Потопный базальт (или плато-базальт [1] ) — результат гигантского извержения вулкана или серии извержений , покрывающих базальтовой лавой большие участки суши или дна океана . Многие паводковые базальты были приписаны возникновению горячей точки , достигающей поверхности Земли через мантийный шлейф . [2] Базальтовые провинции, такие как Деканские ловушки в Индии, часто называют ловушками , от шведского слова « траппа » (что означает «лестница»), из-за характерной ступенчатой геоморфологии многих связанных с ними ландшафтов.
Майкл Р. Рампино и Ричард Стотерс (1988) привели одиннадцать различных эпизодов базальтовых наводнений, произошедших за последние 250 миллионов лет, создавших большие магматические провинции , лавовые плато и горные хребты . [3] Однако были признаны и другие, такие как большое плато Онтонг-Ява , [4] и группа Чилкотин , хотя последняя может быть связана с базальтовой группой реки Колумбия .
Крупные магматические провинции были связаны с пятью событиями массового вымирания [5] и могут быть связаны с ударами болидов . [6]
Потопные базальты являются наиболее объемистыми из всех экструзивных магматических пород , [8] образующих огромные залежи базальтовых пород [9] [10], обнаруженные на протяжении всей геологической летописи. [9] [11] Это весьма своеобразная форма внутриплитного вулканизма , [12] отличающаяся от всех других форм вулканизма огромными объемами лавы, извергаемой в геологически короткие промежутки времени. Одна паводковая базальтовая провинция может содержать сотни тысяч кубических километров базальта, извергавшегося менее чем за миллион лет, причем каждое из отдельных событий извергало сотни кубических километров базальта. [11] Эта высокожидкая базальтовая лава может распространяться в стороны на сотни километров от источников, [13] покрывая площади в десятки тысяч квадратных километров. [14] Последовательные извержения образуют мощные скопления почти горизонтальных потоков, извергающихся в быстрой последовательности на обширных территориях, заливая поверхность Земли лавой в региональном масштабе. [9] [15]
Эти обширные скопления паводкового базальта составляют крупные магматические провинции . Для них характерны платообразные формы рельефа, поэтому паводковые базальты также называют плато-базальтами . Каньоны, врезанные эрозией в паводковые базальты, имеют ступенчатые склоны, при этом нижние части потоков образуют скалы, а верхняя часть потоков или переслаивающихся слоев отложений образует склоны. Они известны по-голландски как « трап» или по-шведски как « траппа », что в английском языке перешло как « ловушка-камень» — термин, особенно используемый в карьерной промышленности. [15] [16]
Большая мощность базальтовых скоплений, часто превышающая 1000 метров (3000 футов), [16] обычно отражает очень большое количество тонких потоков, мощность которых варьируется от метров до десятков метров, реже до 100 метров (330 метров). футов). Иногда встречаются очень мощные отдельные потоки. Самым толстым в мире потоком базальта, возможно, является поток Гринстоуна на полуострове Кивино в штате Мичиган , США, толщина которого составляет 600 метров (2000 футов). Этот поток мог быть частью лавового озера размером с озеро Верхнее . [13]
Глубокая эрозия паводковых базальтов обнажает огромное количество параллельных даек, которые питали извержения. [17] Некоторые отдельные дамбы на плато реки Колумбия имеют длину более 100 километров (60 миль). [16] В некоторых случаях эрозия обнажает радиальные наборы даек диаметром в несколько тысяч километров. [11] Подоконники также могут присутствовать под паводковыми базальтами, например, подоконник Палисадес в Нью-Джерси , США. Пластинчатые интрузии (дайки и силлы) под паводковыми базальтами обычно представляют собой диабаз , который близко соответствует составу вышележащих паводковых базальтов. В некоторых случаях химическая подпись позволяет связать отдельные дайки с отдельными потоками. [18]
Потопный базальт обычно имеет столбчатую трещиноватость , образовавшуюся при охлаждении и сжатии породы после затвердевания из лавы. Порода раскалывается на колонны, обычно с пятью-шестью сторонами, параллельными направлению теплового потока, исходящего из породы. Обычно это перпендикулярно верхней и нижней поверхностям, но дождевая вода, неравномерно проникающая в скалу, может вызвать «холодные пальцы» деформированных колонн. Поскольку тепловой поток из основания потока происходит медленнее, чем с его верхней поверхности, столбы в нижней трети потока более регулярные и крупные. Большее гидростатическое давление из-за веса вышележащей породы также способствует увеличению нижних колонн. По аналогии с греческой храмовой архитектурой более правильные нижние колонны описываются как колоннада , а более неправильные верхние разломы - как антаблемент отдельного потока. Колонны, как правило, больше в более толстых потоках: колонны очень толстого потока Гринстоуна, упомянутого ранее, имеют толщину около 10 метров (30 футов). [19]
