Гавайская горячая точка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Это старая версия этой страницы, сохранённая Ivtorov (обсуждение | вклад) в 13:49, 11 марта 2018 (→Строение). Она может серьёзно отличаться от текущей версии.
Перейти к навигации Перейти к поиску
У этого термина существуют и другие значения, см. Горячая точка.
Положение на карте
Строение Гавайской горячей точки

Гавайская горячая точка (или Гавайское горячее пятно) — вулканическая горячая точка, расположенная вблизи острова Гавайи, в северной части Тихого океана. Одна из наиболее известных и хорошо изученных горячих точек в мире,[1]

История

Первыми учёными изучавшими гавайские вулканы были Арчибальд Мензис (в 1794 году), Джеймс Макрей (в 1825 году) и Дэвид Дуглас (в 1834 году). Мензис предпринял три попытки взойти на Мауна-Лоа, а Дуглас умер на склонах Мауна-Кеа.

The Hawaiian islands with attention called to topographic highs, Bouguer gravity anomalies, locus of shield volcanoes, and areas of closed low. Two and sometimes three parallel paths of volcanic loci are shown trailing the hotspot for thousands of miles.
Вулканические параллельные пути на тысячи километров.

В 1840—1841 годах американский геолог Джеймс Дана был в составе большой тихоокеанской экспедиции под руководством Чарльза Уилкса. На вершине Мауна-Лоа маятником была измерена гравитация. Миссионер Титус Коан, продолжил наблюдения вулканов, что позволило Дана опубликовать отчёт в 1852 году. Дана продолжил изучение Гавайев в 1880—1881 годах, и подтвердил (по степени эрозии) увеличение возраста островов в Северо-Западном направлении. Он пришёл к выводу, что Гавайская цепь состояла из двух вулканических цепочек, расположенных вдоль отдельных параллельных путей. Он дал им термины «Лоа» (вулканы Мауна-Лоа, Хуалалаи, Кахоолаве, Ланаи, и Западный Молокаи) и «Кеа» (вулканы Килауэа, Мауна-Кеа, Кохала, Халеакала, и Западный Мауи). Он предположил наличие там трещинной зоны — «Большой разлом „Дана“», его теория существовала до середины XX века[2]

В экспедиции 1884—1887 годов К. И. Даттон расширил идеи Даны. Он определил, что остров Гавайи состоит из 5 (а не 3) вулканов. Дал названия Аа-лава b Пахойхой-лава в своих работах[3].

В 1912 году геолог Томас Джаггар основал Гавайскую вулканическую обсерваторию на Килауэа. В 1919 году она вошла в Национальное управление океанических и атмосферных исследований, а 1924 году в Геологическую службу США.

Полноценная эволюционная модель была сформулирована в 1946 году Гарольдом Т. Стернсом на основании более точного определения возраста горных пород[4]

Гавайский и Императорский подводные хребты

Классическая теория горячих точек (хот-спот) впервые была предложена в 1963 году Д. Т. Вильсоном. Она предполагал, что один фиксированной Мантийный плюм («мантийный факел») строит вулкан, которые затем отрезался от их источника нагрева в результате движения Тихоокеанской плиты, становясь всё менее активными и в конце концов разрушался эрозией, уходя ниже уровня моря на протяжении миллионов лет. Согласно этой теории, около 60° произошёл изгиб, в месте где Императорский и Гавайский сегменты цепи показали изменение в направлении движения Тихоокеанской плиты.

С 1970-х годов Гавайское морское дно было исследовано гидролокаторами и подводными аппаратами[5][6] с 1994 по 1998 год[7], что подтвердило теорию Гавайской горячей точки.

До этого долгое время считалось, что Гавайский архипелаг являлся «разломной зоной» земной коры, хотя уже был определён последовательный разный возраст вулканов вдоль этого разлома[8].

В 2003 году возникла новая теория — «мобильной гавайской горячей точки», она предполагает, что 47-миллионов лет назад изгиб был вызван изменением движения плюма, а не тихоокеанской плиты.

Строение и состав

Схема разреза Земли

Большинство вулканов на Земле создаются геологической активностью на границах тектонических плит, однако, Гавайская горячая точка находится далеко от границы Тихоокеанской плиты (около 3200 км).

