Крупная магматическая провинция ( ЛИП ) — чрезвычайно крупное скопление магматических пород , в том числе интрузивных ( силлы , дайки ) и экструзивных ( потоки лавы , отложения тефры ), возникающих при движении магмы через земную кору к поверхности. Образование LIP по-разному связывают с мантийными плюмами или с процессами, связанными с дивергентной тектоникой плит . [1] Формирование некоторых ЛИПов за последние 500 миллионов лет совпадает по времени с массовыми вымираниями и быстрыми климатическими изменениями , что привело к появлению многочисленных гипотез о причинно-следственных связях. LIP принципиально отличаются от любых других действующих в настоящее время вулканов или вулканических систем.
В 1992 году Коффин и Элдхольм первоначально определили термин «большая магматическая провинция» как обозначающий множество основных магматических провинций площадью более 100 000 км 2 , которые представляют собой «массивные земные включения преимущественно основных (богатых магнием и железом) экструзионных и интрузивные породы и возникли в результате процессов, отличных от «нормального» распространения морского дна». [2] [3] [4] Это первоначальное определение включало базальты континентальных паводков, океанические плато , большие рои даек (эродированные корни вулканической провинции) и вулканические рифтовые окраины . Базальтовое морское дно и другие геологические продукты «нормальной» тектоники плит не были включены в определение. [5] Большинство этих LIP состоят из базальта, но некоторые содержат большие объемы связанного с ним риолита (например, базальтовая группа реки Колумбия на западе США); Риолит обычно очень сухой по сравнению с риолитами островных дуг , с гораздо более высокими температурами извержения (от 850 ° C до 1000 ° C), чем у обычных риолитов. Некоторые LIP географически не повреждены, например, базальтовые ловушки Декана в Индии, в то время как другие были фрагментированы и разделены движениями плит, как, например, центральноатлантическая магматическая провинция , части которой находятся в Бразилии, восточной части Северной Америки и северо-западной Африке. [6]
В 2008 году Брайан и Эрнст уточнили определение, чтобы несколько сузить его: «Крупные магматические провинции — это магматические провинции с площадью >1 × 10 5 км 2 , магматические объемы >1 × 10 5 км 3 и максимальной продолжительностью жизни ~50 млн лет, которые имеют внутриплитную тектоническую обстановку или геохимическое родство и характеризуются магматическими импульсами короткой продолжительности (~1–5 млн лет), в течение которых большая часть (>75 млн лет) %) от общего магматического объема было внедрено. Они преимущественно являются основными, но также могут иметь значительные ультраосновные и кремнистые компоненты, а в некоторых преобладает кислый магматизм». кора морского дна [7]
С тех пор это определение было расширено и уточнено, и работа над ним все еще находится в стадии разработки. Некоторые новые определения LIP включают крупные гранитные провинции, например, те, что находятся в Андах Южной Америки и на западе Северной Америки. Для сосредоточения технических дискуссий были разработаны комплексные таксономии. Было предложено подразделение LIP на крупные вулканические провинции (LVP) и крупные плутонические провинции (LPP), включая породы, образовавшиеся в результате нормальных тектонических процессов плит, но эти модификации не являются общепринятыми. [8] LIP теперь часто используется для описания объемных территорий не только основных, но и всех типов магматических пород. Кроме того, минимальный порог для включения в LIP был снижен до 50 000 км 2 . [8] Рабочая таксономия, в значительной степени ориентированная на геохимию, такова:
Поскольку крупные магматические провинции создаются во время кратковременных магматических событий, приводящих к относительно быстрому и объемному накоплению вулканических и интрузивных магматических пород, они заслуживают изучения. LIP представляют возможные связи с массовыми вымираниями и глобальными экологическими и климатическими изменениями. Майкл Рампино и Ричард Стотерс приводят 11 различных эпизодов базальтовых наводнений , произошедших за последние 250 миллионов лет, которые создали вулканические провинции и океанические плато и совпали с массовыми вымираниями. [9] Эта тема превратилась в широкую область исследований, объединяющую геонаучные дисциплины, такие как биостратиграфия , вулканология , метаморфическая петрология и моделирование системы Земли .
Исследование LIP имеет экономические последствия. Некоторые исследователи связывают их с захваченными углеводородами. [ нужна цитата ] Они связаны с экономическими концентрациями меди-никеля и железа. [10] Они также связаны с формированием крупных минеральных провинций, включая месторождения элементов платиновой группы , а в кислых LIP - месторождения серебра и золота. [5] Месторождения титана и ванадия также встречаются в сочетании с LIP. [11]
LIP в геологической летописи отметили серьезные изменения в гидросфере и атмосфере , что привело к серьезным климатическим изменениям и, возможно, массовому вымиранию видов. [5] Некоторые из этих изменений были связаны с быстрым выбросом парниковых газов из литосферы в атмосферу. Таким образом, изменения, вызванные LIP, можно использовать в качестве примеров для понимания текущих и будущих изменений окружающей среды.
