Grande província ígnea - Large igneous province

Apenas algumas das maiores províncias ígneas grandes aparecem (de cor púrpura escuro) neste mapa geológico, que representa as províncias geológicas da crosta, conforme visto em dados de refração sísmica

Uma grande província ígnea (LIP) é um acúmulo extremamente grande de rochas ígneas , incluindo intrusivas (soleiras, diques) e extrusivas (fluxos de lava, depósitos de tefra ), surgindo quando o magma viaja através da crosta em direção à superfície. A formação de LIPs é atribuída de várias maneiras às plumas do manto ou a processos associados a placas tectônicas divergentes . A formação de alguns dos LIPs nos últimos 500 milhões de anos coincidiu no tempo com extinções em massa e rápidas mudanças climáticas , o que levou a várias hipóteses sobre relações causais. Os LIPs são fundamentalmente diferentes de quaisquer outros vulcões ou sistemas vulcânicos atualmente ativos.

Definição

Em 1992, os pesquisadores usaram pela primeira vez o termo grande província ígnea para descrever acumulações muito grandes - áreas maiores que 100.000 quilômetros quadrados (aproximadamente a área da Islândia) - de rochas ígneas máficas que foram erupcionadas ou colocadas em profundidade dentro de um intervalo de tempo geológico extremamente curto : a alguns milhões de anos ou menos. Os fundos marinhos de basalto máfico e outros produtos geológicos de placas tectônicas "normais" não foram incluídos na definição.

Tipos

A definição de LIP foi ampliada e refinada e ainda é um trabalho em andamento. O LIP agora é freqüentemente usado também para descrever áreas volumosas de, não apenas máficas, mas todos os tipos de rochas ígneas. A subcategorização de LIPs em grandes províncias vulcânicas (LVP) e grandes províncias plutônicas (LPP), incluindo rochas produzidas por processos tectônicos de placas normais, foi proposta, mas essas modificações não são geralmente aceitas.

Alguns LIPs estão geograficamente intactos, como os basálticos Deccan Traps na Índia, enquanto outros foram fragmentados e separados por movimentos de placas, como a Província Magmática do Atlântico Central (CAMP) - partes das quais são encontradas no Brasil, leste da América do Norte e norte -western Africa.

Motivações para estudar os LIPs

Mapa mostrando as reconhecidas grandes províncias ígneas continentais.

Grandes províncias ígneas (LIPs) são criadas durante eventos ígneos de curta duração, resultando em acúmulos relativamente rápidos e de alto volume de rocha ígnea intrusiva e vulcânica. Esses eventos merecem estudo porque:

  • As possíveis ligações com extinções em massa e mudanças ambientais e climáticas globais. Michael Rampino e Richard Stothers (1988) citaram onze episódios distintos de inundação de basalto - ocorrendo nos últimos 250 milhões de anos - que criaram províncias vulcânicas e planaltos oceânicos e coincidiram com extinções em massa . Este tema se desenvolveu em um amplo campo de pesquisa, unindo disciplinas de geociências, como bioestratigrafia, vulcanologia, petrologia metamórfica e modelagem do sistema terrestre.
  • O estudo dos LIPs tem implicações econômicas. Alguns trabalhadores os associam com hidrocarbonetos aprisionados. Eles estão associados a concentrações econômicas de cobre-níquel e ferro. Eles também estão associados à formação das principais províncias minerais, incluindo depósitos de elementos do grupo de platina (PGE) e, nos LIPs de silício, depósitos de prata e ouro. Depósitos de titânio e vanádio também são encontrados em associação com LIPs.
  • Os PILs no registro geológico marcaram grandes mudanças na hidrosfera e na atmosfera, levando a grandes mudanças climáticas e talvez extinções em massa de espécies. Algumas dessas mudanças foram relacionadas à rápida liberação de gases de efeito estufa da crosta para a atmosfera. Assim, as mudanças desencadeadas pelo LIP podem ser usadas como casos para entender as mudanças ambientais atuais e futuras.
  • A teoria das placas tectônicas explica a topografia usando interações entre as placas tectônicas, influenciadas por tensões viscosas criadas pelo fluxo dentro do manto subjacente. Como o manto é extremamente viscoso, a taxa de fluxo do manto varia em pulsos que são refletidos na litosfera por ondulações de pequena amplitude e longo comprimento de onda. Compreender como a interação entre o fluxo do manto e a elevação da litosfera influencia a formação de LIPs é importante para obter insights sobre a dinâmica do manto no passado.
  • Os LIPs têm desempenhado um papel importante na fragmentação continental, formação continental, novas adições crustais do manto superior e ciclos do supercontinente.

