Flood Basalt

Impaktinducerad vulkanism?

Kontinentala floodbasalter med volymer på ≥106 km3 är de största kända utbrotten av basaltisk magma, och nyligen genomförda studier tyder på att utbrotten är plötsliga, kortvariga händelser, där hela lavavolymen bryts ut i en serie enorma flöden under en period av några hundra tusen till kanske ett par miljoner år. Även om de sammanfallande bevisen tyder på att vissa (och kanske alla) betydande utdöende händelser är korrelerade med utomjordiska nedslag, visade K-Ar- och andra åldersdata som sammanställdes av Rampino och Stothers (1988) en korrelation mellan massutdöendena och tidpunkterna för de kontinentala översvämningsbasaltutbrotten under de senaste 250 Ma.

Stratigrafiska studier i Indien placerar nu utbrotten från Deccan nära den paleontologiskt definierade K/T-gränsen, och utbrotten kan ha pågått i endast ∼250 000 år (Courtillot et al., 1986). Den senaste direkta studien av Deccanlavan i förhållande till foraminiferala förändringar vid K/T-gränsen i Indien (Jaiprakash et al., 1993) tyder på att de första flödena utbröt i början av faunaförändringarna vid gränsen; de första intertrapporna innehåller foraminiferala zoner som börjar upp till ∼350 000 år ovanför den kanoniska K/T-gränsen, medan den tidigaste tertiära zonen tycks saknas; och de sista flödena tycks ha inträffat cirka 500 000 år efter gränsen. Jaiprakash et al. (1993) noterar att, inom den stratigrafiska upplösningen av studien, dog alla krittida planktoniska foraminiferer ut före eller inom det K/T-övergångsintervall som markerades av de första flödena.

Inslag som är tillräckligt stora för att bilda kratrar med en diameter på ≥100 km, översvämningsbasaltutbrott och utdöenden, är geologiska händelser av första ordningen som uppenbarligen inträffar en gång varannan tiotals miljoner år. Det återkommande nära sambandet i tiden mellan dessa stora händelser under åtminstone de senaste 250 Ma tyder på att de är relaterade (Rampino och Stothers, 1988) och nyligen genomförda statistiska tester av korrelationen uppvisar en statistisk signifikans på > 98 % (Stothers, 1993).

Inslag av asteroider eller kometer med en diameter på 10 km beräknas ge upphov till jordbävningar av Richterstorlek ∼12, med markvågor med stor amplitud tusentals kilometer från nedslagsplatsen som kan ge djupa sprickor och störa litosfären och den övre manteln. Rampino (1987) pekade på en möjlig mekanism för att framkalla översvämningsbasaltutbrott på eller nära platser för stora nedslag genom sprickbildning i litosfären och tryckfrigörande smältning i den övre manteln. Beräkningar tyder på att stora nedslag (nedslag med en diameter på ≥10 km) skulle kunna gräva upp inledande transienta håligheter som är tillräckligt djupa för att resultera i dekompressionssmältning i den övre manteln, med efterföljande flodbasaltvulkanism längs djupa nedslagsinducerade sprickor som trängde in i litosfären.

White och McKenzie (1988) framförde invändningar mot modellen med nedslagsvulkanism och pekade på teoretiska studier som tydde på att stora volymer basaltisk smälta endast kunde produceras genom dekompressionssmältning av en onormalt varm mantel (McKenzie och Bickle, 1988), som man utgick från att den främst existerar i de områden med en diameter på 2000 km där man utgick från att det finns svallvågor i hotspots över de föreslagna mantelplymornas huvuden. De drog därför slutsatsen att nedslag skulle vara tvungna att företrädesvis träffa dessa områden för att utlösa översvämningsbasaltvulkanism, vilket de ansåg vara mycket osannolikt. Beräkningar visade dock att de 2 000 km stora hotspot-bufflor med en diameter på 2 000 km som är relaterade till de uppskattade 40 till ∼100 nuvarande hotspots skulle täcka en betydande del av jorden (50 ± 25 %), vilket gör att nedslag i en onormalt varm mantel är förvånansvärt troligt, och därför drogs slutsatsen att nedslag av stora asteroider eller kometer mycket väl skulle kunna vara ansvariga för initieringen eller utlösandet av vulkanism i form av översvämningsbasalter och kanske utbrott av hotspots, även om detta måste betraktas som ganska spekulativt i dagsläget (Rampino och Stothers, 1988). Dessutom skulle vulkanismen kunna utlösas av litosfäriska sprickor vid antipoderna för de stora nedslagsplatserna, och utbrotten på Deccan och i Sibirien kan ha inträffat nära de rekonstruerade antipoderna för Chicxulub- och de föreslagna Falklandnedslagsplatserna respektive (Rampino och Caldeira, 1992).

Seismiska tomografiska bevis tyder nu på att ∼50 % av den globala övre manteln är varm (möjligen från breda mantelyft, uppvärmning inom manteln eller genom isolering av den övre manteln genom tidigare kontinental litosfär) (Anderson m.fl, 1992), vilket ger temperaturförhållanden under vilka stora nedslag kan leda till betydande dekompressionssmältning. I en modell med nedslagsinducerad hotspot kan fortsatt aktivitet vara ett resultat av en kombination av uppvärmning genom nedslag och långvarig störning av mantelns geotermer.

Exempel på möjlig nedslagsrelaterad vulkanism kan hittas i jordens tidigare historia, t.ex. i Vredefort Dome och Bushveld-komplexet i Sydafrika, som har tolkats som stora nedslagsbassänger (∼400 km i diameter) som skapades för ca 2 miljarder år sedan (Elston och Twist, 1990). Inom Bushveld förekommer mafiska bergarter i överlappande ringkomplex runt den centrala upphöjningen av bäckenet (skiktade mafiska bergarter saknas tydligen i den centrala delen av komplexet). Elston och Twist (1990) tolkar dessa som mantelsmältningar inducerade av djupa ringfrakturer relaterade till nedslagsstrukturen.

De magmatiska händelserna i Mackenzie i Kanada representerar en av de mest utbredda episoderna av mafisk magmatism på kontinenterna. De mafiska bergarterna består av Coppermine River- och Ekalulia-flodens basalter (>140 000 km3), Muskox skiktade intrusion och den spektakulära Mackenzie dyker-svärmen som strålar ut från Coronation Gulf över nordvästra Kanada på en sträcka av mer än 2 400 km. Muskox intrusion och Mackenzie dykes har daterats med U-Pb-metoden med hjälp av spår av zirkon eller baddeleyit (ZrO2) med åldrarna 1270 ± 4 respektive 1267 ± 2 Ma BP (LeCheminant och Heaman, 1989). De samtida översvämningsbasalterna förekommer i den södra delen av ett stort cirkulärt område med en diameter på mer än 500 km, där en del av dess omkrets utgör själva Coronation Gulf. Sears och Alt (1992) föreslog nyligen att sådan proterozoisk mafisk magmatism och skiktade intrusioner tyder på nedslag. Sambandet mellan snabbt utbrutna översvämningsbasalter, en skiktad intrusion täckt av granofyr (smälta bergarter från jordskorpan?) och strålande dykes, och en stor cirkulär struktur stöder idén om att magmatismen kan ha genererats av ett stort nedslag under mellersta Proterozoikum (D. Hyndman, personlig kommunikation). Men trots dessa suggestiva samband sammanfattas det geologiska samförståndet bäst av Melosh (1989), som nyligen uttalade att ”det hittills inte finns några säkra bevis för att nedslag kan framkalla vulkanism”

.