Большая магматическая провинция - Large igneous province

На этой геологической карте (темно-пурпурного цвета) изображены лишь несколько крупнейших крупных магматических провинций, на которых изображены коровые геологические провинции, как видно из данных сейсмической рефракции.

Большая магматическая провинция (LIP) является чрезвычайно большим скоплением вулканических пород , в том числе интрузивных (порогов, дамба) и экструзионного (потоки лавы, тефра депозитов), возникающих , когда магма проходит через земную кору по направлению к поверхности. Формирование LIP по-разному связывают с мантийными плюмами или процессами, связанными с дивергентной тектоникой плит . Образование некоторых LIP за последние 500 миллионов лет совпало по времени с массовыми вымираниями и быстрыми климатическими изменениями , что привело к многочисленным гипотезам о причинно-следственных связях. LIP кардинально отличаются от любых других действующих вулканов или вулканических систем.

Определение

В 1992 году исследователи впервые использовали термин « большая магматическая провинция» для описания очень крупных скоплений - площади более 100 000 квадратных километров (примерно площадь Исландии) - основных магматических пород, которые были извергнуты или образованы на глубине в течение чрезвычайно короткого геологического временного интервала: несколько миллионов лет или меньше. Основное базальтовое морское дно и другие геологические продукты «нормальной» тектоники плит не были включены в определение.

Типы

Определение LIP было расширено и уточнено, и работа над ним все еще продолжается. LIP в настоящее время также часто используется для описания обширных областей, не только основных, но и всех типов магматических пород. Было предложено подразделение LIP на крупные вулканические провинции (LVP) и крупные плутонические провинции (LPP), включая породы, образованные в результате нормальных тектонических процессов плит, но эти модификации не являются общепринятыми.

Некоторые LIP географически нетронуты, такие как базальтовые ловушки Декана в Индии, в то время как другие были фрагментированы и разделены движением плит, как Центральноатлантическая магматическая провинция (CAMP), части которой находятся в Бразилии, восточной части Северной Америки и на севере. -Западная Африка.

Мотивации для изучения LIP

Карта, показывающая признанные континентальные крупные магматические провинции.

Большие магматические провинции (LIP) образуются во время кратковременных магматических событий, приводящих к относительно быстрым и большим скоплениям вулканических и интрузивных вулканических пород. Эти события требуют изучения, потому что:

  • Возможные связи с массовыми вымираниями и глобальными экологическими и климатическими изменениями. Майкл Рампино и Ричард Стотерс (1988) процитировали одиннадцать отдельных эпизодов базальтовых наводнений, произошедших за последние 250 миллионов лет, которые привели к образованию вулканических провинций и океанических плато и совпали с массовыми вымираниями . Эта тема превратилась в обширную область исследований, объединяющую такие дисциплины, как биостратиграфия, вулканология, метаморфическая петрология и моделирование земных систем.
  • Изучение LIP имеет экономические последствия. Некоторые рабочие связывают их с захваченными углеводородами. Они связаны с экономическими концентрациями меди, никеля и железа. Они также связаны с формированием крупных минеральных провинций, включая месторождения элементов платиновой группы (ЭПГ), а в кремнистых LIP - месторождения серебра и золота. Месторождения титана и ванадия также связаны с LIP.
  • LIP в геологической летописи отметили серьезные изменения в гидросфере и атмосфере, что привело к крупным климатическим сдвигам и, возможно, к массовому вымиранию видов. Некоторые из этих изменений были связаны с быстрым выбросом парниковых газов из земной коры в атмосферу. Таким образом, изменения, инициированные LIP, могут использоваться в качестве примеров для понимания текущих и будущих изменений окружающей среды.
  • Теория тектонических плит объясняет топографию, используя взаимодействие между тектоническими плитами, находящееся под влиянием вязких напряжений, создаваемых потоком внутри подстилающей мантии. Поскольку мантия чрезвычайно вязкая, расход мантии изменяется импульсами, которые отражаются в литосфере волнообразными волнами с малой амплитудой и длинными волнами. Понимание того, как взаимодействие между мантийным потоком и возвышением литосферы влияет на формирование LIP, важно для понимания динамики мантии в прошлом.
  • LIP сыграли важную роль в разрыве континентов, формировании континентов, новых добавлениях коры из верхней мантии и циклах суперконтинента.