Другой распространенной мелкомасштабной особенностью трапповых базальтов являются везикулы трубчатого ствола . Базальтовая лава разлива остывает довольно медленно, так что растворенные в лаве газы успевают выйти из раствора в виде пузырьков (везикул), которые всплывают к верху потока. Большая часть остального потока массивная и без везикул. Однако более быстро остывающая лава вблизи основания потока образует тонкую охлажденную границу стекловидной породы, а более быстро кристаллизующаяся порода чуть выше стекловидной границы содержит пузырьки, захваченные в результате быстрой кристаллизации породы. Они имеют характерный внешний вид, напоминающий глиняный стебель табачной трубки , особенно потому, что везикула обычно впоследствии заполняется кальцитом или другими минералами светлого цвета, которые контрастируют с окружающим темным базальтом. [20]
В еще меньших масштабах текстура паводковых базальтов афанитовая , состоящая из крошечных переплетенных кристаллов. Эти переплетающиеся кристаллы придают камню-ловушке невероятную прочность и долговечность. [19] Кристаллы плагиоклаза встроены в кристаллы пироксена или обернуты вокруг них и ориентированы случайным образом. Это указывает на быстрое внедрение, поэтому лава больше не течет быстро, когда начинает кристаллизоваться. [13] Потопные базальты почти лишены крупных вкрапленников , более крупных кристаллов, присутствующих в лаве до ее извержения на поверхность, которые часто присутствуют в других экструзивных магматических породах. Вкрапленники более многочисленны в дайках , выносивших лаву на поверхность. [21]
Потопные базальты чаще всего представляют собой кварцевые толеиты . Оливин- толеит (характерная порода срединно-океанических хребтов [22] ) встречается реже, редки случаи щелочных базальтов . Независимо от состава потоки очень однородны и редко содержат ксенолиты — фрагменты окружающей породы ( вмещающей породы ), вовлеченные в лаву. Поскольку в лавах мало растворенных газов, пирокластические породы встречаются крайне редко. За исключением тех случаев, когда потоки попадали в озера и превращались в подушечную лаву , потоки массивные (безликие). Иногда паводковые базальты связаны с очень небольшими объемами дацита или риолита (гораздо более богатой кремнеземом вулканической породы), которые образуются на поздних стадиях развития крупной магматической провинции и знаменуют переход к более централизованному вулканизму. [23]
Потопные базальты демонстрируют значительную степень химической однородности на протяжении геологического времени [11] , в основном это богатые железом толеитовые базальты. Их химический состав основных элементов подобен базальтам срединно-океанических хребтов (MORB), в то время как их химический состав микроэлементов, особенно редкоземельных элементов , напоминает химический состав базальтов океанских островов . [24] Обычно они имеют содержание кремнезема около 52%. Магниевое число ( мольный процент магния от общего содержания железа и магния) составляет около 55 [21] против 60 для типичного MORB. [25] Редкоземельные элементы демонстрируют закономерности содержания, предполагающие, что первоначальная (примитивная) магма образовалась из пород мантии Земли , которая была почти неистощенной ; то есть это была мантийная порода, богатая гранатом и из которой ранее было извлечено мало магмы. Химический состав плагиоклаза и оливина в пойменных базальтах позволяет предположить, что магма была лишь слегка загрязнена расплавленными породами земной коры , но некоторые высокотемпературные минералы уже выкристаллизовались из породы, прежде чем она достигла поверхности. [26] Другими словами, паводковый базальт умеренно развит . [24] Однако лишь небольшое количество плагиоклаза, по-видимому, выкристаллизовалось из расплава. [26]
Хотя паводковые базальты считаются химически однородной группой, они иногда демонстрируют значительное химическое разнообразие даже в одной провинции. Например, трамповые базальты бассейна Параны можно разделить на группу с низким содержанием фосфора и титана (LPT) и группу с высоким содержанием фосфора и титана (HPT). Разница объясняется неоднородностью верхней мантии [27] , но соотношения изотопов стронция предполагают, что разница может возникнуть из-за загрязнения магмы LPT большим количеством расплавленной коры. [28]
Теории образования паводковых базальтов должны объяснить, как такое огромное количество магмы могло генерироваться и извергаться в виде лавы за такие короткие промежутки времени. Они также должны объяснить сходный состав и тектоническую обстановку паводковых базальтов, извергавшихся в течение геологического времени, а также способность паводковой базальтовой лавы преодолевать такие большие расстояния от изверженных трещин до затвердевания.
