コロンビア川玄武岩群

コロンビア川玄武岩群（スティーン玄武岩とピクチャー渓谷玄武岩を含む）は 4 つの州にまたがって広がっています。

コロンビア川玄武岩群（CRBG）は、地球上で最も新しく、最も小さく、最もよく保存された大陸洪水玄武岩地域の一つであり、主にオレゴン州東部とワシントン州、アイダホ州西部、ネバダ州北部の一部に及ぶ210,000 km 2 (81,000平方マイル)以上の面積を覆っています。[ 1 ]この玄武岩群には、スティーンズ玄武岩層とピクチャー渓谷玄武岩層が含まれます。

はじめに

ピクチャー・ゴージ玄武岩における中新世の動物の復元

中新世 中期から後期中新世にかけて、コロンビア川洪水玄武岩は太平洋岸北西部の約163,700 km 2 (63,200平方マイル)を飲み込み、推定体積174,300 km 3 (41,800立方マイル) の広大な火成岩地域を形成しました。噴火は1700万年から1400万年前に最も活発で、この時期に玄武岩の99%以上が噴出しました。その後、1400万年から600万年前にかけて、小規模な噴火が続きました。[ 2 ]

ミズーラ洪水による浸食によって、これらの溶岩流が広範囲にわたって露出し、ワルーラ・ギャップ、パルース川下流、コロンビア川渓谷、チャネルド・スキャブランズ全域で玄武岩流の多くの層が露出しました。

コロンビア川玄武岩群は、カナダのブリティッシュコロンビア州中南部のチルコティン群と潜在的に繋がっていると考えられています。[ 3 ]ワシントン州とアイダホ州のラタ層の堆積物は、コロンビア川玄武岩群の多くの流砂と互層しており、地域全体に露頭しています。

絶対年代は統計的な不確実性を伴いますが、40 Ar/ 39 Ar年代測定などの同位体比を用いた放射年代測定によって決定されます。この年代測定は、玄武岩が固化した年代を特定するために用いられます。CRBG鉱床では、40 K崩壊によって生成される40 Arは、溶融物が固化した後にのみ蓄積されます。[ 4 ]

その他の洪水玄武岩には、インド中西部の50万km 2 (19万平方マイル)の面積を占めるデカン・トラップ(白亜紀後期)、中国南西部の25万平方キロメートル以上を占める峨眉山トラップ(ペルム紀)、およびロシアの200万km 2 ( 80万平方マイル)を占めるシベリア・トラップ(ペルム紀後期)がある。

形成

1000万年から1500万年の間に、オレゴン州南東部からブリティッシュコロンビア州西部にかけて走る古い断層線に沿って走る複数の岩脈から、溶岩流が次々と流れ出ました。溶岩の層は最終的に1.8キロメートル（5,900フィート）以上の厚さに達しました。溶岩が地表に出てくると、地球の地殻は上昇する溶岩によって残された空間に徐々に沈んでいきました。この地殻の沈下により、現在コロンビア盆地またはコロンビア川高原として知られる、広大でわずかに窪んだ溶岩平原が形成されました。北西方向に移動する溶岩は、古代のコロンビア川を現在の流路へと押し進めました。溶岩は、この地域を流れるにつれて、まず谷を埋め、ダムを形成し、それがさらに貯水池や湖を形成しました。これらの古代の湖底では、葉の化石、化石化した木、昆虫の化石、脊椎動物の骨が発見されています。[ 5 ] [ 6 ]

中期中新世（1700万年から1500万年前）には、コロンビア高原と太平洋岸北西部のオレゴン盆地と山脈が溶岩流で溢れた。両方の溶岩流は組成と年代が似ており、共通の発生源であるイエローストーンホットスポットに起因すると考えられている。火山活動の最終的な原因は依然として議論の余地があるが、最も広く受け入れられている考えは、マントルプルームまたは上昇流（現在のハワイに関連するものに類似）が約1700万年前に広範囲で大規模な玄武岩質火山活動を開始したというものである。高温のマントルプルーム物質が上昇して低圧に達すると、高温の物質は溶融して上部マントルの物質と反応し、マグマを生成する。そのマグマが地表を破ると、溶岩として流れ、その後玄武岩に固まる。[ 7 ]

