Flood Basalt

Volcanismo indotto dall’impatto?

I basalti alluvionali continentali con volumi di ≥106 km3 sono i più grandi efflussi conosciuti di magma basaltico e studi recenti suggeriscono che le eruzioni sono eventi improvvisi e di breve durata, dove l’intero volume di lava viene eruttato in una serie di flussi enormi in un periodo di poche centinaia di migliaia o forse un paio di milioni di anni. Anche se la convergenza delle prove suggerisce che alcuni (e forse tutti) gli eventi di estinzione significativi sono correlati a impatti extraterrestri, i dati K-Ar e altre età compilati da Rampino e Stothers (1988) hanno mostrato una correlazione tra le estinzioni di massa e i tempi delle eruzioni continentali di alluvione-basalto negli ultimi 250 Ma.

Gli studi stratigrafici in India collocano ora le eruzioni del Deccan vicino al confine K/T paleontologicamente definito e le eruzioni potrebbero essere durate solo ∼250.000 anni (Courtillot et al., 1986). Il più recente studio diretto delle lave del Deccan in relazione ai cambiamenti dei foraminiferi al limite K/T in India (Jaiprakash et al., 1993) suggerisce che le prime colate sono state eruttate all’inizio dei cambiamenti faunistici al limite; i primi intertrappei contengono zone di foraminiferi che iniziano fino a ∼350.000 anni sopra il canonico limite K/T, mentre la prima zona terziaria sembra mancare; e le ultime colate sembrano essere avvenute circa 500.000 anni dopo il limite. Jaiprakash et al. (1993) registrano che, entro la risoluzione stratigrafica dello studio, tutti i foraminiferi planctonici del Cretaceo si sono estinti prima o entro l’intervallo di transizione K/T segnato dai primi flussi.

Impatti abbastanza grandi da formare crateri ≥100 km di diametro, le eruzioni alluvionali-basali e le estinzioni, sono eventi geologici di primo ordine che apparentemente si verificano una volta ogni poche decine di milioni di anni. La ricorrente associazione ravvicinata nel tempo di questi grandi eventi almeno negli ultimi 250 Ma suggerisce che essi sono correlati (Rampino e Stothers, 1988) e recenti test statistici della correlazione mostrano una significatività statistica del > 98% (Stothers, 1993).

Si stima che gli impatti di asteroidi o comete di 10 km di diametro producano terremoti di magnitudo Richter di ∼12, con onde al suolo di grande ampiezza a migliaia di chilometri dal luogo dell’impatto che potrebbero fratturare profondamente e disturbare la litosfera e il mantello superiore. Rampino (1987) ha indicato un possibile meccanismo di induzione di eruzioni alluvionali di basalto presso o vicino ai siti di grandi impatti attraverso la fratturazione litosferica e la fusione a pressione nel mantello superiore. I calcoli suggeriscono che i grandi impatti (impattatori di diametro ≥10 km) potrebbero scavare cavità transitorie iniziali abbastanza profonde da provocare una fusione per decompressione nel mantello superiore, con conseguente vulcanismo alluvionale di basalto lungo le fratture profonde indotte dall’impatto che sono penetrate nella litosfera.