Образование большой магматической провинции

Three Devils Grade в Мозес-Кули , штат Вашингтон, входит в состав компании Columbia River Basalt Group LIP.

У Земли есть внешняя оболочка, состоящая из множества отдельных движущихся тектонических плит, плавающих на твердой конвективной мантии над жидким ядром. Мантийный поток вызывается опусканием холодных тектонических плит во время субдукции и дополнительным подъемом плюмов горячего материала с более низких уровней. Поверхность Земли отражает растяжение, утолщение и изгиб тектонических плит по мере их взаимодействия.

Создание океанических плит при апвеллинге, спрединге и субдукции - хорошо принятые основы тектоники плит, с подъемом горячих материалов мантии и опусканием более холодных океанических плит, вызывающих мантийную конвекцию. В этой модели тектонические плиты расходятся в срединно-океанических хребтах , где горячие мантийные породы текут вверх, заполняя пространство. Плито-тектонические процессы составляют большую часть вулканизма Земли.

Помимо эффектов конвективного движения, глубинные процессы оказывают и другие влияния на топографию поверхности. Конвективная циркуляция вызывает подъемы и опускания в мантии Земли, что отражается на местных уровнях поверхности. Горячие мантийные материалы, поднимающиеся вверх в виде плюма, могут распространяться радиально под тектонической плитой, вызывая области поднятия. Эти восходящие шлейфы играют важную роль в формировании LIP.

Характеристики формации

При создании LIP часто имеют площадь в несколько миллионов км 2 и объем порядка 1 миллиона км 3 . В большинстве случаев большая часть объема базальтовой LIP закладывается менее чем за 1 миллион лет. Одна из загадок происхождения таких LIP состоит в том, чтобы понять, как огромные объемы базальтовой магмы образуются и извергаются за такие короткие промежутки времени, со скоростью излияний на порядок выше, чем у базальтов срединно-океанических хребтов.

Теории образования

Источником многих или всех LIP по-разному приписывают мантийные плюмы, процессы, связанные с тектоникой плит или ударами метеоритов.

Образование шлейфа LIPs

Хотя большая часть вулканической активности на Земле связана с зонами субдукции или срединно-океаническими хребтами, существуют значительные области долгоживущего обширного вулканизма, известные как горячие точки , которые лишь косвенно связаны с тектоникой плит. В гавайском императоре цепь подводных гор , расположенная на Тихоокеанской плите , является одним из примеров, прослеживая миллионы лет относительного движения при движении пластины над горячей точкой Гавайев . По всему миру обнаружено множество горячих точек разного размера и возраста. Эти горячие точки перемещаются относительно друг друга медленно, но на порядок быстрее перемещаются относительно тектонических плит, что свидетельствует о том, что они не связаны напрямую с тектоническими плитами.

Происхождение горячих точек остается спорным. Горячие точки, достигающие поверхности Земли, могут иметь три различных происхождения. Наиболее глубокие, вероятно, происходят от границы между нижней мантией и ядром; примерно 15–20% имеют такие характеристики, как наличие линейной цепи морских возвышенностей с возрастом, LIP в точке происхождения трека, низкая скорость поперечной волны, указывающая на высокие температуры ниже текущего местоположения трека, и отношения 3 Он к 4 Он, которые, как считается, соответствуют глубокому происхождению. Другие, такие как горячие точки Питкэрна , Самоа и Таити, по-видимому, берут свое начало на вершинах больших переходных горячих лавовых куполов (называемых суперсвеллами) в мантии. Остальные, по-видимому, происходят из верхней мантии и, как предполагается, возникли в результате распада субдуцирующей литосферы.

Недавние изображения области ниже известных горячих точек (например, Йеллоустоун и Гавайи ) с помощью сейсмической томографии предоставили множество доказательств, подтверждающих наличие относительно узких, глубоких, конвективных шлейфов, которые ограничены в регионе по сравнению с крупномасштабной тектонической циркуляцией плит. в которые они вложены. Изображения показывают непрерывные, но извилистые вертикальные пути с различным количеством более горячего материала, даже на глубинах, где предсказываются кристаллографические преобразования.

Формирование напряжения LIP, связанное с пластиной

Основной альтернативой модели плюма является модель, в которой разрывы вызваны напряжениями плит, которые разрушили литосферу, позволяя расплаву достигать поверхности из неглубоких неоднородных источников. Постулируется, что большие объемы расплавленного материала, образующие LIP, вызваны конвекцией в верхней мантии, которая является вторичной по отношению к конвекции, вызывающей движение тектонических плит.

Раннеобразованные излияния коллектора

Было высказано предположение, что геохимические данные подтверждают наличие рано сформировавшегося резервуара, который просуществовал в мантии Земли около 4,5 миллиардов лет. Предполагается, что расплавленный материал произошел из этого резервуара, что привело к появлению базальтов на Баффиновых островах около 60 миллионов лет назад. Базальты с плато Онтонг-Ява демонстрируют аналогичные изотопные признаки и признаки микроэлементов, предложенные для коллектора ранней Земли.

Образование, вызванное метеоритом

Было отмечено семь пар горячих точек и LIP, расположенных на противоположных сторонах Земли; Анализы показывают, что это совпадающее антиподальное расположение вряд ли будет случайным. Пары горячих точек включают большую вулканическую провинцию с континентальным вулканизмом напротив океанической горячей точки. Ожидается, что столкновения крупных метеоритов с океаном будут иметь высокую эффективность в преобразовании энергии в сейсмические волны. Эти волны распространятся по всему миру и снова сходятся близко к противоположному положению; ожидаются небольшие изменения, поскольку скорость сейсмических волн меняется в зависимости от характеристик маршрута, по которому распространяются волны. Поскольку волны фокусируются на антиподальном положении, они подвергают кору в фокусе значительного напряжения и предлагают разорвать ее, создавая антиподальные пары. Когда метеорит сталкивается с континентом, не ожидается, что более низкая эффективность преобразования кинетической энергии в сейсмическую энергию создаст антиподальную горячую точку.

Была предложена вторая связанная со столкновением модель очага и образования LIP, в которой небольшой вулканизм очага образовался в местах ударов крупных тел, а базальтовый вулканизм наводнения был вызван антиподно сфокусированной сейсмической энергией. Эта модель подверглась сомнению, потому что столкновения обычно считаются слишком неэффективными с сейсмической точки зрения, а ловушки Декана в Индии не были антиподами и начали извергаться за несколько миллионов лет до удара Чиксулуб в конце мелового периода в Мексике. Кроме того, ни в одном известном земном кратере не было подтверждено ни одного четкого примера вулканизма, вызванного ударами, не связанного с расплавленными пластами.

Классификация

В 1992 году Коффин и Элдхольм первоначально определили термин «большая магматическая провинция» (LIP) как представляющий множество основных магматических провинций с площадью более 100 000 км 2, которые представляют «массивные образования земной коры преимущественно основных (богатых магнием и железом) ) экструзивные и интрузивные породы, возникшие в результате процессов, отличных от «нормального» распространения морского дна ». Это первоначальное определение включало континентальные паводковые базальты , океанические плато , большие рои дамб (эродированные корни вулканической провинции) и окраины вулканических трещин . Большинство этих LIP состоят из базальта, но некоторые содержат большие объемы ассоциированного риолита (например , группа базальтов реки Колумбия на западе США); риолиты обычно очень сухие по сравнению с риолитами островной дуги, с гораздо более высокими температурами извержения (от 850 ° C до 1000 ° C), чем обычные риолиты.

