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コロンビア川玄武岩群（CRBG）は、地球上で最も新しく、最も小さく、最もよく保存された大陸洪水玄武岩地域の一つであり、主にオレゴン州東部とワシントン州、アイダホ州西部、ネバダ州北部の一部にまたがる210,000 km 2（81,000平方マイル）以上の面積を覆っています。[1]この玄武岩群には、スティーンズ玄武岩層とピクチャーゴージ玄武岩層が含まれます。
導入
中期中新世から後期中新 世にかけて、コロンビア川の洪水玄武岩が太平洋岸北西部の約163,700 km 2 (63,200平方マイル)を飲み込み、推定体積174,300 km 3 (41,800立方マイル) の大規模な火成岩地域を形成した。噴火は1700万年から1400万年前に最も活発で、このとき玄武岩の99%以上が噴出した。小規模な噴火は1400万年から600万年前に続いた。[2]
ミズーラ洪水による浸食によってこれらの溶岩流が広範囲に露出し、ワルーラ・ギャップ、パルース川下流、コロンビア川渓谷、そしてチャネルド・スキャブランズ全域で玄武岩流の多くの層が露出しました。
コロンビア川玄武岩層は、カナダのブリティッシュコロンビア州中南部のチルコティン層と潜在的につながっていると考えられています。[3]ワシントン州とアイダホ州のラタ層の堆積物は、コロンビア川玄武岩層の多くの流層と互層になっており、地域全体に露頭しています。
統計的な不確実性を伴う絶対的な年代は、40 Ar/ 39 Ar年代測定などの同位体比を用いた放射年代測定によって決定され、玄武岩が固まった年代を特定するために使用できます。CRBG鉱床では、40 K崩壊によって生成される40 Arは、溶融物が固まった後にのみ蓄積されます。[4]
その他の洪水玄武岩には、インド中西部の面積50万km2（19万平方マイル）を覆うデカン・トラップ（白亜紀後期）、中国南西部の面積25万平方キロメートル以上を覆う峨眉山トラップ（ペルム紀） 、ロシアの面積200万km2 （ 80万平方マイル）を覆うシベリア・トラップ（ペルム紀後期）がある。
形成
1,000～1,500万年の間に、オレゴン州南東部からブリティッシュコロンビア州西部まで走る古い断層線に沿った複数の岩脈から、溶岩が次々と流れ出た。[要出典]溶岩の多くの層は最終的に1.8 km (5,900フィート) 以上の厚さに達した。溶けた岩が表面に出てくると、地球の地殻は上昇した溶岩によってできた空間に徐々に沈んでいった。この地殻の沈下によって、現在コロンビア盆地またはコロンビア川台地として知られる、わずかに窪んだ大きな溶岩平野ができた。北西に進む溶岩によって、古代のコロンビア川は現在の流れになった。溶岩は、その地域を流れるにつれて、まず谷を埋めてダムを形成し、それが今度は貯水池や湖を引き起こした。これらの古代の湖床では、葉の化石、化石化した木、昆虫の化石、脊椎動物の骨が発見されている。[5] [6]
中期中新世、1700万年から1500万年前、太平洋北西部のコロンビア高原とオレゴン盆地と山脈は溶岩流で溢れた。両方の溶岩流は成分と年代が似ており、イエローストーンホットスポットという共通の源に起因すると考えられている。火山活動の最終的な原因はまだ議論の余地があるが、最も広く受け入れられている考えは、マントルプルームまたは湧昇（現在のハワイに関連するものと同様）が約1700万年前に広範囲で大規模な玄武岩質火山活動を開始したというものである。高温のマントルプルーム物質が上昇して低圧に達すると、高温の物質が溶融して上部マントルの物質と相互作用し、マグマが形成される。そのマグマが地表を破ると、溶岩として流れ、その後玄武岩に固まる。[7]
洪水火山活動への移行
1750万年前より前、西カスケード 山脈の成層火山は、現在と同様、2000万年以上にわたり定期的に噴火していた。中新世中期に突然、火山性洪水に変化した。溶岩流は、スティーンズ玄武岩、グランドロンド玄武岩、ワナパム玄武岩、サドル山脈玄武岩の4つの主要なカテゴリーに分類できる。さまざまな溶岩流の年代は、特にカリウムとアルゴンの同位体の比率の測定による放射年代測定によって特定されている。[8]コロンビア川洪水玄武岩地域は、平均体積が500～600立方キロメートル（120～140立方マイル）の300以上の個々の玄武岩溶岩流から構成されている。[9]
コロンビア川玄武岩群（CRBG）[10]における洪水火山活動への移行は、他の大規模な火成岩地域と同様に、火山性脱ガスのプロセスによる大量の溶出と揮発性物質の放出による大気負荷によっても特徴づけられた。CRBG噴火で示された脱ガスの規模を決定するために、供給源岩脈と関連する噴出流ユニットの揮発性物質濃度の比較分析が定量的に測定された。CRBGに関連する300を超える個々の流のうち、ロザ流には揮発性物質分析で最も化学的に保存状態の良い玄武岩が含まれている。ワナパム層に含まれるロザは、面積40,300平方キロメートル、体積1,300立方キロメートルで、CRBGで最も広大なメンバーの1つである。[11]マグマの揮発性物質の値が供給源岩脈の重量濃度で1～1.5パーセントと想定されると、ローザ溶岩流の硫黄排出量は二酸化硫黄（SO2 ）の形で年間1.2Gt（12億トン）の割合で約12Gt（120億トン）と計算されます。[12]しかし、岩石学的分析による他の研究では、SO2の質量脱ガス値はマグマの総噴出質量の0.12％～0.28％であり、ローザ溶岩流の二酸化硫黄の排出量は9.2Gtの範囲と低く推定されます。[13]放出された 二酸化硫黄と大気の相互作用の副産物である硫酸は、ローザ溶岩流で年間1.7Gt、合計で17Gtと計算されています。[14]玄武岩質鉱床の斑晶内のガラス包有物の分析により、310 Mtの塩酸と1.78 Gtのフッ化水素酸の放出量も判明した。[14]
火山活動の原因
主要なホットスポットは、しばしば洪水玄武岩イベントにまで遡って調査されてきた。この場合、イエローストーンホットスポットの最初の洪水玄武岩イベントは、インナハ噴火とスティーンズ噴火が始まったときにスティーンズ山の近くで発生した。北米プレートが毎年数センチ西に移動したため、噴火はスネーク川平原からアイダホ州を横切り、ワイオミング州まで進んだ。ホットスポット仮説と一致して、この経路に沿って東に進むにつれて、溶岩流は次第に新しいものになる。[15]この噴火期の前に、イエローストーンホットスポットはオレゴン州中央部のスミスロックや、おそらくオレゴン海岸山脈に露出している太平洋岸北西部の海岸の多くに見られるシレツィアと呼ばれる別の洪水玄武岩イベントのような地形を作ったと考えられている。[16] [17]
イエローストーンが深部ホットスポットと関連していることは、さらに裏付けられている。地震波に基づくトモグラフィー画像を使用すると、イエローストーンと他のいくつかのホットスポットの下に、比較的狭く、深部にある活発な対流 プルームが検出されている。これらのプルームは、大規模なプレートテクトニクス循環で観測される湧昇よりもはるかに集中している。[18]
ホットスポット仮説は、いくつかの疑問を解決していないため、広く受け入れられているわけではない。イエローストーンのホットスポットの火山活動経路は、北部のCRBG洪水を考慮すると、プレート運動の変化に対応しない、ホットスポット経路の大きな明らかな弓状構造を示している。さらに、イエローストーンの画像は、650 kmと400 km（400マイルと250マイル）でプルームが狭まっていることを示しているが、これは相変化に対応するか、まだ解明されていない粘性効果を反映している可能性がある。実際のメカニズムに関するコンセンサスを得るには、追加のデータ収集とさらなるモデリングが必要になるだろう。[19]
洪水玄武岩の堆積速度
コロンビア川玄武岩群の溶岩流は、個々の溶岩流の大部分にわたって本質的に均一な化学的性質を示しており、急速に堆積したことを示唆している。Ho と Cashman (1997) [20] は、フレンチマン スプリングス メンバーの 500 km (310 マイル) に及ぶギンコ フローの特性を明らかにし、流れの始点から最遠点までの流れに沿った融点の測定と水力学的考慮に基づき、この溶岩流が約 1 週間で形成されたと判定した。ギンコ 玄武岩は、ワシントン州カロタス付近のギンコ フローの供給岩脈から、オレゴン州ヤキナ岬の太平洋上の流れの終点までの 500 km (310 マイル) の流路にわたって調査された。玄武岩の融点は上限1,095 ± 5 °C、下限1,085 ± 5 °C であった。これは、ギンコ フローに沿った最大温度低下が 20 °C であったことを示している。この均一性を達成するには、溶岩が急速に広がったに違いない。
解析によれば、乱流はより急速に冷却するため、流れは層流のままでなければならない。これは、乱流や冷却を最小限に抑えながら毎秒1～8メートル（2.2～17.9 mph）の速度で移動できるシートフローによって達成される可能性があり、これは、銀杏溶岩流が1週間未満で発生したことを示唆している。冷却/水力学的解析は、独立した指標によって裏付けられている。より長い期間が必要であった場合、一時的に堰き止められた川からの外部水が侵入し、より劇的な冷却速度と枕状溶岩の量の増加の両方をもたらすだろう。Hoの解析は、玄武岩流の中断後に川が峡谷で再び確立するのに必要な時間に基づいて、ポモナ溶岩流の最大定置期間を数か月と提案したReidel、Tolan、Beeson（1994）による解析と一致している。[21] ：403–406 [20] ：1–18
洪水玄武岩流の年代測定
CRBG フローの年代測定には、地層学、放射年代測定、地磁気層序という 3 つの主要なツールが使用されています。これらの技術は、5 つの州にわたるさまざまな玄武岩の露出とボーリング サンプルからのデータを相関させる鍵となっています。
洪水玄武岩溶岩の主要な噴出は、地層学的に記録されます。地層は物理的特性と化学組成によって区別できます。それぞれの地層には通常、その地層が露出し研究に利用できるエリア (谷、山、または地域) に基づいて名前が割り当てられます。地層学は、CRBG 層の相対的な順序 (序数) を提供します。
絶対的な年代は、統計的な不確実性に左右されますが、40 Ar/ 39 Ar年代測定などの同位体比を用いた放射年代測定によって決定され、玄武岩が固まった年代を特定するために使用できます。CRBG鉱床では、40 K崩壊によって生成される40 Arは、溶融物が固まった後にのみ蓄積されます。[22]
磁気層序学も年代を決定するのに使われます。この技術は、CRBG層の磁気極性帯のパターンを磁気極性の時間スケールと比較することによって行います。サンプルを分析して、地層が堆積した時点での地球の磁場からの特徴的な残留磁化を決定します。これが可能なのは、磁性鉱物が溶融物中に沈殿（結晶化）すると、地球の現在の磁場と一致するためです。[23]
スティーンス玄武岩は、およそ 1500 万年前に起こった地球の磁気反転の非常に詳細な記録をとらえている。1 万年の間に 130 以上の流れが固まった。およそ 75 年に 1 つの流れが固まったことになる。各流れが約 500 °C (932 °F) 以下に冷却されると、磁場の方向 (通常、反転、またはいくつかの中間位置のいずれか) が記録された。流れのほとんどは単一の磁気方向で凍結した。しかし、上部と下部の表面の両方から徐々に中心に向かって凍結する流れのいくつかは、凍結時に磁場の方向の大幅な変化をとらえた。観測された方向の変化は、15 日間で 50⁰ と報告された。[24]
主な流れ
スティーンス玄武岩
スティーンズ玄武岩流は、オレゴン高原の約 50,000 km 2 (19,000 平方マイル) を、最大 1 km (3,300 フィート) の厚さのセクションで覆っています。この流域には、CRBG 大規模火成岩地域の最も古い噴火が確認されています。オレゴン高原の大部分を覆うスティーンズ玄武岩の模式地は、玄武岩の複数の層を示すスティーンズ山の約 1,000 m (3,300 フィート) の斜面です。コロンビア川玄武岩群の一部であると考えられている最も古い流域であるスティーンズ玄武岩には、地理的には離れているものの、ほぼ同時に発生した流域が含まれています。スティーンズ山の北にあるより古いイムナハ玄武岩は、化学的に異なるスティーンズ玄武岩の最下層流を覆っています。そのため、イムナハの一部の流域は、最下層のスティーンズ玄武岩よりも地層学的に新しいものです。[25]
地磁気の反転は、 40 Ar/ 39 Ar年代と地磁気極性タイムスケールを用いて測定したところ、約1670万年前のスティーンズ玄武岩の噴火時に発生した。[26]スティーンズ山と、その南東70～90km（43～56マイル）西にあるキャットローピークとポーカージムリッジのオレゴン高原洪水玄武岩の関連セクションは、火山岩で報告された磁場反転データ（反転から正常への極性遷移）の中で最も詳細なデータを提供している。[27]
スティーンズ玄武岩流に関連する供給岩脈群の観察された傾向は、CRBGに関連する他の岩脈群の傾向とは異例であると考えられています。これらの群は、N20°Eの維持された傾向を特徴とし、ネバダ剪断帯の北方への延長をたどり、地域規模でこの帯を通るマグマの上昇に起因すると考えられています。[28]
イムナハ玄武岩
最も古い流れとほぼ同時期に、オレゴン州北東部全域でイムナハ玄武岩の流れが湧き出しました。この期間に26回の主要な流れがあり、およそ15,000年に1回の割合です。これは全流れの約10％に相当すると推定されていますが、最近の流れの下に埋もれており、目に見える場所は限られています。[29]ワローワ郡のイムナハ川とスネーク川の下流のベンチに沿って見ることができます。[30]
インナハ溶岩はK-Ar法で年代測定されており、幅広い年代を示している。最も古いものは1767±32万年前で、新しい溶岩流は1550±40万年前までの範囲である。インナハ玄武岩は下層スティーンズ玄武岩を覆っているが、上層スティーンズ玄武岩と重なり合っていると示唆されている。[31]
グランドロンド玄武岩
次に古い溶岩流は、1,700万年前から1,560万年前のもので、グランド・ロンド玄武岩を構成しています。グランド・ロンド玄武岩内のユニット（溶岩流域）には、マイヤーリッジユニットとセンチネルブラフユニットがあります。地質学者は、グランド・ロンド玄武岩が全溶岩量の約85パーセントを占めると推定しています。ジョセフ、エンタープライズ、トロイ、ワラワラ付近のチーフ・ジョセフ岩脈群と呼ばれる多数の岩脈が特徴で、これらの岩脈を通じて溶岩の湧昇が起こりました（推定では、このような岩脈は最大20,000あります）。岩脈の多くは、幅5〜10メートル（16〜33フィート）、長さ10マイル（16キロメートル）にも及ぶ割れ目であり、大量のマグマの湧昇を可能にしました。溶岩の多くは北に流れてワシントンに入り、コロンビア川の水路を下って太平洋に流れました。この膨大な流れがコロンビア川台地を形成した。この流れの重さ（および下にあるマグマ溜まりの空）によってワシントン州中央部が沈下し、ワシントン州に広大なコロンビア盆地が形成された。[32] [33]この層の典型地質はグランド・ロンド川の峡谷である。グランド・ロンドの玄武岩の流れと岩脈は、オレゴン州道3号線沿いのジョセフ・キャニオンの露出した2,000フィート（610メートル）の壁にも見られる。[34]
グランド・ロンド玄武岩流は、カスケード山脈の西にあるコロンビア川の先祖代々の水路を流れ下った。クラカマス川沿いや、滝がグランド・ロンド玄武岩の複数の層を越えて流れ落ちるシルバーフォールズ州立公園で露出しているのが見られる。ポートランドの西側にあるテュアラティン山脈では、8つの流水の証拠が見つかる。 [35]
個々の流出には大量の玄武岩が含まれていた。センチネルブラフス層のマッコイキャニオン流出では、厚さ10～60メートル（33～197フィート）の層に4,278 km 3（1,026 cu mi）の玄武岩が流出した。ウムタナム流出では、深さ50メートル（160フィート）の層に2,750 km 3 （660 cu mi）と推定されている。ティーピービュート層のプルイットドロー流出では、厚さ100メートル（330フィート）の玄武岩層を含む約2,350 km 3 （560 cu mi）が流出した。 [36]
ワナパム玄武岩
ワナパム玄武岩は、エックラー山部層（1560万年前）、フレンチマンスプリングス部層（1550万年前）、ローザ部層（1490万年前）、プリーストラピッズ部層（1450万年前）で構成されています。[37]これらはオレゴン州ペンドルトンとワシントン州ハンフォードの間の噴出孔から発生しました。
フレンチマンスプリングス層はグランドロンド玄武岩と同様の経路をたどったが、異なる化学的特徴で識別できる。西に太平洋まで流れ、コロンビア渓谷、クラカマス川上流、オレゴンシティの南の丘陵地帯で見られる。[38]そして西はオレゴン州ニューポート近郊のヤキナヘッドまで750km（470マイル）の距離に及ぶ。[39]
サドル山脈玄武岩
サドル山脈で顕著に見られるサドル山脈玄武岩は、ユマティラ層、ウィルバークリーク層、アソティン層（1300万年前）、ヴァイセンフェルスリッジ層、エスクアツェル層、エレファントマウンテン層（1050万年前）、バジフォード層、アイスハーバー層（850万年前）、およびロワーモニュメンタル層（600万年前）で構成されています。[40]
関連する地質構造
オレゴン州高地溶岩平原
キャンプとロス（2004）は、オレゴン高溶岩平原は、同じ起源を持つ相補的な伝播流紋岩噴火システムであると観察した。2つの現象は同時に発生し、高溶岩平原は約10Ma以来西方向に伝播し、スネークリバー平原は東方向に伝播した。[41]
参照
ウィキメディア・コモンズには、コロンビア川玄武岩層の構成岩に関連するメディアがあります。
参考文献
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには
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- USGS - コロンビア高原のページ
- ルーズベルト湖国立レクリエーションエリアの地質 - (このページの大部分の出典)
- USGS オレゴン水科学センター - オレゴンのコロンビア川玄武岩群
- 火山の世界: コロンビア川洪水玄武岩地域のページ