Grande formação de província ígnea

Three Devils Grade em Moses Coulee , Washington, faz parte do Columbia River Basalt Group LIP.

A Terra tem uma camada externa feita de várias placas tectônicas distintas e móveis flutuando em um manto convectivo sólido acima de um núcleo líquido. O fluxo do manto é impulsionado pela descida das placas tectônicas frias durante a subducção e a subida complementar das plumas de material quente dos níveis inferiores. A superfície da Terra reflete o alongamento, o espessamento e a curvatura das placas tectônicas conforme elas interagem.

A criação de placas oceânicas em afloramentos, propagação e subducção são fundamentos bem aceitos da tectônica de placas, com a ressurgência de materiais do manto quente e o afundamento das placas oceânicas mais frias conduzindo a convecção do manto. Neste modelo, as placas tectônicas divergem nas dorsais meso-oceânicas , onde a rocha quente do manto flui para cima para preencher o espaço. Os processos de placas tectônicas são responsáveis ​​pela grande maioria do vulcanismo da Terra.

Além dos efeitos do movimento impulsionado por convecção, os processos profundos têm outras influências na topografia da superfície. A circulação convectiva leva a poços para cima e para baixo no manto da Terra que se refletem nos níveis locais da superfície. Materiais do manto quente subindo em uma pluma podem se espalhar radialmente abaixo da placa tectônica, causando regiões de elevação. Essas plumas ascendentes desempenham um papel importante na formação do LIP.

Características de formação

Quando criados, os LIPs costumam ter uma extensão de área de alguns milhões de km 2 e volumes da ordem de 1 milhão de km 3 . Na maioria dos casos, a maior parte do volume de um LIP basáltico é colocado em menos de 1 milhão de anos. Um dos enigmas das origens de tais LIPs é entender como enormes volumes de magma basáltico são formados e erupcionados em escalas de tempo tão curtas, com taxas de efusão de até uma ordem de magnitude maiores do que os basaltos da dorsal meso-oceânica.

Teorias de formação

A origem de muitos ou de todos os LIPs é atribuída de várias maneiras às plumas do manto, aos processos associados às placas tectônicas ou aos impactos de meteoritos.

Formação de pluma de LIPs

Embora a maior parte da atividade vulcânica na Terra esteja associada a zonas de subducção ou cristas meso-oceânicas, existem regiões significativas de vulcanismo extenso e de longa duração, conhecidas como hotspots , que estão apenas indiretamente relacionadas às placas tectônicas. A cadeia de montes submarinos do Imperador Havaiano , localizada na Placa do Pacífico , é um exemplo, traçando milhões de anos de movimento relativo à medida que a placa se move sobre o ponto quente do Havaí . Numerosos pontos de acesso de vários tamanhos e idades foram identificados em todo o mundo. Esses pontos ativos se movem lentamente um em relação ao outro, mas se movem uma ordem de magnitude mais rapidamente em relação às placas tectônicas, fornecendo evidências de que eles não estão diretamente ligados às placas tectônicas.

A origem dos hotspots permanece controversa. Os pontos quentes que atingem a superfície da Terra podem ter três origens distintas. O mais profundo provavelmente se origina da fronteira entre o manto inferior e o núcleo; cerca de 15-20% têm características como a presença de uma cadeia linear de montanhas do mar com idades crescentes, LIPs no ponto de origem da pista, baixa velocidade da onda de cisalhamento indicando altas temperaturas abaixo da localização atual da pista e razões de 3 Ele a 4 Ele que são julgados consistentes com uma origem profunda. Outros, como os pontos quentes de Pitcairn , Samoan e Tahitian, parecem originar-se no topo de grandes domos de lava quente transitórios (denominados super poços) no manto. O restante parece originar-se no manto superior e tem sido sugerido como resultado do rompimento da litosfera subdutora.

