近日，一项由Geology期刊发表的研究对美国加州边缘海地区的火山岩进行了详尽的年龄测定和地球化学分析。这项研究首次提出了“喷灯效应”（blowtorch effect）的概念，并利用⁴⁰Ar/³⁹Ar同位素测年技术，为解释该区域独特的火山活动及构造变形提供了新的视角。
加州边缘海地区是一个复杂的地质区域，主要由水下盆地、山脊和岛屿组成，是现代转换型板块边界的典型例子。这里记录了从一个长期的俯冲边界向转换边界的转变过程中的多种独特构造事件。研究人员通过对来自不同位置的火山岩样本进行采样，使用⁴⁰Ar/³⁹Ar同位素测年法来确定其形成时间，并结合地球化学分析，以了解这些岩石的起源和演化历史。
研究发现，加州边缘海地区的火山活动可以分为两个阶段：渐新世（约31-30百万年前）和中新世（约19-13百万年前）。这两个时期的火山岩均属于钙碱性火山岩，但它们的成分和矿物组成有所不同。渐新世火山岩显示出高程度的部分熔融特征，意味着它们可能来源于地幔软流圈；而中新世火山岩则显示出低程度的部分熔融特征，表明它们可能来自更深的地幔层，并受到了俯冲带流体的影响。
通过详细的年代测定，科学家们能够重建这一地区过去几千万年的地质历史。他们注意到，在渐新世和中新世期间，有一个活跃的扩张中心到达了加州海域的俯冲带，这引发了显著的火山活动。这种现象被描述为“喷灯效应”，即当扩张中心俯冲到俯冲带时，它会导致地幔软流圈上升，并在弧前地区引发广泛的火山活动。
“喷灯效应”的提出不仅有助于理解加州边缘海地区的火山活动模式，还揭示了板块边界演化的复杂机制。特别是，两次“喷灯效应”的发生使得地壳变得脆弱，促进了大规模的伸展和地壳垂直轴向旋转。持续的沟-脊相互作用会不断产生这样的效应，影响着整个板块边界的动态变化。
此次研究中使用的⁴⁰Ar/³⁹Ar同位素测年方法对于确认火山活动的时间框架至关重要。这种方法基于放射性衰变原理，测量样品中钾元素衰变成氩气的比例，从而精确计算出岩石形成的绝对年龄。这项技术的应用使得科学家们能够更加准确地追踪地质历史上的关键事件，加深我们对地球内部运作机制的理解。
参考文献：Andrea Balbas, Kevin Konrad, Nathan Onderdonk, Paterno R. Castillo, Richard Behl; Oligocene and Miocene blowtorch volcanism within the California Borderland and its influence on the plate-boundary transition. Geology 2024; doi: https://doi.org/10.1130/G52175.1
