Una gran provincia ígnea o GPI (, o LIP) es una acumulación extremadamente grande de rocas ígneas, que incluyen tanto rocas intrusivas (láminas, diques) como extrusivas (flujos de lava, yacimientos de tefra), que surgen cuando el magma viaja a través de la corteza terrestre hacia la superficie. La formación de una GPI se atribuye de diversas maneras a las plumas del manto o a los procesos asociados con la tectónica de placas divergentes. La formación de algunas de las GPI en los últimos 500 millones de años coinciden en el tiempo con extinciones masivas y rápidos cambios climáticos, lo que ha llevado a numerosas hipótesis sobre las relaciones causales. Las GPI son fundamentalmente diferentes de cualquier otro volcán o sistema volcánico actualmente activo.
Definición En 1992, los investigadores Coffin y Eldholm utilizaron por primera vez la noción de «gran provincia ígnea» para describir acumulaciones muy grandes (áreas de más de , aproximadamente como Islandia) de rocas ígneas máficas que estallaron o se emplazaron en profundidad en un intervalo de tiempo geológico extremadamente corto, de pocos millones de años o menos. Los máficos, los fondos marinos de basalto y otros productos geológicos de la tectónica de placas "normales" no se incluyeron en la definición.
Tipos La definición de GPI se ha ido ampliando y refinando, y todavía es un trabajo en progreso. El término GPI ahora también se usa con frecuencia para describir áreas voluminosas, no solo máficas, sino de todo tipo de rocas ígneas. Se ha propuesto la subcategorización de las GPI en grandes provincias volcánicas (GPV) y en grandes provincias plutónicas (GPP), lo que incluiría también a las rocas producidas por procesos tectónicos de placas normales, pero estas subdivisiones no son generalmente aceptadas.
Algunas GPI están geográficamente intactas, como las traps basálticas del Decán basálticas en India, mientras que otras han sido fragmentadas y separadas por movimientos de placas, como la provincia magmática del Atlántico Central (PMAC), con partes en Brasil, en el este de América del Norte y en el norte África occidental.
Motivaciones para el estudio de las GPI
Las grandes provincias ígneas (GPI) se habrían creado durante eventos ígneos de corta duración, lo que ocasionaría acumulaciones relativamente rápidas y de alto volumen de rocas ígneas volcánicas e intrusivas. Esos eventos han sido estudiados por varias causas:
Los posibles vínculos con las extinciones masivas y los cambios ambientales y climáticos mundiales. Michael Rampino y Richard Stothers (1988) citaron once episodios distintos de basalto de inundación, ocurridos en los últimos 250 millones de años, que crearon provincias volcánicas y mesetas oceánicas y coincidieron con extinciones masivas. Este tema se ha desarrollado en un amplio campo de investigación, uniendo disciplinas de geociencia como la bioestratigrafía, la vulcanología, la petrología metamórfica y el modelado del sistema terrestre. Las posibles repercusionesa económicas, ya que algunos especialistas las asocian con la existencia de hidrocarburos atrapados y de concentraciones económicas de cobre-níquel y hierro. También están asociadas con la formación de las principales provincias minerales, incluidos los yacimientos de elementos del grupo del platino (EGP) y, en las GPI de silicio, los yacimientos de plata y oro. Los yacimientos de titanio y vanadio también se encuentran en asociación con una GPI. Las GPI, en el registro geológico, marcan cambios importantes en la hidrosfera y en la atmósfera, lo que llevaría a cambios climáticos importantes y tal vez a la extinción masiva de especies. Algunos de esos cambios estuvieron relacionados con la rápida liberación de gases de efecto invernadero desde la corteza a la atmósfera. Por ello los cambios activados por una GPI podrían usarse como casos para comprender los cambios ambientales actuales y futuros. La teoría de la tectónica de placas explica la topografía utilizando interacciones entre las placas tectónicas, según la influencia de las tensiones viscosas creadas por el flujo dentro del manto subyacente. Como el manto es extremadamente viscoso, la velocidad del flujo del manto varía en pulsos que se reflejan en la litósfera por ondulaciones de amplitud pequeña y longitud de onda larga. Comprender cómo la interacción entre el flujo del manto y la elevación de la litósfera influye en la formación de las GPIs es importante para obtener información sobre la dinámica del manto en el pasado. Las GPI habrían jugado un papel importante en la ruptura continental, en la formación continental, en las nuevas adiciones de la corteza del manto superior y en los ciclos supercontinentes.
Formación de las grandes provincia ígneas thumb|right|250px|Gradas de los Tres Demonios en Moses Coulee, Washington es parte de la GPI de Columbia River Basalt Group.
La Tierra tiene una capa exterior constituida por placas tectónicas móviles discretas que flotan sobre un manto convectivo sólido sobre un núcleo líquido. El flujo del manto es impulsado por el descenso de placas tectónicas frías durante la subducción y el ascenso complementario de columnas de material caliente desde niveles inferiores. La superficie de la Tierra refleja el estiramiento, el engrosamiento y la flexión de las placas tectónicas a medida que interactúan.
La creación de placas oceánicas en las corrientes ascendentes, la expansión y la subducción, son fundamentos bien aceptados de la tectónica de placas, con la corriente ascendente de materiales calientes del manto y el hundimiento de las placas oceánicas más frías que conducen la convección del manto. En este modelo, las placas tectónicas divergen en las dorsales mediooceánicas, en las que las rocas calientes del manto fluyen hacia arriba para rellenar esos espacios intersticiales. Los procesos tectónicos de placas representan la gran mayoría del vulcanismo de la Tierra.
Más allá de los efectos del movimiento conducido por convección, los procesos profundos tienen otras influencias en la topografía de la superficie. La circulación convectiva conduce hacia arriba y hacia abajo en el manto de la Tierra que se refleja en los niveles locales de la superficie. Los materiales calientes del manto que se elevan en un penacho pueden extenderse radialmente debajo de la placa tectónica causando regiones de elevación. Estas plumas ascendentes juegan un papel importante en la formación de GPI.
Características de formación Cuando se crean, las GPI a menudo tienen una extensión de unos pocos millones de km² y volúmenes del orden de 1 millón de km³. En la mayoría de los casos, gran parte del volumen de una GPI basáltica se emplaza en menos de 1 millón de años. Uno de los enigmas de los orígenes de tales GPIs es comprender cómo se forman y erupcionan esos enormes volúmenes de magma basáltico en escalas de tiempo tan cortas, con tasas de efusión de hasta un orden de magnitud mayor que los basaltos que se forman en las dorsales mediooceánicas.
Teorías sobre la formación El origen de muchas o de todas las GPI se ha atribuido, de diversas maneras, a la existencia de plumas del manto, a los procesos asociados con la tectónica de placas o al impacto de meteoritos.
Formación relacionada con las plumas mantélicas Aunque la mayor parte de la actividad volcánica en la Tierra está asociada con las zonas de subducción o dorsales mediooceánicas, hay regiones significativas de vulcanismo extenso y de larga vida, conocidas como puntos calientes, que solo están indirectamente relacionadas con la tectónica de placas. La cadena submarina hawaiana-Emperador, ubicada en la placa del Pacífico, es un ejemplo, con millones de años de movimiento relativo a medida que la placa se mueve sobre el punto caliente de Hawái. Se han identificado numerosos puntos críticos de diferentes tamaños y edades en todo el mundo. Esos puntos calientes se mueven lentamente unos con respecto a los otros, pero se mueven más rápidamente, en un orden de magnitud, que las placas tectónicas, lo que proporciona evidencia de que no están directamente vinculados a las placas tectónicas.
El origen de esos puntos críticos sigue siendo controvertido. Los puntos críticos que alcanzan la superficie de la Tierra pueden tener tres orígenes distintos. Los más profundos probablemente se originan en el límite entre el manto inferior y el núcleo; aproximadamente el 15-20% tienen características tales como la presencia de una cadena lineal de montes marinos con edades cada vez mayores, GPI en el punto de origen de la pista, baja velocidad de onda de corte que indica altas temperaturas por debajo de la ubicación actual de la pista y relaciones de 3He a 4He que se juzgan consistentes con un origen profundo. Otros como los puntos calientes de Pitcairn, Samoa y Tahití parecen originarse en la parte superior de grandes cúpulas de lava calientes, transitorias (denominadas superpozos) en el manto. El resto parece originarse en el manto superior y se ha sugerido que es el resultado de la ruptura de la litósfera subductora.Vincent Courtillot, Anne Davaille, Jean Besse, & Joann Stock; Three distinct types of hotspots in the Earth’s mantle; Earth and Planetary Science Letters; V. 205; 2003; pp.295–308
Las imágenes recientes de la región por debajo de los puntos críticos conocidos (por ejemplo, en Yellowstone y en Hawái) usando tomografía de ondas sísmicas han producido evidencias que indicarían la presencia de columnas convectivas de origen profundo relativamente estrechas que tenrían una región limitada en comparación con la circulación tectónica de placas a gran escala en la que están incrustados. Las imágenes revelan caminos verticales continuos pero tortuosos con cantidades variables de materiales más calientes, incluso a profundidades en las que se predice que ocurrirán transformaciones cristalográficas.E. Humphreys and B. Schmandt; Looking for Mantle Plumes; Physics Today; August 2011; pp. 34-39.
Formación relacionada con las tensiones en las placas tectónicas Una alternativa importante al modelo de penacho es un modelo en el que las rupturas serían causadas por las tensiones relacionadas con las placas que fracturaron la litósfera, permitiendo que la masa fundida llegase a la superficie desde fuentes heterogéneas poco profundas. Se postula que los altos volúmenes de material fundido que forman las GPI serían causados por flujos de convección en el manto superior, que serían secundarios respecto a la convección que impulsa el movimiento de las placas tectónicas.
Formación relacionada con vertidos de depósitos tempranos Se ha propuesto que la evidencia geoquímica respalda un reservorio formado temprano que sobrevivió en el manto de la Tierra durante aproximadamente 4500 millones de años. Se postula que el material fundido se originó en este embalse, contribuyendo al basalto de inundación de la isla de Baffin hace unos 60 millones de años. Los basaltos de la meseta de Ontong en la isla de Java muestran firmas isotópicas y de oligoelementos similares propuestas para el reservorio de la Tierra primitiva.
Formación inducida por meteoritos