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basalto de inundación

Moses Coulee en los EE. UU. muestra múltiples flujos de basalto de inundación del Grupo Basáltico del Río Columbia . El basalto superior es el Miembro Roza, mientras que el cañó...

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Moses Coulee en los EE. UU. muestra múltiples flujos de basalto de inundación del Grupo Basáltico del Río Columbia . El basalto superior es el Miembro Roza, mientras que el cañón inferior expone el basalto del Miembro Frenchmen Springs.

Un basalto de inundación (o basalto de meseta [ 1 ] ) es el resultado de una erupción volcánica gigante o una serie de erupciones que cubren grandes extensiones de tierra o el fondo oceánico con lava basáltica . Muchos basaltos de inundación se han atribuido al inicio de un punto caliente que llega a la superficie de la Tierra a través de una pluma del manto . [ 2 ] Las provincias de basalto de inundación, como las Trampas del Decán en la India, a menudo se denominan trampas , por la palabra sueca trappa (que significa "escalera"), debido a la geomorfología escalonada característica de muchos paisajes asociados.

Michael R. Rampino y Richard Stothers (1988) citaron once episodios distintos de basalto de inundación ocurridos en los últimos 250 millones de años, creando grandes provincias ígneas , mesetas de lava y cadenas montañosas . [ 3 ] Sin embargo, se han reconocido más, como la gran meseta de Ontong Java , [ 4 ] y el Grupo Chilcotin , aunque este último puede estar vinculado al Grupo Basáltico del Río Columbia .

Las grandes provincias ígneas se han relacionado con cinco eventos de extinción masiva , [ 5 ] y pueden estar asociadas con impactos de bólidos . [ 6 ]

Descripción

Basalto de las tierras altas de Etiopía
Edades de los eventos de basalto de inundación y mesetas oceánicas. [ 7 ]

Los basaltos de inundación son las rocas ígneas extrusivas más voluminosas , [ 8 ] formando enormes depósitos de roca basáltica [ 9 ] [ 10 ] que se encuentran en todo el registro geológico. [ 9 ] [ 11 ] Son una forma muy distintiva de vulcanismo intraplaca , [ 12 ] que se distingue de todas las demás formas de vulcanismo por los enormes volúmenes de lava que entran en erupción en intervalos de tiempo geológicamente cortos. Una sola provincia de basalto de inundación puede contener cientos de miles de kilómetros cúbicos de basalto que entraron en erupción en menos de un millón de años, con eventos individuales que erupcionan cientos de kilómetros cúbicos de basalto. [ 11 ] Esta lava basáltica altamente fluida puede extenderse lateralmente por cientos de kilómetros desde sus chimeneas de origen, [ 13 ] cubriendo áreas de decenas de miles de kilómetros cuadrados. [ 14 ] Las erupciones sucesivas forman gruesas acumulaciones de flujos casi horizontales, que entran en erupción en rápida sucesión sobre vastas áreas, inundando la superficie de la Tierra con lava a escala regional. [ 9 ] [ 15 ]

Estas vastas acumulaciones de basalto de inundación constituyen grandes provincias ígneas . Se caracterizan por formas de relieve de meseta, por lo que los basaltos de inundación también se describen como basaltos de meseta . Los cañones excavados en los basaltos de inundación por la erosión presentan pendientes escalonadas, donde las partes inferiores de los flujos forman acantilados y las partes superiores, o capas intercaladas de sedimentos, forman pendientes. En neerlandés se les conoce como trap o en sueco como trappa , término que ha llegado al inglés como trap rock , un término particularmente utilizado en la industria de las canteras. [ 15 ] [ 16 ]

El gran espesor de las acumulaciones de basalto, a menudo superior a 1000 metros (3000 pies) , [ 16 ] generalmente refleja una gran cantidad de flujos delgados, cuyo espesor varía de metros a decenas de metros, o más raramente hasta 100 metros (330 pies) . Ocasionalmente se encuentran flujos individuales muy gruesos. El flujo de basalto más grueso del mundo podría ser el Greenstone Flow de la península de Keweenaw en Michigan , EE. UU., que tiene 600 metros (2000 pies) de espesor. Este flujo podría haber formado parte de un lago de lava del tamaño del lago Superior . [ 13 ]   