Гавайский мантийный плюм создал Гавайско-Императорскую цепь подводных гор — цепь вулканов (подводные хребты) протяжённостью более 5800 километров. Цепь простирается от южной части острова Гавайи до края Алеутской впадины. Четыре из этих вулканов — активны, двое — спящие, и более 123 не активные (многие из которых уже разрушены в результате эрозии — подводные горы и атоллы).

Геофизические методы показали размеры Гавайского горячего пятна: 500—600 км в ширину и до 2000 км в глубину. Исследования оливина и граната выяснили температуру его магматической камеры — примерно 1500° C. За последние 85 миллионов лет деятельности из этой точки вышло порядка 750 тысяч кубических километров лавы. Скорость дрейфа плиты постепенно снижается, это вызвало тенденцию к всё более близкому расположению вулканов.

Геофизики считают, что горячие точки возникают в нижней мантии или непосредственно над ядром[9] Нагретая ядром менее вязкая часть мантии расширяется и поднимается на поверхность (см. Рэлей-тейлоровская неустойчивость), так возникает мантийный плюм, достигающий основания литосферы, нагревает её и вызывает извержения вулканов[10].

«Горячее пятно» было определено с помощью сейсмической томографии, оно оценивается в 500—600 километров шириной[11][12] Изображения показали тонкие низкоскоростные зоны, доходящие до глубины 1500 км, соединяющиес с большими зонами, простирающимися от глубины 2000 км к кранице внешнего ядра Земли. Эти зоны плавят мантию и создают факел (шлейф или плюм) идущий к верхней мантии[13].

Температура и движение

Исследования по плавлению граната и оливина показали, что магматическая камера горячей точки находится примерно в 90-100 км под землей, что соответствует расчетной глубине океанической литосферы, и служит «крышкой котла плавления»[14][15].

Гавайские вулканы дрейфуют на северо-запад от горячей точки со скоростью около 5-10 сантиметров в год. Горячая точка ушла на юг примерно на 800 км по отношению к Императорскому хребту. Палеомагнитные исследования подтверждают этот вывод на основании изменения магнитного поля Земли, изображение которого было зафиксировано в горных породах в момент их затвердевания, показывая, что эти подводные горы были в более высоких широтах, чем теперешние Гавайи. До поворота, точки скорость движения была 7-9 см в год[16]

Самый старый вулкан в цепи — Гора Мэйдзи, расположен на окраине Алеутского желоба, образован 85 миллионов лет назад. В течение нескольких миллионов лет он исчезнет, так как Тихоокеанская плита скользит под Евразийскую плиту[17]

Состав магмы

Состав вулканической магмы существенно изменился по данным анализа стронция-ниобий-палладий элементных соотношений. Император подводные горы были активны не менее 46 миллионов лет, а древнейшие лавы, датируется в Меловым периодом, затем ещё 39 миллионов лет, общим возрастом 85 миллионов лет. Данные свидетельствуют о вертикальной изменчивости в сумме стронция, присутствующих в щелочных (на ранних стадиях) и толеитовой (поздние стадии) лавы. Рост замедляется резко в момент изгиба[18].

магматический базальт почти всех вулканов схож по составу, но встречаются габбро и диабаза. Другие магматические породы присутствуют в небольших количествах на старых вулканах[19].

Частота извержений

Bathymetric rendering of the Hawaiian island chain showing greater depths as blue, shallower depths as red, and exposed land as gray. The main island is the tallest, the ones in the middle sit on a raised plateau, and three more islands sit separately at the west end of the chain. A series of small elevation bumps (seamounts) sit south of the main landmass.
Батиметрия и рельеф юго-восточные Гавайские острова, с исторической лавовые потоки показаны красным цветом

Со временем выход лавы увеличивается. За последние шесть миллионов лет они были гораздо выше, чем когда-либо прежде — 0.095 кубических километра в год. В среднем за последний миллион лет ещё выше, примерно 0.21 куб. км. Для сравнения, средний дебит срединно-океанического хребта составляет около 0.02 км³ на каждые 1000 км от хребта[20][21][22].

