Гавайская горячая точка

Гавайская горячая точка (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].

Положение на карте
Строение Гавайской горячей точки

История
Следы горячей точки на поверхности Земли: параллельные цепочки вулканов
Цепочки островов Тихого океана, появление которых связано с горячими точками или субдукцией
Гавайский и Императорский подводные хребты
Основная статья: Геология Гавайев

В 1840—1841 годах американский минералог Джеймс Дана был в составе большой тихоокеанской экспедиции США под руководством Чарльза Уилкса. На вершине Мауна-Лоа он маятником измерил силу гравитации. Кроме того, учёный собрал образцы лавы и описал щитовидную форму гавайских вулканов. Миссионер Титус Коан по просьбе Дана продолжил наблюдения вулканов. Это позволило в 1852 году опубликовать первый научный отчёт.

В 1880—1881 годах Дана продолжил изучение Гавайев. Он 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 назвал их:

Он предположил наличие там трещинной зоны («Большого разлома Даны»), и эта теория существовала до середины XX века[2]

Во время экспедиции 1884—1887 годов К. И. Даттон дополнил результаты Даны:

  • определил, что остров Гавайи состоит из 5 (а не 3) вулканов,
  • предложил названия «аа-лава» и «пахойхой-лава»[3].

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

В 1946 году Гарольд Стернсом создал эволюционную модель формирования островов на основании более точного определения возраста горных пород[4].

В 1963 году Джон Тузо Вильсон разработал классическую теорию вулканических горячих точек. Он предложил, что один фиксированный мантийный плюм («мантийный факел») вызывает появление вулкана, который затем отодвигается и изолируется от источника нагрева в результате движения Тихоокеанской литосферной плиты. Как следствие, на протяжении миллионов лет вулкан теряет активность и в конце концов разрушается эрозией, уходя ниже уровня моря. Согласно этой теории, 60-градусное отклонение от прямой линии в месте, где сходятся Императорский и Гавайский хребты, — это следствие изменения направления движения Тихоокеанской плиты.

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

До этого долгое время считалось, что Гавайский архипелаг — это «разломная зона» земной коры, хотя уже было известно постепенное изменение возраста вулканов вдоль этого «разлома»[8].

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

Строение и состав
Строение Земли
Истончение литосферы под действием нагрева горячей точкой
Карта высот юго-восточных Гавайских островов и исторические лавовые потоки

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 неактивные (многие из которых уже разрушены эрозией — подводные горы и атоллы).

Геофизические методы показали размеры Гавайского горячего пятна: 500—600 км в ширину и до 2000 км в глубину. За последние 85 миллионов лет активности этой точки из неё вышло около 750 тысяч кубических километров лавы. Скорость дрейфа плиты постепенно снижается, что 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, его ширина оценивается в 500—600 километров[11][12]. Изображения показали тонкие низкоскоростные зоны, доходящие до глубины 1500 км, соединяющиеся с большими зонами, простирающимися от глубины 2000 км к границе 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 на глубине 90—100 км, что соответствует расчетной глубине океанической литосферы, и служит «крышкой котла плавления»; её температура — примерно 1500° C[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. Этот вывод подтверждают палеомагнитные исследования (данные изменения магнитного поля Земли, направление 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 скорость движения была 7—9 см в год[16]

Самый старый вулкан в цепи — подводная гора Мэйдзи. Она расположена на окраине Алеутского желоба и образована 85 миллионов лет назад. В течение нескольких миллионов лет она исчезнет, так как Тихоокеанская плита скользит под Евразийскую плиту[17]

Состав и выход магмы

Состав вулканической магмы за время активности горячей точки существенно изменился, на что указывают соотношения концентраций стронция, ниобия и палладия. Подводные горы Императорского хребта были активны не менее 46 миллионов лет (древнейшие лавы датируются меловым периодом), а Гавайского хребта — следующие 39 миллионов лет (всего 85 миллионов лет). Данные свидетельствуют о вертикальной изменчивости содержания стронция, присутствующей и в щелочной (на ранних стадиях), и в толеитовой (поздние стадии) лаве. Систематический рост резко замедляется в момент изгиба[18].

Созданные горячей точкой вулканы почти целиком состоят из магматического базальта и похожих по составу габбро и диабаза. Другие магматические породы присутствуют в небольших количествах на старых вулканах[19].