La erosión profunda de los basaltos de inundación expone una gran cantidad de diques paralelos que alimentaron las erupciones. [ 17 ] Algunos diques individuales en la meseta del río Columbia tienen más de 100 kilómetros (60 millas) de longitud. [ 16 ] En algunos casos, la erosión expone conjuntos radiales de diques con diámetros de varios miles de kilómetros. [ 11 ] También pueden estar presentes sills debajo de los basaltos de inundación, como el Palisades Sill de Nueva Jersey , EE. UU. Las intrusiones laminares (diques y sills) debajo de los basaltos de inundación son típicamente de diabasa que coincide estrechamente con la composición de los basaltos de inundación suprayacentes. En algunos casos, la firma química permite conectar diques individuales con flujos individuales. [ 18 ] 

Características de menor escala

El basalto de inundación suele presentar diaclasas columnares , formadas a medida que la roca se enfriaba y contraía tras solidificarse a partir de la lava. La roca se fractura en columnas, generalmente con cinco o seis lados, paralelas a la dirección del flujo de calor que sale de la roca. Esta dirección suele ser perpendicular a las superficies superior e inferior, pero la infiltración irregular del agua de lluvia puede producir "dedos fríos" de columnas distorsionadas. Debido a que el flujo de calor que sale de la base del flujo es más lento que el de su superficie superior, las columnas son más regulares y grandes en el tercio inferior del flujo. La mayor presión hidrostática, debido al peso de la roca suprayacente, también contribuye a que las columnas inferiores sean más grandes. Por analogía con la arquitectura de los templos griegos, las columnas inferiores más regulares se describen como la columnata y las fracturas superiores más irregulares como el entablamento del flujo individual. Las columnas tienden a ser más grandes en los flujos más gruesos; las columnas del muy grueso Flujo de Piedra Verde alcanzan unos 10 metros (30 pies) de espesor. [ 19 ] 

Otra característica común a pequeña escala de los basaltos de inundación son las vesículas en forma de tallo de pipa . La lava de basalto de inundación se enfría muy lentamente, de modo que los gases disueltos en la lava tienen tiempo de liberarse en forma de burbujas (vesículas) que flotan hasta la superficie del flujo. La mayor parte del resto del flujo es masivo y carece de vesículas. Sin embargo, la lava que se enfría más rápidamente cerca de la base del flujo forma un delgado margen enfriado de roca vítrea, y la roca que cristaliza más rápidamente justo encima de este margen vítreo contiene vesículas atrapadas durante su rápida cristalización. Estas tienen una apariencia distintiva similar a la boquilla de una pipa de tabaco de arcilla , sobre todo porque la vesícula suele rellenarse posteriormente con calcita u otros minerales de color claro que contrastan con el basalto oscuro circundante. [ 20 ]

Petrología

A escalas aún menores, la textura de los basaltos de inundación es afanítica , compuesta por diminutos cristales entrelazados. Estos cristales entrelazados le confieren a la roca basáltica su tremenda dureza y durabilidad. [ 19 ] Los cristales de plagioclasa están incrustados o envueltos alrededor de cristales de piroxeno y están orientados aleatoriamente. Esto indica un emplazamiento rápido, de modo que la lava ya no fluye rápidamente cuando comienza a cristalizar. [ 13 ] Los basaltos de inundación están casi desprovistos de grandes fenocristales , cristales más grandes presentes en la lava antes de su erupción a la superficie, que a menudo se encuentran en otras rocas ígneas extrusivas. Los fenocristales son más abundantes en los diques que alimentaron la lava a la superficie. [ 21 ]

Los basaltos de inundación suelen ser toleítas de cuarzo . La toleíta de olivino (la roca característica de las dorsales oceánicas [ 22 ] ) es menos frecuente, y existen casos raros de basaltos alcalinos . Independientemente de su composición, los flujos son muy homogéneos y rara vez contienen xenolitos , fragmentos de la roca circundante ( roca encajante ) que han sido arrastrados por la lava. Debido a que las lavas tienen un bajo contenido de gases disueltos, la roca piroclástica es extremadamente rara. Excepto donde los flujos entraron en lagos y se convirtieron en lavas almohadilladas , los flujos son masivos (sin rasgos distintivos). Ocasionalmente, los basaltos de inundación se asocian con volúmenes muy pequeños de dacita o riolita (roca volcánica mucho más rica en sílice), que se forma tardíamente en el desarrollo de una gran provincia ígnea y marca un cambio hacia un vulcanismo más centralizado. [ 23 ]

Geoquímica

Trampas de Paraná

Los basaltos de inundación muestran un grado considerable de uniformidad química a lo largo del tiempo geológico, [ 11 ] siendo en su mayoría basaltos toleíticos ricos en hierro. Su química de elementos mayores es similar a la de los basaltos de dorsales oceánicas (MORB), mientras que su química de elementos traza, particularmente de los elementos de tierras raras , se asemeja a la de los basaltos de islas oceánicas . [ 24 ] Típicamente tienen un contenido de sílice de alrededor del 52%. El número de magnesio (el porcentaje molar de magnesio del contenido total de hierro y magnesio) es de alrededor de 55, [ 21 ] frente a 60 para un MORB típico. [ 25 ] Los elementos de tierras raras muestran patrones de abundancia que sugieren que el magma original ( primitivo ) se formó a partir de roca del manto terrestre que estaba casi no empobrecida ; es decir, era roca del manto rica en granate y de la cual se había extraído poco magma previamente. La composición química de la plagioclasa y el olivino en los basaltos de inundación sugiere que el magma estaba solo ligeramente contaminado con roca fundida de la corteza terrestre , pero algunos minerales de alta temperatura ya habían cristalizado a partir de la roca antes de que alcanzara la superficie. [ 26 ] En otras palabras, el basalto de inundación está moderadamente evolucionado . [ 24 ] Sin embargo, solo pequeñas cantidades de plagioclasa parecen haber cristalizado a partir del fundido. [ 26 ]

Aunque se consideran un grupo químicamente homogéneo, los basaltos de inundación a veces muestran una diversidad química significativa incluso dentro de una misma provincia. Por ejemplo, los basaltos de inundación de la cuenca del Paraná se pueden dividir en un grupo de bajo contenido de fósforo y titanio (LPT) y un grupo de alto contenido de fósforo y titanio (HPT). La diferencia se ha atribuido a la inhomogeneidad del manto superior, [ 27 ] pero las proporciones de isótopos de estroncio sugieren que la diferencia puede deberse a que el magma LPT está contaminado con una mayor cantidad de corteza fundida. [ 28 ]

Formación

Modelo de pluma de erupción de basalto de inundación

Las teorías sobre la formación de basaltos de inundación deben explicar cómo se pudo generar y expulsar tal cantidad de magma en forma de lava en intervalos de tiempo tan cortos. También deben explicar la similitud en la composición y los entornos tectónicos de los basaltos de inundación que han erupcionado a lo largo del tiempo geológico, así como la capacidad de la lava de estos basaltos para recorrer grandes distancias desde las fisuras eruptivas antes de solidificarse.

Generación de fusión

Se requiere una enorme cantidad de calor para que se genere tanto magma en tan poco tiempo. [ 11 ] Se cree ampliamente que esto fue suministrado por una pluma del manto que impactó la base de la litosfera terrestre , su capa exterior rígida. [ 29 ] [ 30 ] [ 15 ] La pluma consiste en roca del manto inusualmente caliente de la astenosfera , la capa dúctil justo debajo de la litosfera, que se desliza hacia arriba desde las profundidades del interior de la Tierra. [ 31 ] La astenosfera caliente fractura la litosfera sobre la pluma, permitiendo que el magma producido por la fusión descompresiva de la cabeza de la pluma encuentre caminos hacia la superficie. [ 32 ] [ 17 ]

Los enjambres de diques paralelos expuestos por la erosión profunda de basaltos de inundación muestran que se ha producido una considerable extensión cortical . Los enjambres de diques del oeste de Escocia e Islandia muestran una extensión de hasta el 5 %. Muchos basaltos de inundación están asociados con valles de rift, se encuentran en márgenes pasivos de placas continentales o se extienden hacia aulacógenos (brazos fallidos de uniones triples donde comienza el rifting continental). Los basaltos de inundación en los continentes a menudo se alinean con el vulcanismo de puntos calientes en cuencas oceánicas. [ 33 ] Las trampas de Paraná y Etendeka , ubicadas en América del Sur y África en lados opuestos del Océano Atlántico, se formaron hace unos 125 millones de años cuando se abrió el Atlántico Sur, mientras que un segundo conjunto de basaltos de inundación más pequeños se formó cerca del límite Triásico-Jurásico en el este de América del Norte cuando se abrió el Atlántico Norte. [ 15 ] [ 16 ] Sin embargo, los basaltos de inundación del Atlántico Norte no están conectados con ningún rastro de punto caliente, sino que parecen haberse distribuido uniformemente a lo largo de todo el límite divergente. [ 23 ]

Los basaltos de inundación suelen estar intercalados con sedimentos, típicamente capas rojas . La deposición de sedimentos comienza antes de las primeras erupciones de basalto de inundación, por lo que la subsidencia y el adelgazamiento cortical son precursores de la actividad de basalto de inundación. [ 11 ] La superficie continúa hundiéndose a medida que el basalto entra en erupción, por lo que las capas más antiguas suelen encontrarse por debajo del nivel del mar. [ 17 ] Se han encontrado estratos de basalto en profundidad ( reflectores inclinados ) mediante sismología de reflexión a lo largo de márgenes continentales pasivos. [ 31 ]

Ascenso a la superficie

La composición de los basaltos de inundación puede reflejar los mecanismos por los cuales el magma llega a la superficie. El fundido original formado en el manto superior (el fundido primitivo ) no puede tener la composición de toleíta de cuarzo, la roca volcánica más común y típicamente menos evolucionada de los basaltos de inundación, porque las toleítas de cuarzo son demasiado ricas en hierro en relación con el magnesio para haberse formado en equilibrio con la roca típica del manto. El fundido primitivo pudo haber tenido la composición de basalto picrítico , pero el basalto picrítico es poco común en las provincias de basaltos de inundación. Una posibilidad es que un fundido primitivo se estanque al llegar al límite manto-corteza, donde no es lo suficientemente flotante como para penetrar la roca de la corteza de menor densidad. A medida que un magma toleítico se diferencia (cambia en composición a medida que los minerales de alta temperatura cristalizan y se depositan fuera del magma), su densidad alcanza un mínimo con un número de magnesio de aproximadamente 60, similar al de los basaltos de inundación. Esto restablece la flotabilidad y permite que el magma complete su viaje hacia la superficie, y también explica por qué los basaltos de inundación son predominantemente toleítas de cuarzo. Más de la mitad del magma original permanece en la corteza inferior como cúmulos en un sistema de diques y sills. [ 34 ] [ 21 ]

A medida que el magma asciende, la caída de presión también reduce el liquidus , la temperatura a la que el magma está completamente líquido. Esto probablemente explica la ausencia de fenocristales en el basalto de inundación erupcionado. La reabsorción (disolución de nuevo en el fundido) de una mezcla de olivino sólido, augita y plagioclasa —los minerales de alta temperatura que probablemente se forman como fenocristales— también puede tender a acercar la composición a la toleíta de cuarzo y ayudar a mantener la flotabilidad. [ 26 ] [ 21 ]

Erupción

Una vez que el magma llega a la superficie, fluye rápidamente a través del paisaje, inundando literalmente la topografía local. Esto es posible en parte debido a la rápida tasa de extrusión (más de un kilómetro cúbico por día por kilómetro de longitud de fisura [ 16 ] ) y la viscosidad relativamente baja de la lava basáltica. Sin embargo, la extensión lateral de los flujos individuales de basalto de inundación es asombrosa incluso para una lava tan fluida en tales cantidades. [ 35 ] Es probable que la lava se extienda por un proceso de inflación en el que la lava se mueve debajo de una corteza aislante sólida, que la mantiene caliente y móvil. [ 36 ] Estudios del flujo de Ginkgo de la meseta del río Columbia, que tiene de 30 a 70 metros (98 a 230 pies) de espesor, muestran que la temperatura de la lava bajó solo 20 °C (68 °F) en una distancia de 500 kilómetros (310 mi) . Esto demuestra que la lava debió haber estado aislada por una corteza superficial y que el flujo fue laminar , reduciendo el intercambio de calor con la corteza superior y la base del flujo. [ 37 ] [ 38 ] Se ha estimado que el flujo de Ginkgo avanzó 500 km en seis días (una tasa de avance de aproximadamente 3,5 km por hora). [ 37 ]      

La extensión lateral de un flujo de basalto de inundación es aproximadamente proporcional al cubo del espesor del flujo cerca de su origen. Por lo tanto, un flujo que tiene el doble de espesor en su origen puede viajar aproximadamente ocho veces más lejos. [ 13 ]

Los flujos de basalto de inundación son predominantemente flujos pāhoehoe , siendo los flujos ʻaʻā mucho menos comunes. [ 39 ]

La erupción en las provincias de basalto de inundación es episódica, y cada episodio tiene su propia composición química. Existe cierta tendencia a que la lava dentro de un mismo episodio eruptivo se enriquezca en sílice con el tiempo, pero no hay una tendencia consistente entre los episodios. [ 26 ]

Grandes provincias ígneas

Las Grandes Provincias Ígneas (GPI) se definieron originalmente como erupciones voluminosas, predominantemente de basalto, en periodos geológicamente muy cortos. Esta definición no especificaba el tamaño mínimo, la duración, la petrogénesis ni el entorno. Un nuevo intento de refinar la clasificación se centra en el tamaño y el entorno. Las GPI cubren característicamente grandes áreas, y la mayor parte del magmatismo ocurre en menos de 1 Ma. Las principales GPI en las cuencas oceánicas incluyen las Mesetas Volcánicas Oceánicas (MO) y los Márgenes Continentales Pasivos Volcánicos . Los basaltos de inundación oceánicos son GPI que algunos investigadores distinguen de las mesetas oceánicas porque no forman mesetas morfológicas, ya que no tienen la cima plana ni se elevan más de 200 m sobre el fondo marino. Ejemplos de ello son las provincias del Caribe, Nauru, Mariana Oriental y Pigafetta. Los basaltos de inundación continentales (BFC) o basaltos de meseta son las expresiones continentales de las grandes provincias ígneas. [ 40 ]

Impacto

Los basaltos de inundación contribuyen significativamente al crecimiento de la corteza continental. También son eventos catastróficos que probablemente contribuyeron a muchas extinciones masivas registradas en el registro geológico.

Formación de la corteza

La extrusión de basaltos de inundación, promediada a lo largo del tiempo, es comparable con la tasa de extrusión de lava en las dorsales oceánicas y mucho mayor que la tasa de extrusión de los puntos calientes. [ 41 ] Sin embargo, la extrusión en las dorsales oceánicas es relativamente constante, mientras que la extrusión de basaltos de inundación es altamente episódica. Los basaltos de inundación crean nueva corteza continental a una tasa de 0,1 a 8 kilómetros cúbicos (0,02 a 2 millas cúbicas ) por año, mientras que las erupciones que forman mesetas oceánicas producen de 2 a 20 kilómetros cúbicos (0,5 a 5 millas cúbicas ) de corteza por año. [ 16 ]    

Gran parte de la nueva corteza formada durante los episodios de basalto de inundación toma la forma de intrusión en la base , con más de la mitad del magma original cristalizando como acumulaciones en diques en la base de la corteza. [ 34 ]

extinciones masivas

Trampas siberianas en el lago Red Stones

La erupción de basaltos de inundación se ha relacionado con extinciones masivas. Por ejemplo, las Trampas del Decán , que entraron en erupción en el límite Cretácico-Paleógeno , pudieron haber contribuido a la extinción de los dinosaurios no aviares. [ 42 ] Asimismo, las extinciones masivas en el límite Pérmico-Triásico , el límite Triásico-Jurásico y en la Edad Toarciense del Jurásico corresponden a las edades de grandes provincias ígneas en Siberia, la Provincia Magmática del Atlántico Central y el basalto de inundación de Karoo-Ferrar . [ 15 ]

Se puede tener una idea del impacto de los basaltos de inundación comparándolos con grandes erupciones históricas. La erupción de Lakagígar de 1783 fue la mayor registrada históricamente, causando la muerte del 75 % del ganado y de una cuarta parte de la población de Islandia. Sin embargo, la erupción produjo solo 14 kilómetros cúbicos (3,4 mi³ ) de lava, [ 43 ] [ 15 ] una cantidad ínfima en comparación con el Miembro Roza de la Meseta del Río Columbia, que entró en erupción a mediados del Mioceno y que contenía al menos 1500 kilómetros cúbicos (360 mi³ ) de lava. [ 10 ]    

Durante la erupción de las Trampas de Siberia , entre 5 y 16 millones de kilómetros cúbicos (1,2 a 3,8 millones de millas cúbicas) de magma penetraron la corteza, cubriendo un área de 5 millones de kilómetros cuadrados (1,9 millones de millas cuadradas) , equivalente al 62% del área de los estados contiguos de los Estados Unidos. El magma caliente contenía grandes cantidades de dióxido de carbono y óxidos de azufre , y liberó dióxido de carbono y metano adicionales de yacimientos petrolíferos profundos y lechos de carbón más jóvenes en la región. Los gases liberados crearon más de 6400 chimeneas tipo diatrema , [ 44 ] cada una típicamente de más de 1,6 kilómetros (1 milla) de diámetro. Las chimeneas emitieron hasta 160 billones de toneladas de dióxido de carbono y 46 billones de toneladas de metano. Las cenizas de carbón de los lechos de carbón en combustión esparcieron cromo , arsénico , mercurio y plomo tóxicos por el norte de Canadá. Los lechos de evaporitas calentados por el magma liberaron ácido clorhídrico , cloruro de metilo y bromuro de metilo , que dañaron la capa de ozono y redujeron la protección contra la radiación ultravioleta hasta en un 85 %. También se liberaron más de 5 billones de toneladas de dióxido de azufre . El dióxido de carbono produjo condiciones extremas de efecto invernadero, con temperaturas medias globales del agua del mar que alcanzaron un máximo de 38 °C (100 °F) , el más alto jamás registrado en la historia geológica. Las temperaturas no descendieron a 32 °C (90 °F) durante otros 5,1 millones de años. Temperaturas tan elevadas son letales para la mayoría de los organismos marinos, y las plantas terrestres tienen dificultades para continuar la fotosíntesis a temperaturas superiores a 35 °C (95 °F) . La zona ecuatorial de la Tierra se convirtió en una zona muerta. [ 45 ]           

Sin embargo, no todas las grandes provincias ígneas están relacionadas con eventos de extinción. [ 46 ] La formación y los efectos de un basalto de inundación dependen de una serie de factores, como la configuración continental, la latitud, el volumen, la tasa, la duración de la erupción, el estilo y el entorno (continental o oceánico), el clima preexistente y la resiliencia de la biota al cambio. [ 47 ]

Múltiples flujos de basalto de inundación del Grupo Chilcotin , Columbia Británica , Canadá.
Grandes basaltos de inundación, extensas provincias ígneas y formaciones rocosas concéntricas ; haga clic para ampliar.

Lista de basaltos de inundación

Basaltos de inundación continentales y mesetas oceánicas representativas, ordenadas cronológicamente, que juntas forman una lista de grandes provincias ígneas : [ 48 ]

En otros lugares del sistema solar

Los basaltos de inundación son la forma dominante de magmatismo en los demás planetas y lunas del Sistema Solar. [ 61 ]

Los mares lunares se han descrito como basaltos de inundación [ 62 ] compuestos de basalto picrítico. [ 63 ] Es probable que los episodios eruptivos individuales tuvieran un volumen similar al de los basaltos de inundación de la Tierra, pero estaban separados por intervalos de inactividad mucho más largos y probablemente se produjeron mediante mecanismos diferentes. [ 64 ]

Basalto de inundación en Marte

En Marte existen extensos basaltos de inundación. [ 65 ]

Usos

La roca basáltica es el agregado de construcción más duradero de todos los tipos de roca, porque los cristales entrelazados están orientados al azar. [ 15 ]

Véase también

  • Supervolcán : Volcán que ha entrado en erupción con un índice de explosividad volcánica de 8. 
  • Meseta volcánica : meseta producida por la actividad volcánica. 

Referencias

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  • Explicación del vulcanismo de inundación en YouTube