Топография и форма геоида

Модель Геоида, 1996

Детальный топографический анализ Гавайско-Императорской цепи подводных гор высокая в центре. Наиболее быстрое снижение высоты и самый высокий коэффициент между рельефом и геоида высотой на пересечении Молокаи и Мюррей[23]

В 1953 году Роберт С. Дитц и его коллеги высказали предположение, что причиной был мантийный подъём (апвеллинг). Позже было показано на тектонические поднятия, вызванные разогреванием в нижней части литосферы.

Эволюция островов

Animation showing an intact volcano that gradually shrinks in size with some of the lava around its perimeter replaced by coral
Последовательности эрозии и оседания вулкана и формирование атолла

Жизненный цикл острова состоит из нескольких стадий или этапов:

  • подводный — вулкан постепенно поднимается под водой, производя плотную подушечную лаву.
  • надводный — вулкан становится плоским, щитовым[24]
  • оседание и эрозия — этапы пост-щитового вулканизма[25].

Вулканы и оползни

За 85 миллионов лет Гавайская точка создала не менее 129 вулканов, 123 из которых потухшие, 4 — действующие и 2 — спящие вулканы[26].

Вулканы могут быть объединены в три общие категории:

Активные гавайские вулканы характеризуются частыми рифтовыми (трещинными) извержениями (рифтовые зоны — их характерная особенность)[27].

По мере нарастания массы и объёма вулканов их края откалываются и сползают в океан. Картографирование дна выявило как минимум 70 крупных оползней на Гавайях от 20 до 200 километров в ширину, и до 5000 кубических км в объёме. Эти оползни могут быть разделены на две основные категории:

  • постепенное сползание по склонам
  • катастрофические обломочные лавины с большим разбросом вулканических обломков (на сотни километров), что сопровождается цунами и землетрясением (например в 1868 и 1975 годах)[28].

Мифология

Вероятность того, что Гавайские острова стареют в северо-западном направлении выдвигали ещё древние Гавайцы в своих легендах про богиню вулканов Пеле.

См. также

Примечания

  1. ↑ H. Altonn; H. Altonn. Scientists dig for clues to volcano's origins: Lava evidence suggests Koolau volcano formed differently from others in the island chain. Honolulu Star-Bulletin. University of Hawaii—School of Ocean and Earth Science and Technology (31 мая 2000). Дата обращения: 21 июня 2009.
  2. ↑ G. R. Foulger. The Emperor and Hawaiian Volcanic Chains: How well do they fit the plume hypothesis? Дата обращения: 1 апреля 2009.
  3. ↑ Volcanism in Hawaii: papers to commemorate the 75th anniversary of the founding of the Hawaii Volcano Observatory. — United States Geological Survey, 1987. — Vol. 1.
  4. ↑ R. A. Apple; R. A. Apple. Thomas A. Jaggar, Jr., and the Hawaiian Volcano Observatory. Hawaiian Volcano Observatory—United States Geological Survey (4 января 2005). Дата обращения: 26 февраля 2012.
  5. ↑ R. J. Van Wyckhouse; R. J. Van Wyckhouse. Synthetic Bathymetric Profiling System (SYNBAPS). Defense Technical Information Center (1973). Дата обращения: 25 октября 2009.
  6. ↑ H. Rance. Historical Geology: The Present is the Key to the Past. — QCC Press, 1999. — P. 405–407.
  7. ↑ MBARI Hawaii Multibeam Survey. Monterey Bay Aquarium Research Institute (1998). Дата обращения: 29 марта 2009.
  8. ↑ Апродов В. А. Императорско-Гавайская разломная зона // Вулканы. М.: Мысль, 1982. С. 303—306. (Серия Природа Мира)
  9. ↑ D. L. Turcotte. 1 // Geodynamics / D. L. Turcotte, G. Schubert. — 2. — Cambridge University Press, 2001. — P. 17, 324. — ISBN 0-521-66624-4.
  10. ↑ Heat is deep and magma is shallow in a hot-spot system. Hawaii Volcano Observatory—United States Geological Survey (18 июня 2001). Дата обращения: 29 марта 2009.
  11. ↑ Zhao, D (2004). "Global tomographic images of mantle plumes and subducting slabs: insight into deep Earth dynamics". Physics of the Earth and Planetary Interiors. 146 (1–2). Bibcode:2004PEPI..146....3Z. doi:10.1016/j.pepi.2003.07.032.
  12. ↑ Y. Ji (1998). "Detection of mantle plumes in the lower mantle by diffraction tomography: Hawaii". Earth and Planetary Science Letters. 159 (3–4). Elsevier. Bibcode:1998E&PSL.159...99J. doi:10.1016/S0012-821X(98)00060-0.
  13. ↑ D. Zhao (November 2007). "Seismic images under 60 hotspots: Search for mantle plumes". Gondwana Research. 12 (4). Elsevier: 335–355. doi:10.1016/j.gr.2007.03.001. {{cite journal}}: Указан более чем один параметр |author= and |last= (справка)
  14. ↑ T. Sisson; T. Sisson. Temperatures and depths of origin of magmas fueling the Hawaiian volcanic chain. United States Geological Survey. Дата обращения: 2 апреля 2009.
  15. ↑ D. Zhao (November 2007). "Heat flow on hot spot swells: Evidence for fluid flow". Journal of Geophysical Research. 112 (B3). Elsevier: B03407. Bibcode:2007JGRB..11203407H. doi:10.1029/2006JB004299.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (дата и год) (ссылка)
  16. ↑ Drilling Strategy. Ocean Drilling Program. Дата обращения: 4 апреля 2009.
  17. ↑ Emperor subduction? (2006). Дата обращения: 1 апреля 2009.CS1 maint: Uses authors parameter (link)
  18. ↑ M. Regelous (2003). "Geochemistry of Lavas from the Emperor Seamounts, and the Geochemical Evolution of Hawaiian Magmatism from 85 to 42 Ma". Journal of Petrology. 44 (1). Oxford University Press: 113–140. doi:10.1093/petrology/44.1.113. {{cite journal}}: Указан более чем один параметр |author= and |last= (справка)
  19. ↑ D. O'Meara. Volcano: A Visual Guide. — Firefly Books, 2008. — ISBN 978-1-55407-353-5.
  20. ↑ SITE 1206. Ocean Drilling Program Database-Results of Site 1206. Ocean Drilling Program. Дата обращения: 9 апреля 2009.
  21. ↑ Site 1205 Background and Scientific Objectives. Ocean Drilling Program database entry. Ocean Drilling Program. Дата обращения: 10 апреля 2009.
  22. ↑ D. A. Clauge and G. B. Dalrymple (1987). «The Hawaiian-Emperor volcanic chain: Part 1. Geologic Evolution». United States Geological Survey Professional Paper 1350. p. 23.
  23. ↑ P. Wessel (1993). "Observational Constraints on Models of the Hawaiian Hot Spot Swell". Journal of Geophysical Research. 98 (B9). American Geophysical Union / Johns Hopkins Press: 16, 095–16, 104. Bibcode:1993JGR....9816095W. doi:10.1029/93JB01230. ISSN 0148-0227. Дата обращения: 24 декабря 2010. {{cite journal}}: Указан более чем один параметр |author= and |last= (справка)
  24. ↑ Recent Kīlauea Status Reports, Updates, and Information Releases. United States Geological Survey—Hawaiian Volcano Observatory. Дата обращения: 15 марта 2009.
  25. ↑ Seamounts. Encyclopædia Britannica. Britannica.com Inc. (1913). Дата обращения: 15 марта 2009.
  26. ↑ K. Rubin. Reply to Ask-An-Earth-Scientist. University of Hawaii. Дата обращения: 11 мая 2009.
  27. ↑ How Volcanoes Work: Shield Volcanoes. San Diego State University. Дата обращения: 25 января 2012.
  28. ↑ B. C. Kerr (12 июля 2005). "Seismic stratigraphy of Detroit Seamount, Hawaiian Emperor seamount chain: Post-hot-spot shield-building volcanism and deposition of the Meiji drift" (PDF). Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 6 (7). Stanford University: n/a. Bibcode:2005GGG.....6.7L10K. doi:10.1029/2004GC000705. Дата обращения: 25 февраля 2012.

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=Гавайская_горячая_точка&oldid=91450471