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岩石圈控制着地球上最长的大陆热点轨道上的岩浆组成

自然体积525，页面511 - 514 (2015）引用本文

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摘要

热点是地球表面火山活动的异常区域，与构造板块边界没有明显联系。典型的例子包括夏威夷-皇帝连锁和黄石-蛇河平原省。大多数地幔被认为是在地球构造板块在长期存在的地幔柱上移动时形成的:浮力上涌将地球深层地幔的热物质带到地表1．岩石圈厚度限制了地幔柱的上升高度，这一点早已被认识到2，3.，4也就是它们的最小熔化压力。因此，它应该对与地幔柱有关的岩浆的地球化学有控制作用，尽管到目前为止还缺乏明确的证据。在这里，我们整合了来自地表地质学、地质年代学、板块运动重建、地球化学和地震学的观测约束，以确定地球上最长的大陆热点轨道下的地幔柱融化深度，这条位于澳大利亚东部的2000公里长的轨道显示了3300万至900万年前的火山活动记录5，6我们称之为科斯格罗夫轨迹。我们的分析强调了岩石圈厚度与岩浆成分之间的强相关性:(1)岩石圈厚度小于110公里地区的标准玄武岩成分;(2)岩石圈厚度超过150公里地区的火山间隙;(3)中等岩石圈厚度地区的小体积、含亮晶石的火山活动。沿着这条轨迹的样品中的微量元素浓度支持了这样一种观点，即这些成分的变化是由不同程度的部分熔融造成的，而部分熔融是由上覆岩石圈的厚度控制的。我们的研究结果首次对地幔柱次大陆熔融深度提出了观测约束，并提供了岩石圈厚度对地幔柱衍生岩浆的体积和化学成分有主要影响的直接证据。

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图1:澳大利亚东部新生代火山中心的分布和分类及其与区域岩石圈厚度变化的关系。
图2:沿着科斯格罗夫热点轨迹的火山样品的微量元素丰度。

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下载参考

确认

D.R.D.由澳大利亚研究委员会未来奖学金(FT140101262)资助。G.I.感谢澳大利亚国立大学林伍德奖学金的支持。数字地质数据由澳大利亚地质科学公司提供。

作者信息

作者指出

  1. g . Iaffaldano

    现地址:†现地址:哥本哈根大学地球科学与自然资源管理系，哥本哈根1350，丹麦

作者及隶属关系

  1. 澳大利亚国立大学地球科学研究学院，堪培拉2601，澳大利亚

    d·r·戴维斯，g·伊法尔达诺，i·h·坎贝尔

  2. 阿伯丁大学地球科学学院，英国阿伯丁AB243UE

    n·罗林森

作者
  1. d·r·戴维斯
    查看作者出版物

    您也可以在PubMed谷歌学者

  2. n·罗林森
    查看作者出版物

    您也可以在PubMed谷歌学者

  3. g . Iaffaldano
    查看作者出版物

    您也可以在PubMed谷歌学者

  4. 坎贝尔
    查看作者出版物

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贡献

D.R.D.构思了这项研究，并整合了所有跨学科的观察约束。N.R.结合AuSREM参考模型的约束条件和WOMBAT阵列的体波数据，绘制了岩石圈厚度图。他还设计并实现了估算岩石圈厚度不确定性的方法。G.I.进行了热点轨道重建，并估计了相关的不确定性。国防研发局和情报中心负责地球化学合成。D.R.D.在与所有作者讨论和贡献之后撰写了这篇论文。

相应的作者

对应到d·r·戴维斯．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有相互竞争的经济利益。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1重建科斯格罗夫热点轨迹时使用的15个火山中心的位置。

热点轨道用虚线表示。

扩展数据图2 Cosgrove热点轨道。

就像在图1一个但它包含了所有15个有年份的火山复合体，并向南延伸，以显示下面地幔柱的预测现今位置(塔斯马尼亚西北部的绿色正方形)。东澳大利亚羽流系统的大致位置，先前使用有限频率层析成像30.，用绿色虚线标记。

扩展数据图3重建评分图。

预测火山中心位置的数量，从总数15(列于扩展数据表1)，它们位于火山中心周围的不确定圈内，以确定羽流漂移速度和熔体区域直径的范围。注意中所示的重建图1一个而且扩展数据图2假设羽流漂移速度为每年1厘米−1而熔体区域直径为100公里(黑色正方形)。

扩展数据图4用于创建三维p波速度模型的WOMBAT阵列台站位置，我们的岩石圈厚度估算就是从这个模型中推导出来的。

站距为∼50公里，这大致相当于三维速度模型的最大水平分辨率。

图5三维纵波速度模型得到的120 km深度切片。

北部的∼在28°S时，由于在这一区域缺乏额外的数据覆盖，该模型又回到了AuSREM地幔模型扩展数据图4）.

图6岩石圈厚度估算及相关不确定性。

一个，b，岩石圈厚度模型，示于图1 b（一个)，以及对其不确定性的估计(b)，由标准差(σ)对540个似是而非的模型进行了研究。注意在南部∼28°S时，岩石圈厚度估计受高分辨率体波层析成像(∼50公里水平分辨率)，而在该纬度以北，它完全受到AuSREM地幔模型的约束(∼200-250公里水平分辨率24．

扩展数据表1年龄估计，由40基于“增大化现实”技术,39本研究所考虑的火山中心的Ar年代学
全尺寸表
扩展数据表2岩石类型，样本位置，样本数量和数据来源，来自之前沿着科斯格罗夫轨道分析的样本
全尺寸表
扩展数据表3沿着科斯格罗夫轨迹的一些样品的微量元素浓度
全尺寸表

幻灯片

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引用本文

戴维斯，D，罗林森，N, Iaffaldano, G。et al。岩石圈控制着地球上最长的大陆热点轨道上的岩浆组成。自然525， 511-514(2015)。https://doi.org/10.1038/nature14903

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