kur, Kurile; (iv) Europa: Hel, Helenic; Cal, Calábria; (v) América do Norte: Al, Aleutas; Cas, Cascatas; (vi) América Central: México, México; MAM, América Central; LAT, Pequenas Antilhas; (vii) América do Sul: CE, Equador; SA, América do Sul; SC, Sul do Chile; SSW, South Sandwich. As localizações aproximadas das trincheiras, tipos de limites, nomes e abreviações correspondentes estão listados na Tabela S1. As áreas brancas indicam regiões de crosta não oceânica; linhas vermelhas grossas indicam cordilheiras meso-oceânicas; finas linhas vermelhas indicam limites de transformação. O mapa foi gerado usando Cartopy21.