Hawaiian hotspot

Hawaiian hotspot ( Hawaiian hotspot ) är en vulkanisk hotspot som ligger nära ön Hawaii , i norra Stilla havet . En av de mest kända och välstuderade hotspots i världen [1] .

Historik

1840-1841 var den amerikanske mineralogen James Dana en del av en stor amerikansk Stillahavsexpedition ledd av Charles Wilkes . På toppen av Mauna Loa mätte han tyngdkraften med en pendel . Dessutom samlade forskaren lavaprover och beskrev den sköldformade formen av Hawaii-vulkaner. Missionären Titus Coan fortsatte på Dans begäran att observera vulkaner. Detta gjorde det möjligt för 1852 att publicera den första vetenskapliga rapporten.

1880-1881 fortsatte Dana att studera Hawaii. Han bekräftade (från graden av erosion ) en ökning av öarnas ålder i nordvästlig riktning. Han drog slutsatsen att den hawaiiska kedjan bestod av två vulkankedjor belägna längs separata parallella banor. Han döpte dem:

Han föreslog närvaron av en sprucken zon där ("Great Dana Fault"), och denna teori existerade fram till mitten av 1900-talet [2]

Under expeditionen 1884-1887 kompletterade K. I. Dutton resultaten av Dana:

1912 grundade geologen Thomas Jaggar Hawaiian Volcano Observatory på toppen av vulkanen Kilauea . Hon gick med i National Oceanic and Atmospheric Administration 1919 och USGS 1924 .

1946 skapade Harold Stearnsom en evolutionär modell för bildandet av öar baserad på en mer exakt bestämning av stenarnas ålder [4] .

1963 utvecklade John Tuzo Wilson den klassiska teorin om vulkaniska hot spots . Han föreslog att en enda fast mantelplym ("mantelplym") får en vulkan att dyka upp, som sedan dras tillbaka och isoleras från värmekällan genom rörelsen av Stillahavslitosfären . Som en konsekvens, över miljontals år, tappar vulkanen aktivitet och förstörs så småningom av erosion och lämnar under havsnivån . Enligt denna teori är en 60-graders avvikelse från en rät linje vid den punkt där de kejserliga och hawaiiska åsarna konvergerar en följd av en förändring i Stillahavsplattans riktning.

Sedan 1970-talet (särskilt från 1994 till 1998) har hawaiianska havsbotten studerats i detalj av ekolod och undervattensfartyg [5] [6] [7] , vilket bekräftade Hawaiian hotspot-teorin.

Dessförinnan trodde man länge att den hawaiianska skärgården  är en "förkastningszon" av jordskorpan , även om en gradvis förändring av vulkanernas ålder längs detta " förkastning " redan var känd [8] .

2003 dök en ny version upp - den "mobila Hawaiian hotspot". Hon antyder att den 47 miljoner år gamla bågen orsakades av en förändring i plymens rörelse , inte av Stillahavsplattan .

Struktur och sammansättning

De flesta vulkaner på jorden skapas av geologisk aktivitet vid tektoniska plattgränser , men Hawaiian hotspot är långt från Stillahavsplattans gräns (cirka 3200 km).

Den hawaiiska mantelplymen skapade Hawaii-Imperial Seamount Chain  , en kedja av vulkaner (ubåtsryggar) som sträcker sig över 5 800 kilometer. Kedjan sträcker sig från den södra delen av ön Hawaii till kanten av Aleutian Trench . Fyra av dessa vulkaner är aktiva , två är vilande och mer än 123 är inaktiva (av vilka många redan har eroderats - havsberg och atoller ).

Geofysiska metoder har visat storleken på Hawaiian hot spot: 500-600 km bred och upp till 2000 km djup. Under de senaste 85 miljoner åren av aktivitet på denna punkt kom cirka 750 tusen kubikkilometer lava ut ur den . Plattans avdriftshastighet minskar gradvis, vilket har orsakat en trend mot allt närmare placering av vulkaner.

