Ірі магмалық провинциялардың үлкен жиынтығы

Кіріспе

Үлкен аймақтық жанартаулық тау жыныстарының жинақталуы

Ірі магмалық аймақ (LIP) – магмалық тау жыныстарының, оның ішінде интрузивті (интрузиялар, жарылымдар) және экструзивті (лава ағындары, тефра шөгінділері) түрлерінің өте кең аумақты жинақталуы. Бұл құбылыс магма қыртыс арқылы бетке қарай жылжығанда пайда болады. LIP-тің қалыптасуы мантиалық қалыңдықтарға немесе дивергентті тектоникалық плиталармен байланысты процестерге байланысты деп саналады. Соңғы 500 миллион жылдағы кейбір LIP-тердің пайда болуы жаппай түрлердің жоғалуымен және қарқынды климаттық өзгерістермен бір уақытта болды, бұл себеп-салдарлық байланыстар туралы көптеген гипотезаларға әкелді. LIP қазіргі кездегі белсенді жанартаулар мен жанартау жүйелерінен түбірлі ерекшеленеді.

Анықтама

1992 жылы Коффин мен Элдгольм «үлкен магмалық провинция» терминін 100 000 км²-ден асатын аумақты қамтитын түрлі магмалық провинцияларды білдіретін «негізінен магний және темірге бай экструзивті және интрузивті тау жыныстарының кең ауқымды орналасуы» ретінде анықтады. Бұл бастапқы анықтамаға континенттік базальт ағындары, мұхиттық платолар, үлкен дике шоғырлары (жанартау провинциясының эрозияға ұшыраған тамырлары) және жанартаулық жарылыс шеттері кірді. Мафикалық базальт теңіз түбі және «қалыпты» плиталық тектониканың басқа геологиялық өнімдері анықтамаға енбеді. Бұл ЛИП-тердің көпшілігі базальттан тұрады, бірақ кейбіреулерінде үлкен көлемде риолит кездеседі (мысалы, АҚШ-тың батысындағы Колумбия өзенінің базальт тобы); риолит әдетте аралдық арка риолиттеріне қарағанда құрғақ болады, оның жанартау температурасы қалыпты риолиттерге қарағанда жоғары (850 °C-тан 1000 °C-қа дейін). Кейбір ЛИП географиялық тұрғыдан сақталған, мысалы, Үндістандағы Декан базальт тұзақтары, ал басқалары плиталық қозғалыстармен фрагменттелген және бөлінген, мысалы, Орталық Атлантика магмалық провинциясы – оның бөліктері Бразилияда, Солтүстік Американың шығысында және Африканың солтүстік-батысында кездеседі. 2008 жылы Брайан мен Эрнст анықтаманы қысқарту үшін жаңартты: «Үлкен магмалық провинциялар – бұл 1e5-тен асатын ауданы, 1e5-тен асатын магмалық көлемі және шамамен 50 миллион жылға дейін созылатын өмір сүру мерзімі бар, плита ішіндегі тектоникалық жағдайларға немесе геохимиялық байланыстарға ие магмалық провинциялар, және шамамен 1–5 миллион жылға дейін созылатын қысқа мерзімді магмалық импульстермен сипатталады, осы кезеңде жалпы магмалық көлемнің 75%-тен астамы орналасады. Олар негізінен мафикалық, бірақ маңызды ультрамафикалық және кремнийлі компоненттерге де ие болуы мүмкін, ал кейбіреулерінде кремнийлі магматизм басым». Бұл анықтама ЛИП оқиғасының жоғары магма орналасу жылдамдығына баса назар аударады және теңіз астындағы таулар, теңіз астындағы таулар тобы, су астындағы қыртыстар мен теңіз түбінің аномальды қабығын қоспайды. Анықтама кейіннен кеңейтіліп, жақсартылды және жұмыс үстінде. ЛИП-тің кейбір жаңа анықтамаларына Оңтүстік Американың Анд тауларында және Солтүстік Американың батысында кездесетін ірі граниттік провинциялар кіреді. Техникалық талқылауларды шоғырландыру үшін жан-жақты таксономиялар жасалды. ЛИП-терді ірі жанартаулық провинциялар (LVP) және ірі плутондық провинциялар (LPP) деп жіктеу ұсынылды, сондай-ақ қалыпты плиталық тектоникалық процестер арқылы пайда болған жыныстарды да қосу ұсынылды, бірақ бұл өзгерістер кеңінен қабылданбады. ЛИП қазірде тек мафикалық емес, барлық типтегі магмалық тау жыныстарын сипаттау үшін жиі қолданылады. Сонымен қатар, ЛИП ретінде қарастырылатын ең төменгі шегі 50 000 км²-ге дейін төмендетілді. Бұл тақырып зерттеудің кең саласына айналды, биостратиграфия, вулканология, метаморфтық петрология және Жер жүйесін модельдеу сияқты геоғылымдарды біріктіреді. ЛИП-терді зерттеудің экономикалық маңызы бар. Кейбір зерттеушілер оларды тұтқынға алынған көмірсутектермен байланыстырады. Олар мыс-никель және темірдің экономикалық шоғырларымен байланысты. Олар сондай-ақ платиналық топ элементтерінің кен орындары және кремнийлі ЛИП-терде күміс пен алтын кен орындары бар маңызды минералды провинциялардың қалыптасуымен байланысты. Геологиялық жазбадағы ЛИП гидросфера мен атмосферадағы үлкен өзгерістерге әкелді, бұл климаттың үлкен өзгерістеріне және түрлердің жаппай жойылуына әкелді. ЛИП құрлықтардың бөлінуі, құрлықтардың қалыптасуы, жоғарғы мантиядан жаңа қабықтардың қосылуы және суперконтиненттік циклдерде маңызды рөл атқарды. Мұхиттық плиталардың пайда болуы, таралуы және субдукциясы плиталық тектониканың жақсы қабылданған негіздері болып табылады, ыстық мантия материалдарының жоғары көтерілуі және салқын мұхиттық плиталардың батуы мантия конвекциясын қозғайды. Бұл модельде тектоникалық плиталар мұхит қырқаларында бөлінеді, онда ыстық мантиялық тау жыныстары жоғары қарай ағып, кеңістікті толтырады. Плиталық тектоникалық процестер Жердегі жанартаулық құбылыстардың басым бөлігін құрайды. Конвективті қозғалыс әсерінен басқа, терең процестер жер бетінің топографиясына да әсер етеді. Конвективті айналым Жердің мантиясында жер бетінің деңгейлеріне әсер ететін көтерілістер мен төмендеулерді тудырады. Мантиядан жоғары көтерілетін ыстық материалдар тектоникалық плитаның астында радиалды түрде таралып, көтерілу аймақтарын тудыруы мүмкін. Белгілі «ыстық дақтардың» (мысалы, Йеллоустоун және Гавайи) астындағы аймақтарды сейсмик толқындарды томографиялау арқылы жүргізілген зерттеулер, салыстырмалы түрде тар, тереңдегі конвективті ағындарды қолдайтын нақты дәлелдерді көрсетті, олар кең ауқымды плиталық тектоникалық айналыммен салыстырғанда шектеулі. Суреттер үздіріссіз, бірақ қиын вертикальді жолдарды, кристалдану түрленуінің болатыны болжанған тереңдікте де әртүрлі мөлшерде ыстық материалды көрсетеді.

In 1992, Coffin and Eldholm initially defined the term "large igneous province" as representing a variety of mafic igneous provinces with areal extent greater than 100,000 km2 that represented "massive crustal emplacements of predominantly mafic (magnesium and iron rich) extrusive and intrusive rock, and originated via processes other than 'normal' seafloor spreading." That original definition included continental flood basalts, oceanic plateaus, large dike swarms (the eroded roots of a volcanic province), and volcanic rifted margins. Mafic basalt sea floors and other geological products of 'normal' plate tectonics were not included in the definition. Most of these LIPs consist of basalt, but some contain large volumes of associated rhyolite (e. g. the Columbia River Basalt Group in the western United States); the rhyolite is typically very dry compared to island arc rhyolites, with much higher eruption temperatures (850 °C to 1000 °C) than normal rhyolites. Some LIPs are geographically intact, such as the basaltic Deccan Traps in India, while others have been fragmented and separated by plate movements, like the Central Atlantic magmatic province—parts of which are found in Brazil, eastern North America, and northwestern Africa. In 2008, Bryan and Ernst refined the definition to narrow it somewhat: "Large Igneous Provinces are magmatic provinces with areal extents >1e5, igneous volumes >1e5 and maximum lifespans of ~50 Myr that have intraplate tectonic settings or geochemical affinities, and are characterised by igneous pulse(s) of short duration (~1–5 Myr), during which a large proportion (>75%) of the total igneous volume has been emplaced. They are dominantly mafic, but also can have significant ultramafic and silicic components, and some are dominated by silicic magmatism." This definition places emphasis on the high magma emplacement rate characteristics of the LIP event and excludes seamounts, seamount groups, submarine ridges and anomalous seafloor crust. The definition has since been expanded and refined, and remains a work in progress. Some new definitions of LIP include large granitic provinces such as those found in the Andes Mountains of South America and in western North America. Comprehensive taxonomies have been developed to focus technical discussions. Sub categorization of LIPs into large volcanic provinces (LVP) and large plutonic provinces (LPP), and including rocks produced by normal plate tectonic processes, have been proposed, but these modifications are not generally accepted. LIP is now frequently used to also describe voluminous areas of, not just mafic, but all types of igneous rocks. Further, the minimum threshold to be included as a LIP has been lowered to 50,000 km2. This theme has developed into a broad field of research, bridging geoscience disciplines such as biostratigraphy, volcanology, metamorphic petrology, and Earth System Modelling. The study of LIPs has economic implications. Some workers associate them with trapped hydrocarbons. They are associated with economic concentrations of copper–nickel and iron. They are also associated with formation of major mineral provinces including platinum group element deposits and, in the silicic LIPs, silver and gold deposits. LIPs in the geological record have marked major changes in the hydrosphere and atmosphere, leading to major climate shifts and maybe mass extinctions of species. LIPs have played a major role in the cycles of continental breakup, continental formation, new crustal additions from the upper mantle, and supercontinent cycles. Ocean plate creation at upwellings, spreading and subduction are well accepted fundamentals of plate tectonics, with the upwelling of hot mantle materials and the sinking of the cooler ocean plates driving the mantle convection. In this model, tectonic plates diverge at mid ocean ridges, where hot mantle rock flows upward to fill the space. Plate tectonic processes account for the vast majority of Earth's volcanism. Beyond the effects of convectively driven motion, deep processes have other influences on the surface topography. The convective circulation drives up wellings and down wellings in Earth's mantle that are reflected in local surface levels. Hot mantle materials rising up in a plume can spread out radially beneath the tectonic plate causing regions of uplift. Recent imaging of the region below known hotspots (for example, Yellowstone and Hawaii) using seismic wave tomography has produced mounting evidence that supports relatively narrow, deep origin, convective plumes that are limited in region compared to the large scale plate tectonic circulation in which they are imbedded. Images reveal continuous but convoluted vertical paths with varying quantities of hotter material, even at depths where crystallographic transformations are predicted to occur.

Плитаның жарылуы

Плюм моделінің басты альтернативасы – жарылыстарды пластиналармен байланысты кернеулер тудыратын модель, ол литосфераны жарып, балқыған материалдың терең емес, әртүрлі көздерден жер бетіне өтуіне жағдай жасайды. Үлкен магмалық провинцияларды (LIP) құрайтын балқыған материалдың көп мөлшері жоғарғы мантиядағы конвекция нәтижесінде пайда болады деп есептеледі, бұл конвекция тектоникалық плиталардың қозғалысын қозғайтын конвекцияға екіншілік болып табылады.

Ерте пайда болған су қоймаларының төгілген суы

Геохимиялық деректер Жердің мантиясында шамамен 4,5 миллиард жыл сақталған ерте қалыптасқан резервуардың бар екенін көрсетеді. 60 миллион жыл бұрын Баффин аралындағы базальттық жарылыстың (су тасқыны) пайда болуына осы резервуардан шыққан балқыма материал себеп болған деп саналады. Онтонг-Ява үстіртінен алынған базальттардың изотоптық және іздік элементтік сипаттамалары ерте Жер резервуары үшін ұсынылған сипаттамалармен ұқсас келеді.

Өлу оқиғаларымен байланысы

LIP-тердің жанасуы немесе орналасуы кейбір жағдайларда мұхиттық оттегісіздену оқиғаларымен және жойылу оқиғаларымен бірдей уақытта болған сияқты. Ең маңызды мысалдар – Декан тұзақтары (Крет-Палеоген жойылу оқиғасы), Кару-Феррар (Плиенсбах-Тоарсиан жойылу оқиғасы), Орталық Атлантикалық магмалық облысы (Триас-Юра жойылу оқиғасы) және Сібір тұзақтары (Пермь-Триас жойылу оқиғасы). LIP-тердің жойылу оқиғаларымен байланысын түсіндіру үшін бірнеше механизмдер ұсынылған. Базальтты LIP-тердің Жер бетіне шығуы атмосферада күкірт қышқылын құрайтын сульфат газының көп көлемін бөліп шығарады; бұл жылуды сіңіріп алып, айтарлықтай салқындатуға әкеледі (мысалы, 1783 жылғы Исландиядағы Лаки жанасуы). Мұхиттық LIP-тер металдармен гидротермальдық сұйықтықтардағы тікелей тотығу реакциялары арқылы немесе көп мөлшерде оттегіні пайдаланатын балдырлардың гүлдеуіне себеп болып, теңіз суындағы оттегінің мөлшерін азайтуы мүмкін.

Мысалдар

Облыс Өңір Жасы (миллион жыл) Ауданы (миллион км²) Көлемі (миллион км³) Сондай-ақ белгілі немесе қамтиды Сілтеме Агульхас жазық тегі Оңтүстік-Батыс Үнді мұхиты, Оңтүстік Атлант мұхиты, Оңтүстік мұхиты 140–95 0.3 1.2 Оңтүстік-Шығыс Африка LIP Мозамбик қырқасы, Солтүстік-Шығыс Грузия көтерілісі, Мауд көтерілісі, Астрид қырқасы Колумбия өзені базальты Солтүстік-Батыс АҚШ 17–60.16 0.175 Эфиопия Йемен су тасқыны базальттары Йемен, Эфиопия 31–25 0.6 0.35 Эфиопия Раджмахал тұзақтары Үндістан 116 Онтонг Жава жазық тегі Тынық мұхиты ж.ш. 122 1.8 68.4 Манихики жазық алаңы және Хикуранги жазық алаңы Парана және Этендека тұзақтары Бразилия, Намибия 134–129 1.5 >1 Экваторлық Атлантикалық магмалық провинция Бразилияның жоталары Сибирь тұзақтары Ресей 250 1.5–3.9 0.9–2.0

Үлкен базальттық провинциялар

Бұл кіші санатқа бастапқы LIP жіктемелеріне енген провинциялардың көп бөлігі кіреді. Оған құрлықтағы тасқын базальттары, мұхиттық тасқын базальттары және тараған провинциялар кіреді.