洪水火山活動への移行

パルース滝のすぐ下流にあるパルース川渓谷では、グランド ロンド層のセンチネル ブラフス フローが川底に見られ、ワナパム玄武岩のイチョウ フローによって覆われています。

1750万年前より以前、西カスケード山脈の成層火山は現在と同様、2000万年以上にわたり定期的に噴火を繰り返していた。中新世中期には、突如として盾状火山による洪水噴火へと移行した。溶岩流は、スティーンズ玄武岩、グランド・ロンド玄武岩、ワナパム玄武岩、サドル山脈玄武岩の4つの主要なカテゴリーに分類できる。これらの溶岩流は、放射年代測定法、特にカリウムとアルゴンの同位体比の測定によって年代測定されている。[ 8 ]コロンビア川洪水玄武岩地域は、平均体積が500～600立方キロメートル（120～140立方マイル）の300以上の個々の玄武岩溶岩流から構成されている。[ 9 ]

コロンビア川玄武岩グループ（CRBG）[ 10 ]における洪水火山活動への移行は、他の大規模な火成岩地域と同様に、火山性脱ガスのプロセスによる質量溶脱と揮発性物質の放出による大気負荷によっても特徴づけられた。CRBG噴火で示された脱ガスの規模を決定するために、供給源岩脈と関連する噴出流ユニットの揮発性物質濃度の比較分析が定量的に測定された。CRBGに関連する300を超える個々の流のうち、ロザ流には揮発性物質の分析で最も化学的に保存状態の良い玄武岩が含まれている。ワナパム層に含まれるロザは、面積40,300平方キロメートル、体積1,300立方キロメートルで、CRBGで最も広大なメンバーの1つである。[ 11 ]マグマの揮発性物質の値が供給源岩脈の重量濃度で1 - 1.5パーセントと想定されると、ローザ流の硫黄の放出は二酸化硫黄（SO2）の形で年間1.2Gt（12億トン）の割合で約12Gt（120億トン）になると計算されます。[ 12 ]しかし、岩石学的分析による他の研究では、SO2の質量脱ガス値はマグマの総噴出質量の0.12％ - 0.28％であり、ローザ流の二酸化硫黄の放出量は9.2Gtの範囲と低く推定されます。[ 13 ]放出された二酸化硫黄と大気の相互作用の副産物である硫酸は、ローザ流で年間1.7Gt、合計で17Gtと計算されています。[ 14 ]玄武岩質鉱床の斑晶中のガラス包有物の分析により、 310 Mtの塩酸と1.78 Gtのフッ化水素酸の放出量も明らかになった。[ 14 ]

火山活動の原因

主要なホットスポットの発生原因は、しばしば洪水玄武岩イベントに遡る。今回のイエローストーン・ホットスポットでは、最初の洪水玄武岩イベントは、イムナハ噴火とスティーンズ噴火が始まったスティーンズ山付近で発生した。北米プレートが年間数センチメートル西に移動したため、噴火はスネーク川平原を通りアイダホ州を横切りワイオミング州まで広がった。ホットスポット仮説と一致して、この経路に沿って東に進むにつれて、溶岩流は次第に新しいものになる。[ 15 ]この噴火期以前には、イエローストーン・ホットスポットがオレゴン州中央部のスミス・ロックや、おそらくオレゴン海岸山脈に露出している太平洋岸北西部の海岸線の大部分の下にあるシレツィアとして知られる別の洪水玄武岩イベントのような地形を作り出したと考えられている。[ 16 ] [ 17 ]

イエローストーンが深部ホットスポットと関連していることを裏付ける新たな証拠があります。地震波に基づくトモグラフィー画像を用いたところ、イエローストーンをはじめとするいくつかのホットスポットの地下には、比較的狭く深部に位置する活発な対流プルームが検出されました。これらのプルームは、大規模なプレートテクトニクス循環で観測される湧昇よりもはるかに集中しています。[ 18 ]