Теория тектоники плит объясняет топографию, используя взаимодействия между тектоническими плитами под влиянием вязких напряжений, создаваемых потоком внутри подстилающей мантии . Поскольку мантия чрезвычайно вязкая, скорость мантийного течения изменяется импульсами, которые отражаются в литосфере длинноволновыми волнами малой амплитуды. Понимание того, как взаимодействие между мантийным потоком и поднятием литосферы влияет на формирование LIP, важно для понимания динамики мантии в прошлом. [12] LIP сыграли важную роль в циклах распада континентов, формировании континентов, добавлении новой коры из верхней мантии и циклах суперконтинентов . [12]
Земля имеет внешнюю оболочку, состоящую из отдельных движущихся тектонических плит, плавающих на твердой конвективной мантии над жидким ядром . Движение мантии обусловлено опусканием холодных тектонических плит во время субдукции и дополнительным подъемом мантийных плюмов горячего материала с нижних уровней. Поверхность Земли отражает растяжение, утолщение и изгиб тектонических плит при их взаимодействии. [13]
Создание океанических плит при апвеллинге, спрединге и субдукции является общепризнанными основами тектоники плит, при этом подъем горячих мантийных материалов и опускание более холодных океанских плит вызывают мантийную конвекцию. В этой модели тектонические плиты расходятся на срединно-океанических хребтах , где горячие мантийные породы поднимаются вверх, заполняя пространство. Плитно-тектонические процессы объясняют подавляющую часть вулканизма Земли . [14]
Помимо эффектов конвективного движения, глубинные процессы оказывают и другие влияния на топографию поверхности. Конвективная циркуляция вызывает подъемы и опускания мантии Земли, которые отражаются на местных уровнях поверхности. Горячие мантийные материалы, поднимающиеся в виде шлейфа, могут распространяться радиально под тектонической плитой, вызывая области поднятия. [13] Эти восходящие шлейфы играют важную роль в формировании LIP.
При создании LIP часто имеют площадь в несколько миллионов квадратных километров и объемы порядка 1 миллиона кубических километров. В большинстве случаев большая часть объема базальтовой LIP внедряется 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, причем скорость излияния на порядок превышает скорость излияния базальтов срединно-океанических хребтов. Источником многих или всех LIP по-разному называют мантийные плюмы, процессы, связанные с тектоникой плит или ударами метеоритов.
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. Цепь подводных гор Гавайско -Императорская , расположенная на Тихоокеанской плите , является одним из примеров, отслеживающих миллионы лет относительного движения по мере того, как плита движется над горячей точкой Гавайских островов . По всему миру были обнаружены многочисленные горячие точки различного размера и возраста. Эти горячие точки движутся медленно относительно друг друга, но на порядок быстрее относительно тектонических плит, что свидетельствует о том, что они не связаны напрямую с тектоническими плитами. [14]
Происхождение горячих точек остается спорным. Горячие точки, достигающие поверхности Земли, могут иметь три различных источника. Самые глубокие, вероятно, берут начало на границе между нижней мантией и ядром; примерно 15–20% имеют такие характеристики, как наличие линейной цепи морских гор с увеличивающимся возрастом, LIP в точке происхождения следа, низкая скорость поперечной волны, указывающая на высокие температуры ниже текущего местоположения следа, и коэффициенты 3 . He к 4 He , которые считаются соответствующими глубокому происхождению. Другие, такие как горячие точки на Питкэрне , Самоа и Таити , по-видимому, возникают на вершине больших, временных, горячих куполов лавы (называемых супервыступами) в мантии. Остальные, по-видимому, происходят из верхней мантии и, как предполагается, образовались в результате распада погружающейся литосферы. [15]
Недавние изображения региона под известными горячими точками (например, Йеллоустон и Гавайи) с использованием сейсмически-волновой томографии предоставили все больше доказательств, подтверждающих относительно узкие, глубоко залегающие, конвективные шлейфы, которые ограничены в регионе по сравнению с крупномасштабной тектонической циркуляцией плит. в котором они заложены. Изображения показывают непрерывные, но извилистые вертикальные пути с различным количеством более горячего материала, даже на глубинах, где прогнозируются кристаллографические преобразования. [16] [ нужны разъяснения ]
Основной альтернативой модели плюма является модель, в которой разрывы вызваны напряжениями, связанными с плитами, которые разрушают литосферу, позволяя расплаву достигать поверхности из неглубоких гетерогенных источников. Предполагается, что большие объемы расплавленного материала, образующего LIP, вызваны конвекцией в верхней мантии, которая является вторичной по отношению к конвекции, вызывающей движение тектонических плит. [17]
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, участвуя в базальтовом наводнении Баффинова острова около 60 миллионов лет назад. Базальты с плато Онтонг-Ява демонстрируют сходные изотопные и микроэлементные характеристики, предложенные для резервуара ранней Земли. [18]
Отмечено семь пар горячих точек и LIP, расположенных на противоположных сторонах Земли; анализ показывает, что это совпадение антиподального местоположения вряд ли будет случайным. Пары горячих точек включают в себя большую магматическую провинцию с континентальным вулканизмом напротив океанической горячей точки. Ожидается, что океанические удары крупных метеоритов будут иметь высокую эффективность преобразования энергии в сейсмические волны. Эти волны будут распространяться по всему миру и снова сходятся к антиподальному положению; ожидаются небольшие изменения, поскольку сейсмическая скорость меняется в зависимости от характеристик маршрута, по которому распространяются волны. Поскольку волны фокусируются на антиподальном положении, они подвергают кору в фокусе значительному напряжению и могут разорвать ее, создавая пары антиподов. Когда метеорит сталкивается с континентом, ожидается, что более низкая эффективность преобразования кинетической энергии в сейсмическую энергию не приведет к созданию антиподальной горячей точки. [17]
Была предложена вторая модель образования горячих точек и LIP, связанная с ударами, в которой вулканизм небольших горячих точек возникал в местах ударов крупных тел, а паводковый базальтовый вулканизм вызывался антиподно сфокусированной сейсмической энергией. Эта модель была подвергнута сомнению, поскольку удары обычно считаются сейсмически слишком неэффективными, а Деканские траппы в Индии не были антиподами (и начали извергаться за несколько миллионов лет до этого) удару Чиксулуб в Мексике. Кроме того, ни в одном из известных земных кратеров не было подтверждено ни одного явного примера ударного вулканизма, не связанного с расплавленными слоями. [17]
Обширные по воздуху рои даек , подоконники и крупные слоистые ультраосновные интрузии 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 в результате столкновений тектонических плит, произошедших после формирования слоя. Это особенно вероятно для более ранних периодов, таких как палеозой и протерозой . [7]
Гигантские рои даек длиной более 300 км [19] являются обычным явлением для 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. Рой линейных даек часто имеет высокую долю даек по сравнению с вмещающими породами, особенно когда ширина линейного поля менее 100 км. Типичная ширина даек составляет 20–100 м, хотя сообщалось о ультраосновных дайках шириной более 1 км. [7]
Дайки обычно имеют субвертикальную или вертикальную форму. Когда текущая вверх (образующая дайки) магма встречает горизонтальные границы или слабые места, например, между слоями осадочных отложений, магма может течь горизонтально, создавая силл. Площадь некоторых подоконников превышает 1000 км2. [7]
Ряд родственных силлов, сформировавшихся практически одновременно (в течение нескольких миллионов лет) из родственных даек, образует ЛИП, если их площадь достаточно велика. Примеры включают в себя:
Вулканические рифтовые окраины встречаются на границе крупных магматических провинций. Вулканические окраины образуются, когда рифтинг сопровождается значительным плавлением мантии, при этом вулканизм происходит до и/или во время распада континентов. Вулканические рифтовые окраины характеризуются: переходной корой, состоящей из базальтовых магматических пород, включая потоки лавы, силлы, дайки и габбро , большими объемными базальтовыми потоками, падающими в сторону моря отражающими последовательностями базальтовых потоков, которые вращались на ранних стадиях распада, ограниченное опускание пассивной окраины во время и после распада, а также наличие нижней коры с аномально высокими скоростями сейсмических продольных волн в телах нижней коры, что указывает на более низкую температуру и плотную среду.
Ранняя вулканическая активность основных горячих точек, предположительно возникшая в результате глубоких мантийных плюмов, часто сопровождается паводковыми базальтами. Эти паводковые извержения базальтов привели к образованию больших скоплений базальтовой лавы со скоростью, значительно превышающей скорость, наблюдаемую в современных вулканических процессах. Континентальный рифт обычно следует за паводковым базальтовым вулканизмом. Наводнения базальтовых провинций также могут возникать в результате первоначальной активности горячих точек в океанских бассейнах, а также на континентах. Горячую точку можно проследить до паводковых базальтов большой магматической провинции; В таблице ниже крупные магматические провинции соотносятся с трассой конкретной горячей точки. [20] [21]
Извержения или внедрение LIP, по-видимому, в некоторых случаях происходили одновременно с океаническими бескислородными событиями и событиями вымирания . Наиболее важными примерами являются Деканские траппы ( мел-палеогеновое вымирание ), Кару-Феррар ( плинсбахско-тоарское вымирание ), Центрально-Атлантическая магматическая провинция ( триасово-юрское вымирание ) и Сибирские траппы ( пермско-триасовое вымирание ). ).
Предлагается несколько механизмов, объясняющих связь LIP с событиями вымирания. Извержения базальтовых ЛИП на земную поверхность выбрасывают в атмосферу большие объемы сульфатного газа, образующего в атмосфере серную кислоту; это поглощает тепло и вызывает существенное похолодание (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. [28]
Крупные магматические провинции связаны с несколькими типами рудных месторождений, включая:
Эти LIP состоят преимущественно из кислых материалов. Примеры включают в себя:
Эти LIP состоят преимущественно из андезитовых материалов. Примеры включают в себя:
В эту подкатегорию входит большинство провинций, включенных в первоначальную классификацию LIP. Он состоит из континентальных базальтов, океанических базальтов и диффузных провинций.
{{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )