Die vulkanischen Gesteine des Cerro El Centinela (36°39′S-67°20′W; Abb. 1a) sind Teil der shoshonitischen Suite der Choiyoi-Gruppe (Perm-Trias) in der Provinz La Pampa1. Sie bestehen aus einer kontinuierlichen vulkanischen Abfolge von Lavaströmen, die zu vulkanischen Brekzien zerfallen, die mit pyroklastischen Gesteinen durchsetzt sind (Abb. 1b). Die Abfolge weist eine homokline Lage auf, die von Az: 296° bis 170°/15°-20° an der Basis auf 175° bis 152°/17°-15° zum oberen Ende der Abfolge wechselt (Schichtebene: Streichen, 0°-360°, und Neigung 90° im Uhrzeigersinn, von gegebenem Streichen, 0°-90°). Die Streichen- und Neigungsvariationen zwischen den verschiedenen Strömen müssen zwangsläufig einen primären Ursprung haben und mit der Paläotopographie der Ablagerungsumgebung zusammenhängen. Wären diese Variationen tektonischen Ursprungs, müsste der gesamte Vulkankörper als ein einziger Block gekippt worden sein und nicht einzeln, wie es im Gelände zu beobachten ist. Daher kann eine postpermische tektonische Deformation ausgeschlossen und die paläomagnetischen Richtungen als in situ aufgezeichnet betrachtet werden.
Lage und stratigraphische Verteilung der paläomagnetischen Stellen und U-Pb-Alter des Cerro El Centinela. (a) Der Cerro El Centinela ist im Nordwesten der argentinischen Provinz La Pampa als Teil des Gondwanidengürtels21 aufgeschlossen, und andere Standorte mit paläomagnetischen Untersuchungen in der Umgebung (Kreise). (b) Insgesamt wurden 44 Standorte von der Basis bis zum Gipfel des Cerro El Centinela (siehe auch Tabelle 2) zweimal beprobt: 1986 (a in Tabelle 2) und 2009. Alle Daten wurden gemeinsam ausgewertet. Die stratigraphische Grenze zwischen den beiden Populationen ist im oberen Teil der Sequenz angegeben (Site CC13a bzw. CC17). (c) U-Pb Tera-Wasserburg-Plot mit einem Konkordienalter von 276 ± 11 Ma (Tabelle 1), das das Ende der magmatischen Aktivität auf das Kungur-Stadium im unteren Oberperm eingrenzt. Diese Abbildung wurde aus öffentlich zugänglichen Basiskarten von Südamerika und Argentinien (http://www.ign.gob.ar/AreaServicios/DescargasGratuitas/MapaMudos) digitalisiert und mit der Software Inkscape 0.91 (www.inkscape.org) bearbeitet.
Trotz der Tatsache, dass Zirkone in ultrakalischen vulkanischen Gesteinen eher selten sind, wurden mehrere Versuche unternommen, Zirkonkristalle für die radiometrische Datierung zu sammeln. Bei einer der erfolgreichen Gelegenheiten wurde eine 5 kg schwere Probe aus dem Lavastrom an der Spitze der Sequenz (Abb. 1b,c) verarbeitet und zwei Zirkonkristalle für die Isotopenanalyse getrennt. Wir erhielten ein Alter von 276 ± 11 Ma, womit die Spitze der vulkanischen Abfolge des Cerro El Centinela in das Kungurium-Stadium des unteren Oberperms eingeordnet werden kann (Abb. 1c und Tabelle 1). An der Basis der Abfolge wurden mindestens fünf Versuche unternommen, nach Zirkonen zu suchen, die sich als erfolglos erwiesen. Trotzdem werden wir es weiter versuchen.
Alle Proben zeigten ein ähnliches Verhalten während der progressiven thermischen Entmagnetisierung. Sie waren während der ersten Erhitzungsschritte stabil und begannen zwischen 600 °C und 680 °C zu entmagnetisieren, wobei ein allmählicher quasi-linearer oder abrupter Abfall in Richtung des Ursprungs erfolgte2 (Abb. 2a). Alle untersuchten Gesteine weisen eine umgekehrte charakteristische remanente Magnetisierung (ChRM) mit positiver (nach unten gerichteter) Neigung (Abb. 2a,b; Tabelle 2) und guter Richtungskonsistenz (α95 < 15° und k > 20) innerhalb der Fundstellen auf, mit Ausnahme der Fundstellen CC1, CC2, CC4 und CC23, die nicht für weitere statistische Analysen verwendet wurden. Nach unseren Altersbestimmungen wurde diese Magnetisierung während der Kiaman-Rückwärtssuperchronie erfasst. Die ChRM wird von Hämatit getragen, einem Produkt der Oxidation des Magnetits während der Abkühlung der Abfolge3 , was auf ein Alter der Magnetisierung schließen lässt, das mit der Abkühlung der Abfolge übereinstimmt. Der Mittelwert des ChRM auf der Grundlage von 40 akzeptierten Stellen (Abb. 2b, Tabelle 2) beträgt: Decl. = 150,7°, Incl. = 55,9°, α95 = 3,6° und k = 39,6.
Thermisches Entmagnetisierungsverhalten und charakteristische Remanenzrichtungen des Cerro El Centinela. (a) Thermische Entmagnetisierungsergebnisse für ausgewählte Proben der Basis (CC1112b) und der Spitze (CC2542b) der Sequenz aus dem Vulkangestein Cerro El Centinela, dargestellt als Zijderveld-Diagramme2, kartesische Entmagnetisierungskurve und flächengleiche stereografische Projektion der partiellen Remanenzrichtungen (in geografischen Koordinaten). (b) Mittlere ortscharakteristische Remanenzrichtungen der Population 1 (Basis der Sequenz, blaue Kreise) und der Population 2 (Oberseite der Sequenz, Granatkreise) (in flächengleicher Projektion) mit den jeweiligen Medien (rote Kreise). Siehe auch Tabelle 2. Der Stern zeigt die Richtung des axialen Dipolfeldes an. Diese Bildbasis wurde mit der Software Remasoft 3.0. (https://www.agico.com/text/software/remasoft/remasoft.php) erstellt und mit Inkscape 0.91 (www.inkscape.org) bearbeitet.
Es ist möglich, die ChRM-Richtungen in zwei verschiedene Populationen zu unterteilen. Die stratigraphische Grenze zwischen beiden Populationen befindet sich im oberen Teil der Sequenz, wo die erste Tuffschicht etwa 100 m über der Basis erscheint (Sites CC13a; CC17; Tabelle 2; Abb. 1b und 2). Die mittlere Richtung der Population 1 in situ ist: N = 25, Decl. = 142,7°, Incl. = 62,6°, α95 = 3,0° und k = 92,4 (blaue Kreise in Abb. 2b) und für Population 2 ist: N = 15, Decl. = 159,2°, Incl. = 43,9°, α95 = 3,3° und k = 139,1 (granatrote Kreise in Abb. 2b). Der Großkreisabstand von 21° beider Richtungen macht sie statistisch unterscheidbar4, was darauf hindeutet, dass zwischen den beiden Populationen genügend Zeit lag, um säkulare Schwankungen zu mitteln. Darüber hinaus ist die interne Konsistenz der einzelnen Standorte mit Alpha 95 von weniger als 10° sehr hoch (siehe Tabelle 2), aber sie ist zwischen den verschiedenen Standorten nicht gleich, was ebenfalls beweist, dass zwischen den einzelnen vulkanischen Ereignissen genügend Zeit lag. Entlang der stratigraphischen Abfolge (Abb. 1b) wurden zwei hochwertige paläomagnetische Pole durch Mittelung der virtuellen geomagnetischen Pole (VGP) berechnet, die jeden Standort repräsentieren (Abb. 2b). Es handelt sich um den paläomagnetischen Pol von El Centinela I (PP): N = 25, Lat.: 060.8°S; Long: 356.6°E, A95 = 4.5° und El Centinela II PP: N = 15, Lat.: 69.2°S; Long: 048.2°E, A95 = 3.5° (Abb. 3; Tab. 2).
