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ALEX STREKEISEN

LIP (Large Igneous Province)

Le lave continentali più voluminose sono senza dubbio i Basalti, e tra questi quelli con una maggiore estensione areale sono i Basalti Tholeiitici. Questi basalti costituiscono enormi coperture sub orizzontali dette Plateau Basaltici.

Un campionamento spesso imperfetto e non continuo, dovuto all'enorme vastità di tali coperture laviche, ha spesso fatto credere che esistessero caratteristiche cimico-petrografiche simili se no uguali all'interno di tali "province magmatiche".

Questo però è poi stato confutato da successive e più accurate indagini ed analisi.

Nella provincia de Karroo, in Sud Africa, ad esempio, lava peralcaline aprono e chiudono il ciclo eruttivo di magmi Tholeiitici, e anche durante il Climax del vulcanismo Tholeiitico, si ha la presenza di lava acide di tipo Riolitico.

Esistono province come le Hebridi in cui Basalti Alcalini e Basalti Tholeiitici si eguagliano in volume.

Anche laddove tutte le rocce sono di tipo Tholeitico, accurate analisi mettono in evidenza delle sostanziali differenze chimiche, ad esempio differenze nel contenuto di TiO2 o nel rapporto Fe/Mg o ancora nel tipo e nell'abbondanza dei fenocristalli.

Non esistono evidenze lampanti che i diversi tipi di magmi costituenti le varie LIP siano geneticamente legati, ma si ritiene abbiano un'origine scollegata ed indipendente tra loro.

Le superfici coperte da queste lave basaltiche hanno spesso una grand’estensione ed un notevole spessore:

- Karroo (Africa) 2.000.000 Km2
- Deccan (India) 520.000 Km 2
- Paranà (Brasile) 1.200.000 Km 2
- Ethiopia 800.000 Km 2
Gli spessori di questi Plateaux sono molto variabili, ma sempre dell'ordine delle centinaia di metri ( Paranà ha uno spessore di 800 m e Deccan addirittura di 1000 m).

Gli studi Geocronologici e le osservazioni di terreno hanno consentito di valutare spesso i tassi d’emissione di queste colate laviche.
Questi tassi d’emissione sono risultati simili a quelli osservati nelle attuali zone ad intenso vulcanesimo come le Hawaii e il Giappone. Questo implica che la formazione di tali volumi di lave necessiti di un costante flusso di energia termica su vasta scala e per tempi relativamente lunghi.

I singoli Plateaux sono costituiti prevalentemente da prodotti lavici e raramente piroclastici, le singole colate hanno spesso notevole estensione (fino a diverse centinaia di Km). Questo indica una bassa viscosità delle lave.

Le modalità eruttive sono per lo più legate a sistemi fissurali ed a fratture anche se avvolte si può avere la coalescenza di grandi vulcani a scudo.

I prodotti che costituiscono i Plateaux sono per lo più d’associazione Tholeiitica ed hanno un rapporto FeO*/MgO elevato con un progressivo arricchimento in Fe in termini a grado evolutivo maggiore ed un contenuto di K2O basso (< 1%).

Oltre che alla relativa omogeneità chimica, i prodotti dei Plateaux mostrano un omogeneità anche Petrografica. Sono prodotti generalmente Afirici o microporfirici con una paragenesi fondamentale costituita da:

- Plagioclasio.
- Augite.
- Ferroaugite.
- Pigeonite.
- Titanoaugite.
- Ilmenite.
- Scarsa Olivina e spesso instabile.

I prodotti di Plateaux possono variare entro tutto lo spettro delle rocce dell'associazione Tholeiitica, da basalti olivinitici con alto MgO fino a Rioliti.
In molti Plateaux le Andesiti Tholeiitiche rappresentano i prodotti di maggior volume.

Le ipotesi Petrogenetiche per la formazione di enormi volumi di magmi relativamente evoluti sono sostanzialmente tre:

1) La prima ipotesi prevede che la formazione dei magmi di Plateaux sia dovuta a fenomeni di estesa fusione parziale del mantello subcontinentale, con risalita molto rapida del fuso lungo sistemi di fratture o faglie.
Questa ipotesi si basa sostanzialmente sulla relativa uniformità chimica e petrografica di queste rocce nei vari periodi e nei vari ambienti.
Il grado d’evoluzione relativamente alto (per magmi derivanti dal mantello) viene spiegato con un materiale sorgente ricco in Fe (mantello ricco in Fe). Questo fatto sarebbe testimoniato da Xenoliti Lherzolitici ferriferi rinvenuti all'interno di queste rocce.

2) La seconda ipotesi prevede la formazione nel mantello di liquidi molto primitivi (MgO >> 15 %) interessati poi da successivi fenomeni di cristallizzazione frazionata di minerali femici.

Questi liquidi molto primitivi però non sarebbero in grado di raggiungere la superficie data la loro alta densità ma si intruderebbero alla base della crosta formando grandi corpi tabulari.

Questi corpi plutonici sarebbero poi soggetti a ripetuti fenomeni di differenziazione con produzione di liquidi più evoluti e meno densi che sottoposti al carico litostatico della crosta verrebbero "spremuti" e convogliati verso la superficie. La parte residuale ad alta densità rimarrebbe alla base della crosta contribuendo al suo ispessimento (Underplating basaltico).

Questi liquidi primitivi, stazionando alla base della crosta sarebbero probabilmente soggetti a fenomeni di contaminazione da parte di materiale crostale che si tradurrebbe in un aumento nel contenuto di Rb, K, Ba, Th, LREE.
Questo fatto lo si può osservare confrontando i dati chimici di Tholeiiti continentali ed oceaniche.
Quelle continentali mostrano maggiori contenuti in questi elementi.

3) L'ipotesi tre può essere in qualche modo strettamente legata alla due.
Questa ipotesi prevede che la formazione dei Plateaux basaltici sia dovuta all'arrivo in superficie di una Plume mantellica. Il materiale in risalita adiabatica nella Plume è soggetto a fusione parziale, e non appena la Plume raggiunge la superficie questo materiale viene iniettato nella crosta, con formazione di potenti colate laviche ed eruzioni fissurali.
I primi stadi di formazione delle Plume sembrano più fertili in termini di produzione di magmi in grande quantità e proprio per questo la formazione di tali Plateaux sarebbe di così veloce (in termini geologici) attuazione, da 500.000 anni a 2milioni d’anni.


Columbia River Basalt


La Provincia del Columbia River è costituita da lava basaltiche Tholeiitiche d’età Miocenico-Pliocenica, e si estende tra gli stati del Washington, Oregon e la parte ovest

La maggior parte di queste lave si trova nella zona delle Cascade range, tra 200 e 600 km dalla costa pacifica, e il volume totale stimato è di circa 180.000 Km3.

Tale copertura è costituita da svariate colate laviche spesse in media 20 - 30 m e lunghe anche centinaia di km.
La provincia del Columbia River si è originata per ripetute eruzioni fissurali in un lasso di tempo stimato in poco più di 5 milioni d’anni.

Secondo Waters esistono le evidenze di tre distinti eventi eruttivi avvenuti in tempi successivi.

1) Picture Gorge Basalt
Eruzione avvenuta nel miocene Medio con un volume totale di 40.000 Km3.
Le lave di questa eruzione sono sostanzialmente sottosature o debolmente sature e sono classificabili mineralogicamente come Basalti Alcalini, presentano fenocristalli d’Olivina con composizione Fo80, che nella pasta di fondo diviene Fo45 - 65.

2) Yakima Basalt
Eruzione Miocenico-Pliocenica con un volume di 120.000 Km3.
Le lave di questa eruzione sono Quarzo normative e con una forte affinità Tholeiitica (Olivina riassorbita, Augite e pigeonite).

3) Yakima ed Ellemburg Basalt
Eruzione pliocenica con un volume di 20.000 Km3.
I Basalti di questa fase eruttiva sono ricchi in ferro e Quarzo normativi e presentano Olivina ferrifera (Fo30 - 40) e due Pirosseni (Augite e Pigeonite).
Chimicamente sono classificabili come ferro basalti.

I Basalti del Picture Gorge vennero eruttati da un sistema di fratture, tramite eruzioni fissurali, attualmente le evidenze di questa eruzione sono rappresentate da uno "sciame di Dicchi".

Questi basalti vennero poi ricoperti da uno strato di sedimenti spesso 500 m, prima che iniziasse la seconda fase eruttiva, quella di Yakima.

La fase finale, quella di Yakima - Ellemburg avvenne in un ambiente tettonico differente rispetto a quello delle 2 precedenti eruzioni.
Le Cascade range si stavano innalzando lungo la parte ovest della Provincia magmatica, e i Basalti di Yakima vennero dislocati, piegati e fagliati.

Waters ritiene che le tre eruzioni basaltiche siano del tutto indipendenti tra loro e che si siano generate per fenomeni magmatici non collegati, ed esclude che possano derivare dal frazionamento di un ipotetico magma "capostipite" comune.

ma nonostante ciò la successione cronologica di tali eruzioni mostra variazioni chimiche come l'aumento del rapporto Fe/Mg e di K/Ca, che si riscontrano spesso durante la cristallizzazione frazionata di singoli corpi magmatici.

Nella provincia dell'Oregon Plateau, indipendente dal quella del Columbia River, i Basalti divengono di tipo Alluminifero e furono eruttati quasi ininterrottamente dal Pliocene fino a tempi recenti.
A questi Basalti sono inoltre associate importanti quantitativi di rocce Riolitiche e Andesitiche.

Il Vulcanismo di queste due province non è collegato tra loro, ma nel complesso, su vasta scala, entrambi questi due episodi magmatici possono essere visti come il risultato di un evento di magnitudo più grande, avvenuto sul bordo occidentale del continnte Americano, dal Mesozionco fino ai tempi attuali.

Karroo Basin Province


La provincia del Karroo Basin, situata in Sud Africa copre un area di circa 500.000 Km2, ed è una delle maggiori province magmatiche conosciute.

Il Karroo Basin è costituito per la maggior parte da lave di tipo Tholeiitico, Sill e giganteschi complessi di dicchi radiali, messisi in posto in tempi antecedenti alla rottura di Gondwana (174 - 185 milioni d’anni).
Attualmente, il Karroo Basin è costituito da rimanenti colate laviche e complessi radiali di dicchi.

Le rocce del Karroo Basin possono essere suddivise in:

1) Nefeliniti del Mashikiri nel distretto del Mwenezi. Queste rocce mostrano arricchimenti in elementi Incompatibili, e presentano un contenuto in MgO = 2.6 - 12 wt.%) e vengono interpretate come derivanti da un mantello arricchito.

2) Picriti con MgO = 10 - 24 wt.% presenti nella formazione di Letaba.
Sono state proposte diverse ipotesi per la formazione di tali Picriti, dalla derivazione per mescolamento tra materiale mantellico profondo e materiale mantellico sub continentale arricchito, alla derivazione da una sorgente mantellica omogenea.

3) Basalti Tholeiitici e Doleriti costituenti la maggior parte delle rocce del Karroo.
Questi basalti sono stati successivamente divisi in due sottogruppi, Basalti ricchi in Ti e Basalti poveri di Ti e al loro origine si ritiene sia dovuta a mescolamento tre materiale astenosferico con materiale Mantellico sub continentale.

4) Rioliti che ricoprono le rocce Basaltiche della zona del Lembobo e del Mwenezi.

5) Dicchi Basaltici con affinità MORB messisi in posto nella zona sud della Momoclinale de Lembobo.
Sono interpretate essere le rocce finali del magmatismo del Karroo.

La sequenza magmatica del Karroo può essere spiegata tramite due ipotesi contrastanti e diametralmente opposte, che però con i dati attuali non posso essere ne confutate ne accertate con sicurezza.

Una prima ipotesi prevede che il magma del Karro Basin derivi da una sorgente mantellica sub continentale, metasomaticamente arricchita da probabile materiale continentale subdotto.

L'altra ipotesi invece asserisce che il magmatismo del Karroo sarebbe imputabile ad una Plume mantellica, tale Plume però avrebbe influenzato in maniera minima le Nefeliniti e via via sempre maggiormente le altre rocce man mano che risaliva e si espandeva all'interno di una litosfera omogenea.


Deccan Traps


La provincia del Deccan è una tra le più vaste province magmatiche della terra, essa è situata nella parte Ovest della penisola indiana, e si estende tra i 16° e i 24° N ed i 70° ed i 77° E.

La provincia de Deccan ricopre un'area di circa 500.000 Km2 ed ha un volume stimato di circa 2 x 106 Km3.

Le lave del Deccan si misero in posto su rocce Archeano-Proterozoiche nell'area Sud, Nord-Ovest e centrale dell'India e nella parte Ovest della costa Indiana.
Il vulcanismo ricoprì due zone Cratoniche, l'area di Dharwar nel Sud dell'India e l'area cratonica centro Indiana.

La genesi della provincia del Deccan è attualmente discussa e nessuna ipotesi certa è stata proposta, ma esistono varie ipotesi come l'azione di una Plume (ipotesi attualmente rifiutata da molti autori) o l'ipotesi che prevede la presenza di una grande camera magmatica.

Lo studio del complesso contesto geologico in cui le lave del Deccan si sono impostate, può forse permettere di comprendere meglio l'evoluzione e la genesi di questa enorme copertura basaltica.

1) West Coast Rift

La zona Sud dell'India ha subito molti ed importanti eventi magmatici prima del più vasto magmatismo del Deccan.
Il magmatismo in questa zona ebbe inizio circa 680 milioni d’anni fa e fu caratterizzato dalla messa in posto di corpi plutonici gabbrici, Granofirici e Anortositici, successivamente si ebbe un magmatismo a carattere Granitico (550 milioni di anni fa).

In seguito, circa 460 milioni d’anni fa si ebbe la presenza di un magmatismo di tipo Pegmatitico che delimitò la fine della fase magmatica principale, in quanto queste Pegmatiti furono seguite da uno Hiatus temporale di quasi 350 milioni di anni, prima che riprendesse la fase magmatica, circa 93 milioni D’anni fa.

2) Narmada-Tapi rift zone

Nella zona del Narmada rift non sono riportati eventi magmatici prima di quello del Deccan.

Questa zona fu caratterizzata dalla deposizione di una grande quantità di sedimenti all'interno del sistema Horst (Satpura) e Graben (Narmada e tapi). Questi sedimenti furono poi ricoperti da depositi Giurassico-Creatacei.

3)Nord Ovest dell'India

La zona Nord Ovest dell'India è caratterizzata dalla presenza di quattro grandi zone di rift, tutte collegate al Deccan, il rift di Narmada-Tapi, il rift del West Coast, il rift di Cambay e il rift di Kutch.
Il rift di Kutch si è originata nel tardo Triassico e fu poi seguito dalla formazione del rift di Cambay.

Eventi magmatici collegati al Deccan


1) Prima fase.

La prima fase del magmatismo ebbe inizio 680 milioni d’anni fa e terminò circa 460 milioni d’anni fa.
Tale magmatismo è probabilmente dovuto alla presenza di una camera magmatica situata al di sotto della litosfera Indiana, in prossimità della costa Ovest.
Il magma in questione avrebbe sostato in tale camera magmatica e poi sarebbe risalito verso la superficie, formando in seguito complessi plutonici di tipo Gabbrico.

Lo Hiatus temporale tra 460 e 93 milioni di anni fa, in cui non si ebbe magmatismo potrebbe essere dovuto all'impossibilità di tale magma di risalire, o perchè la pressione nella camera magmatica era minore di quella Litosferica o perchè la Temperatura era troppo bassa per permettere al magma di fluire verso l'alto.

2) Seconda fase.

La seconda fase magmatiche ebbe inizio circa 93 milioni di anni fa sulla costa ovest, e non fu caratterizzata da un magmatismo plutonico come la prima, ma da un magmatismo di tipo estrusivo.
Tale fase magmatiche ebbe inizio con la messa in posto di lave Riolitiche, prima di quelle basaltiche.

Circa 93 milioni d’anni fa si ebbe la rottura della placca formata dall'India e dal Madagascar, questo su vasta scala implicò l'attivazione di grandi eventi magmatici di tipo estrusivo.

Il fatto che furono eruttate prima lave acide e poi basiche potrebbe significare che le temperature nella camera magmatica al di sotto della costa ovest erano troppo basse da permettere la formazione di magmi basici, ma sufficienti per formare liquidi Riolitici (circa 1000°). 3) Deccan.

Il vulcanesimo del Deccan ebbe inizio dopo uno Hiatus di 30 milioni di anni, tra 64 e 65 milioni di anni fa.

Anche in questo periodo si ebbe un'altra importante separazione di placche, si separò infatti dall'India la microplacca delle Seychelles.

Indubbiamente la fase magmatica avvenuta a 93 milioni d’anni fu influenzata e controllata dalla separazione tra India e Madagascar, allo stesso modo al fase magmatica de Deccan, avvenuta dopo 30 milioni di anni, venne controllata dalla separazione tra India e Seychelles.

Il passaggio da Rioliti (93milioni d’anni) a basalti (65 milioni d’anni) indica che la temperatura della camera magmatica aumenta progressivamente o che il Liquidus diventi via via più basso.

Il grande volume e l'alto tasso di emissione delle lave del deccan possono indicare:

1) Alti tassi di fusione per decompressione Adiabatica dovuta ai vari fenomeni di rottura tra placche e rifting.

2) Un sistema d’alimentazione direttamente collegato alla camera magmatica probabilmente strettamente collegato alla presenza di quattro zone di rift, tutte connesse al Deccan. Un'evidenza della connessione tra i rift e il Deccan è che il rift di Narmada-Tapi e quello di West Coast si riattivarono proprio durante la fase magmatica del Deccan.

Inoltre differenze chimiche riscontrate nelle rocce del deccan potrebbero essere dovuto all'interazione del magma con le rocce crostali, diverse a seconda del punto d’emissione.
Il magma eruttato nella zona del Narmada-Tapi Rift avrebbe potuto essere influenzato da Sedimenti Giurassici, mentre il magma eruttato nella zona del Kutch e del West Coast rift avrebbe incontrato rocce metamorfiche Archeane e Precambriche.

L'ipotesi che il magmatismo Indiano sia dovuto ad una camera magmatica sottostante la costa Ovest, è tuttora discussa, ma per avvalorare questa ipotesi vengono addotte parecchie evidenze e prove che confermerebbero tale ipotesi:

Il magmatismo Indiano si è manifestato ininterrottamente da 680 fino a 460 milioni d’anni fa mostrando un trend tipico di fusione frazionata. In seguito si ebbe una pausa di 350 milioni d’anni e dopo questa fase di quiescenza si ebbe la riattivazione del magmatismo in concomitanza con la separazione del Madagascar dall'India.

Tale separazione diede luogo a fenomeni di Rifting che permisero una forte decompressione adiabatica con conseguente generazione di liquidi dapprima sialici e successivamente basici, all'interno della camera magmatica.

Al procedere del rifting lungo la parte Ovest del margine indiano, il tasso di fusione parziale nella camera magmatica crebbe proporzionalmente, fino alla formazione di liquidi basaltici.

Gli alti tassi d’emissione sarebbero dovuti al fatto che si ebbe dapprima un accumulo di magma nella camera per un lungo periodo, da 460 fino a 93 milioni d’anni fa.
Questa gran quantità di magma solidificò e non appena si ebbe la nuova fase di rifting per la separazione del Madagascar, il magma solidificate cominciò a fondere nuovamente generando prima liquidi con temperatura di liquidus bassa (Rioliti) e poi liquidi con temperatura di Luquidus più alta (Basalti).



Estinzioni di massa legate alle LIP


Se esiste una relazione tra estinzioni di massa ed eruzioni basaltiche a larga scala, questa è l'enorme rilascio di gas durante queste eruzioni.
I magmi basaltici sono spesso ricchi in vari tipi di Gas quali:

CO2, H2, HCl, HF, F, Cl, SO2, H2S, CO, CH4, O2, NH3, S2.
La presenza di Gas sulfurei causa la formazione di piogge acide, e la grande quantità d’Anidride carbonica potrebbe far variare le condizioni climatiche a scala mondiale.
Gli effetti sull'ambiente comprendono:

- Variazione del chimismo degli oceani, soprattutto se si considerano le grandi eruzioni di Plateaux sottomarini.
- Variazione della circolazione atmosferica.
- Variazione dell'ossigenazione.
- Piogge acide.
- Schermamento raggi solari.

Non sappiamo con assoluta certezza quali cause queste grandi eruzioni produssero sulla vita del passato, ma il fatto che i dati riguardanti varie estinzioni di massa indichino il collegamento ad eruzioni basaltiche deve far riflettere. Nelle estinzioni però possono poi intercorrere altre cause che potrebbero accentuare gli effetti delle eruzioni.


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Distribuzione Mondiale delle LIP.
Nel cerchio rosso il Karroo, in quello verde il Columbia e in quello rosso il Deccan.






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CRP = Columbia River Province.
OPB = Oregon Plateau Basalt.
YSHP = Yellowstone Hot Spot.






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Karroo Basin Province






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Deccan Traps.



Testi consultati per la realizzazione di questa pigina:

- Magmatismo e Metamorfismo (Innocenti Fabrizio).
- Magmas and Magmatic rocks (Eric A.K. Middlemost).
- Igneous Petrology (Carmichael-Turner-Verhoogen).
- mantleplume The Karoo large igneous province (F. Jourdana)
- mantleplume The Deccan beyond the plume hypothesis (Hetu C. Sheth)