Large Igneous Provinces

As Large Igneous Provinces (LIPs ou Grandes Províncias Ígneas, em português) são áreas com um grande acúmulo de rochas ígneas, sejam elas intrusivas ou extrusivas. Comumente estão associadas às plumas mantélicas ou aos limites de placas tectônicas.Foulger, G.R. 2010. Plates vs. Plumes: A Geological Controversy. West Sussex, Wiley-Blackwell, 364p. ISBN 978-1-4051-6148-0. Frequentemente o surgimento de uma LIP está associada aos episódios de extinção em massa e mudanças climáticas relevantes no planeta. As LIPs são diferentes de vulcões ativos ou de sistemas vulcânicos. thumb|Distribuição global das principais LIPS - Modificada por Condie (2005) de Coffin & Eldholm (1994)Condie, K.C. 2005. Earth as an Evolving Planetary System. Oxford, Elsevier Academic Press, 447p. ISBN: 0-12-088392-9

Definição

O termo “Large Igneous Province” (LIP - Grande Província Ígnea em português) foi introduzido e proposto pelo geofísico marinho Mike Coffin e geólogo Olaf Eldholm no início da década de 1990 e designava o posicionamento crustal maciço de rocha extrusiva e intrusiva predominantemente de composição máfica (rica em Fe e Mg) que se originaram através de processo distintos ao do espalhamento do assoalho oceânico dito como “normal”. Nesta definição se inclui a associação aos basaltos de platô continentais e rochas intrusivas relacionadas, de margens passivas vulcânicas, de planaltos oceânicos, de cordilheiras submarinas, de grupos de montes submarinos e de bacias oceânicas.Coffin, M.F., Eldholm, O., 1994. Large igneous provinces: crustal structure, dimensions, and external consequences. Reviews of Geophysics, 32: 1–36. As LIPs se caracterizavam como grandes áreas (maiores ou iguais a 100.000 km²) com um magmatismo intenso em um intervalo de tempo geológico relativamente curto (de milhões de anos ou menos). Além da área, os volumes de magma também são grandes, a partir de 10 km³, o que o torna um vulcanismo excepcional - não podendo assim ser comparado aos sistemas e vulcões atuais.

Com o avanço temporal das pesquisas, a definição categórica de LIP foi naturalmente estendida. Nos primeiros trabalhos sobre LIPs, esta definição se restringia apenas aos registros geológicos das eras Mesozoica e Cenozoica. Mais tarde, os registros da era Paleozóica e dos éons Proterozóico e Arqueano foram incluídos ao conceito.Sheth, H.C. 2007. ‘Large Igneous Provinces (LIPs)’: Definition, recommended terminology, and a hierarchical classification. Earth-Science Reviews. 85: 117-124. Os trabalhos de revisão mais recente, como os dos geólogos Hetu Sheth (2007) e Scott Bryan e Richard Ernst (2008), tornaram conceito de LIPs mais abrangente, porém com mais acurado e simples: denominando as LIPs como “províncias intrusivas ou extrusivas de quaisquer composição e ambiente tectônicos com um mínimo de 50.000 km²”.Scott, E.B., Ernst, R.E. 2007. Revised definition of Large Igneous Province Classification (LIPs). Earth-Science Reviews. 86: 175-202. Contudo, não existe um consenso entre os autores.

O estudo dessas grandes províncias de vida curta e alta produção magmática está ligado a:

