Flood Basalt

Impact-induced volcanism?

Kontynentalne bazalty powodziowe o objętości ≥106 km3 są największymi znanymi wyrzutami magmy bazaltowej, a ostatnie badania sugerują, że erupcje te są nagłymi, krótkotrwałymi wydarzeniami, w których cała objętość lawy jest wyrzucana w serii ogromnych przepływów w okresie od kilkuset tysięcy do być może kilku milionów lat. Chociaż zbieżność dowodów sugeruje, że niektóre (a być może wszystkie) znaczące wymierania są skorelowane z uderzeniami pozaziemskimi, dane K-Ar i inne dane wiekowe zebrane przez Rampino i Stothersa (1988) wykazały korelację między masowymi wymieraniami a czasami kontynentalnych erupcji powodziowo-bazaltowych w ciągu ostatnich 250 Ma.

Stratygraficzne badania w Indiach umieszczają obecnie erupcje Dekanu w pobliżu paleontologicznie zdefiniowanej granicy K/T, a erupcje mogły trwać tylko ∼250 000 lat (Courtillot i in., 1986). Najnowsze bezpośrednie badania law dekanalnych w relacji do zmian foraminiferalnych na granicy K/T w Indiach (Jaiprakash i in., 1993) sugerują, że pierwsze przepływy zostały wyemitowane na początku zmian faunistycznych na granicy; pierwsze intertrappeany zawierają strefy foraminiferalne, które zaczynają się do ∼350,000 lat powyżej kanonicznej granicy K/T, podczas gdy najwcześniejsza strefa trzeciorzędowa wydaje się nie istnieć; a ostatnie przepływy wydają się mieć miejsce około 500,000 lat po granicy. Jaiprakash et al. (1993) odnotowują, że w ramach rozdzielczości stratygraficznej badania, wszystkie planktoniczne foraminifery z kredy wymarły przed lub w obrębie interwału przejściowego K/T zaznaczonego przez pierwsze przepływy.

Impakty na tyle duże, że tworzą kratery o średnicy ≥100 km, erupcje powodziowo-bazaltowe i wymierania, są zdarzeniami geologicznymi pierwszego rzędu, które najwyraźniej występują raz na kilkadziesiąt milionów lat. Powtarzające się bliskie powiązanie w czasie tych głównych wydarzeń w ciągu co najmniej ostatnich 250 mln lat sugeruje, że są one powiązane (Rampino i Stothers, 1988), a ostatnie testy statystyczne korelacji wykazują istotność statystyczną na poziomie > 98% (Stothers, 1993).

Impakty asteroidy lub komety o średnicy 10 km szacuje się na trzęsienia ziemi o magnitudzie Richtera ∼12, z falami gruntowymi o dużej amplitudzie tysiące kilometrów od miejsca uderzenia, które mogą głęboko pęknąć i naruszyć litosferę i górną warstwę płaszcza. Rampino (1987) wskazał na możliwy mechanizm wywoływania erupcji powodziowo-bazaltowych w miejscach lub w pobliżu miejsc dużych zderzeń poprzez pękanie litosfery i uwalniające ciśnienie topnienie w górnym płaszczu. Obliczenia sugerują, że duże uderzenia (impaktory o średnicy ≥10 km) mogą spowodować powstanie początkowych przejściowych pustek na tyle głębokich, by doprowadzić do dekompresyjnego topnienia w górnym płaszczu, z następującym po nim wulkanizmem powodziowo-bazaltowym wzdłuż głębokich pęknięć wywołanych uderzeniem, które penetrowały litosferę.

