Magmatulvat purkautuvat syvemmältä kuin aiemmin on uskottu

Kansainvälinen geologiryhmä osoittaa tietokonesimulaation avulla, että valtavat magmapurkaukset voivat saada alkunsa syvemmällä kuin mitä on uskottu. Laavasta muodostuneiden tulvabasalttien purkaukset ovat menneisyydessä aiheuttaneet globaaleja ilmastonmuutoksia ja lajien joukkosukupuuttoja.

Kansainvälinen geologiryhmä osoittaa tietokonesimulaation avulla, että valtavat magmapurkaukset voivat saada alkunsa syvemmällä kuin mitä on uskottu. Laavasta muodostuneiden tulvabasalttien purkaukset ovat menneisyydessä aiheuttaneet globaaleja ilmastonmuutoksia ja lajien joukkosukupuuttoja.

Suuret magmapurkaukset ovat synnyttäneet mahtavia basalttilaavan tulvia mantereilla maapallon eri kehitysvaiheissa. Basalttimagma on maan sisällä syntyvää yli tuhatasteista kivisulaa, joka maanpinnalla jähmettyy laavaksi.

Kaikkein suurimpien tulvabasalttipurkausten on aiemmin ajateltu olevan mahdollisia vain paikoissa, joissa mantereiden tektoniset laatat, eli maan kova, kivinen pintakerros, ovat poikkeuksellisen ohuita. Tällaisissa paikoissa maapallon sisäosan eli vaipan kuuma kiviaines pääsee kohoamaan lähelle maanpintaa. Kuuman vaipan sulaminen tällaisissa alhaisen paineen ympäristöissä voi synnyttää hyvin suuren määrän magmaa.

Helsingin ja Aarhusin yliopistojen geotieteilijöiden uusi tutkimus haastaa nyt tämän suositun teorian.

– Oletus siitä, että tulvabasalttien purkaukset edellyttävät vaipan sulamista lähellä maanpintaa perustuu paljolti purkautuneiden magmojen hivenalkuaineiden pitoisuuksiin, selittää dosentti Jussi Heinonen Helsingin yliopistosta.

Heinonen on Journal of Petrology -tiedesarjassa ilmestyneen julkaisun pääkirjoittaja. Hän tarkentaa, että tulvabasalteissa mitatut harvinaisten maametallien määräsuhteet kertovat magmojen syntyneen vaipan yläosan mineraalien seurassa, minkä on päätelty tarkoittavan alhaisen paineen synty-ympäristöä.

– Tuloksemme auttavat ymmärtämään Afrikan ja Etelämantereen tulvabasalttien sijainnin ja hivenalkuainekoostumusten näennäistä ristiriitaa. Tärkein tuloksemme on kuitenkin se, että suuria tulvabasaltteja voi syntyä myös paksujen tektonisten laattojen alueilla ja että laavojen hivenalkuaineiden pitoisuudet eivät kerro vaipan sulamissyvyydestä luotettavasti, paitsi jos vaipan lämpötila ja koostumus tunnetaan, sanoo Helsingin yliopiston tutkijaryhmän johtaja, Luonnontieteellisen keskusmuseon yli-intendentti Arto Luttinen.

Tietokonesimulaatio tuki tutkijoiden uutta teoriaa

Uusi tutkimus on osa projektia, joka selvittää eteläisessä Afrikassa ja Etelämantereella purkautuneiden tulvabasalttien alkuperää. Purkaukset tapahtuivat noin 180 miljoonaa vuotta sitten, kun mantereet olivat kasautuneet yhteen Pangea-supermantereeksi.

– Meistä oli kummallista, että Afrikan ja Etelämantereen tulvabasaltit sijaitsevat enimmäkseen alueilla, joilla tektoniset laatat ovat paksuja eivätkä ohuita, kuvailee Luttinen. Havaitsimme lisäksi, että ne tulvabasaltit, joissa harvinaisten maametallien koostumukset viittaavat korkean paineen synty-ympäristöön, sijaitsevat itse asiassa tektonisten laattojen ohuilla alueilla, Luttinen jatkaa.

Vaihtoehtoinen teoria alkoi hahmottua, kun tutkimusryhmä löysi Mosambikista tulvalaavoja, joiden koostumukset viittasivat poikkeuksellisen korkeaan purkauslämpötilaan.

– Nämä laavat nostivat esille ajatuksen, että poikkeuksellisen kuuman vaipan sulaessa syvällä korkeassa paineessa, prosessissa syntyvien magmojen hivenalkuainekoostumus voisi muistuttaa alhaisen paineen magmojen koostumusta, lisää tutkijakoulutettava Sanni Turunen Helsingin yliopistosta. 

Tutkijat päättivät testata teoriaansa geokemiallisella REEBOX PRO -mallinnusohjelmalla, joka pystyy jäljittelemään vaipan mineraalien, sulien ja niiden hivenalkuaineiden koostumuksia realistisella tavalla. 

– Oli innostavaa huomata, että tietokonesimulaatiot ennustivat korkean paineen granaatti-mineraalin tuhoutuvan, kun vaipan sulaminen tapahtuu tulvabasalttien korkeissa lämpötiloissa – aivan kuin teoriamme olettikin, sanoo Aarhusin yliopistossa työskentelevä FT Eric Brown, joka osallistui artikkelin kirjoittamiseen ja on yksi REEBOX PRO -työkalun kehittäjistä. 

Korkeassa paineessa syntyvät magmat voivat näin ollen muistuttaa koostumuksensa puolesta alhaisen paineen magmoja, kun sulava vaippa on hyvin kuuma. Lisäksi tulokset osoittivat granaatin voivan säilyä myös alhaisissa paineissa, kun simulaatiossa oletettiin erilainen vaipan koostumus.

Alkuperäinen julkaisu

Heinonen, J. S., Brown, E. L., Turunen, S. T., & Luttinen, A. V. (2022). Heavy rare earth elements and the sources of continental flood basalts. Journal of Petrologyhttps://doi.org/10.1093/petrology/egac098

Arto Luttinen
Sanni Turunen
Jussi Heinonen