De vulkanische gesteenten van de Cerro El Centinela (36°39′S-67°20′W; Fig. 1a) maken deel uit van de shoshonitische suite van de Choiyoi Groep (Perm-Trias) in de La Pampa provincie1. Ze bestaan uit een continue vulkanische opeenvolging van lavastromen die degraderen tot vulkanische breccia, ingebed met pyroclastische gesteenten (Fig. 1b). De reeks heeft een homoclinale ligging die varieert van Az: 296° tot 170°/15°-20° aan de basis tot 175° tot 152°/17°-15° naar de top van de sequentie (beddingvlak: inslag, 0°-360°, en dip 90° met de klok mee, vanaf gegeven inslag, 0°-90°). De variaties in de inslag en de dip die tussen de verschillende stromingen voorkomen moeten noodzakelijkerwijs van primaire oorsprong zijn en verband houden met de paleotopografie van het afzettingsmilieu. Indien deze variaties van tektonische oorsprong zouden zijn, zou het gehele vulkanische lichaam als één blok gekanteld moeten zijn en niet afzonderlijk zoals in het veld wordt waargenomen. Daarom kan post-Permische tektonische vervorming worden uitgesloten en kunnen de geïdentificeerde paleomagnetische richtingen worden beschouwd als in situ vastgelegd.
Locatie en stratigrafische verdeling van de paleomagnetische vindplaatsen en U-Pb-leeftijd van de top van de Cerro El Centinela. (a) De Cerro El Centinela is blootgelegd in het noordwesten van de provincie La Pampa, Argentinië, als onderdeel van de Gondwanidengordel21, en andere locaties met paleomagnetisch onderzoek in de omgeving (cirkels). (b) In totaal werden 44 locaties van de basis tot de top van de Cerro El Centinela (zie ook tabel 2) tweemaal bemonsterd: respectievelijk in 1986 (a in tabel 2) en 2009. Alle gegevens werden samen geanalyseerd. De stratigrafische grens tussen beide Populaties is aangegeven in het bovenste deel van de sequentie (respectievelijk Site CC13a; CC17). (c) U-Pb Tera-Wasserburg-plot met een concordiatijd van 276 ± 11 Ma (tabel 1), die het einde van de magmatische activiteit beperkt tot de Kungurische fase in het lagere Boven-Permien. Deze figuur werd gedigitaliseerd uit basiskaarten van Zuid-Amerika en Argentinië uit het publieke domein (http://www.ign.gob.ar/AreaServicios/DescargasGratuitas/MapaMudos) en bewerkt met de software Inkscape 0.91 (www.inkscape.org).
Ondanks het feit dat zirkonen vrij zeldzaam zijn in ultrapotassisch vulkanisch gesteente, zijn verschillende pogingen ondernomen om zirkoonkristallen te verzamelen voor radiometrische datering. Bij een van de geslaagde gelegenheden werd een monster van 5 kg van de lavastroom van de top van de sequentie (Fig. 1b,c) verwerkt en werden twee zirkoonkristallen afgescheiden voor isotopenanalyse. Wij verkregen een ouderdom van 276 ± 11 Ma, waardoor de top van de vulkanische sequentie van de Cerro El Centinela in het Kungurisch stadium van het lagere Boven-Permien kan worden geplaatst (Fig. 1c en Tabel 1). Aan de basis van de sequentie werden minstens vijf pogingen ondernomen om zirkonen te zoeken, die echter geen succes bleken te hebben. Desondanks zullen we het blijven proberen.
Alle monsters vertoonden een vergelijkbaar gedrag tijdens het progressieve thermische demagnetiseren. Ze waren stabiel tijdens de eerste verhittingsstappen en begonnen te demagnetiseren tussen 600 °C en 680 °C met een geleidelijk quasi-lineair of abrupt verval naar de oorsprong2 (Fig. 2a). Alle bestudeerde gesteenten hebben een omgekeerde karakteristieke remanente magnetisatie (ChRM), met positieve (neerwaartse) inclinaties (Fig. 2a,b; Tabel 2) en goede richtingsconsistentie binnen de vindplaats (α95 < 15° en k > 20), met uitzondering van de vindplaatsen CC1, CC2, CC4 en CC23, die niet voor verdere statistische analyse werden gebruikt. Volgens onze leeftijdsbepalingen werd deze magnetisatie verworven tijdens de Kiaman reverse superchron. De ChRM wordt gedragen door hematiet, een product van de oxidatie van het magnetiet tijdens de afkoeling van de opeenvolging3 , wat een ouderdom van de magnetisatie suggereert die samenvalt met de afkoeling van de opeenvolging. Het gemiddelde van de ChRM op basis van 40 geaccepteerde vindplaatsen (Fig. 2b, Tabel 2) is: Decl. = 150,7°, Incl. = 55,9°, α95 = 3,6° en k = 39,6.
Thermisch demagnetisatiegedrag en karakteristieke remanentierichtingen van de Cerro El Centinela. (a) Thermische demagnetisatieresultaten voor geselecteerde exemplaren van de basis (CC1112b) en de top (CC2542b) van de sequentie van het vulkanisch gesteente van de Cerro El Centinela, weergegeven als Zijderveld-diagrammen2, cartesiaanse demagnetisatiecurve en stereografische projectie met gelijke oppervlakte van de partiële remanentierichtingen (in geografische coördinaten). (b) Gemiddelde plaats karakteristieke remanentie richtingen van de Populatie 1 (basis van de sequentie, blauwe cirkels) en Populatie 2 (top van de sequentie, granaat cirkels) (in gelijke gebied projectie) met de respectievelijke media (rode cirkels). Zie ook tabel 2. De ster geeft de richting van het axiale dipoolveld aan. Deze figuur-basis werd gegenereerd met de software Remasoft 3.0. (https://www.agico.com/text/software/remasoft/remasoft.php) en bewerkt met Inkscape 0.91 (www.inkscape.org).
Het is mogelijk om de ChRM richtingen onder te verdelen in twee verschillende populaties. De stratigrafische grens tussen beide populaties ligt in het bovenste deel van de sequentie waar de eerste tufsteenlaag verschijnt op ongeveer 100 m boven de basis (Sites CC13a; CC17; Tabel 2; Figs 1b en 2). De in situ gemiddelde richting van populatie 1, is: N = 25, Decl. = 142.7°, Incl. = 62.6°, α95 = 3.0° en k = 92.4 (blauwe cirkels in Fig. 2b) en voor populatie 2, is: N = 15, Decl. = 159.2°, Incl. = 43.9°, α95 = 3.3° en k = 139.1 (granaat cirkels in Fig. 2b). De grote cirkelafstand van 21° van beide richtingen maakt ze statistisch verschillend4, wat erop wijst dat er voldoende tijd tussen de twee populaties was om de seculaire variatie te middelen. Bovendien is de interne consistentie van elke vindplaats zeer hoog met alpha 95 lager dan 10° (zie Tabel 2), maar deze is niet hetzelfde tussen verschillende vindplaatsen, hetgeen ook aantoont dat er voldoende tijd is verlopen tussen afzonderlijke vulkanische gebeurtenissen. Langs de stratigrafische sequentie (Fig. 1b) zijn twee paleomagnetische polen van hoge kwaliteit berekend door het gemiddelde te nemen van de virtuele geomagnetische polen (VGP) die elke vindplaats vertegenwoordigen (Fig. 2b). Het zijn El Centinela I Paleomagnetic Pole (PP): N = 25, Lat.: 060.8°S; Long: 356.6°E, A95 = 4.5° en El Centinela II PP: N = 15, Lat.: 69.2°S; Long: 048.2°E, A95 = 3.5° (Fig. 3; Tabel 2).
Positie van de El Centinela I en El Centinela II paleomagnetische polen op het Laat-Paleozoïsche apparent polar wander path (APWP) voor Zuid-Amerika5,6. Deze figuur-basis werd gegenereerd met de software GMap 2015 (http://www.earthdynamics.org/software/GMAP2015/GMAP.zip) en bewerkt met Inkscape 0.91 (www.inkscape.org).
Beide PPs vertonen een goede consistentie met coeval paleomagnetische polen uit andere regio’s van de Zuidwestelijke Gondwana marge5,6 (Figs 1a en 3) met leeftijden gebonden tussen het Vroeg-Permien (Tunas I PP7, met 295.5 ± 8,0 Ma8) en het vroege Laat-Permien (Tunas II PP9, met 280,8 ± 1,9 Ma10), respectievelijk Rio Curaco11 en San Roberto11 PPs, Sierra Chica (a)12,13 PP en Punta Sierra PP14. De PP’s El Centinela I en II zijn berekend in vulkanisch gesteente, en bovendien zijn deze polen niet de enige PP’s gebaseerd op vulkanisch gesteente van Zuid-Amerika. De Sierra Chica (a) PP12 werd ook bepaald in vulkanisch gesteente dat behoort tot de Choiyoi vulkanische provincie1, hetgeen volledig samenvalt met de ouderdom en de positie van El Centinela I. Enkele jaren later is een andere paleomagnetische pool gepubliceerd voor Sierra Chica (b) PP15. Hoewel deze werd uitgevoerd op dezelfde ontsluitingen, heeft de toepassing van een foutieve structurele correctie en leeftijdsinterpretatie van deze gegevens15 deze PP-positie ontwricht13.
Elke pool van El Centinela vertegenwoordigt een significante stratigrafische dikte van meer dan 50 m (Fig. 1b). Daarom, vanwege de stratigrafische scheiding en omdat het leeftijdsverschil tussen El Centinela I (gedateerd van de coeval Tunas I PP)7,8 en El Centinela II PPs ongeveer 15 Ma bedraagt, kan het declinatieverschil niet worden toegeschreven aan seculaire variatie. In plaats daarvan kan het verschil in declinatie worden toegeschreven aan een schijnbare polaire omzwerving (Fig. 3).
De aanwezigheid van deze twee paleopolaire posities in dezelfde ononderbroken en ongevormde vulkanische stratigrafische opeenvolging maakt deze locatie misschien wel tot het beste voorbeeld ter wereld voor de studie van de paleogeografie van Gondwana tijdens het Laat-Paleozoïcum. Met deze polen is het mogelijk het APWP voor Zuid-Amerika tijdens het Laat-Paleozoïcum en het Trias nauwkeurig te volgen en de bewegingen van de plaat en de daarmee samenhangende vervorming van de korst op de buigingen van het APWP5,6 zichtbaar te maken (Fig. 3). De verplaatsing van de continenten ten opzichte van de geografische zuidpool toont de overgang van een Pangea B16 tijdens het Carboon-Permien/Upper-Permien (Fig. 4), naar een Pangea A in het Perm-Trias grensvlak6.
Paleogeografische reconstructie van Gondwana tijdens het Carboon-Permien, gebaseerd op het El Centinela I PP en voor het Boven-Permien gebaseerd op het El Centinela II PP. De continenten en paleopolen werden onafhankelijk geroteerd voor elk tijdsinterval6. Laurentia reconstructie werd uitgevoerd met polen van stollingsgesteenten en afplatting gecorrigeerde gesteenten, geselecteerd uit de Laurentian database6. Deze figuur-basis werd gegenereerd met de software GMap 2015 (http://www.earthdynamics.org/software/GMAP2015/GMAP.zip) en bewerkt met Inkscape 0.91 (www.inkscape.org).