С 1992 года определение «LIP» было расширено и уточнено, и работа над ним продолжается. Некоторые новые определения термина «LIP» включают крупные гранитные провинции, такие как те, что находятся в Андах в Южной Америке и на западе Северной Америки. Для обсуждения технических вопросов были разработаны комплексные таксономии.

В 2008 году Брайан и Эрнст уточнили определение, чтобы несколько сузить его: «Большие магматические провинции - это магматические провинции с протяженностью ареала>.1 × 10 5  км 2 , магматические объемы>1 × 10 5  км 3 и максимальная продолжительность жизни ~ 50 млн лет, которые имеют внутриплитную тектоническую обстановку или геохимическое сродство и характеризуются магматическими импульсами короткой продолжительности (~ 1–5 млн лет), в течение которых большая часть (> 75 %) от общего объема магматических пород. Они преимущественно мафические, но также могут иметь значительные ультраосновные и кремнистые компоненты, а в некоторых преобладает кремнистый магматизм ». Это определение делает акцент на характеристиках высокой скорости внедрения магмы события LIP и исключает подводные горы, группы подводных гор, подводные хребты и аномальные кора морского дна.

«LIP» теперь часто используется также для описания обширных областей, не только основных, но и всех типов магматических пород. Было предложено подразделение LIP на крупные вулканические провинции (LVP) и большие плутонические провинции (LPP), включая породы, образованные «нормальными» тектоническими процессами плит. Кроме того, минимальный порог для включения в LIP был снижен до 50 000 км 2 . Рабочая таксономия, в значительной степени ориентированная на геохимию, которая будет использоваться для структурирования примеров ниже:

  • Крупные магматические провинции (LIP)
    • Крупные вулканические провинции (LVP)
      • Крупные риолитовые провинции (LRP)
      • Крупные андезитовые провинции (LAP)
      • Крупные базальтовые провинции (LBP): океанические или континентальные паводковые базальты.
      • Крупные базальто-риолитовые провинции (LBRP)
    • Большие плутонические провинции (LPP)
      • Крупные гранитные провинции (LGP)
      • Крупные основные плутонические провинции
Иллюстрация, показывающая вертикальную дамбу и горизонтальный порог.

Обширные по воздуху рои даек , силловые провинции и крупные слоистые ультраосновные вторжения являются индикаторами LIP, даже когда другие доказательства в настоящее время не наблюдаются. Верхние базальтовые слои более старых LIP могли быть удалены в результате эрозии или деформированы столкновениями тектонических плит, произошедшими после образования слоя. Это особенно вероятно для более ранних периодов, таких как палеозой и протерозой .

Рой гигантских дамб, протяженностью более 300 км, является обычным явлением сильно эродированных LIP. Существуют как радиальные, так и линейные конфигурации роя даек. Известны радиальные рои протяженностью более 2000 км и линейные рои протяженностью более 1000 км. Линейные рои даек часто имеют большую долю даек по сравнению с вмещающими породами, особенно когда ширина линейного поля меньше 100 км. Дайки имеют типичную ширину 20–100 м, хотя сообщалось о дайках ультраосновного состава с шириной более 1 км.

Дайки обычно от субвертикальных до вертикальных. Когда восходящая (формирующая дайки) магма встречает горизонтальные границы или слабые места, например, между слоями в осадочных отложениях, магма может течь горизонтально, образуя порог. Площадь некоторых силловых провинций превышает 1000 км.

Корреляции с формированием LIP

Корреляция с горячими точками

Ранняя вулканическая активность основных горячих точек, которая , как предполагается, является результатом глубинных мантийных плюмов, часто сопровождается паводковыми базальтами. Эти извержения базальтов привели к образованию больших скоплений базальтовых лав со скоростью, значительно превышающей скорость, наблюдаемую в современных вулканических процессах. Континентальный рифтинг обычно следует за базальтовым вулканизмом. Наводнения в базальтовых провинциях также могут возникать в результате первоначальной активности горячих точек в океанских бассейнах, а также на континентах. Можно отследить горячую точку до паводковых базальтов большой вулканической провинции; таблица ниже соотносит большие вулканические провинции с следом конкретной горячей точки.

