大規模な火成岩地域

大規模火成岩区( LIP )は、マグマが地殻を通って地表に向かって移動するときに発生する、貫入岩(岩床、岩脈) と噴出岩(溶岩流、テフラ堆積物)を含む火成岩の極めて大規模な集積です。LIP の形成は、マントルプルームや分岐プレートテクトニクスに関連するプロセスに起因すると様々に考えられています。^{[1]過去 5 億年間の LIP のいくつかの形成は、}大量絶滅や急速な気候変化と一致しており、因果関係について多くの仮説が立てられています。LIP は、現在活動している他の火山や火山系とは根本的に異なります。

1992年、コフィンとエルドホルムは当初、「大規模火成岩地域」という用語を、面積が10万km2を超えるさまざまな苦鉄質火成岩地域を表すものとして定義し、^「主に苦鉄質（マグネシウムと鉄に富む）の噴出岩と貫入岩の大規模な地殻定置部であり、「通常の」海底拡大以外のプロセスによって発生したもの」としました。^{[2] [3] [4]}この最初の定義には、大陸洪水玄武岩、海洋台地、大規模な岩脈群（火山地域の浸食された根）、火山リフト縁辺が含まれていました。苦鉄質玄武岩の海底や「通常の」プレートテクトニクスによるその他の地質学的産物は、定義に含まれていませんでした。^[5]これらのLIPのほとんどは玄武岩で構成されていますが、一部には大量の流紋岩が含まれています（米国西部のコロンビア川玄武岩群など）。流紋岩は島弧流紋岩に比べて通常非常に乾燥しており、噴火温度は通常の流紋岩よりもはるかに高い（850℃から1000℃）。インドの玄武岩デカントラップのように地理的に無傷のLIPもありますが、中央大西洋マグマ地域のようにプレート運動によって断片化され分離されたものもあります。中央大西洋マグマ地域の一部はブラジル、北米東部、アフリカ北西部に分布しています。^[6]

2008年、ブライアンとアーンストは定義をいくらか絞り込み、「大規模火成岩地域とは、面積が>1 × 10 ⁵  km ²、火成岩量 >1 × 10 ⁵  km ^{3 で}、最大寿命が約 50 Myr で、プレート内構造または地球化学的類似性を持ち、短期間 (約 1～5 Myr) の火成活動によって特徴付けられ、その間に火成岩の総量の大部分 (> 75%) が堆積している。これらは主に苦鉄質であるが、超苦鉄質および珪長質の成分も大きく含み、珪長質マグマ活動が支配的な場合もある。」この定義は、LIP イベントのマグマ堆積率が高いという特徴に重点を置いたもので、海山、海山群、海底海嶺、異常な海底地殻は除外されている。^[7]

その後、定義は拡張され、洗練され、現在も作業が続けられています。LIP の新しい定義には、南米のアンデス山脈や北アメリカ西部に見られるような大規模な花崗岩質地域が含まれています。技術的な議論に焦点を当てるために、包括的な分類法が開発されました。LIP を大規模火山性地域 (LVP) と大規模深成岩質地域 (LPP) にサブカテゴリ化することや、通常のプレートテクトニクスのプロセスによって生成された岩石を含めることが提案されていますが、これらの修正は一般に受け入れられていません。^[8] LIP は現在、塩基性岩だけでなく、あらゆる種類の火成岩の大規模な領域を説明するためにも頻繁に使用されています。さらに、LIP として含められる最小閾値は 50,000 km ²に引き下げられました。^[8]地球化学に重点を置いた作業用分類法は次のとおりです。

• 大規模火山地域 (LVP)
  • 大規模流紋岩地域 (LRP)
  • 大規模安山岩地域 (LAP)
  • 大規模玄武岩質岩石地域 (LBP): 海洋性または大陸性の洪水玄武岩
  • 大規模玄武岩流紋岩地域 (LBRP)
• 大規模深成岩地域 (LPP)
  • 大規模花崗岩地域 (LGP)
  • 大規模な塩基性深成岩地域