White e McKenzie (1988) hanno sollevato obiezioni al modello del vulcanismo da impatto, facendo riferimento a studi teorici che suggerivano che grandi volumi di fusione basaltica potevano essere prodotti solo dalla fusione per decompressione di un mantello anomalamente caldo (McKenzie e Bickle, 1988), come quello che si riteneva esistesse principalmente nelle regioni di 2.000 km di diametro dei punti caldi sopra le teste del pennacchio di mantello proposte. Pertanto, hanno dedotto che gli impatti avrebbero dovuto colpire preferenzialmente queste aree per innescare il vulcanismo alluvionale di basalto, cosa che consideravano molto improbabile. Tuttavia, i calcoli hanno mostrato che le ondate di hotspot di 2.000 km di diametro relative agli hotspot attuali stimati da 40 a ∼100 coprirebbero una porzione significativa della Terra (50 ± 25%), rendendo l’impatto in un mantello anomalamente caldo sorprendentemente probabile e si è quindi concluso che gli impatti di grandi asteroidi o comete potrebbero essere responsabili dell’inizio o dell’innesco del vulcanismo alluvionale di basalto e forse dei focolai di hotspot, anche se questo deve essere considerato al momento piuttosto speculativo (Rampino e Stothers, 1988). Inoltre, il vulcanismo potrebbe essere indotto dalla fratturazione litosferica agli antipodi dei grandi siti di impatto e le eruzioni del Deccan e della Siberia potrebbero essere state vicine agli antipodi ricostruiti dei siti di impatto di Chicxulub e delle Falkland proposte, rispettivamente (Rampino e Caldeira, 1992).

L’evidenza tomografica sismica suggerisce ora che il 50% del mantello superiore globale è caldo (possibilmente a causa di ampi upwellings del mantello, del riscaldamento all’interno del mantello o dell’isolamento del mantello superiore dalla litosfera continentale) (Anderson et al, 1992), fornendo condizioni di temperatura in cui grandi impatti potrebbero portare ad una significativa fusione per decompressione. In un modello di hotspot indotto dall’impatto, l’attività continua potrebbe essere il risultato di una combinazione di riscaldamento da impatto e di una perturbazione di lunga durata delle geoterme del mantello.

Esempi di possibile vulcanismo legato all’impatto possono essere trovati nella storia precedente della Terra, per esempio nel Vredefort Dome e nel complesso del Bushveld in Sudafrica, che sono stati interpretati come grandi bacini di impatto (∼400 km di diametro) creati circa 2 miliardi di anni fa (Elston e Twist, 1990). All’interno del Bushveld, le rocce mafiche si presentano in complessi ad anello sovrapposti intorno al sollevamento centrale del bacino (le rocce mafiche stratificate sono apparentemente assenti dalla parte centrale del complesso). Elston e Twist (1990) interpretano queste come fusioni di mantello indotte dalla fratturazione profonda dell’anello legata alla struttura dell’impatto.

Gli eventi ignei Mackenzie in Canada rappresentano uno dei più diffusi episodi di magmatismo mafico sui continenti. Le rocce mafiche consistono nei basalti alluvionali di Coppermine River ed Ekalulia (>140.000 km3), l’intrusione stratificata Muskox e lo spettacolare sciame di diramazioni Mackenzie che si irradia dal Golfo Coronation attraverso il Canada nord-occidentale per una distanza di più di 2.400 km. L’intrusione Muskox e i dicchi Mackenzie sono stati datati con il metodo U-Pb usando tracce di zircone o baddeleyite (ZrO2) con età di 1270 ± 4 e 1267 ± 2 Ma BP, rispettivamente (LeCheminant e Heaman, 1989). I basalti alluvionali contemporanei si trovano nella parte meridionale di una grande caratteristica circolare di oltre 500 km di diametro, una parte del suo perimetro delinea il Golfo dell’Incoronazione stesso. Sears e Alt (1992) hanno recentemente proposto che tale magmatismo mafico proterozoico e le intrusioni stratificate sono indicative di un impatto. L’associazione di basalti alluvionali rapidamente eruttati, un’intrusione stratificata ricoperta da granofiore (rocce crostali fuse?) e dicchi radianti, con una grande struttura circolare supporta l’idea che il magmatismo possa essere stato generato da un grande impatto nel Proterozoico medio (D. Hyndman, comunicazione personale). Tuttavia, nonostante queste relazioni suggestive, il consenso geologico è meglio riassunto dalla recente affermazione di Melosh (1989) che, “ad oggi, non ci sono prove certe che gli impatti possano indurre il vulcanismo.”

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