Со временем выход лавы увеличивается. За последние шесть миллионов лет он был гораздо выше, чем когда-либо прежде — 0,095 кубических километра в год. В среднем за последний миллион лет выход лавы ещё выше, примерно 0,21 куб. км в год. Для сравнения: средний дебит срединно-океанического хребта составляет около 0,02 км³ на каждые 1000 км хребта[20][21][22].

Топография и форма геоида
Модель геоида

Детальный топографический анализ Гавайско-Императорской цепи подводных гор показывает, что горячей точке соответствует возвышенность. Наиболее быстрое снижение высоты и самое большое отношение высоты поверхности и высоты геоида наблюдаются в юго-восточной части цепочки вулканов[23]

В 1953 году Роберт С. Дитц и его коллеги высказали предположение, что причина поднятия поверхности — мантийный подъём (апвеллинг). Позже появились указания на тектонические поднятия, вызванные разогревом в нижней части литосферы.

Мифология

Идея о том, что Гавайские острова стареют в северо-западном направлении, присутствует ещё в мифах древних гавайцев о богине вулканов Пеле, которая последовательно переселялась с одного вулкана на другой, делая их активными.

См. также
Вулканы острова Гавайи и их границы
  1. Кохала (1670 м) — потухший;
  2. Мауна-Кеа (4205 м) — дремлющий;
  3. Хуалалаи (2523 м) — дремлющий;
  4. Мауна-Лоа (4169 м) — активный;
  5. Килауэа (1247 м) — активный;
  6. Лоихи (−975 м) — подводный активный.

Примечания
  1. 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 (англ.). — United States Geological Survey, 1987. — Vol. 1.
  4. R. A. Apple Thomas A. Jaggar, Jr., and the Hawaiian Volcano Observatory. Hawaiian Volcano Observatory; United States Geological Survey (4 января 2005).
  5. R. J. Van Wyckhouse Synthetic Bathymetric Profiling System (SYNBAPS) (недоступная ссылка). Defense Technical Information Center (1973). Дата обращения: 25 октября 2009. Архивировано 27 февраля 2012 года.
  6. H. Rance; H. Rance. Historical Geology: The Present is the Key to the Past (англ.). — 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; G. Schubert. 1 // Geodynamics (неопр.). — 2. — Cambridge University Press, 2001. — С. 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. Global tomographic images of mantle plumes and subducting slabs: insight into deep Earth dynamics (англ.) // Physics of the Earth and Planetary Interiors : journal. — 2004. — Vol. 146, no. 1—2. — doi:10.1016/j.pepi.2003.07.032. — .
  12. Y. Ji. Detection of mantle plumes in the lower mantle by diffraction tomography: Hawaii (англ.) // Earth and Planetary Science Letters : journal. — Elsevier, 1998. — Vol. 159, no. 3—4. — doi:10.1016/S0012-821X(98)00060-0. — .
  13. D. Zhao; D. Zhao. Seismic images under 60 hotspots: Search for mantle plumes (англ.) // Gondwana Research : journal. — Elsevier, 2007. — November (vol. 12, no. 4). — P. 335—355. — doi:10.1016/j.gr.2007.03.001.
  14. 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. Heat flow on hot spot swells: Evidence for fluid flow (англ.) // Journal of Geophysical Research : journal. — Elsevier, 2007. — November (vol. 112, no. B3). — P. B03407. — doi:10.1029/2006JB004299. — .
  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; M. Regelous. Geochemistry of Lavas from the Emperor Seamounts, and the Geochemical Evolution of Hawaiian Magmatism from 85 to 42 Ma (англ.) // Journal of Petrology : journal. — Oxford University Press, 2003. — Vol. 44, no. 1. — P. 113—140. — doi:10.1093/petrology/44.1.113.
  19. D. O'Meara; D. O'Meara. Volcano: A Visual Guide (неопр.). — 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; P. Wessel. Observational Constraints on Models of the Hawaiian Hot Spot Swell (англ.) // Journal of Geophysical Research : journal. — American Geophysical Union / Johns Hopkins Press, 1993. — Vol. 98, no. B9. — P. 16,095—16,104. — ISSN 0148-0227. — doi:10.1029/93JB01230. — .

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.