大規模な火成岩地域は短命の火成活動中に形成され、その結果、比較的急速かつ大量の火山岩と貫入火成岩が蓄積するため、研究の価値があります。LIP は大量絶滅や地球規模の環境および気候の変化との関連が示唆されています。マイケル・ランピーノとリチャード・ストザーズは、過去 2 億 5 千万年間に発生した11 の異なる洪水玄武岩エピソードを挙げています。これらのエピソードにより、火山地域と海洋台地が形成され、大量絶滅が同時に発生しました。 ^{[9]このテーマは、}生層序学、火山学、変成岩学、地球システムモデリングなどの地球科学分野を橋渡しする幅広い研究分野に発展しました。

LIP の研究には経済的な意味合いがある。研究者の中には LIP を炭化水素の閉じ込めと関連付ける人もいる。^[要出典] LIPは銅・ニッケルおよび鉄の経済的集中と関連している。^{[10]また、}白金族元素の鉱床を含む主要な鉱物地域の形成と関連しており、珪質 LIP では銀と金の鉱床も見られる。 ^[5]チタンとバナジウムの鉱床も LIP に関連して発見されている。^[11]

地質学的記録におけるLIPは、水圏と大気圏に大きな変化をもたらし、大きな気候変化や、おそらくは種の大量絶滅につながっています。^{[5]これらの変化のいくつかは、}岩石圏から大気圏への温室効果ガスの急速な放出に関連していました。したがって、LIPによって引き起こされた変化は、現在および将来の環境変化を理解するための事例として使用できます。

プレートテクトニクス理論は、プレート間の相互作用を利用して地形を説明します。プレート間の相互作用は、下層のマントル内の流れによって生じる粘性応力の影響を受けます。マントルは非常に粘性が高いため、マントルの流量は脈動して変化し、それがリソスフェアに小さな振幅の長波長のうねりとして反映されます。マントルの流れとリソスフェアの標高の相互作用がLIPの形成にどのように影響するかを理解することは、過去のマントルのダイナミクスを理解する上で重要です。^[12] LIPは、大陸の分裂、大陸の形成、上部マントルからの新しい地殻の追加、および超大陸サイクルのサイクルにおいて重要な役割を果たしてきました。^[12]

地球は、液体の核の上にある固体の対流マントルに浮かぶ、個別の移動するテクトニックプレートでできた外殻を持っています。マントルの流れは、沈み込み中の冷たいテクトニックプレートの下降と、それに伴う下層からの熱い物質のマントルプルームの上昇によって駆動されます。地球の表面は、相互作用するテクトニックプレートの伸張、厚化、曲がりを反映しています。^[13]

海洋プレートの湧昇、拡大、沈み込みによる形成は、プレートテクトニクスの基本的な原理として広く受け入れられており、高温のマントル物質の湧昇と低温の海洋プレートの沈み込みがマントル対流を駆動する。このモデルでは、プレートテクトニクスプレートは中央海嶺で分岐し、高温のマントル岩石が空間を埋めるために上昇する。プレートテクトニクスのプロセスは、地球の火山活動の大部分を占めている。^[14]

対流によって引き起こされる運動の影響以外にも、深部プロセスは地表地形に他の影響を及ぼします。対流循環は地球のマントル内で湧昇と沈降を引き起こし、それが局所的な地表レベルに反映されます。上昇するプルーム状の高温のマントル物質は、地殻プレートの下で放射状に広がり、隆起領域を引き起こします。^[13]これらの上昇するプルームは、LIPの形成に重要な役割を果たします。

形成された LIP は、面積が数百万平方キロメートル、体積が 100 万立方キロメートル程度になることがよくあります。ほとんどの場合、玄武岩 LIP の体積の大部分は 100 万年未満で形成されます。このような LIP の起源に関する難問の 1 つは、中央海嶺玄武岩よりも最大 1 桁も大きい流出速度で、非常に大量の玄武岩マグマが短期間でどのように形成され、噴出するのかを理解することです。多くの、またはすべての LIP の起源は、マントルプルーム、プレートテクトニクスに関連するプロセス、または隕石の衝突 など、さまざまな原因が考えられています。

地球上の火山活動のほとんどは沈み込み帯や海洋中央海嶺と関連しているが、プレートテクトニクスとは間接的にしか関係のない、長期間にわたって広範囲に火山活動が続くホットスポットと呼ばれる地域も存在する。太平洋プレート上にあるハワイ・天皇海山列はその一例で、ハワイホットスポット上をプレートが移動するにつれて、何百万年にもわたる相対運動をたどっている。世界中で、さまざまな大きさや年代の多数のホットスポットが確認されている。これらのホットスポットは、互いに対してはゆっくりと移動するが、テクトニックプレートに対しては桁違いに速く移動する。このことから、ホットスポットがテクトニックプレートに直接関連していないことが分かる。^[14]

ホットスポットの起源については議論が続いている。地球の表面に達するホットスポットには、3つの異なる起源があると考えられる。最も深いものは、おそらく下部マントルと核の境界から生じている。約15～20%は、年代が進むにつれて直線的に連なる海山の存在、軌跡の起源地点のLIP、軌跡の現在の位置より下で高温であることを示す低いせん断波速度、および深部起源と一致すると判断される3Heと4Heの比率などの特徴がある。^{ピトケアン}、^サモア、タヒチのホットスポットなど、その他のホットスポットは、マントル内の大規模で一時的な高温の溶岩ドーム（スーパースウェルと呼ばれる）の頂上から生じていると思われる。残りは上部マントルから生じているようで、沈み込むリソスフェアの崩壊の結果であると示唆されている。^[15]

地震波トモグラフィーを用いた既知のホットスポット（イエローストーンやハワイなど）の下の領域の最近の画像化では、比較的狭く深部起源の対流プルームが、それらが埋め込まれている大規模なプレートテクトニック循環と比較すると領域が限られていることを裏付ける証拠が次々と得られています。画像では、結晶構造の変化が起こると予測される深さでさえ、さまざまな量の高温物質を伴う連続的ではあるが複雑な垂直経路が明らかになっています。^{[16] [説明が必要]}

プルームモデルに代わる主要なモデルは、プレート関連の応力によって岩石圏が破壊され、浅い不均質な源から溶融物が地表に到達するというモデルである。LIPを形成する大量の溶融物質は、プレート運動を駆動する対流に続いて上部マントルの対流によって引き起こされると仮定されている。^[17]

地球化学的証拠は、地球のマントル内で約45億年間生き延びた初期に形成された貯留層を支持すると提案されている。溶融物質はこの貯留層から発生したと仮定され、約6000万年前にバフィン島の洪水玄武岩を形成した。オントンジャワ高原の玄武岩は、初期地球の貯留層に提案されているのと同様の同位体および微量元素の特徴を示している。^[18]

地球の反対側に位置するホットスポットとLIPのペアが7組確認されている。分析によると、この一致した反対側の位置はランダムである可能性が非常に低い。ホットスポットのペアには、海洋ホットスポットの反対側にある大陸火山活動を伴う大規模な火成岩地域が含まれる。大型隕石の海洋衝突は、エネルギーを地震波に変換する効率が高いと予想される。これらの波は世界中に伝播し、反対側の位置の近くに再収束する。地震波の速度は波が伝播する経路の特性に応じて変化するため、小さな変動が予想される。波が反対側の位置に集中すると、焦点の地殻に大きなストレスがかかり、それを破壊して反対側のペアを形成すると予想される。隕石が大陸に衝突すると、運動エネルギーを地震エネルギーに変換する効率が低いため、反対側のホットスポットは形成されないと予想される。^[17]

ホットスポットとLIPの形成に関する2番目の衝突関連モデルが提案されており、小規模なホットスポット火山活動は大型天体の衝突地点で発生し、洪水玄武岩火山活動は集中した地震エネルギーによって反対側で引き起こされたというものである。このモデルは、衝突は一般的に地震学的にあまりに非効率的であると考えられており、インドのデカン高原はメキシコのチクシュルーブ衝突の反対側ではなかった（そして数百万年前に噴火を開始した）ため、異議を唱えられてきた。さらに、溶融シートに関連しない衝突誘発性火山活動の明確な例は、既知の陸上クレーターでは確認されていない。^[17]

空中に広がる岩脈群、岩床地域、および大規模な層状の超塩基性岩の貫入は、他の証拠が現在観察されていない場合でも、LIPの指標となります。古いLIPの上部玄武岩層は、浸食によって除去されたか、層の形成後に発生したプレート衝突によって変形した可能性があります。これは、古生代や原生代などの初期の時代に特に可能性が高いです。^[7]

長さ 300 km を超える巨大な岩脈群^[19]は、侵食が激しい LIP の一般的な記録です。放射状と線状の両方の岩脈群構成が存在します。面積が 2,000 km を超える放射状群と 1,000 km を超える線状群が知られています。線状岩脈群は、線状フィールドの幅が 100 km 未満の場合に特に、母岩に比べて岩脈の割合が高いことがよくあります。岩脈の典型的な幅は 20～100 m ですが、幅が 1 km を超える超塩基性岩脈も報告されています。^[7]

岩脈は典型的には亜垂直から垂直である。上向きに流れる（岩脈を形成する）マグマが堆積物の層間などの水平境界または弱点に遭遇すると、マグマは水平に流れて岩床を形成する。一部の岩床地域は面積が1000 kmを超える。^[7]

関連する岩脈から本質的に同時期に（数百万年以内に）形成された一連の関連する岩床は、その面積が十分に大きい場合、LIP を構成します。例には次のものがあります。

• ウィナガミ岩床群（カナダ、アルバータ州北西部）
• ブッシュフェルト火成岩複合体（南アフリカ）

火山リフト縁辺部は、大規模な火成岩地域の境界に見られます。火山縁辺部は、リフト形成に伴ってマントルが大きく溶融し、大陸の分裂前および/または分裂中に火山活動が起こったときに形成されます。火山リフト縁辺部の特徴は、溶岩流、岩床、岩脈、斑れい岩などの玄武岩質火成岩で構成された遷移地殻、大量の玄武岩流、分裂初期に回転した玄武岩流の海に傾斜した反射体シーケンス、分裂中および分裂後の限られた受動的縁辺の沈下、および低温で高密度の媒体を示す、下部地殻体で異常に高い地震 P 波速度を示す下部地殻の存在です。

主要なホットスポットの初期の火山活動は、深部マントルプルームに起因すると想定されており、洪水玄武岩を伴うことが多い。これらの洪水玄武岩の噴火は、現代の火山活動で見られる速度を大幅に上回る速度で堆積した玄武岩質溶岩の大規模な集積をもたらした。洪水玄武岩の火山活動の後には、大陸の裂け目がよく起こる。洪水玄武岩地域は、大陸だけでなく海洋盆地でも、初期のホットスポット活動の結果として発生することがある。ホットスポットを大規模な火成岩地域の洪水玄武岩まで遡ることは可能であり、以下の表は、大規模な火成岩地域と特定のホットスポットの軌跡を相関させている。^{[20] [21]}

LIP の噴火または堆積は、場合によっては海洋無酸素イベントおよび絶滅イベントと同時に発生したようです。最も重要な例としては、デカン・トラップ (白亜紀 - 古第三紀絶滅イベント)、カルー・フェラー (プリエンスバッハ - トアルシアン絶滅イベント)、中央大西洋マグマ地域 (三畳紀 - ジュラ紀絶滅イベント)、およびシベリア・トラップ(ペルム紀 - 三畳紀絶滅イベント) があります。

LIPsと絶滅イベントの関連性を説明するために、いくつかのメカニズムが提案されています。玄武岩LIPsが地球の表面に噴火すると、大量の硫酸ガスが放出され、大気中に硫酸が形成されます。これが熱を吸収し、大幅な冷却を引き起こします（例： 1783年のアイスランドのラキ噴火）。海洋LIPsは、熱水中の金属との直接酸化反応、または大量の酸素を消費する藻類ブルームを引き起こすことによって、海水中の酸素を減少させる可能性があります。^[28]

大規模な火成岩地域は、以下を含むいくつかの種類の鉱床と関連しています。

• ニッケル-銅 白金族
• 斑岩
• 酸化鉄 銅 金
• キンバーライト

全有機炭素（Hg/TOC）に対する水銀の濃縮は、地質学的記録における大規模な火山活動を検出するために使用される一般的な地球化学的指標であるが、その確実性は疑問視されている。^[29]

これらの LIP は主に珪長質物質で構成されています。例としては次のようなものがあります。

• ウィットサンデー
• シエラマドレオクシデンタル (メキシコ)
• マラニ
• チョン・アイケ（アルゼンチン）
• ゴーラー（オーストラリア）

これらの LIP は主に安山岩質材料 で構成されています。例としては次のようなものがあります。

• インドネシアや日本などの島弧
• アンデス山脈やカスケード山脈などの活発な大陸棚
• アナトリア・イラン地域などの大陸衝突帯

このサブカテゴリには、元の LIP 分類に含まれる地域のほとんどが含まれます。大陸洪水玄武岩、海洋洪水玄武岩、および拡散地域で構成されています。

• エチオピア・イエメン大陸洪水玄武岩
• コロンビア川玄武岩群
• デカントラップ（インド）
• コッパーマイン川群（カナダ楯状地）
• 北アメリカ、五大湖地域、大陸中部地溝帯
• パラナ州とエテンデカの罠（パラナ州、ブラジル～ナミビア北東部）
• ブラジル高地
• リオ・デ・ラ・プラタ・クラトン（ウルグアイ）
• カルー フェラー(南アフリカ – 南極大陸)
• シベリアトラップ（ロシア）
• 峨眉山トラップ（中国西部）
• 中央大西洋マグマ地域（米国東部およびカナダ、南アメリカ北部、アフリカ北西部）
• 北大西洋火成岩地域（グリーンランド、アイスランド、アイルランド、スコットランド、フェロー諸島の玄武岩を含む）
• 高緯度北極圏大火成岩地域（エルズミーア島火山岩、ストランドフィヨルド層、アルファ海嶺、フランツヨーゼフ諸島、スヴァールバル諸島を含む）

• アゾレス諸島高原（大西洋）
• ランゲリア テレーン(アラスカおよびカナダ)
• カリブ海の大火成岩地域（カリブ海）
• ケルゲレン高原(インド洋)
• アイスランド高原（大西洋）
• オントンジャワ高原、マニヒキ高原、ヒクランギ高原（南西太平洋）
• ジェイムソンランド

• スネークリバー平原 - オレゴン高地溶岩平原^[37]
• ドンガルガル、インド^[37]

• 赤道大西洋マグマ地域

• パタゴニア
• ペルー・チリ・バソリス
• コーストレンジバソリス（米国北西部）

• ガウラー山脈火山岩類^[38]
  • ヒルタバ スイート
  • ゴーラー山脈、南オーストラリア

• 地質区
• 洪水玄武岩地域一覧
• 造山運動
• 火山および火成岩の配管システム

• アンダーソン、DL ( 2005 年 12 月)。「大規模火成岩地域、層間剥離、肥沃なマントル」。Elements . 1 ( 5): 271–275。Bibcode : 2005Eleme ...1..271A。doi :10.2113/gselements.1.5.271。S2CID 55216047  。
• Baragar, WRA; Ernst, RE; Hulbert, L.; Peterson, T. (1996). 「カナダ楯状地北西部のマッケンジー岩脈群集における石油化学の縦断的変化」J. Petrol . 37 (2): 317–359. Bibcode :1996JPet...37..317B. doi : 10.1093/petrology/37.2.317 .
• Campbell, IH (2005 年 12 月)。「大規模火成岩地域とプルーム仮説」。Elements . 1 ( 5): 265–269. doi :10.2113/gselements.1.5.265. S2CID  129116215。
• Cohen, B.; Vasconcelos, PMD; Knesel, KM (2004)。「クイーンズランド州南東部の第三紀マグマ活動」。ダイナミック アース: 過去、現在、未来。第 17 回オーストラリア地質学会議、2004 年 2 月 8 ～ 13 日、タスマニア州ホバート。オーストラリア地質学会。p. 256。
• Ernst, RE; Buchan , KL; Campbell, IH (2005 年 2 月)。A. Kerr、R. England、P. Wignall (編)。「大規模火成岩地域の研究の最前線」。Lithos。79 ( 3–4 ) : 271–297。Bibcode :2005Litho..79..271E。doi : 10.1016/j.lithos.2004.09.004。
• 「大規模火成岩地域委員会: 大規模火成岩地域記録」。国際火山学・地球内部化学協会。2007 年 11 月 8 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
• Jones, AP (2005 年 12 月)。「隕石の衝突が大規模な火成岩地域の誘因となる」。Elements . 1 ( 5): 277–281。Bibcode : 2005Eleme ...1..277J。doi :10.2113/gselements.1.5.277。
• Marsh, JS; Hooper, PR; Rehacek, J; Duncan, RA; Duncan, AR (1997)。「レソトのカルー玄武岩の層序と年代、およびカルー火成岩地域内の相関関係への影響」。Mahoney JJ; Coffin MF (編)。大規模火成岩地域: 大陸、海洋、および惑星の洪水火山活動。地球物理学モノグラフ。第 100 巻。ワシントン DC: アメリカ地球物理学連合。pp. 247–272。ISBN 978-0-87590-082-7。
• Peate, DW (1997)。「パラナ-エテンデカ地域」。Mahoney JJ、Coffin MF (編)。「大規模火成岩地域: 大陸、海洋、惑星の洪水火山活動」。地球物理学モノグラフ。第 100 巻。ワシントン DC: アメリカ地球物理学連合。pp. 247–272。ISBN 978-0-87590-082-7。
• Ratajeski, K. (2005 年 11 月 25 日)。「白亜紀のスーパープルーム」。
• Ritsema, J.; van Heijst, HJ; Woodhouse, JH (1999). 「アフリカとアイスランドの地下で撮影された複雑なせん断波速度構造」. Science . 286 (5446): 1925–1928. doi :10.1126/science.286.5446.1925. PMID  10583949. S2CID  46160705.
• Saunders, AD (2005 年 12 月)。「大規模火成岩地域: 起源と環境への影響」。Elements . 1 ( 5 ): 259–263。Bibcode :2005Eleme...1..259S。doi : 10.2113/gselements.1.5.259。S2CID 10949279  。
• Segev, A (2002). 「洪水玄武岩、大陸の分裂、ゴンドワナ大陸の分散：マントルの湧昇流（プルーム）の周期的移動の証拠」EGU Stephan Mueller 特別出版シリーズ2 : 171–191. Bibcode :2002SMSPS...2..171S. doi : 10.5194/smsps-2-171-2002 .
• Wignall, P (2005 年 12 月)。 「大規模火成岩地域の噴火と大量絶滅の関連性」。Elements . 1 ( 5): 293–297。Bibcode :2005Eleme...1..293W。doi :10.2113/gselements.1.5.293。

• 大火成岩地域委員会
• マントルプラムズ