Gondwana’s Apparent Polar Wander Path during Permian-New insights from South America

Cerro El Centinela (36°39′S-67°20′W; Fig.) の火山岩は,ペルム紀の南米に分布している. 1a)は、ラ・パンパ州のチョイヨイ層群(ペルム紀〜三畳紀)のショショナイト系に属するものである1。 これらは、溶岩流が火山角礫岩に分解し、火砕岩が混在する連続した火山列からなる(図 1b)。 このセットは、基部の Az: 296°から 170°/15°-20°、最上部の 175°から 152°/17°-15°まで変化するホモクリナルな姿勢をとる(層理面:走向0°-360°、傾斜90°、所定の走向から時計回りに 0°-90°)。 異なる流れの間で生じる走向・傾斜の変動は、必然的に一次的なものであり、堆積環境の古地形と関係しているはずである。 もし、これらの変動がテクトニックなものであれば、火山体全体が単一のブロックとして傾斜しているはずであり、現地で観察されるような個別の傾斜はないはずである。

Figure 1
figure 1

Cerro El Centinela頂部の古地磁気サイトの位置と層位分布とU-Pb年代。 (a) Cerro El CentinelaはGondwanides belt21の一部としてアルゼンチンLa Pampa州の北西部に露出しており、周囲(○)に古地磁気研究が行われている他の場所である。 (b) Cerro El Centinela (表2参照) の基底部から頂部にかけて、1986年 (表2のa) と2009年の2回、合計44地点で試料を採取した。 すべてのデータはまとめて解析された。 両集団の層序学的境界は、シーケンス上部に示されている(それぞれサイト CC13a; CC17)。 (c) U-Pb Tera-Wasserburg プロット。276 ± 11 Ma のコンコーディア年代(表 1)を示し、マグマ活動の終焉を上部ペルム紀下部のクングリア期に拘束している。 この図は南米とアルゼンチンのパブリックドメインのベースマップ(http://www.ign.gob.ar/AreaServicios/DescargasGratuitas/MapaMudos)からデジタル化し、Inkscape 0.91 (www.inkscape.org) で編集した。

超巨石火山岩中のジルコンはかなり珍しいにもかかわらず、放射年代測定用のジルコン結晶を集めるために、いくつかの試みが行われた。 そのうちの1回、シーケンス最上部の溶岩流から5kgの試料を採取し(図1b、c)、同位体分析用に2つのジルコン結晶を分離した。 その結果、276 ± 11 Ma の年代が得られ、Cerro El Centinela の火山列の最上部は後期ペルム紀の Kungurian ステージに位置づけられる(図 1c、表 1)。 この火山列の底部では、少なくとも5回のジルコン探査が行われたが、失敗に終わった。

Table 1 Cerro El Centinelaのジルコンの分析データ

熱消磁の進行中にすべての試料は同様の挙動を示している。 初期の加熱段階では安定で、600℃から680℃の間で減磁が始まり、起源に向かって徐々に準線形または急激に減磁した2 (図2a). すべての岩石は特性残留磁化が反転し、正(下向き)の傾斜を持ち(図 2a,b; 表 2)、サイト内の方向性がよく一致している(α95 < 15°、k > 20)、ただしサイト CC1, CC2, CC4 および CC23 はさらなる統計分析に使用されていない。 我々の年代測定によると、この磁化はキアマン逆スーパークロンの間に獲得されたものである。 この磁化は、シーケンス冷却時に磁鉄鉱が酸化して生じたヘマタイトによって担われており3、シーケンスの冷却と同時期の磁化であることが示唆される。 40地点で得られたChRMの平均値(図2b、表2)は以下の通りである。 Decl. = 150.7°, Incl. = 55.9°, α95 = 3.6°, k = 39.6

Figure 2
figure 2

Cerro El Centinelaの熱消磁挙動と特性レマネ方向. (a) セロ・エル・センチネラ火山岩の配列の基部 (CC1112b) と上部 (CC2542b) の選択した試料の熱消磁結果を Zijderveld 図2、直交消磁曲線、部分残留磁化方向の等面積ステレオグラフ投影(地理的座標で)で表現したもの。 (b) 母集団1(配列の底部、青丸)と母集団2(配列の上部、ガーネット丸)の平均サイト特性レマネンス方向(等エリア投影)とそれぞれのメディウム(赤丸)。 表2も参照。 星印は軸方向ダイポール磁場方向を示す。 この図-ベースは、ソフトウェアRemasoft 3.0で作成した。 (

