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岩体生长、岩浆室形成和超级喷发的时间尺度

摘要

硅质岩浆的产生导致了花岗岩岩体的侵位、巨大的爆发性火山喷发以及大陆和弧壳的物理和化学分带123.4567.而深部和中地壳硅质岩浆形成的时间尺度较长8在美国,岩浆进入上地壳的过程是断断续续的,而且可能很快9101112.对中安第斯地区4个中新世燃烬岩的继承锆石和桑尼定的年龄分析表明,在侵入岩体的开始和超级喷发的开始之间存在4.6 Myr的间隔,循环度为1 Myr。我们发现,继承的锆石和桑尼定晶体在并入燃辉岩岩浆之前,在这些深岩体中保存在小于470℃的温度下。我们的观测结果可以用中地壳热区的硅熔体分离来解释,该热区顶部的不稳定层熔体周期性上升,其时间尺度受上地壳流变学控制。生长中的深成岩体经过热孕育后,在几千年或更短的时间内,通过热区熔化层的岩脉输送,可形成大型上地壳岩浆房。早期深成岩的不稳定性和破坏发生在超级火山爆发之前或期间的几十年或更短的时间内。

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图1:安第斯中部Oxaya早中新世燃火岩组的位置和地质。
图2:Oxaya组四个燃焰岩的年代学资料。
图3:40基于“增大化现实”技术,39由于扩散和温度的作用,在三苯胺中的时效随时间和温度的变化而变化40Ar在成长。
图4:简化的跨地壳岩浆系统概念模型。

数据可用性

支持本研究结果的所有数据都可在论文及其补充信息文件中获得。所有的同位素和相关的地球化学数据都放在EarthChem中:https://earthchem.orghttps://doi.org/10.26022/IEDA/112268

代码的可用性

进行氩气扩散计算的电子表格可在以下网址找到:https://github.com/Thermochronology-At-Purdue/Oxaya2021

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下载参考

确认

该项目由必和必拓资助,支持M.E.v.Z博士。必和必拓已批准发表。感谢K. Cooper和一位匿名评论者的支持和谨慎评论。自然环境研究委员会(NERC)同位素地球科学设施指导委员会授予IP-1466-1114和皇家学会授予fj.c.d的RG140683资助了锆石和sanidine分析,感谢Condon对继承锆石分析的帮助。感谢NERC继续为国家环境同位素基金提供资金。R.S.J.S.感谢对莱弗休姆信托荣休奖学金的支持。没有经济或非经济利益的竞争。

作者信息

作者和隶属关系

作者

贡献

m.e.v.z进行了实地调查,收集了样本,并为地质年代分析做准备。D.F.M.进行了40基于“增大化现实”技术,39在东基尔布莱德实验室进行Ar分析。C.B.K.和D.F.M.采用贝叶斯模型来解释年代学数据。D.F.M.和R.S.J.S.整合并解释了地质年代学,发展了科学叙事。M.M.T.贡献了氩扩散模型来估计桑尼丁晶体的储存温度和岩浆停留时间。A.R.分析了瑞利-泰勒实验数据对底辟脱离的时间尺度。A.R.和R.S.J.S.建立了岩浆运移的交换流模型。R.S.J.S.和D.F.M.牵头起草了这篇文章,所有作者都参与了写作。F.J.C.和R.S.J.S.指导博士生M.E.v.Z R.S.J.S.是通讯作者。没有经济或非经济利益的竞争。

相应的作者

对应到R. S. J.斯帕克斯

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有竞争利益。

同行评审

同行评审信息

自然感谢Kari Cooper和另一位匿名审稿人对这项工作的同行评议做出的贡献。同行评审报告是可用的。

额外的信息

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构附属的管辖权要求保持中立。

扩展的数据图和表

图1休息间隔时间。

每对连续喷发(pocon智利到Cardones, Cardones到Molinos, Molinos到Oxaya)的静止间隔持续时间的后验分布,如图所示,由马尔科夫链蒙特卡罗模型的平稳分布的归一化直方图所示,该模型集成了以下约束:(1)从贝叶斯喷发年龄模型推导出的每个燃岩的后验喷发年龄分布;(2)燃灰岩矿床的地层叠加提供的相对年龄约束。虽然绝对喷发年龄的绝对时间不确定性如图所示。2系统的不确定性(示踪剂/标准和衰减常数)大大增加,这种系统的不确定性在计算这里所示的相对持续时间时有效地抵消了。

图2相对闭合分布形式,从第一次闭合时间(1.0)到喷发时间(0.0)进行缩放。

这种闭合分布(粗蓝线)形式的经验(“引导”)估计随着喷发前时间的变化而减少,其趋势与类似的指数分布(粗黑线)的比例非常相似。这种自举闭合分布被计算为每个样本的单个颗粒闭合年龄集的联合的核密度估计,其概率密度函数在背景中显示为细彩色线。中安第斯四颗燃灰岩高度分散的单粒火山沙尼丁Ar-Ar年龄分布(本研究)以及梅萨福尔斯凝灰岩同样分散的单粒火山沙尼丁Ar-Ar年龄分布(Ellis et al., 2017)63符合这种形式的指数相对闭包分布。

表1年代学资料。钻孔位置如图所示。1 b
表2英国地质调查局年代学和示踪剂设施用于U-Pb年代学的Nu Plasma HR“锆石”块的配置

补充信息

补充表1

Ar-Ar年代学资料汇总。所有Ar-Ar激光融合数据的表格。分析条件和计算参数见辐照;参数;背景和歧视。样本数据在数据汇总表中,具体位置列于扩展数据表1。每一行是分离的三苯胺片段。氩同位素数据,同位素比值,年龄计算和2σ分析误差列在列中。电子表格中的参考文献在正文中编号为53 (Lee et al. 2006)和54 (Mark et al. 2011)。

补充表2

U-Pb LA-ICP-MS数据汇总。所有锆石数据的表格。样本信息列于A列和B列,其位置列于扩展表1。电子表格中的脚注提供了分析参数信息和不确定性假设。

补充表3

贝叶斯喷发年龄总结。基于(A) Ar-Ar地质年代学和(B) U-Pb地质年代学(1)pocon智利,(2)Cardones, (3) Molinos和(4)Oxaya(该工作)以及(5)Mesa Falls (Ellis et al. 2017)的所有贝叶斯喷发年龄、年龄不确定性以及上下95%置信区间的列表;在U-Pb和Ar-Ar系统中,所有的数据集都具有较大的原始年龄分散,从而阻止了对喷发年龄的简单传统解释,例如,将加权平均值作为喷发年龄。

同行评审文件

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范·扎林奇,法医,马克,D.F,斯帕克斯,r.s.jet al。岩体生长、岩浆室形成和超级喷发的时间尺度。自然608, 87-92(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-04921-9

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