数百万年前のイエローストーンホットスポットの位置

ホットスポット仮説は、いくつかの疑問を解決していないため、広く受け入れられているわけではない。イエローストーンのホットスポット火山活動軌跡は、ホットスポットの軌跡に大きな湾曲が見られるものの、北部CRBG洪水を考慮すると、プレート運動の変化とは一致しない。さらに、イエローストーンの画像は、650 km（400マイル）と400 km（250マイル）の地点でプルームが狭まっている様子を示しているが、これは相変化に対応する可能性もあれば、まだ解明されていない粘性効果を反映している可能性もある。実際のメカニズムに関するコンセンサスを得るには、さらなるデータ収集と更なるモデリングが必要となるだろう。[ 19 ]

洪水玄武岩の定置速度

コロンビア川玄武岩群の流動は、個々の流動の大部分を通じて本質的に均一な化学的性質を示し、急速に配置されたことを示唆している。Ho と Cashman (1997) [ 20 ]は、フレンチマン スプリングス メンバーの 500 km (310 マイル) に及ぶイチョウ流動の特性を評価し、流動の起源から最遠点までの流れに沿った融点の測定に基づき、水力学的考慮と合わせて、約 1 週間で形成されたと判定した。イチョウ玄武岩は、ワシントン州カロタス付近のイチョウ流動の供給岩脈からオレゴン州ヤクイナ岬の太平洋上の流動末端までの 500 km (310 マイル) の流路にわたって調査された。玄武岩の融点の上限は1,095 ± 5 °C、下限は1,085 ± 5 °Cであったこの均一性を達成するには、溶岩が急速に広がったに違いありません。

ヤキナ岬灯台は、起源から 500 km (310 マイル) 以上離れた、フレンチマン スプリングス層の侵食に強いイチョウ流玄武岩の上に建っています。

解析によれば、流れは層流のままでなければならないことが示されている。乱流はより急速に冷却されるからである。これは、乱流や最小限の冷却で毎秒1～8メートル（2.2～17.9 mph）の速度で移動できるシートフローによって実現される可能性があり、これは銀杏溶岩流が1週間未満で発生したことを示唆している。冷却/水力解析は独立した指標によって裏付けられている。より長い期間が必要であった場合、一時的に堰き止められた川からの外部水が侵入し、より劇的な冷却速度と枕状溶岩の量の増加の両方をもたらしたであろう。Hoの解析は、玄武岩流の中断後に川が峡谷で再び確立するのに必要な時間に基づいて、ポモナ溶岩流の最大定置期間を数か月と提案したReidel、Tolan、& Beeson (1994) [ 21 ]の解析と一致している。[ 20 ] : 403–406 [ 21 ] : 1–18

洪水玄武岩流の年代測定

CRBGフローの年代測定には、地層学、放射年代測定、そして磁気層序という3つの主要なツールが用いられています。これらの技術は、5つの州にまたがる、異なる玄武岩の露出部とボーリングサンプルから得られたデータの相関関係を解明する上で重要な役割を果たしてきました。

洪水玄武岩溶岩の主要な噴火活動は、地層学的に区分されます。各層は物理的特性と化学組成によって区別できます。それぞれの層には通常、その地層が露出し研究可能な地域（谷、山、または地域）に基づいて名称が付けられます。地層学は、CRBG層の相対的な順序（序数）を提供します。

ワシントン州ホール・イン・ザ・グラウンド・クーリーから南を望む。上部の玄武岩はプリースト・ラピッズ層からなり、その上部はローザ層から流れ出ている。一方、下部の峡谷にはグランド・ロンド玄武岩の層が露出している。

統計的な不確実性を伴う絶対年代は、40 Ar/ 39 Ar年代測定などの同位体比を用いた放射年代測定によって決定され、玄武岩が固化した年代を特定するために用いられる。CRBG鉱床では、40 K崩壊によって生成される40 Arは、溶融物が固化した後にのみ蓄積される。[ 22 ]

磁気層序学は年代測定にも用いられます。この手法では、CRBG層の磁気極性帯のパターンを磁気極性の時間スケールと比較します。サンプルを分析し、地層が堆積した当時の地球磁場から得られた特徴的な残留磁化を決定します。これは、磁性鉱物が溶融物中で沈殿（結晶化）する際に、地球の現在の磁場と一致するため可能です。[ 23 ]

スティーンズ玄武岩は、約1500万年前に起こった地球の磁気反転の非常に詳細な記録を捉えている。1万年の間に130以上の流れが凝固した。これはおよそ75年に1つの流れに相当する。各流れが約500℃（932℉）以下に冷却されるにつれて、磁場の向き（通常、反転、あるいは複数の中間位置のいずれか）が記録された。ほとんどの流れは単一の磁気向きで凍結した。しかし、上下両面から中心に向かって徐々に凍結するいくつかの流れは、凍結時に磁場の向きの大きな変化を捉えた。観測された方向の変化は、15日間で50⁰と報告されている。[ 24 ]

主要な流れ

スティーンズ玄武岩

スティーンズ山の頂上から、侵食された面に玄武岩層が見えるアルボード砂漠を望む

スティーンズ玄武岩流は、オレゴン高原の約50,000 km 2 (19,000平方マイル) を、厚さ最大1 km (3,300 フィート) の区画で覆っています。この流域には、CRBG 大規模火成岩区で最も古い噴火が確認されています。オレゴン高原の大部分を覆うスティーンズ玄武岩の模式地は、玄武岩の多層構造を示すスティーンズ山の約1,000 m (3,300 フィート) の斜面です。コロンビア川玄武岩群の一部であると考えられている最古の流域であるスティーンズ玄武岩には、地理的には離れているものの、ほぼイムナハ流域と同時期に発生した流域が含まれています。スティーンズ山の北側にある古いイムナハ玄武岩は、化学的に異なる最下層のスティーンズ玄武岩を覆っています。そのため、イムナハ流域の一部の流域は、最下層のスティーンズ玄武岩よりも地層学的に新しいものです。[ 25 ]

地磁気反転は、 40 Ar/ 39 Ar年代と地磁気極性タイムスケールを用いて測定したところ、約1670万年前のスティーンズ玄武岩噴火の際に発生した。[ 26 ]スティーンズ山と、その南東70～90km（43～56マイル）西にあるキャットローピークとポーカージムリッジのオレゴン高原洪水玄武岩の関連部分は、火山岩で報告された磁場反転データ（反転から正常への極性遷移）の中で最も詳細なデータを提供している。[ 27 ]

スティーンズ玄武岩流に伴うフィーダー岩脈群の観測された傾向は、CRBGに伴う他の岩脈群の傾向とは非典型的であると考えられている。これらの岩脈群は、N20°Eの維持された傾向を特徴とし、ネバダ剪断帯の北方への延長を辿っており、地域規模でこの剪断帯を通じたマグマの上昇に起因すると考えられている。[ 28 ]

イムナハ玄武岩

最も古い流下物とほぼ同時期に、インナハ玄武岩流はオレゴン州北東部全域に湧き出しました。この期間に26の主要な流下があり、およそ1万5000年に1回の割合です。これは総流下量の約10%に相当すると推定されていますが、より最近の流下物に埋もれており、目に見える場所は限られています。[ 29 ]ワローワ郡のインナハ川とスネーク川の下流の段丘に沿って見ることができます。[ 30 ]

2番目に古い岩石の流れであるイムナハ玄武岩は、基準地であるオレゴン州イムナハで露出しています。

イムナハ溶岩はK-Ar法を用いて年代測定されており、年代は広範囲にわたっています。最古のものは1767±32万年前、新しい溶岩流は1550±40万年前までの範囲です。イムナハ玄武岩は下部スティーンズ玄武岩を覆っていますが、上部スティーンズ玄武岩と重なり合っている可能性が示唆されています。[ 31 ]

グランドロンド玄武岩

1700万年前から1560万年前にかけての、次に古い溶岩流がグランド・ロンド玄武岩を構成しています。グランド・ロンド玄武岩内のユニット（流動帯）には、マイヤーリッジとセンチネルブラフスユニットが含まれます。地質学者は、グランド・ロンド玄武岩が総流動量の約85%を占めると推定しています。ジョセフ、エンタープライズ、トロイ、ワラワラ付近にあるチーフ・ジョセフ・ダイク・スウォームと呼ばれる多数の岩脈が特徴で、これらの岩脈を通して溶岩の湧昇が起こりました（推定では最大2万本の岩脈があります）。多くの岩脈は幅5～10メートル（16～33フィート）、長さ最大10マイル（16キロメートル）の割れ目であり、大量のマグマの湧昇を可能にしました溶岩の多くは北へ流れてワシントン州に入り、コロンビア川を下り太平洋へと流れた。この巨大な流れによってコロンビア川高原が形成された。この流れの重み（および下層のマグマ溜まりの空洞化）によってワシントン州中央部が沈降し、ワシントン州に広大なコロンビア盆地が形成された。[ 32 ] [ 33 ]この層の模式地はグランド・ロンド川の峡谷である。グランド・ロンド玄武岩流と岩脈は、オレゴン州道3号線沿いのジョセフ・キャニオンの露出した2,000フィート（610メートル）の壁にも見られる。[ 34 ]

グランド ロンド 玄武岩の模式地は、ここに示すように、グランド ロンド川下流沿いにあります。

グランド・ロンド玄武岩流は、カスケード山脈の西側にあるコロンビア川の古流域を流れ下りました。クラカマス川沿いや、滝がグランド・ロンド玄武岩の層を越えて流れ落ちるシルバーフォールズ州立公園で、その姿が確認できます。ポートランドの西側にあるテュアラティン山脈には、8つの流跡跡が残っています。 [ 35 ]

個々の流出には大量の玄武岩が含まれていた。センチネル・ブラフス層のマッコイ・キャニオン流出は、厚さ10～60メートル（33～197フィート）の層に4,278 km 3（1,026 cu mi）の玄武岩を流出させた。ウムタナム流出は、深さ50メートル（160フィート）の層に2,750 km 3（660 cu mi）と推定されている。ティーピー・ビュート層のプルーイット・ドロー流出は、厚さ100メートル（330フィート）に達する玄武岩層を含む約2,350 km 3（560 cu mi）を流出させた。[ 36 ]

ワナパム玄武岩

ワナパム玄武岩は、エックラー山部層（1560万年前）、フレンチマン・スプリングス部層（1550万年前）、ローザ部層（1490万年前）、プリースト・ラピッズ部層（1450万年前）で構成されています。[ 37 ]これらは、オレゴン州ペンドルトンとワシントン州ハンフォードの間の火道から形成されました

パーク・レイク・サイド・キャニオンの壁に露出したプリースト・ラピッズのメンバー

フレンチマン・スプリングス層はグランド・ロンド玄武岩と同様の経路を辿ったが、異なる化学的特徴によって識別できる。西に太平洋まで流れ、コロンビア渓谷、クラカマス川上流域、オレゴンシティの南の丘陵地帯[ 38 ]、そして西はオレゴン州ニューポート近郊のヤキナ岬まで、750km（470マイル）にわたって分布している[ 39 ] 。

サドルマウンテン玄武岩

サドル山脈で顕著に見られるサドル山脈玄武岩は、ユマティラ層、ウィルバー・クリーク層、アソティン層（1300万年前）、ヴァイセンフェルス・リッジ層、エスクァッツェル層、エレファント・マウンテン層（1050万年前）、バジフォード層、アイスハーバー層（850万年前）、およびロワー・モニュメンタル層（600万年前）で構成されています。[ 40 ]

オレゴン高層溶岩平原

キャンプ＆ロス（2004）は、オレゴン高層溶岩平原は、同じ起源を持つ相補的な伝播流紋岩噴火システムであると観察しました。2つの現象は同時に発生し、高層溶岩平原は約1000万年前から西方向に伝播し、スネークリバー平原は東方向に伝播しました。[ 41 ]

参照

ウィキメディア・コモンズには、コロンビア川玄武岩層群の構成岩に関連するメディアがあります

参考文献

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出典

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