Для образования такого количества магмы за столь короткое время требуется огромное количество тепла. [11] Широко распространено мнение, что это произошло из-за мантийного плюма , ударившегося о основание литосферы Земли , ее твердую внешнюю оболочку. [29] [30] [15] Шлейф состоит из необычайно горячих мантийных пород астеносферы , пластичного слоя чуть ниже литосферы, который ползет вверх из глубины недр Земли. [31] Горячая астеносфера разрывает литосферу над шлейфом, позволяя магме, образовавшейся в результате декомпрессионного плавления головы шлейфа, найти пути к поверхности. [32] [17]
Рой параллельных даек, обнаженных в результате глубокой эрозии паводковых базальтов, показывает, что произошло значительное расширение земной коры . Рой даек на западе Шотландии и Исландии демонстрирует расширение до 5%. Многие паводковые базальты связаны с рифтовыми долинами, расположены на пассивных окраинах континентальных плит или простираются до авлакогенов (разрушенных рукавов тройных соединений , где начинается континентальный рифтинг). Траводковые базальты на континентах часто совпадают с горячими точками вулканизма в океанских бассейнах. [33] Ловушки Парана и Этендека , расположенные в Южной Америке и Африке на противоположных сторонах Атлантического океана, образовались около 125 миллионов лет назад, когда открылась Южная Атлантика, а второй набор более мелких паводковых базальтов образовался вблизи границы триаса и юры. в восточной части Северной Америки, когда открылась Северная Атлантика. [15] [16] Однако базальты североатлантического паводка не связаны с какими-либо следами горячих точек, но, по-видимому, были равномерно распределены вдоль всей расходящейся границы. [23]
Потопные базальты часто переслаиваются с отложениями, обычно красными . Отложение отложений начинается до первых паводковых извержений базальтов, так что проседание и истончение земной коры являются предшественниками паводковой активности базальтов. [11] Поверхность продолжает опускаться по мере извержения базальта, так что более старые пласты часто находятся ниже уровня моря. [17] Слои базальта на глубине ( падающие отражатели ) были обнаружены методом отраженной сейсмологии вдоль пассивных континентальных окраин. [31]
Состав трапповых базальтов может отражать механизмы выхода магмы на поверхность. Исходный расплав, образовавшийся в верхней мантии (примитивный расплав ), не может иметь состав кварцевого толеита, наиболее распространенной и, как правило, наименее развитой вулканической породы трапповых базальтов, поскольку кварцевые толеиты слишком богаты железом по сравнению с магнием, чтобы образоваться в равновесии. с типичной мантийной породой. Примитивный расплав мог иметь состав пикритового базальта , но пикритовый базальт редко встречается в пойменных базальтовых провинциях. Одна из возможностей состоит в том, что примитивный расплав застаивается , когда достигает границы мантии и коры, где он не обладает достаточной плавучестью, чтобы проникнуть в породу коры с более низкой плотностью. По мере дифференциации толеитовой магмы (изменения состава по мере кристаллизации и осаждения высокотемпературных минералов из магмы) ее плотность достигает минимума при магниевом числе около 60, аналогично плотности трапповых базальтов. Это восстанавливает плавучесть и позволяет магме завершить свой путь к поверхности, а также объясняет, почему паводковые базальты представляют собой преимущественно кварцевые толеиты. Более половины исходной магмы остается в нижней коре и накапливается в системе даек и силлов. [34] [21]
