Vulkaniska bergarter från Cerro El Centinela (36°39′S-67°20′W; Fig. 1a) ingår i den shoshonitiska sviten av Choiyoi-gruppen (permisk-trias) i La Pampa-provinsen1. De består av en kontinuerlig vulkanisk sekvens av lavaflöden som bryts ner till vulkaniska breccior, som är inbäddade i pyroklastiska bergarter (fig. 1b). Uppsättningen har en homoklin attityd som förändras från Az: 296° till 170°/15°-20° vid basen till 175° till 152°/17°-15° till toppen av sekvensen (bäddplan: streck, 0°-360°, och dipp 90° medurs, från givet streck, 0°-90°). De variationer i streck och lutning som förekommer mellan de olika flödena måste nödvändigtvis ha ett primärt ursprung och är relaterade till den paleotopografiska avlagringsmiljön. Om dessa variationer var av tektoniskt ursprung borde hela den vulkaniska kroppen ha lutats som ett enda block och inte individuellt som observerats i fält. Därför kan postpermisk tektonisk deformation uteslutas och de identifierade paleomagnetiska riktningarna anses vara registrerade in situ.
Lokalisering och stratigrafisk fördelning av de paleomagnetiska platserna och U-Pb-ålder för toppen av Cerro El Centinela. (a) Cerro El Centinela exponeras i nordvästra La Pampa-provinsen, Argentina, som en del av Gondwanides-bältet21, och andra platser med paleomagnetiska studier i omgivningen (cirklar). (b) Totalt 44 platser provtogs från basen till toppen av Cerro El Centinela (se även tabell 2) två gånger: under 1986 (a i tabell 2) respektive 2009. Alla uppgifter analyserades tillsammans. Den stratigrafiska gränsen mellan de båda populationerna anges i den övre delen av sekvensen (plats CC13a respektive CC17). (c) U-Pb Tera-Wasserburg-plott som visar en concordiaålder på 276 ± 11 Ma (tabell 1), vilket begränsar slutet på den magmatiska aktiviteten till det kunguriska stadiet i nedre övre perm. Figuren har digitaliserats från offentliga baskartor över Sydamerika och Argentina (http://www.ign.gob.ar/AreaServicios/DescargasGratuitas/MapaMudos) och redigerats med programvaran Inkscape 0.91 (www.inkscape.org).
Trots det faktum att zirkoner är ganska sällsynta i ultrapotasiska vulkaniska bergarter har flera försök gjorts för att samla in zirkonkristaller för radiometrisk datering. Vid ett av de lyckade tillfällena bearbetades ett prov på 5 kg från lavaströmmen från toppen av sekvensen (fig. 1b,c) och två zirkonkristaller separerades för isotopanalys. Vi fick en ålder på 276 ± 11 Ma, vilket gör det möjligt att placera toppen av den vulkaniska sekvensen från Cerro El Centinela i det kunguriska stadiet i nedre övre perm (fig. 1c och tabell 1). Vid basen av sekvensen gjordes minst fem försök att söka efter zirkoner som visade sig misslyckade. Trots detta kommer vi att fortsätta att försöka.
Alla prover uppvisade liknande beteende under den progressiva termiska avmagnetiseringen. De var stabila under de tidiga uppvärmningsstegen och började avmagnetiseras mellan 600 °C och 680 °C med en gradvis kvasilinjär eller abrupt nedgång mot ursprunget2 (fig. 2a). Alla studerade bergarter bär en omvänd karakteristisk remanent magnetisering (ChRM), med positiva (nedåtriktade) lutningar (Fig. 2a,b; Tabell 2) och god riktningskonsistens inom platsen (α95 < 15° och k > 20), med undantag för platserna CC1, CC2, CC4 och CC23 som inte användes för vidare statistisk analys. Enligt våra åldersbestämningar förvärvades denna magnetisering under den omvända superkronan Kiaman. ChRM bärs upp av hematit som är en produkt av oxidationen av magnetiten under avkylningen av sekvensen3 , vilket tyder på att magnetiseringen är lika gammal som avkylningen av sekvensen. Medelvärdet för ChRM baserat på 40 godkända platser (fig. 2b, tabell 2) är: Decl. = 150,7°, Incl. = 55,9°, α95 = 3,6° och k = 39,6.
Thermiskt avmagnetiseringsbeteende och karakteristiska remanensriktningar i Cerro El Centinela. (a) Termiska avmagnetiseringsresultat för utvalda prover från basen (CC1112b) och toppen (CC2542b) av sekvensen från vulkanberget Cerro El Centinela, representerade som Zijderveld-diagram2, kartesisk avmagnetiseringskurva och stereografisk projektion med lika stort område av partiella remanensriktningar (i geografiska koordinater). (b) Medelvärdet av de platskaraktäristiska remanensriktningarna för population 1 (basen av sekvensen, blå cirklar) och population 2 (toppen av sekvensen, granatcirklar) (i projektion med lika stor yta) med respektive medier (röda cirklar). Se även tabell 2. Stjärnan anger det axiella dipolfältets riktning. Denna figurbas genererades med programvaran Remasoft 3.0. (https://www.agico.com/text/software/remasoft/remasoft.php) och redigerad med Inkscape 0.91 (www.inkscape.org).
Det är möjligt att dela in ChRM-riktningarna i två olika populationer. Den stratigrafiska gränsen mellan de båda populationerna ligger i den övre delen av sekvensen där det första tufflagret dyker upp ca 100 m ovanför basen (platserna CC13a; CC17; tabell 2; figurerna 1b och 2). Medelriktningen in situ för population 1 är: N = 25, Decl. = 142,7°, Incl. = 62,6°, α95 = 3,0° och k = 92,4 (blå cirklar i fig. 2b) och för population 2 är: N = 15, Decl. = 159,2°, Incl. = 43,9°, α95 = 3,3° och k = 139,1 (granatfärgade cirklar i fig. 2b). Storcirkelavståndet på 21° för de båda riktningarna gör att de är statistiskt åtskilda4 , vilket tyder på att det fanns tillräckligt med tid mellan de två populationerna för att genomsnittet av den sekulära variationen skulle kunna uppnås. Dessutom är den interna konsistensen för varje plats mycket hög med alfa 95 lägre än 10° (se tabell 2), men den är inte densamma mellan olika platser, vilket också visar att det har gått tillräckligt lång tid mellan enskilda vulkaniska händelser. Längs den stratigrafiska sekvensen (fig. 1b) har två paleomagnetiska poler av hög kvalitet beräknats genom att man beräknat medelvärdet av de virtuella geomagnetiska polerna (VGP) som representerar varje plats (fig. 2b). De är El Centinela I Paleomagnetic Pole (PP): N = 25, Lat.: 060,8°S; Längd: 060,8°S; Längd: 060,8°S; Längd: 060,8°S: 356,6°E, A95 = 4,5° och El Centinela II PP: N = 15, Lat.: 69,2°S; Long: 048,2°E, A95 = 3,5° (fig. 3; tabell 2).
Positionen av de paleomagnetiska polerna El Centinela I och El Centinela II på den senpaleozoiska skenbara polära vandringsbanan (APWP) för Sydamerika5,6. Denna figurbas genererades med programvaran GMap 2015 (http://www.earthdynamics.org/software/GMAP2015/GMAP.zip) och redigerades med Inkscape 0.91 (www.inkscape.org).
Båda PP:erna har god överensstämmelse med samtida paleomagnetiska poler från andra regioner i sydvästra Gondwanas marginal5,6 (figur 1a och 3) med åldrar som är bundna mellan tidig perm (Tunas I PP7, med 295.5 ± 8,0 Ma8) och tidig senpermian (Tunas II PP9, med 280,8 ± 1,9 Ma10), Rio Curaco11 och San Roberto11 PP, Sierra Chica (a)12,13 PP och Punta Sierra PP14. El Centinela I och II PP har beräknats i vulkaniska bergarter, och dessutom är dessa poler inte de enda PP baserade på vulkaniska bergarter i Sydamerika. Sierra Chica (a) PP12 bestämdes också i vulkaniska bergarter som tillhör den vulkaniska provinsen Choiyoi1 , vilket helt sammanfaller med åldern och läget för El Centinela I. Några år senare har en annan paleomagnetisk pol publicerats för Sierra Chica (b) PP15. Även om när den utfördes på samma uppslag, tillämpades en felaktig strukturkorrigering och ålderstolkning av dessa data15 som försköt denna PP-position13.
Varje El Centinela-pol representerar en betydande stratigrafisk tjocklek på mer än 50 m (fig. 1b). På grund av den stratigrafiska separationen och på grund av att åldersskillnaden mellan El Centinela I (daterad från den samtida Tunas I PP)7,8 och El Centinela II PPs är ca 15 Ma, kan skillnaden i deklination inte tillskrivas sekulär variation. Istället kan skillnaden i deklinationerna tillskrivas en uppenbar polarvandring (fig. 3).
Närvaron av dessa två paleopolära positioner i samma kontinuerliga och odeformerade vulkaniska stratigrafiska sekvens gör att denna plats kanske är det bästa exemplet i världen för studiet av Gondwanas paleogeografi under sen paleozoisk tid. Med dessa poler är det möjligt att exakt spåra APWP för Sydamerika under sen paleozoikum och trias och visualisera plattans rörelser och den skorprelaterade deformation som är förknippad med dem på böjningarna av APWP5,6 (fig. 3). Kontinenternas förskjutning i förhållande till den geografiska sydpolen visar övergången från ett Pangea B16 under karbon, perm och övre perm (fig. 4) till ett Pangea A vid gränsen mellan perm och trias6.
Paleogeografisk rekonstruktion av Gondwana under Karbon-Perm, baserat på El Centinela I PP och för Övre perm baserat på El Centinela II PP. Kontinenterna och paleopolerna roterades oberoende av varandra för varje tidsdel6. Laurentia-rekonstruktionen utfördes med poler från magmatiska och flathetskorrigerade bergarter, som valdes från den laurentiska databasen6. Denna figurbas genererades med programvaran GMap 2015 (http://www.earthdynamics.org/software/GMAP2015/GMAP.zip) och redigerades med Inkscape 0.91 (www.inkscape.org).