Calabrian forearc uplift paced by slab–mantle interactions during subduction retreat
Calabrian forearc uplift paced by slab–mantle interactions during subduction retreat
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俯冲撤退过程中，卡拉布里亚前弧隆起受到板片与地幔相互作用的影响
DOI：
10.1038/s41561-023-01185-4
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发表时间：
2023
影响因子：
18.3
通讯作者：
O’Sullivan, Paul
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Gallen, Sean F.;Seymour, Nikki M.;Glotzbach, Christoph;Stockli, Daniel F.;O’Sullivan, Paul
来自景观演化的证据可能为过去的地球动力学过程提供关键的约束，但受到地形重建的巨大不确定性的限制。在这里，我们提出了连续30万年的岩石隆起历史的三个集水区在卡拉布里亚弧前的意大利南部，使用数据驱动的反演构造地貌测量。我们发现，从大约3000万年到2500万年前（Ma），岩石的抬升速率很高（>1 mm yr−1），到大约15 Ma时逐渐下降到<0.4 mm yr− 1，然后保持较低的水平，直到大约1.5-1.0 Ma时突然增加。这些隆起率不匹配的弧前俯冲速度记录，这意味着隆起并不占主导地位的地壳增厚，由于俯冲驱动的沉积物涌入。通过与板块下降重建的比较，我们认为，弧前隆起的历史主要反映了一个上地幔对流圈的逐步建立和突然破坏，具有很强的负浮力。我们认为，对流细胞活力增加板诱导地幔流场开始与660公里的地幔过渡带相互作用，导致隆起率下降，从25至15马。然后，一旦板块遇到过渡区，完全建立的对流细胞抑制隆起率，在第四纪板块破碎之前，驱动快速的弧前隆起。
Evidence from landscape evolution may provide critical constraints for past geodynamic processes, but has been limited by the large uncertainties of topographic reconstructions. Here we present continuous 30-million-year rock uplift histories for three catchments in the Calabrian forearc of southern Italy, using a data-driven inversion of tectonic geomorphology measurements. We find that rock uplift rates were high (>1 mm yr−1) from about 30 to 25 million years ago (Ma) and progressively declined to <0.4 mm yr−1by ~15 Ma, then remained low before abruptly increasing around 1.5–1.0 Ma. These uplift rates do not match the forearc’s subduction velocity record, implying that uplift was not dominated by crustal thickening due to subduction-driven sediment influx. Through comparisons with slab descent reconstructions, we instead argue that the forearc uplift history primarily reflects the progressive establishment and abrupt destruction of an upper-mantle convection cell with strong negative buoyancy. We suggest that the convection cell vigour increased as the slab-induced mantle flow field began to interact with the 660-km mantle transition zone, causing uplift rates to decline from 25 to 15 Ma. Then, once the slab encountered the transition zone, the fully established convection cell subdued uplift rates, before being disrupted by slab fragmentation in the Quaternary, driving rapid forearc uplift.
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