По мере подъема магмы падение давления также снижает ликвидус — температуру, при которой магма становится полностью жидкой. Вероятно, это объясняет отсутствие вкрапленников в изверженном паводковом базальте. Резорбция (растворение обратно в расплав) смеси твердого оливина, авгита и плагиоклаза — высокотемпературных минералов, которые, вероятно, образуются в виде вкрапленников, — также может привести к сближению состава с кварцевым толеитом и помочь сохранить плавучесть . [26] [21]
Как только магма достигает поверхности, она быстро течет по ландшафту, буквально затопляя местный рельеф. Частично это возможно из-за высокой скорости экструзии (более кубического километра в день на километр длины трещины [16] ) и относительно низкой вязкости базальтовой лавы. Однако латеральная протяженность отдельных паводковых базальтовых потоков поразительна даже для столь текучей лавы в таких количествах. [35] Вполне вероятно, что лава распространяется в процессе инфляции , при котором лава движется под твердой изолирующей коркой, которая сохраняет ее горячей и подвижной. [36] Исследования потока гинкго на плато реки Колумбия, толщина которого составляет от 30 до 70 метров (от 98 до 230 футов), показывают, что температура лавы упала всего на 20 ° C (68 ° F) на расстоянии 500 километров (310 миль). Это демонстрирует, что лава, должно быть, была изолирована поверхностной коркой и что поток был ламинарным , что уменьшало теплообмен с верхней корой и основанием потока. [37] [38] Было подсчитано, что поток Гинкго продвинулся на 500 км за шесть дней (скорость продвижения около 3,5 км в час). [37]
Латеральная протяженность паводкового базальтового потока примерно пропорциональна кубу толщины потока вблизи его источника. Таким образом, поток, толщина которого в источнике вдвое превышает толщину, может распространяться примерно в восемь раз дальше. [13]
Паводковые базальтовые потоки представляют собой преимущественно потоки пахоэхо , потоки аа встречаются гораздо реже. [39]
Извержения в паводковых базальтовых провинциях носят эпизодический характер, и каждый эпизод имеет свою химическую характеристику. Существует некоторая тенденция лавы в пределах одного эпизода извержения со временем становиться более богатой кремнеземом, но последовательной тенденции между эпизодами не существует. [26]
Большие магматические провинции (LIP) первоначально определялись как объемные излияния, преимущественно базальта, происходящие за очень короткий с геологической точки зрения период. В этом определении не указаны минимальный размер, продолжительность, петрогенезис или обстановка. Новая попытка уточнить классификацию фокусируется на размере и обстановке. LIP обычно охватывают большие площади, и основная часть магматизма происходит менее чем за 1 млн лет назад. Основные LIP в океанских бассейнах включают океанические вулканические плато (ОП) и вулканические пассивные континентальные окраины . Океанические паводковые базальты - это LIP, которые некоторые исследователи отличают от океанических плато, поскольку они не образуют морфологических плато, не имеют ни плоской вершины, ни возвышаются более чем на 200 м над морским дном. Примеры включают провинции Карибского бассейна, Науру, Восточную Мариану и Пигафетту. Континентальные паводковые базальты (CFB) или плато-базальты являются континентальными проявлениями крупных магматических провинций. [40]
Потопные базальты вносят значительный вклад в рост континентальной коры. Это также катастрофические события, которые, вероятно, способствовали множеству массовых вымираний в геологической летописи.