Провинция Область Точка доступа Ссылка
Базальт реки Колумбия Северо-запад США Горячая точка Йеллоустоуна
Базальты наводнения Эфиопии и Йемена Эфиопия , Йемен
Североатлантическая магматическая провинция Северная Канада, Гренландия , Фарерские острова , Норвегия , Ирландия и Шотландия. Горячая точка Исландии
Деканские ловушки Индия Точка доступа Реюньона
Ловушки Раджмахала Восточная Индия Девяносто Ист-Ридж
Плато Кергелен Индийский океан Точка доступа Кергелен
Плато Онтонг-Ява Тихий океан Луисвилл горячая точка
Ловушки Парана и Этендека Бразилия - Намибия Тристан точка доступа
Провинция Кару-Феррар Южная Африка, Антарктида , Австралия и Новая Зеландия Остров Марион
Карибская большая вулканическая провинция Карибско-колумбийское океаническое плато Горячая точка Галапагосских островов
Большая магматическая провинция Маккензи Канадский щит Точка доступа Маккензи

Связь с событиями исчезновения

Извержения или внедрения LIP, по-видимому, в некоторых случаях происходили одновременно с океанскими аноксическими явлениями и событиями вымирания . Наиболее важными примерами являются Деканские ловушки ( событие мелового-палеогенового вымирания ), Кару-Феррар ( плиенсбахско-тоарское вымирание ), Центрально-Атлантическая магматическая провинция ( событие триасово-юрского вымирания ) и Сибирские ловушки ( событие пермско-триасового вымирания). ).

Предлагается несколько механизмов для объяснения ассоциации LIP с событиями вымирания. Извержение базальтовых LIP на поверхность земли высвобождает большие объемы сульфатного газа, который образует серную кислоту в атмосфере; это поглощает тепло и вызывает значительное охлаждение (например, извержение Лаки в Исландии, 1783 г.). Океанические LIP могут снижать содержание кислорода в морской воде либо за счет прямых реакций окисления с металлами в гидротермальных жидкостях, либо за счет цветения водорослей, потребляющих большое количество кислорода.

Рудные месторождения

Крупные изверженные провинции связаны с несколькими типами рудных месторождений, включая:

Примеры

Существует ряд хорошо задокументированных примеров крупных вулканических провинций, выявленных геологическими исследованиями.

Провинция Область Возраст (миллион лет) Площадь (млн км 2 ) Объем (млн км 3 ) Также известен как или включает Ссылка
Плато Агульяс Юго-запад Индийского океана, Южная Атлантика, Южный океан 140–95 0,3 1.2 Юго - African LIP
Мозамбик хребет , северо - восток Грузия Взлет , Моды Взлет , Астрид Ridge
Базальт реки Колумбия Северо-запад США 17–6 0,16 0,175
Базальты наводнения Эфиопии и Йемена Йемен, Эфиопия 31–25 0,6 0,35 Эфиопия
Североатлантическая магматическая провинция Северная Канада, Гренландия, Фарерские острова, Норвегия, Ирландия и Шотландия. 62–55 1.3 6,6

Земля Джеймсон Тулеанское плато

Деканские ловушки Индия 66 0,5–0,8 0,5–1,0
Мадагаскар 88
Ловушки Раджмахала Индия 116
Плато Онтонг-Ява Тихий океан c.  122 1,86 8,4 Плато Манихики и плато Хикуранги
Большая Магматическая провинция Высокой Арктики Шпицберген , Земля Франца-Иосифа , бассейн Свердруп , Амеразийский бассейн и северная Гренландия 130-60 > 1.0
Ловушки Парана и Этендека Бразилия, Намибия 134–129 1.5 > 1 Экваториально-атлантическая магматическая провинция