Questões ambientais: Diversos pesquisadores, como Michael Rampino e Richard Stothers (1998), apontam uma provável ligação das LIPs com extinções em massa e mudanças climáticas. Isto torna as LIPs eventos que são de interesse de estudo para diversos profissionais, como biólogos, paleontólogos, vulcanólogos. Interesse econômico: Muitas dessas rochas são jazidas de metais preciosos como níquel, cobre e ferro. Além disso, as LIPs podem ser associadas a depósitos de ouro, prata, elementos do grupo da platina (PGE), titânio e vanádio.O intemperismo das rochas basálticas da LIP Paraná e Etendeka resultou em um latossolo roxo que aparece na metade norte do estado do Rio Grande do Sul, nas porções ocidentais de Santa Catarina, Paraná, São Paulo, sul e sudoeste de Minas Gerais, além de todo o sul e leste de Mato Grosso do Sul destacando-se sobretudo nos últimos quatro estados por sua qualidade. Esse solo, também conhecido por terra roxa, é avermelhado e muito fértil, sendo, portanto, de grande interesse econômico por possibilitar atividade agrícola de alto rendimento.Gutmans, M. 1943. Rochas-mater da “terra roxa”. Bragantia. 3(9): 272–319Cochrane, T. T., Sánchez, L. G., de Azevedo, L. G., P, J. A., Garver, C. L. 1985. Land in Tropical America – La Tierra en America Tropical – A Terra na América Tropical. Vol. 1. Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – Centro de Pesquisa Agropecuária dos Cerrados (EMBRAPA-CPAC), 1: 89,101.

Tipos

O termo LIP é muito genérico e, consequentemente, se fez necessário uma classificação hierárquica do tipos de LIPs. Não há uma classificação aceita como padrão na comunidade científicas, mas as duas mais conhecidas e utilizadas são: a classificação elaborada por Coffin e Eldholm, em 1994, cujas grandes divisões são em LIPs continentais e oceânicas; e a classificação revisada e proposta pelo geólogo Hetu Sheth, em 2007, que é adotado por trabalho mais novos: LVP (Large Vulcanic Province ou Grande Província Vulcânica) para as rochas extrusivas e LPP (Large Plutonic Province ou Grande Província Plutônica) para rochas intrusivas.

thumb|Tabela correlacionando LIPs e extinções em massa.Keller, G., Armstrong, H, Courtillot, V., Harper, D., Joachimski, M., Kerr, A., MacLeod, N., Napier, W., Palfy, J., Wignall, P. 2012. Volcanism, impacts and mass extinctions (long version).

Formação

Há inúmeros modelos e teorias de formação das LIPs, pois ainda não há um modelo que explique satisfatoriamente uma gênese comum para todas as LIPs existente. Muitos destes modelos concordam que grandes quantidades de energia termal são necessárias para a produção de grandes volumes de magma num período de tempo geologicamente curto. Dado que muitas LIPs são composição basáltica, elas requerem uma determinada fonte de energia proveniente do manto. Tal energia necessária pode ligeiramente menor se a origem mantélica for altamente fértil (ou seja, a composição num dado local do manto deve possui uma capacidade mais favorável de produzir melt). Sendo assim, as principais teorias tendem a relacionar a formação das LIPs às plumas mantélicas, porém há teorias que a gênese da LIPs está relacionada aos impactos meteoríticos ou à delaminação ou à processo de fusão de manto fértil sem aumento de calor ou aos modelos de borda com convecção do manto.Saunders, A.D. 2005. Large Igneous Province: Origin and Enviromental Consequences. Elements Magazine, 1(5): 250-263

Características

Em geral, as teorias e os modelos de formação de LIPs levam em consideração seis processos: magmatismo excessivo derivado do manto, domeamento e ascensão regionais, a presença de magmas de alta temperatura, ocorrência de brechas de impacto e material extraterrestre, a presença de trilha gerada por hotspots a partir da LIP e hotspot ativo atualmente.

As LIPs são compostas por lavas oriundas de mega-erupções tanto basálticas quanto félsicas ao longo da história da Terra. Elas são peculiares pelo seu grande volume de produção de magma em um período relativamente curto de tempo. As magnitudes das mega-erupções tanto basálticas quanto félsicas são semelhantes. Também não existe uma clara relação entre a composição do magma com o volume gerado. A taxa de abastecimento e a duração da erupção são os fatores que a princípio controlam o espalhamento areal assim como o volume de magmas basálticos e félsicos produzidos. O que difere esses dois tipos de magma na formação das LIPs são a frequência eruptiva, o protólito, o estilo e os mecanismos de deposição. O magma basáltico flui de maneira mais demorada (parâmetro de anos) e em menores quantidades. Já o magma félsico flui de maneira mais rápida (parâmetro de horas e dias) e em maiores quantidades. Ainda é um mistério onde exatamente na litosfera se alojam esses grandes volumes de magma, quais os fatores proporcionam esse acúmulo e quais os caminhos que eles encontram para ascender até a superfície onde entram em erupção.Bryan, S. E., Peate, I. U., Peate, D. W., Self, S., Jerram, D. A., Mawby, M. R., J.S. (Goonie) Marsh, Miller, J. A., 2010 “The largest volcanic eruptions on Earth”. Earth-Science Reviews, 102(3-4), 207-229.

Teorias

O número de teorias e modelos para a formação de LIPs é muito grande. Isso ocorre porque provavelmente nenhum modelo se adequa a todas as LIPs, e as previsões de cada modelo não são totalmente entendidas. Mas a maioria desses modelos tem uma premissa em comum, é necessária uma grande quantidade de calor para produzir um grande volume de magma em um curto período de tempo. No caso das LIPs basálticas, é pensado que sua fonte de energia venha do manto.

Plumas mantélicas

O geofísico W. Jason Morgan propôs a hipótese de uma pluma mantélica quente que ascende e produz hotspots (pontos quentes sob a crosta) relativamente fixos. Esse fluxo linear não sofreria influência significativa da circulação interna da Terra. Sendo por isso, hotspots são regiões de grande vulcanismo que não estão diretamente associado ao fluxo interno da Terra como entendido a partir da Teoria das Placas Tectônicas. O hotspot mais bem conhecido é o Havaí, localizado no meio da Placa do Pacífico, que exala o maior volume de lava por unidade de área que qualquer outro lugar da superfície da Terra. A pluma que alimenta esse vulcanismo deixou uma trilha de ilhas e montanhas submarinas de 6000 km de extensão. Essa trilha foi formada pelo movimento da Placa do Pacífico sobre uma pluma fixa.Humphreys, E., Schmandt, B. 2011. Looking for Mantle Plumes. Physics Today, 64(8): 34-39.

Não se sabe ao certo a origem das plumas mantélicas. Alguns pesquisadores pensam que elas se originam do contato entre o manto inferior e o núcleo, ascendendo ao redor de uma região de baixa velocidade das ondas S do manto próxima a esse contato. Pensa-se que a baixa velocidade das ondas S está relacionada a um gradiente de temperatura dentro do manto, e esse gradiente de calor entre a porção aquecida do manto nas bordas dessa região e o manto em si é suficiente para ascender um grande volume de massa mantélica.

Outros pesquisadores pensam que a pluma se origina no meio do manto, a partir das bordas de regiões mais quentes, aquecidas pelo decaimento radioativo do urânio, potássio ou tório. Essa pluma ascende e passa por fusão parcial em porções mais rasas do manto superior devido à descompressão. Sabe-se pela razão pela elevada razão de 3He/4He que esse magma é de origem profunda, por ele não poder ter perdido seus gases dissolvidos para a atmosfera. Há ainda D. L. Anderson que refuta a origem de plumas mantélicas, e diz que o vulcanismo intraplaca se deve a tensões rasas que fraturam a litosfera e causam o vulcanismo de material mantélico ao longo dessas rachaduras.8. Courtillot, V., Davaille, A., Besse, J., Stock, J. 2003. Three distinct types of hotspots in the Earth’s mantle. Earth and Planetary Science Letters, 205(3-4): 205-308.

Derrames

A teoria de S. D. King e D. L. Anderson afirma que o magma de LIPs continentais foi formado devido ao gradiente térmico do manto sob os crátons e sua vizinhança. Esses autores acreditam que a astenosfera sob o cráton flui para a borda, sob uma litosfera mais fina, e funde seu material por descompressão durante a ascensão. Nesse modelo o manto não precisa ser tão quente como no modelo das plumas.

Impacto meteorítico