Table 2 Cerro El Centinela火山群の特性残留磁化のサイト平均方向

ChRM 方向を 2 つの異なる集団に細分化することが可能である. 両集団の層序学的境界は、底面から約100mの高さに最初の凝灰岩層が現れるシーケンス上部に位置する(Site CC13a; CC17; Table 2; Figs 1b and 2)。 集団 1 の原位置平均方向は、以下の通りである。 N = 25, Decl. = 142.7°, Incl. = 62.6°, α95 = 3.0°, k = 92.4 (図 2b の青丸)、母集団 2 の場合は次のとおりである。 N = 15, Decl. = 159.2°, Incl. = 43.9°, α95 = 3.3°, k = 139.1 (図2bのガーネットの丸)である。 両者の大円距離が21°であることから、統計的に区別され4、2つの集団の間には、経年変化を平均化するのに十分な時間があったことがわかる。 さらに、各サイトの内部整合性はα95が10°以下と非常に高いが(表2参照)、異なるサイト間では同じではないので、個々の火山イベントの間に十分な時間があったことも実証された。 層序列(図1b)に沿って、各サイトを代表する仮想地磁気極(VGP)を平均化することにより、2つの高品質な古地磁気極が算出されました(図2b)。 それらはEl Centinela I Paleomagnetic Pole (PP)です。 N = 25, 緯度: 060.8°S; 経度: 356.6°E, A95 = 4.5°、El Centinela II PP: N = 15, Lat.: 69.2°S; Long: 048.2°E, A95 = 3.5° (Fig. 3; Table 2).

Figure 3
figure 3

Late Paleozoic apparent polar wander path (APWP) on the South America5,6 のEl Centinela I とEl Centinela II 古磁極位置の図です。 この図-ベースはソフトウェアGMap 2015(http://www.earthdynamics.org/software/GMAP2015/GMAP.zip)で作成し、Inkscape 0.91(www.inkscape.org)で編集した。

両PPは、南西ゴンドワナ縁の他の地域5,6(図1aおよび3)から得られる同世代の古地磁気極と良い整合性が見られ、年代はペルム紀前期(Tunas I PP7, 295.を含む)に縛られる。5 ± 8.0 Ma8) と後期ペルム紀前期 (Tunas II PP9, 280.8 ± 1.9 Ma10) 、Rio Curaco11 と San Roberto11 PPs、Sierra Chica (a)12,13 PP と Punta Sierra PP14 の間の年代を示す。 El Centinela I と II の PP は火山岩で計算されており、さらにこれらの極は南米の火山岩に基づく唯一の PP ではない。 シエラチカ(a)のPP12もチョイヨイ火山州1に属する火山岩で決定されており、エル・センチネラIの年代と位置が完全に一致している。 それから数年後、Sierra Chica (b) PP15 について、別の古地磁気極が発表された。 同じ露頭で行われたとき、このデータ15に誤った構造補正と年代解釈を適用したため、このPPの位置がずれてしまったが13。

El Centinelaの各極は50m以上というかなりの層厚を表している(図1b)。 したがって、層序的な分離のため、またEl Centinela I (同世代のTunas I PPから年代決定) 7,8 とEl Centinela II PPの年代差が約15 Maであるため、偏角差は経年変動に帰することはできないと思われる。

この2つの古極の位置が、同じ連続した変形していない火山層序に存在することは、古生代後期のゴンドワナの古地理を研究する上で、おそらく世界で最も良い例である。 これらの極を利用して、古生代末期から三畳紀にかけての南米のAPWPを正確に追跡し、APWPの変曲点におけるプレートの動きとそれに伴う地殻変動を可視化することができる5,6 (図3)。 また、南極に対する大陸の変位を見ると、石炭紀-ペルム紀/ペルム紀上期のパンゲアB16から(図4)、ペルム紀-三畳紀境界のパンゲアAへの移行がわかります6。

Figure 4
figure 4

El Centinela I PPとEl Centinela II PPに基づく石炭紀-ペルム紀のゴンドワナの古地理復元図である。 大陸と古地球は各タイムスライスで独立に回転させた6。 ローレンシアの復元は、ローレンシアデータベース6 から選択した火成岩と平坦化補正された岩石のポールを用いて行われました。 本図形ベースはソフトウェアGMap 2015(http://www.earthdynamics.org/software/GMAP2015/GMAP.zip)で作成し、Inkscape 0.91(www.inkscape.org)で編集した。

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