Бразильское нагорье

Провинция Кару-Феррар Южная Африка, Антарктида, Австралия и Новая Зеландия 183–180 0,15–2 0,3
Центральноатлантическая магматическая провинция Северная Южная Америка, Северо-Западная Африка, Иберия, Восточная Северная Америка 199–197 11 2,5 (2,0–3,0)
Сибирские ловушки Россия 250 1,5–3,9 0,9–2,0
Эмейшанские ловушки Юго-Западный Китай 253–250 0,25 c.  0,3
Варакурна большая вулканическая провинция Австралия 1078–1073 1.5 Восточная Пилбара

Крупные риолитовые провинции (LRP)

Эти LIP в основном состоят из кислых материалов. Примеры включают:

  • Троица
  • Западная Сьерра-Мадре (Мексика)
  • Малани
  • Чон Айке (Аргентина)
  • Gawler (Австралия)

Крупные андезитовые провинции (LAP)

Эти LIP в основном состоят из андезитовых материалов. Примеры включают:

  • Островные дуги, такие как Индонезия и Япония
  • Активные континентальные окраины, такие как Анды и Каскады.
  • Континентальные зоны столкновения, такие как зона Анатолия-Иран

Крупные базальтовые провинции (ББП)

Эта подкатегория включает большинство провинций, включенных в исходную классификацию LIP. Он состоит из континентальных паводковых базальтов, океанических паводковых базальтов и диффузных провинций.

Базальты континентальных паводков

Базальты океанических паводков / океанические плато

Крупные базальто-риолитовые провинции (LBRP)

  • Равнина Снейк-Ривер - Высокие лавовые равнины Орегона
  • Донгаргарх, Индия

Большие плутонические провинции (LPP)

Крупные гранитные провинции (LGP)

  • Патагония
  • Перу – Чили Батолит
  • Прибрежный батолит (северо-запад США)

Другие крупные плутонические провинции

Связанные структуры

Вулканические рифленые края

Наращивание истончает корочку. Магма достигает поверхности через излучающие силлы и дайки, образуя базальтовые потоки, а также глубокие и мелкие магматические очаги под поверхностью. Кора постепенно истончается из-за термического проседания, и первоначально горизонтальные потоки базальта поворачиваются и становятся отражателями, опускающимися в сторону моря.

Окраины вулканических рифтов находятся на границе крупных магматических провинций. Вулканические окраины образуются, когда рифтогенез сопровождается значительным таянием мантии, когда вулканизм происходит до и / или во время разрушения континентов. Вулканические рифтовые окраины характеризуются: переходной корой, состоящей из базальтовых магматических пород , включая потоки лавы , силлы , дайки и габбро , большие объемные потоки базальта, последовательности отражателей, падающих в сторону моря (SDRS) базальтовых потоков, которые были повернуты на ранних стадиях. разрушения, ограниченное проседание пассивной окраины во время и после разрушения, а также наличие нижней коры с аномально высокими скоростями сейсмических P-волн в телах нижней коры (LCB), что указывает на более низкую температуру и плотную среду.

Примеры вулканических окраин включают:

  • Маржа Йемена
  • Восточно-австралийская окраина
  • Западно-индийская окраина
  • Маржа Хаттона – Рокала
  • Восточное побережье США
  • Средненорвежская окраина
  • Бразильская маржа
  • Намибийская окраина

Дайки рои

Карта плотины Маккензи в Канаде

Рой даек представляет собой крупную геологическую структуру, состоящую из основной группы параллельных, линейных или радиально ориентированных даек, внедренных в континентальную кору. Они состоят из нескольких или сотен даек, установленных более или менее одновременно во время одного интрузивного события, и являются магматическими и стратиграфическими. Такие рои дамб являются корнями вулканической провинции. Примеры включают:

Подоконники

Ряд связанных силлов, которые образовались практически одновременно (в течение нескольких миллионов лет) из связанных даек, составляют LIP, если их площадь достаточно велика. Примеры включают:

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки