大規模火成岩地域

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）噴出岩と貫入岩の大規模な地殻貫入であり、『通常の』海底拡大以外のプロセスによって形成された」としました。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}この当初の定義には、大陸洪水玄武岩、海洋台地、大規模な岩脈群（火山地域の侵食された根）、火山性リフト縁辺部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のその他の地質学的産物は、この定義には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付随しています(例えば、米国西部のコロンビア川玄武岩群)。流紋岩は、島弧流紋岩に比べて非常に乾燥しており、通常の流紋岩よりもはるかに高い噴火温度 (850  °C ～ 1000  °C) を示します。一部の LIP は、インドの玄武岩質のデカン・トラップのように地理的にそのまま残っていますが、中央大西洋マグマ地帯のようにプレート運動によって断片化され、分離しているものもあります。中央大西洋マグマ地帯の一部は、ブラジル、北米東部、北西アフリカに分布しています。^{[ 6 ]}

2008年、ブライアンとエルンストは定義をいくらか狭めるために改良した。「大規模火成岩地域は、面積が一定以上のマグマ地域である >1 × 10 ⁵  km ²、火成岩体積 >1 × 10 ⁵  km ³の規模で、最大寿命が約 50 Myr であり、プレート内テクトニクス環境または地球化学的親和性を持ち、短期間 (約 1 ～ 5 Myr) の火成パルスによって特徴付けられ、その間に総火成体積の大部分 (>75%) が定置される。これらは主に苦鉄質であるが、かなりの超苦鉄質および珪長質成分も含む場合があり、一部は珪長質マグマ活動が支配的である。」この定義は、LIP イベントの高いマグマ定置率特性を強調し、海山、海山群、海底山脈、異常な海底地殻を除外している。^{[ 7 ]}

その後、定義は拡張・洗練され、現在も進行中である。LIPの新しい定義には、南米アンデス山脈や北米西部に見られるような大規模な花崗岩地域が含まれる。技術的な議論を集中させるために、包括的な分類体系が開発されている。LIPを大規模火山地域（LVP）と大規模深成岩地域（LPP）に細分化し、通常のプレートテクトニクス過程によって生成された岩石を含めることが提案されているが、これらの修正は一般的に受け入れられていない。^{[ 8 ]} LIPは現在、苦鉄質岩だけでなく、あらゆる種類の火成岩の広大な地域を記述するためにも頻繁に使用されている。さらに、LIPとして含められる最小閾値は50,000  km ²に引き下げられた。^{[ 8 ]}地球化学に重点を置いた作業分類体系は以下のとおりである。

• 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）
  • 大規模玄武岩地域（LBP）：海洋性または大陸性洪水玄武岩
  • 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）
  • 大規模な苦鉄質深成岩地域

大規模火成岩地域は、火山岩や貫入岩が比較的短期間で大量に堆積する火成活動中に形成されるため、研究に値する。LIPは、大量絶滅や地球規模の環境および気候変動との関連が確認されている、または可能性のある。マイケル・ランピーノとリチャード・ストザーズは、過去2億5000万年の間に発生した11の異なる洪水玄武岩エピソードを挙げ、これらは火山地域と海洋台地を形成し、大量絶滅と同時期に発生したとしている。 ^{[ 9 ]}このテーマは、生物層序学、火山学、変成岩石学、地球システムモデリングなどの地球科学分野を結びつける、幅広い研究分野に発展した。

LIPの研究は経済的な意味合いを持つ。一部の研究者は、LIPを捕捉された炭化水素と関連付けている。LIPは銅・ニッケルや鉄の経済的に重要な濃集と関連し​​ている。^{[ 10 ]}また、LIPは白金族元素鉱床や、珪質LIPでは銀や金鉱床を含む主要な鉱物地域形成とも関連している。 ^{[ 5 ]}チタンやバナジウムの鉱床もLIPと関連して発見されている。^{[ 11 ]}

地質記録に残る大規模火成岩岩体（LIP）は、水圏と大気圏に大きな変化をもたらし、大規模な気候変動や種の大量絶滅を引き起こした可能性がある。^{[ 5 ]}これらの変化の一部は、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る。

プレートテクトニクス理論は、地殻プレート間の相互作用によって地形が説明され、その相互作用は、下部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、マントルの流れの速度はパルス状に変化し、それがリソスフェアに小振幅で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についての洞察を得る上で重要です。^{[ 12 ]} LIPは、大陸分裂、大陸形成、上部マントルからの新しい地殻の付加、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 ]}

地球上の火山活動のほとんどは沈み込み帯や中央海嶺に関連しているが、プレートテクトニクスとは間接的にしか関係のない、長期間にわたる広範囲な火山活動の重要な領域、ホットスポットが存在する。太平洋プレート上に位置するハワイ・天皇海山列はその一例であり、プレートがハワイホットスポット上を移動する際の数百万年にわたる相対運動をたどることができる。世界中で、さまざまな規模と年代のホットスポットが多数確認されている。これらのホットスポットは互いに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しており、テクトニックプレートと直接関連していないことの証拠となっている。^{[ 14 ]}

ホットスポットの起源は依然として議論の的となっている。地球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可能性がある。最も深いものは、おそらく下部マントルと核の境界から発生している。約15～20%は、年代が増加する海山列の存在、トラックの発生地点における大規模火成岩岩体（LIP）、トラックの現在の位置より下方の高温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の比率などの特徴を持っている。ピトケアン、サモア、タヒチのホットスポットなどの他のものは^、マントル^内の大規模で一時的な高温溶岩ドーム（スーパースウェルと呼ばれる）の頂上から発生しているように見える。残りは上部マントルから発生しているように見え、沈み込むリソスフェアの分裂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（例えばイエローストーンやハワイ）の下の領域の最近の画像化により、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に比べて領域が限定されていることを裏付ける証拠が増えている。画像からは、結晶学的変化が起こると予測される深さであっても、さまざまな量の高温物質を含む連続的だが複雑な垂直経路が明らかになっている。^{[ 16 ]}

プルームモデルの主要な代替案は、プレート関連の応力によってリソスフェアが破断し、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、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おり、これはテクトニックプレート運動を駆動する対流に二次的に生じる。^{[ 17 ]}

地球化学的証拠は、地球のマントル内に約45億年間存在した初期に形成された貯留層の存在を裏付けていると提唱されている。溶融物質はこの貯留層から発生し、約6000万年前にバフィン島の洪水玄武岩を形成したと推測されている。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も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組確認されています。分析によると、この対蹠点の位置が偶然である可能性は非常に低いことが示されています。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位置する大陸火山活動を伴う大規模火成岩地域が含まれます。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ます。これらの波は世界中を伝播し、対蹠点付近で再び収束します。地震波の伝播経路の特性に応じて地震波速度が変化するため、わずかな変動が予想されます。波が対蹠点に集中すると、焦点の地殻に大きな応力がかかり、地殻が破壊されて対蹠点ペアが形成されると考えられています。隕石が大陸に衝突する場合、運動エネルギーから地震エネルギーへの変換効率が低いため、対蹠点ホットスポットは形成されないと予想されます。^{[ 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では、小規模なホットスポット火山活動が大型天体衝突地点で発生し、洪水玄武岩火山活動が対蹠地で集中した地震エネルギーによって引き起こされたとされている。このモデルは、衝突は一般的に地震学的に効率が悪すぎると考えられていること、インドのデカン・トラップはメキシコのチクシュルーブ衝突の対蹠地ではなく（そして数百万年前に噴火を開始した）、さらに溶融シートとは無関係な衝突誘発火山活動の明確な例が既知のどの地球上のクレーターでも確認されていないことから、異議を唱えられている。^{[ 17 ]}

 長さが 300 kmを超える巨大な岩脈群^{[ 19 ]}は、激しく侵食された LIP の一般的な記録です。放射状と線状の両方の岩脈群の構成が存在します。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、特に線状フィールドの幅が 100  km 未満の場合、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 を超える超苦鉄質 岩脈も報告されています。^{[ 7 ]}

岩脈は通常、ほぼ垂直から垂直です。上昇する（岩脈を形成する）マグマが、堆積物の層間などの水平境界や弱点に遭遇すると、マグマは水平方向に流れて岩床を形成することがあります。岩床地帯の中には、面積が 1000  km を超えるものもあります。^{[ 7 ]}

関連する岩脈からほぼ同時期（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、大規模火成岩岩体（LIP）を構成する。例としては、以下のようなものがある。

• ウィナガミ岩床複合体（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）

火山性リフト縁辺部は、大規模な火成岩地域の境界に見られます。火山性縁辺部は、大陸分裂の前および/または分裂中に火山活動が発生し、リフトがマントルの著しい融解を伴う場合に形成されます。火山性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からなる遷移地殻、大量の玄武岩流、分裂初期段階で回転した海側へ傾斜した玄武岩流の反射面シーケンス、分裂中および分裂後の受動縁辺部の沈降が限定的であること、そして下部地殻体において異常に高い地震P波速度を示す下部地殻が存在することです。これは、低温で密度の高い媒体の存在を示しています。

深部マントルプルームに起因すると想定される主要ホットスポットの初期火山活動には、洪水玄武岩が伴うことが多い。これらの洪水玄武岩噴火は、現代の火山活動で見られる速度をはるかに超える速度で大量の玄武岩質溶岩を堆積させている。洪水玄武岩火山活動の後には、大陸リフトが一般的に発生する。洪水玄武岩地域は、大陸だけでなく海洋盆地でも、初期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火成岩地域の洪水玄武岩まで遡って追跡することが可能であり、下の表は大規模火成岩地域と特定のホットスポットの軌跡との相関関係を示している。^{[ 20 ] [ 21 ]}

大規模火成岩岩体（LIP）の噴火や貫入は、場合によっては海洋無酸素事変や大量絶滅事変と同時に発生したと考えられている。最も重要な例としては、デカン・トラップ（白亜紀-古第三紀大量絶滅事変）、カルー・フェラー（プリンスバッキアン-トアルシアン大量絶滅事変）、中央大西洋マグマ岩体（三畳紀-ジュラ紀大量絶滅事変）、シベリア・トラップ（ペルム紀-三畳紀大量絶滅事変）、峨眉山トラップ（キャピタニアン大量絶滅事変）などが挙げられる。

LIPと絶滅事象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る。玄武岩質LIPが地表に噴出すると、大量の硫酸ガスが放出され、大気中で硫酸が形成される。これにより熱が吸収され、大幅な冷却が起こる（例： 1783年のアイスランドのラキ火山の噴火）。海洋LIPは、熱水流体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の異常繁殖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る。^{[ 28 ]}

大規模火成岩地域は、以下のようないくつかの鉱床タイプと関連付けられています。

• ニッケル-銅プラチナ族
• 斑岩
• 酸化鉄、銅、金
• キンバーライト

全有機炭素に対する水銀の濃縮度（Hg/TOC）は、地質記録における大規模火山活動を検出するために用いられる一般的な地球化学的指標であるが、その確実性には疑問が呈されている。 ^{[ 29 ]}

これらのLIPは主に珪長質物質で構成されています。例としては以下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・アイク（アルゼンチン）
• ゴーラー（オーストラリア）

これらの大規模火成岩岩体は、主に安山岩質の物質から構成されています。例としては、以下のようなものがあります。

• インドネシアや日本のような島弧
• アンデス山脈やカスケード山脈のような活発な大陸縁辺部
• アナトリア・イラン地域のような大陸衝突帯

このサブカテゴリーには、元のLIP分類に含まれるほとんどの地域が含まれます。大陸洪水玄武岩、海洋洪水玄武岩、および拡散地域から構成されています。

• スネークリバー平原 – オレゴン州高地溶岩平原^{[ 40 ]}
• インド、ドンガルガル^{[ 40 ]}

• 赤道大西洋マグマ岩石地域

• ゴーラー山脈の火山岩類^{[ 41 ]}
  • ヒルタバスイート
  • 南オーストラリア州ゴーラー山脈