White i McKenzie (1988) zgłosili zastrzeżenia do modelu uderzeniowo-wulkanicznego, wskazując na badania teoretyczne, które sugerowały, że duże ilości bazaltowego stopu mogą być wytworzone jedynie przez dekompresyjne topnienie anomalnie ciepłego płaszcza (McKenzie i Bickle, 1988), takiego, o jakim sądzono, że istnieje przede wszystkim w regionach o średnicy 2000 km, w których występują rozdęcia gorących punktów nad proponowanymi głowami pióropuszy płaszcza. Dlatego, jak wywnioskowali, uderzenia musiałyby preferencyjnie trafiać w te obszary, aby wywołać wulkanizm typu flood-basalt, co uznali za bardzo mało prawdopodobne. Obliczenia wykazały jednak, że rozdęcia hotspotów o średnicy 2000 km, związane z szacowanymi na 40 do ∼ 100 obecnych hotspotów, objęłyby znaczną część Ziemi (50 ± 25%), co czyni uderzenie w anomalnie ciepły płaszcz zaskakująco prawdopodobnym i dlatego stwierdzono, że uderzenia dużych asteroid lub komet mogą być odpowiedzialne za inicjację lub wywołanie wulkanizmu typu flood-basalt i być może wybuchów hotspotów, choć obecnie należy to uznać za dość spekulatywne (Rampino i Stothers, 1988). Co więcej, wulkanizm może być wywołany przez pęknięcia litosfery na antypodach dużych miejsc uderzenia, a erupcje na Dekanie i Syberii mogły mieć miejsce w pobliżu zrekonstruowanych antypodów odpowiednio Chicxulub i proponowanych miejsc uderzenia na Falklandach (Rampino i Caldeira, 1992).

Tomograficzne dowody sejsmiczne sugerują obecnie, że ∼50% globalnego górnego płaszcza jest ciepłe (prawdopodobnie z szerokich upwellings płaszcza, wewnątrz płaszczowego ogrzewania, lub przez izolację górnego płaszcza przez byłą kontynentalną litosferę) (Anderson i in., 1992), zapewniając warunki temperaturowe, w których duże uderzenia mogą prowadzić do znacznego topnienia dekompresyjnego. W modelu gorącej plamy wywołanej uderzeniem, stała aktywność może być wynikiem połączenia ogrzewania uderzeniowego i długotrwałych perturbacji geotermy płaszcza.

Przykłady możliwego wulkanizmu związanego z uderzeniami można znaleźć we wcześniejszej historii Ziemi, na przykład w kopule Vredefort i kompleksie Bushveld w Afryce Południowej, które zostały zinterpretowane jako duże baseny uderzeniowe (∼400 km średnicy) powstałe około 2 mld lat temu (Elston i Twist, 1990). W obrębie Bushveld skały maficzne występują w nakładających się na siebie kompleksach pierścieniowych wokół centralnego wypiętrzenia basenu (warstwowe skały maficzne są najwyraźniej nieobecne w centralnej części kompleksu). Elston i Twist (1990) interpretują je jako topielce płaszczowe indukowane przez głębokie szczelinowanie pierścieniowe związane ze strukturą impaktową.

Ignetyczne wydarzenia z Mackenzie w Kanadzie reprezentują jeden z najbardziej rozległych epizodów magmatyzmu mafickiego na kontynentach. Skały maficzne składają się z bazaltów powodziowych Coppermine River i Ekalulia (>140,000 km3), warstwowej intruzji Muskox i spektakularnego roju grobli Mackenzie, który promieniuje od Zatoki Koronacyjnej przez północno-zachodnią Kanadę na odległość ponad 2400 km. Intruzję Muskox i wały Mackenzie datowano metodą U-Pb z użyciem śladowych ilości cyrkonu lub baddeleyitu (ZrO2) na wiek odpowiednio 1270 ± 4 i 1267 ± 2 Ma BP (LeCheminant i Heaman, 1989). Współczesne bazalty powodziowe występują w południowej części dużego kolistego obiektu o średnicy ponad 500 km, którego część obwodu wyznacza samą Zatokę Koronacyjną. Sears i Alt (1992) zaproponowali ostatnio, że taki proterozoiczny magmatyzm maficzny i warstwowe intruzje wskazują na impakt. Powiązanie szybko wyemitowanych bazaltów powodziowych, warstwowej intruzji pokrytej granofirem (stopione skały skorupy ziemskiej?) i promienistych grobli z dużą kolistą strukturą przemawia za tym, że magmatyzm ten mógł zostać wygenerowany przez duży impakt w środkowym proterozoiku (D. Hyndman, komunikacja osobista). Jednakże, pomimo tych sugestywnych związków, geologiczny konsensus najlepiej podsumowuje ostatnie stwierdzenie Melosha (1989), że „do tej pory nie ma mocnych dowodów na to, że uderzenia mogą wywoływać wulkanizm.”

.