Imagens recentes da região abaixo de pontos de acesso conhecidos (por exemplo, Yellowstone e Havaí ) usando tomografia de onda sísmica produziram evidências crescentes que suportam plumas convectivas de origem profunda e relativamente estreitas que são limitadas na região em comparação com a circulação de placas tectônicas em grande escala em que eles estão embutidos. As imagens revelam caminhos verticais contínuos, mas tortuosos, com quantidades variáveis ​​de material mais quente, mesmo em profundidades onde as transformações cristalográficas estão previstas para ocorrer.

Formação de tensão relacionada à placa de LIPs

Uma alternativa importante para o modelo da pluma é um modelo no qual as rupturas são causadas por tensões relacionadas às placas que fraturaram a litosfera, permitindo que o derretimento atinja a superfície de fontes heterogêneas rasas. Postula-se que os altos volumes de material fundido que formam os LIPs são causados ​​por convecção no manto superior, que é secundária à convecção que impulsiona o movimento da placa tectônica.

Derramamentos de reservatório de formação inicial

Foi proposto que as evidências geoquímicas apóiam um reservatório de formação precoce que sobreviveu no manto da Terra por cerca de 4,5 bilhões de anos. Postula-se que o material derretido se originou desse reservatório, contribuindo com o basalto de inundação da Ilha Baffin há cerca de 60 milhões de anos. Basaltos do planalto de Ontong Java mostram assinaturas isotópicas e de elementos traço semelhantes propostas para o reservatório da Terra primitiva.

Formação induzida por meteorito

Sete pares de pontos quentes e LIPs localizados em lados opostos da Terra foram observados; análises indicam que esta localização antípoda coincidente é altamente improvável de ser aleatória. Os pares de pontos quentes incluem uma grande província ígnea com vulcanismo continental oposto a um ponto quente oceânico. Espera-se que os impactos oceânicos de grandes meteoritos tenham alta eficiência na conversão de energia em ondas sísmicas. Essas ondas se propagariam pelo mundo e se reconverteriam próximo à posição antípoda; pequenas variações são esperadas, pois a velocidade sísmica varia dependendo das características da rota ao longo da qual as ondas se propagam. À medida que as ondas se concentram na posição antípoda, elas colocam a crosta no ponto focal sob tensão significativa e se propõe a rompê-la, criando pares antípodas. Quando o meteorito impacta um continente, a menor eficiência da conversão de energia cinética em energia sísmica não deve criar um hotspot antípoda.

Um segundo modelo relacionado ao impacto de hotspot e formação de LIP foi sugerido em que o vulcanismo de hotspot menor foi gerado em locais de impacto de corpo grande e o vulcanismo de basalto de inundação foi disparado antipodalmente por energia sísmica focalizada. Este modelo foi desafiado porque os impactos são geralmente considerados sismicamente muito ineficientes, e as armadilhas Deccan da Índia não eram antípodas e começaram a erupcionar vários Myr antes do impacto do Chicxulub no final do Cretáceo no México. Além disso, nenhum exemplo claro de vulcanismo induzido por impacto, não relacionado a placas derretidas, foi confirmado em qualquer cratera terrestre conhecida.

Classificação

Em 1992, Coffin e Eldholm inicialmente definiram o termo "grande província ígnea" (LIP) como representando uma variedade de províncias ígneas máficas com extensão de área superior a 100.000 km 2 que representavam "imensas posições crustais predominantemente máficas (ricas em magnésio e ferro ) rochas extrusivas e intrusivas e originadas por processos diferentes da propagação 'normal' do fundo do mar. " Essa definição original incluía basaltos de inundação continentais , planaltos oceânicos , grandes enxames de diques (as raízes erodidas de uma província vulcânica) e margens raiadas vulcânicas . A maioria desses LIPs consiste em basalto, mas alguns contêm grandes volumes de riolito associado (por exemplo, o Columbia River Basalt Group no oeste dos Estados Unidos); o riolito é tipicamente muito seco em comparação com os riolitos do arco insular, com temperaturas de erupção muito mais altas (850 ° C a 1000 ° C) do que os riolitos normais.

Desde 1992, a definição de 'LIP' foi expandida e refinada e continua sendo um trabalho em andamento. Algumas novas definições do termo 'LIP' incluem grandes províncias graníticas, como as encontradas na Cordilheira dos Andes na América do Sul e no oeste da América do Norte. Taxonomias abrangentes foram desenvolvidas para enfocar as discussões técnicas.

Em 2008, Bryan e Ernst refinaram a definição para estreitá-la um pouco: "Grandes Províncias Ígneas são províncias magmáticas com extensões de área>1 × 10 5  km 2 , volumes ígneos>1 × 10 5  km 3 e expectativa de vida máxima de ∼50 Myr que têm configurações tectônicas intraplaca ou afinidades geoquímicas e são caracterizados por pulso (s) ígneo (s) de curta duração (∼1-5 Myr), durante o qual uma grande proporção (> 75 %) do volume ígneo total foi colocado. Eles são predominantemente máficos, mas também podem ter componentes ultramáficos e silícicos significativos, e alguns são dominados por magmatismo silícico. "Esta definição enfatiza as características de alta taxa de colocação de magma do evento LIP e exclui montes submarinos, grupos submarinos, cristas submarinas e anomalias crosta do fundo do mar.

'LIP' agora é freqüentemente usado também para descrever áreas volumosas de, não apenas máficas, mas todos os tipos de rochas ígneas. Foi proposta a subcategorização de LIPs em Grandes Províncias Vulcânicas (LVP) e Grandes Províncias Plutônicas (LPP), incluindo rochas produzidas por processos tectônicos de placas 'normais'. Além disso, o limite mínimo a ser incluído como um LIP foi reduzido para 50.000 km 2 . A taxonomia de trabalho, fortemente focada na geoquímica, que será usada para estruturar os exemplos abaixo, é:

  • Grandes províncias ígneas (LIP)
    • Grandes províncias vulcânicas (LVP)
      • Grandes províncias riolíticas (LRPs)
      • Grandes províncias andesíticas (LAPs)
      • Grandes províncias basálticas (LBPs): basaltos oceânicos ou de inundação continental
      • Grandes províncias basáltico-riolíticas (LBRPs)
    • Grandes províncias plutônicas (LPP)
      • Grandes províncias graníticas (LGP)
      • Grandes províncias plutônicas máficas
Ilustração que mostra um dique vertical e um peitoril horizontal.

Enxames de diques geralmente extensos , províncias soleiras e grandes intrusões ultramáficas em camadas são indicadores de LIPs, mesmo quando outras evidências não são observáveis ​​agora. As camadas superiores de basalto dos LIPs mais antigos podem ter sido removidas por erosão ou deformadas por colisões de placas tectônicas ocorridas após a formação da camada. Isso é especialmente provável em períodos anteriores, como o Paleozóico e o Proterozóico .

Enxames de diques gigantes com comprimentos de mais de 300 km são um registro comum de LIPs severamente erodidos. Existem configurações de enxame de diques radiais e lineares. Enxames radiais com uma extensão de área de mais de 2.000 km e enxames lineares que se estendem por mais de 1.000 km são conhecidos. Os enxames de diques lineares costumam ter uma alta proporção de diques em relação às rochas do país, particularmente quando a largura do campo linear é inferior a 100 km. Os diques têm uma largura típica de 20–100 m, embora diques ultramáficos com larguras superiores a 1 km tenham sido relatados.

Os diques são tipicamente sub-verticais a verticais. Quando o magma de fluxo ascendente (formador de diques) encontra limites horizontais ou pontos fracos, como entre camadas em um depósito sedimentar, o magma pode fluir horizontalmente criando um peitoril. Algumas províncias de soleira têm extensões de área> 1000 km.

Correlações com a formação LIP

Correlação com pontos quentes

A atividade vulcânica inicial dos principais pontos quentes , postulada como resultado de plumas profundas do manto, é freqüentemente acompanhada por basaltos de inundação. Essas erupções de basalto de inundação resultaram em grandes acúmulos de lavas basálticas colocadas a uma taxa muito superior à observada em processos vulcânicos contemporâneos. O riftamento continental geralmente segue o vulcanismo basáltico de inundação. As províncias de basalto de inundação também podem ocorrer como consequência da atividade inicial de pontos quentes nas bacias oceânicas, bem como nos continentes. É possível rastrear o ponto quente de volta aos basaltos de inundação de uma grande província ígnea; a tabela abaixo correlaciona grandes províncias ígneas com o rastreamento de um ponto quente específico.

Província Região Ponto de acesso Referência
Basalto do Rio Columbia Noroeste dos EUA Ponto de acesso de Yellowstone
Basaltos de inundação da Etiópia-Iêmen Etiópia , Iêmen
Província Ígnea do Atlântico Norte Norte do Canadá, Groenlândia , Ilhas Faroe , Noruega , Irlanda e Escócia Islândia hotspot
Deccan Traps Índia Réunion hotspot
Rajmahal Traps Índia oriental Ninety East Ridge
Planalto Kerguelen oceano Índico Ponto de acesso Kerguelen
Platô Ontong-Java oceano Pacífico Louisville Hotspot
Armadilhas paranaense e etendeka Brasil - Namíbia Tristan hotspot
Província de Karoo-Ferrar África do Sul, Antártica , Austrália e Nova Zelândia Ilha Marion
Grande província ígnea caribenha Planalto oceânico caribenho-colombiano Galápagos hotspot
Grande Província Ígnea de Mackenzie Escudo canadense Hotspot Mackenzie

Relação com eventos de extinção

Em alguns casos, as erupções ou posicionamentos de LIPs parecem ter ocorrido simultaneamente com eventos anóxicos oceânicos e eventos de extinção . Os exemplos mais importantes são as armadilhas Deccan ( evento de extinção Cretáceo-Paleógeno ), Karoo-Ferrar ( extinção Pliensbachiana-Toarciana ), a Província Magmática do Atlântico Central ( evento de extinção Triássico-Jurássico ) e as armadilhas Siberianas ( evento de extinção Permiano-Triássico )

Vários mecanismos são propostos para explicar a associação de LIPs com eventos de extinção. A erupção de LIPs basálticos na superfície da Terra libera grandes volumes de gás sulfato, que forma ácido sulfúrico na atmosfera; isto absorve calor e causa resfriamento substancial (por exemplo, a erupção de Laki na Islândia, 1783). Os LIPs oceânicos podem reduzir o oxigênio na água do mar por meio de reações de oxidação direta com metais em fluidos hidrotérmicos ou causando proliferação de algas que consomem grandes quantidades de oxigênio.

Depósitos de minério

Grandes províncias ígneas estão associadas a um punhado de tipos de depósitos de minério, incluindo:

Exemplos

Existem vários exemplos bem documentados de grandes províncias ígneas identificadas por pesquisas geológicas.

Província Região Idade (milhões de anos) Área (milhões de km 2 ) Volume (milhões de km 3 ) Também conhecido como ou inclui Referência
Planalto das Agulhas Sudoeste do Oceano Índico, Oceano Atlântico Sul, Oceano Antártico 140-95 0,3 1,2 Southeast African LIP
Mozambique Ridge , Northeast Georgia Rise , Maud Rise , Astrid Ridge
Basalto do Rio Columbia Noroeste dos EUA 17-6 0,16 0,175
Basaltos de inundação da Etiópia-Iêmen Iêmen, Etiópia 31-25 0,6 0,35 Etiópia
Província Ígnea do Atlântico Norte Norte do Canadá, Groenlândia, Ilhas Faroe, Noruega, Irlanda e Escócia 62–55 1,3 6,6

Jameson Land Thulean Plateau

Deccan Traps Índia 66 0,5–0,8 0,5-1,0
Madagáscar 88
Rajmahal Traps Índia 116
Platô Ontong-Java oceano Pacífico c.  122 1,86 8,4 Planalto Manihiki e Planalto Hikurangi
Grande Província Ígnea do Alto Ártico Svalbard , Franz Josef Land , Sverdrup Basin , Amerasian Basin e norte da Groenlândia 130-60 > 1.0
Armadilhas paranaense e etendeka Brasil namibia 134-129 1,5 > 1 Província Magmática do Atlântico Equatorial

Terras Altas Brasileiras

Província de Karoo-Ferrar África do Sul, Antártica, Austrália e Nova Zelândia 183-180 0,15–2 0,3
Província magmática do Atlântico Central Norte da América do Sul, Noroeste da África, Península Ibérica, Leste da América do Norte 199-197 11 2,5 (2,0–3,0)
Siberian Traps Rússia 250 1,5–3,9 0,9-2,0
Emeishan Traps Sudoeste da China 253-250 0,25 c.  0,3
Warakurna grande província ígnea Austrália 1078–1073 1,5 Pilbara oriental

Grandes províncias riolíticas (LRPs)

Esses LIPs são compostos predominantemente de materiais félsicos . Exemplos incluem:

  • Domingo de Pentecostes
  • Sierra Madre Occidental (México)
  • Malani
  • Chon Aike (Argentina)
  • Gawler (Austrália)

Grandes províncias andesíticas (LAPs)

Esses LIPs são compostos predominantemente por materiais andesíticos . Exemplos incluem:

  • Arcos insulares, como Indonésia e Japão
  • Margens continentais ativas como os Andes e as Cascatas
  • Zonas de colisão continental, como a zona Anatólia-Irã

Grandes províncias basálticas (LBPs)

Esta subcategoria inclui a maioria das províncias incluídas nas classificações originais do LIP. É composto de basaltos de inundação continentais, basaltos de inundação oceânica e províncias difusas.

Basaltos de inundação continental

Basaltos de inundação oceânica / planaltos oceânicos

Grandes províncias basáltico-riolíticas (LBRPs)

  • Planície do Rio Snake - Planícies altas de lava do Oregon
  • Dongargarh, Índia

Grandes províncias plutônicas (LPP)

Grandes províncias graníticas (LGP)

  • Patagônia
  • Batólito Peru – Chile
  • Batólito da Cordilheira da Costa (NW EUA)

Outras grandes províncias plutônicas

Estruturas relacionadas

Margens estriadas vulcânicas

A extensão afina a crosta. O magma atinge a superfície por meio de peitoris e diques radiantes, formando fluxos de basalto, bem como câmaras de magma profundas e rasas abaixo da superfície. A crosta afina gradualmente devido à subsidência térmica e os fluxos de basalto originalmente horizontais são girados para se tornarem refletores de imersão em direção ao mar.

Margens estriadas vulcânicas são encontradas na fronteira de grandes províncias ígneas. As margens vulcânicas se formam quando o rifteamento é acompanhado por um derretimento significativo do manto, com o vulcanismo ocorrendo antes e / ou durante o rompimento do continente. As margens vulcânicas estriadas são caracterizadas por: uma crosta de transição composta por rochas ígneas basálticas , incluindo fluxos de lava , soleiras , diques e gabros , fluxos de basalto de alto volume, sequências refletoras de mergulho em direção ao mar (SDRS) de fluxos de basalto que foram girados durante os estágios iniciais de ruptura, subsidência de margem passiva limitada durante e após a ruptura e a presença de uma crosta inferior com velocidades de onda P sísmica anormalmente altas em corpos crustais inferiores (LCBs), indicativo de temperatura mais baixa, meio denso.

Exemplos de margens vulcânicas incluem:

  • A margem do Iêmen
  • A margem da Austrália Oriental
  • A margem das Índias Ocidentais
  • A margem Hatton-Rockal
  • Costa Leste dos EUA
  • A margem média da Noruega
  • As margens brasileiras
  • A margem da Namíbia

Enxames de diques

Mapa do enxame do dique Mackenzie no Canadá

Um enxame de diques é uma grande estrutura geológica que consiste em um grande grupo de diques paralelos, lineares ou radialmente orientados intrudidos na crosta continental. Eles consistem de vários a centenas de diques colocados mais ou menos contemporaneamente durante um único evento intrusivo e são magmáticos e estratigráficos. Esses enxames de diques são as raízes de uma província vulcânica. Exemplos incluem:

Sills

Uma série de soleiras relacionadas que foram formadas essencialmente ao mesmo tempo (dentro de vários milhões de anos) a partir de diques relacionados compreendem um LIP se sua área for suficientemente grande. Exemplos incluem:

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos