チベット高原中部の後期三畳紀大陸エクロジャイトが明らかにしたパレオテチス大陸沈み込み

学術的背景

チベット高原は地球上で最も若く、最も高い高原の一つであり、その形成はテチス海の閉鎖とインド-ユーラシアプレートの衝突と密接に関連しています。パレオテチス海は中生代の重要な海洋であり、その閉鎖過程はチベット高原の地質学的進化に深い影響を与えました。長い間、チベット高原のエクロジャイトはパレオテチス海洋地殻の沈み込みの産物と考えられてきました。しかし、近年の研究によると、一部のエクロジャイトは大陸沈み込みの成因を持つ可能性があることが示されています。この発見は、チベット高原の地質学的進化を理解する上で重要な意義を持っています。

本研究は、チベット高原中部の後期三畳紀大陸エクロジャイトの成因と、パレオテチス海の閉鎖過程に対する示唆を明らかにすることを目的としています。詳細な岩石学、地球化学、年代学研究を通じて、著者らは以下の質問に答えようとしています：これらのエクロジャイトの原岩は何か？それらの形成過程はどのようなものか？これらのエクロジャイトの発見は、パレオテチス海の閉鎖過程を理解する上でどのような示唆を与えるか？

論文の出典

本論文は、Wang Xu、Lishuang Liu、Matthew J. Kohn、Pinghua Liu、Jia Caiによって共同執筆されました。著者らは、中国地質科学院地質研究所、北京師範大学国家安全・応急管理学院、Boise State University地球科学科に所属しています。論文は2024年10月18日に「Geology」誌にオンライン掲載され、DOIは10.1130/G52796.1です。

研究の流れ

1. サンプル採取と予備分析

研究チームは、チベット高原中部のPianshishanエクロジャイト帯から4つの異なる地域（A-D区）のサンプルを採取しました。これらのサンプルは主に細粒、花崗変晶構造のエクロジャイトで、ガーネットと単斜輝石を主成分とし、さまざまな量の角閃石と少量の白雲母、石英、ルチルを含んでいます。研究チームは、これらのサンプルに対して詳細な岩石学および鉱物学分析を行い、鉱物組み合わせと変成条件を特定しました。

2. 相平衡シミュレーション

エクロジャイトの変成条件を決定するために、研究チームは相平衡シミュレーションを行いました。H2O飽和の等化学相図を用いて、研究チームはエクロジャイトがピーク変成段階での鉱物組み合わせと圧力-温度条件を予測しました。結果は、サンプル23xw13-9と23xw14-8のピーク変成条件がそれぞれ2.08-2.12 GPa/528-537°Cおよび2.07-2.13 GPa/524-537°Cであることを示しました。これらの結果は、Pianshishanエクロジャイトが高圧エクロジャイト相変成作用を受けたが、超高圧条件には達していないことを示しています。

3. ジルコンU-Pb年代学

研究チームは、6つのエクロジャイトサンプル中のジルコンに対して、レーザーアブレーション-多検出器-誘導結合プラズマ質量分析（LA-(MC)-ICP-MS）U-Pb年代測定を行いました。結果は、サンプル23xw14-10b、23xw14-20、23xw14-25のジルコンコアの年代が240±1 Ma、241±1 Ma、239±1 Maであり、サンプル23xw14-20のジルコンリムの年代が235±1 Maであることを示しました。さらに、サンプル23xw13-10、23xw14-9、23xw14-10aのジルコンコアの年代は1847±10 Ma、1862±6 Ma、1856±7 Maでした。これらの結果は、Pianshishanエクロジャイトの原岩が約240 Maに形成され、約235 Maにエクロジャイト相変成作用を受けたことを示しています。

4. 地球化学分析

研究チームは、Pianshishanエクロジャイトに対して全岩地球化学分析を行いました。地球化学的特徴に基づいて、エクロジャイトは2つのグループに分類されました：第1グループのサンプルは低SiO2（45.0-47.4 wt%）とAl2O3（11.5-13.2 wt%）、高TiO2（4.0-5.8 wt%）を示し、海洋島玄武岩（OIB）およびプレート内玄武岩に類似しています。第2グループのサンプルは高いSiO2（47.9-49.0 wt%）とAl2O3（14.4-15.7 wt%）、低いTiO2（1.1-2.6 wt%）を示し、中央海嶺玄武岩（MORB）および下部地殻に類似しています。これらの結果は、Pianshishanエクロジャイトの原岩が地殻物質の混入を受けた可能性を示しています。

主な結果

1. エクロジャイトの変成条件：相平衡シミュレーションの結果、Pianshishanエクロジャイトは高圧エクロジャイト相変成作用を受け、ピーク変成条件は約2.1 GPa/530°Cでした。これらの結果は、エクロジャイトの原岩が少なくとも75 kmの深さまで沈み込んだことを示しています。

2. エクロジャイトの年代学：ジルコンU-Pb年代測定の結果、Pianshishanエクロジャイトの原岩は約240 Maに形成され、約235 Maにエクロジャイト相変成作用を受けました。さらに、ジルコンコアの古い年代（約1850 Ma）は、エクロジャイトの原岩が地殻物質の混入を受けた可能性を示しています。

3. エクロジャイトの地球化学的特徴：地球化学分析の結果、Pianshishanエクロジャイトは2つのグループに分類され、それぞれ海洋島玄武岩と下部地殻に類似しています。これらの結果は、エクロジャイトの原岩が地殻物質の混入を受けた可能性を示しています。

結論と意義

本研究は、チベット高原中部で初めてパレオテチス大陸沈み込みによって形成されたエクロジャイトを発見しました。これらのエクロジャイトの原岩は約240 Maに形成され、約235 Maに高圧エクロジャイト相変成作用を受けました。中国南西部のQianmaiエクロジャイトと合わせて、研究チームは、パレオテチス海の閉鎖過程において、大陸物質がマントル深部まで沈み込み、2500 kmに及ぶ大陸沈み込み帯を形成したことを提案しました。この発見は、パレオテチス海の閉鎖過程を明らかにするだけでなく、後期三畳紀の全球気候変動を理解するための新しい視点を提供します。

研究のハイライト

1. 初めてパレオテチス大陸沈み込みによって形成されたエクロジャイトを発見：本研究は、チベット高原中部で初めてパレオテチス大陸沈み込みによって形成されたエクロジャイトを発見し、チベット高原の地質学的進化を理解するための新しい証拠を提供しました。

2. パレオテチス海の閉鎖過程を明らかに：詳細な岩石学、地球化学、年代学研究を通じて、研究チームはパレオテチス海の閉鎖過程を明らかにし、2500 kmに及ぶ大陸沈み込み帯を提案しました。

3. 後期三畳紀の全球気候変動を理解するための新しい視点を提供：研究チームは、パレオテチス海の閉鎖過程で形成された高高度山脈が、後期三畳紀の全球気候、特にカーニアン多雨期（Carnian Pluvial Episode）の強力なモンスーン気候に影響を与えた可能性があると提案しました。

その他の価値ある情報

研究チームはまた、パレオテチス海の閉鎖過程で形成された高高度山脈が、後期三畳紀の全球気候に重要な影響を与えた可能性があると提案しました。将来の気候モデル研究は、この高高度山脈が後期三畳紀の気候に与えた影響をさらに探求することができます。