Position der paläomagnetischen Pole El Centinela I und El Centinela II auf dem spätpaläozoischen scheinbaren Polarwanderweg (APWP) für Südamerika5,6. Diese Abbildung wurde mit der Software GMap 2015 (http://www.earthdynamics.org/software/GMAP2015/GMAP.zip) erstellt und mit Inkscape 0.91 (www.inkscape.org) bearbeitet.
Beide PPs haben eine gute Übereinstimmung mit gleichaltrigen paläomagnetischen Polen aus anderen Regionen des südwestlichen Gondwanarandes5,6 (Abb. 1a und 3) mit Altersgrenzen zwischen dem frühen Perm (Tunas I PP7, mit 295.5 ± 8,0 Ma8) und dem frühen späten Perm (Tunas II PP9, mit 280,8 ± 1,9 Ma10), Rio Curaco11 bzw. San Roberto11 PPs, Sierra Chica (a)12,13 PP und Punta Sierra PP14. Die PPs El Centinela I und II wurden in vulkanischem Gestein berechnet, und darüber hinaus sind diese Pole nicht die einzigen PPs, die auf vulkanischem Gestein in Südamerika basieren. Der PP12 der Sierra Chica (a) wurde ebenfalls in vulkanischen Gesteinen der Vulkanprovinz Choiyoi1 bestimmt, was mit dem Alter und der Position von El Centinela I völlig übereinstimmt. Einige Jahre später wurde ein anderer paläomagnetischer Pol für Sierra Chica (b) PP15 veröffentlicht. Obwohl er an denselben Aufschlüssen durchgeführt wurde, führte die Anwendung einer fehlerhaften strukturellen Korrektur und Altersinterpretation dieser Daten15 zu einer Verschiebung dieser PP-Position13.
Jeder der Pole von El Centinela repräsentiert eine signifikante stratigraphische Dicke von mehr als 50 m (Abb. 1b). Aufgrund der stratigraphischen Trennung und des Altersunterschieds zwischen El Centinela I (datiert aus dem gleichaltrigen Tunas I PP)7,8 und El Centinela II PPs von etwa 15 Ma kann der Deklinationsunterschied nicht auf eine säkulare Variation zurückgeführt werden. Stattdessen könnte der Unterschied in den Deklinationen auf eine offensichtliche Polarwanderung zurückgeführt werden (Abb. 3).
Das Vorhandensein dieser beiden paläopolaren Positionen in derselben kontinuierlichen und unverformten vulkanischen stratigraphischen Sequenz macht diesen Ort zum vielleicht besten Beispiel der Welt für die Untersuchung der Paläogeographie Gondwanas während des späten Paläozoikums. Mit diesen Polen ist es möglich, die APWP für Südamerika während des späten Paläozoikums und der Trias genau zu verfolgen und die Plattenbewegungen und die damit verbundenen Krustenverformungen an den Biegungen der APWP zu visualisieren5,6 (Abb. 3). Die Verschiebung der Kontinente relativ zum geographischen Südpol zeigt den Übergang von einem Pangea B16 während des Karbon-Perm/Oberperm (Abb. 4) zu einem Pangea A an der Perm-Trias-Grenze6.
Paläogeographische Rekonstruktion von Gondwana während des Karbon-Perm, basierend auf dem El Centinela I PP und für das obere Perm basierend auf dem El Centinela II PP. Die Kontinente und Paläopole wurden für jeden Zeitabschnitt unabhängig voneinander gedreht6. Die Laurentia-Rekonstruktion wurde mit Polen aus magmatischen und abflachungskorrigierten Gesteinen durchgeführt, die aus der Laurentia-Datenbank6 ausgewählt wurden. Diese Figurenbasis wurde mit der Software GMap 2015 (http://www.earthdynamics.org/software/GMAP2015/GMAP.zip) erstellt und mit Inkscape 0.91 (www.inkscape.org) bearbeitet.