Усредненная по времени экструзия паводковых базальтов сравнима со скоростью экструзии лавы на срединно-океанических хребтах и значительно превышает скорость экструзии горячими точками. [41] Однако экструзия на срединно-океанических хребтах происходит относительно устойчиво, а экструзия паводковых базальтов носит весьма эпизодический характер. Базальты паводков создают новую континентальную кору со скоростью от 0,1 до 8 кубических километров (от 0,02 до 2 кубических миль) в год, в то время как извержения, образующие океанические плато, производят от 2 до 20 кубических километров (от 0,5 до 5 кубических миль) коры в год. [16]
Большая часть новой коры, образовавшейся во время эпизодов базальтового наводнения, имеет форму подстилающего слоя , при этом более половины исходной магмы кристаллизуется и накапливается в силлах у основания коры. [34]
Извержение паводковых базальтов связывают с массовыми вымираниями. Например, Деканские траппы , извергнутые на границе мелового и палеогенового периода , возможно, способствовали вымиранию нептичьих динозавров. [42] Аналогичным образом, массовые вымирания на границе перми и триаса , границы триаса и юры и в тоарском возрасте юры соответствуют возрастам крупных магматических провинций в Сибири, Центрально-Атлантической магматической провинции и Кару -Феррар. наводнение базальта. [15]
Некоторое представление о воздействии паводковых базальтов можно дать путем сравнения с историческими крупными извержениями. Извержение Лакагигара в 1783 году было крупнейшим в истории, в результате которого погибло 75% домашнего скота и четверть населения Исландии. Тем не менее, извержение произвело всего 14 кубических километров (3,4 кубических миль) лавы, [43] [15] , что крошечно по сравнению с членом Роза на плато реки Колумбия, извергнутым в середине миоцена и содержавшим не менее 1500 кубических миль. километры (360 кубических миль) лавы. [10]
Во время извержения Сибирских траппов от 5 до 16 миллионов кубических километров (от 1,2 до 3,8 миллионов кубических миль) магмы проникло в земную кору, покрывая площадь в 5 миллионов квадратных километров (1,9 миллиона квадратных миль), что соответствует 62% Территория сопредельных штатов США. Горячая магма содержала огромное количество углекислого газа и оксидов серы , а также выделяла дополнительный углекислый газ и метан из глубоких нефтяных резервуаров и более молодых угольных пластов в регионе. Выпущенные газы образовали более 6400 диатремовых труб , [44] каждая из которых обычно имеет диаметр более 1,6 километров (1 мили). Трубы выбросили в атмосферу до 160 триллионов тонн углекислого газа и 46 триллионов тонн метана. Угольная зола от горящих угольных пластов распространяет токсичный хром , мышьяк , ртуть и свинец по всей северной Канаде. Слои эвапорита, нагретые магмой, выделяли соляную кислоту , метилхлорид , метилбромид , которые повреждали озоновый слой и снижали защиту от ультрафиолета на целых 85%. Также было выброшено более 5 триллионов тонн диоксида серы . Углекислый газ создал экстремальные парниковые условия: средняя глобальная температура морской воды достигла максимума в 38 °C (100 °F), что является самым высоким показателем за всю историю геологических исследований. Температура не падала до 32 ° C (90 ° F) еще 5,1 миллиона лет. Столь высокие температуры смертельны для большинства морских организмов, а наземным растениям трудно продолжать фотосинтез при температуре выше 35 °C (95 °F). Экваториальная зона Земли стала мертвой зоной. [45]
Однако не все крупные магматические провинции связаны с событиями вымирания. [46] Формирование и воздействие паводкового базальта зависят от ряда факторов, таких как конфигурация континента, широта, объем, скорость, продолжительность извержения, стиль и обстановка (континентальный или океанический), ранее существовавший климат и биота . устойчивость к изменениям. [47]
Типичные континентальные паводковые базальты и океанические плато, расположенные в хронологическом порядке, вместе образуют список крупных магматических провинций : [48]
Потопные базальты являются доминирующей формой магматизма на других планетах и спутниках Солнечной системы. [61]
Моря на Луне описываются как паводковые базальты [62], состоящие из пикритового базальта. [63] Отдельные эпизоды извержений, вероятно, были похожи по объему на паводковые базальты Земли, но были разделены гораздо более длительными интервалами покоя и, вероятно, были вызваны разными механизмами. [64]
На Марсе могут присутствовать обширные паводковые базальты. [65]
Переплетающиеся кристаллы трапповых базальтов, ориентированные случайным образом, делают трапповую породу наиболее прочным строительным агрегатом из всех типов горных пород. [15]
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )