Tulvabasaltti

Impaktin aiheuttama vulkanismi?

Kontinentaaliset tulvabasaltit, joiden tilavuudet ovat ≥106 km3 , ovat suurimpia tunnettuja basalttimagman purkauksia, ja viimeaikaiset tutkimukset viittaavat siihen, että purkaukset ovat äkillisiä, lyhytikäisiä tapahtumia, joissa laavan koko tilavuus purkautuu sarjana valtavia virtoja muutamasta sadastatuhannesta kenties pariin miljoonaan vuoteen. Vaikka todisteiden yhteneväisyys viittaa siihen, että jotkin (ja mahdollisesti kaikki) merkittävät sukupuuttotapahtumat korreloivat maapallon ulkopuolisten vaikutusten kanssa, Rampinon ja Stothersin (1988) kokoamat K-Ar- ja muut ikätiedot osoittivat korrelaation massasukupuuttojen ja mannermaisten tulva-basalttipurkausten ajankohtien välillä viimeisten 250 miljoonan vuoden ajalta.

Intiassa tehdyt stratigrafiset tutkimukset sijoittavat Dekkaanipurkaukset nykyään lähelle paleontologisesti määriteltyä K/T- rajaa, ja purkaukset ovat voineet kestää vain ∼250 000 vuotta (Courtillot et al., 1986). Viimeisin suora tutkimus Dekkaanin laavojen suhteesta foraminiferaalimuutoksiin K/T-rajalla Intiassa (Jaiprakash et al., 1993) viittaa siihen, että ensimmäiset virtaukset purkautuivat rajan faunamuutosten alkaessa; ensimmäiset intertrappeanit sisältävät foraminiferaalivyöhykkeitä, jotka alkavat jopa ∼350 000 vuotta kanonisen K/T-rajan yläpuolella, kun taas varhaisin tertiäärinen vyöhyke näyttäisi puuttuvan; ja viimeiset virtaukset näyttäisivät tapahtuneen noin 500 000 vuotta rajan jälkeen. Jaiprakash et al. (1993) kirjaavat, että tutkimuksen stratigrafisen resoluution puitteissa kaikki liitukauden planktoniset foraminiferat kuolivat sukupuuttoon ennen ensimmäisten virtausten merkitsemää K/T-siirtymäväliä tai sen sisällä.

Törmäykset, jotka ovat riittävän suuria muodostaakseen halkaisijaltaan ≥100 kilometrin kraattereita, tulva-basalttipurkaukset ja sukupuutot, ovat geologisia tapahtumia, jotka ovat ensimmäisen järjestyksen tapahtumia ja jotka tapahtuvat ilmeisesti kerran muutamassa kymmenessä miljoonassa vuodessa. Näiden suurten tapahtumien toistuva läheinen ajallinen yhteys ainakin viimeisen 250 Ma:n aikana viittaa siihen, että ne liittyvät toisiinsa (Rampino ja Stothers, 1988), ja viimeaikaiset tilastolliset testit korrelaatiosta osoittavat tilastollista merkitsevyyttä > 98 % (Stothers, 1993).

Halkaisijaltaan 10 km:n kokoisten asteroidien tai komeettojen törmäysten arvioidaan aiheuttavan Richterin magnitudin ∼12 maanjäristyksiä, joihin liittyy suuren amplitudin maa-aaltoja tuhansien kilometrien päässä törmäyspaikasta, jotka voivat syvästi murtua ja häiritä litosfääriä ja ylempää vaippaa. Rampino (1987) huomautti mahdollisesta mekanismista, jolla tulva-basalttipurkauksia voidaan saada aikaan suurten törmäyspaikkojen kohdalla tai niiden läheisyydessä litosfäärin murtumisen ja ylemmässä vaipassa tapahtuvan paineen vapautumisen aiheuttaman sulamisen avulla. Laskelmat viittaavat siihen, että suuret iskut (halkaisijaltaan ≥ 10 km:n iskuräjähdykset) voisivat kaivaa aluksi riittävän syviä siirtymäkauden onteloita, jotka johtaisivat dekompressiosulamiseen ylemmässä vaipassa, mistä seuraisi tulva-basalttivulkanismia pitkin syviä iskun aiheuttamia murtumia, jotka tunkeutuivat litosfääriin.

White ja McKenzie (1988) esittivät vastalauseita törmäysvulkanismimallia vastaan ja viittasivat teoreettisiin tutkimuksiin, joiden mukaan suuria määriä basalttisulaa voisi syntyä vain dekompressiosulattamalla anomaalisen lämmintä vaippaa (McKenzie ja Bickle, 1988), jollaista oletettiin esiintyvän ensisijaisesti halkaisijaltaan 2 000 kilometrin suuruisilla alueilla, jotka sijaitsevat ehdotettujen vaippapilven päiden yläpuolella olevissa kuumissa pisteissä. Näin ollen he päättelivät, että iskujen olisi osuttava ensisijaisesti näille alueille, jotta tulva-basalttivulkanismi käynnistyisi, mitä he pitivät hyvin epätodennäköisenä. Laskelmat kuitenkin osoittivat, että halkaisijaltaan 2 000 km:n suuruiset hotspot-pyörteet, jotka liittyvät arviolta 40 – ∼100 nykyiseen hotspotiin, kattaisivat huomattavan osan maapallosta (50 ± 25 %), mikä tekisi törmäyksestä poikkeavan lämpimään vaippaan yllättävän todennäköistä, ja näin ollen päädyttiin siihen, että suurten asteroidien tai komeettojen törmäykset saattaisivat hyvinkin olla vastuussa tulva-basalttitulivuorenpurkausten ja kenties myös kuumien hotspotien purkautumisen aloittamisesta tai laukaisemisesta, vaikkakin tätä on tällä hetkellä pidettävä melko spekulatiivisena (Rampino ja Stothers, 1988). Lisäksi vulkanismi saattaa johtua litosfäärin murtumisesta suurten törmäyspaikkojen antipodeissa, ja Dekkaanin ja Siperian purkaukset ovat saattaneet tapahtua lähellä Chicxulubin ja Falklandin ehdotettujen törmäyspaikkojen rekonstruoituja antipodeja (Rampino ja Caldeira, 1992).

Seismiset tomografiset todisteet viittaavat nyt siihen, että ∼50 % globaalista ylemmästä vaipasta on lämmintä (mahdollisesti laajoista vaipan kohoamisista, vaipan sisäisestä lämpenemisestä tai siitä, että ylempi vaippa on eristetty entisen mantereen litosfäärin toimesta) (Anderson ym, 1992), mikä tarjoaa lämpötilaolosuhteet, joissa suuret iskut voivat johtaa merkittävään dekompressiosulamiseen. Törmäyksen aiheuttamassa hotspot-mallissa jatkuva aktiivisuus saattaa olla seurausta törmäyksen aiheuttaman kuumenemisen ja vaipan geotermien pitkäaikaisen häiriintymisen yhdistelmästä.

Esimerkkejä mahdollisesta törmäyksen aiheuttamasta vulkanismista löytyy Maan varhaisemmasta historiasta, esimerkiksi Etelä-Afrikan Vredefortin kupolista ja Bushveld-kompleksista, jotka on tulkittu suuriksi törmäysaltaiksi (halkaisijaltaan ∼400 km), jotka syntyivät noin 2 miljardia vuotta sitten (Elston ja Twist, 1990). Bushveldin alueella mafiset kivet esiintyvät päällekkäisinä rengaskomplekseina altaan keskeisen kohouman ympärillä (kerrostuneet mafiset kivet puuttuvat ilmeisesti kompleksin keskiosasta). Elston ja Twist (1990) tulkitsevat ne manttelisulaksi, jonka on aiheuttanut törmäysrakenteeseen liittyvä syvä rengasmurtuma.

Kanadan Mackenzien magmakiviesiintymät edustavat yhtä laajimmalle levinnyttä mafista magmatismia mantereilla. Mafiset kivet koostuvat Coppermine Riverin ja Ekalulian tulvabasalteista (>140 000 km3), Muskoxin kerrostuneesta intruusiosta ja näyttävästä Mackenzien dykeparvesta, joka säteilee Coronation Gulfista Luoteis-Kanadan poikki yli 2400 kilometrin päähän. Muskoxin intruusio on ajoitettu U-Pb-menetelmällä, jossa on käytetty pieniä määriä zirkonia tai baddeleiittia (ZrO2), ja iät ovat 1270 ± 4 ja 1267 ± 2 Ma BP (LeCheminant ja Heaman, 1989). Samanaikaiset tulvabasaltit esiintyvät suuren, yli 500 kilometrin levyisen ympyränmuotoisen piirteen eteläosassa, ja osa sen kehästä hahmottaa itse Coronation Gulfia. Sears ja Alt (1992) ehdottivat hiljattain, että tällainen proterotsooinen mafinen magmatismi ja kerrostuneet intruusiot viittaavat törmäykseen. Nopeasti purkautuneiden tulvabasalttien, kerrostuneen intruusion, jonka päällä on granofyrejä (sulan maankuoren kiviä?) ja säteileviä dyykejä, yhdistäminen suureen pyöreään rakenteeseen tukee ajatusta siitä, että magmatismi on saattanut syntyä keskiproterotsooisella kaudella tapahtuneen suuren iskun seurauksena (D. Hyndman, henkilökohtainen tiedonanto). Näistä vihjailevista suhteista huolimatta geologinen yksimielisyys tiivistyy kuitenkin parhaiten Meloshin (1989) hiljattain esittämään toteamukseen, jonka mukaan ”tähän mennessä ei ole varmoja todisteita siitä, että iskut voivat aiheuttaa vulkanismia.”