Geofysiker tror att heta fläckar har sitt ursprung i den nedre manteln eller direkt ovanför kärnan [9] . Uppvärmd av kärnan expanderar den mindre trögflytande delen av manteln och stiger till ytan (se Rayleigh-Taylor instabilitet ). Så här uppstår en mantelplym som når basen av litosfären , värmer upp den och orsakar vulkanutbrott [10] .

"Hot spot" bestämdes med seismisk tomografi , dess bredd uppskattas till 500-600 kilometer [11] [12] . Bilderna visade tunna låghastighetszoner ner till ett djup av 1500 km, sammankopplade med stora zoner som sträcker sig från ett djup av 2000 km till kanten av jordens yttre kärna. Dessa zoner smälter manteln och skapar en "fackla" (plym eller plym) som går till den övre manteln [13] .

Temperatur och rörelse

Studier av smältningen av granat och olivin har visat att magmakammaren i den heta fläcken är belägen på ett djup av cirka 90-100 km, vilket motsvarar det uppskattade djupet av den oceaniska litosfären, och fungerar som ett "lock av smältningen" pott"; dess temperatur är cirka 1500°C [14] [15] .

Hawaii-vulkaner driver nordväst från hotspot med en hastighet av cirka 5 till 10 centimeter per år. Den heta platsen gick söderut i cirka 800 km i förhållande till Imperial Range. Denna slutsats bekräftas av paleomagnetiska studier (data om förändringar i jordens magnetfält , vars riktning registrerades i stenar vid tiden för deras stelning), som visar att dessa havsberg var på högre breddgrader än dagens Hawaii. Före svängen var rörelsehastigheten 7–9 cm per år [16]

Den äldsta vulkanen i kedjan är Meiji Seamount. Det ligger i utkanten av Aleuterna och bildades för 85 miljoner år sedan. Inom några miljoner år kommer den att försvinna när Stillahavsplattan glider under den eurasiska plattan [17]

Sammansättning och produktion av magma

Sammansättningen av den vulkaniska magman har förändrats avsevärt under hotspot-aktiviteten, vilket indikeras av koncentrationsförhållandena för strontium , niob och palladium . Havsbergen i Imperial Range var aktiva i minst 46 miljoner år (de äldsta lavorna går tillbaka till kritaperioden ), och Hawaiian Ridge under de kommande 39 miljoner åren (85 miljoner år totalt). Data indikerar vertikal variation i strontiumhalt, närvarande i både alkaliska (tidiga stadier) och tholeiitiska (sena stadier) lavor. Systematisk tillväxt saktar ner kraftigt vid böjningsögonblicket [18] .

Hotspot-skapade vulkaner består nästan helt av magmatisk basalt och liknande sammansättningar av gabbro och diabas . Andra magmatiska bergarter finns i små mängder på gamla vulkaner [19] .

Med tiden ökar produktionen av lava. Under de senaste sex miljoner åren har det varit mycket högre än någonsin tidigare – 0,095 kubikkilometer per år. I genomsnitt, under de senaste miljoner åren, är produktionen av lava ännu högre, cirka 0,21 kubikmeter. km per år. Som jämförelse: den genomsnittliga flödeshastigheten för åsen i mitten av havet är cirka 0,02 km³ för varje 1000 km av åsen [20] [21] [22] .

Geoidens topografi och form

En detaljerad topografisk analys av Hawaiian-Imperial Seamount Chain visar att hotspoten är förhöjd. Den snabbaste minskningen i höjd och det största förhållandet mellan ythöjd och geoidhöjd observeras i den sydöstra delen av vulkankedjan [23]

1953 föreslog Robert S. Dietz och hans kollegor att orsaken till höjningen av ytan är mantelhöjningen ( uppsvällning ). Senare dök det upp tecken på tektoniska höjningar orsakade av uppvärmning i den nedre delen av litosfären.

Mytologi

Tanken att Hawaiiöarna åldras i nordvästlig riktning finns i myterna om de gamla hawaiierna om vulkangudinnan Pele , som successivt flyttade från en vulkan till en annan, vilket gjorde dem aktiva.

Se även

Vulkaner på ön Hawaii och deras gränser
  1. Kohala ( 1670 m ) - utdöd;
  2. Mauna Kea ( 4205 m ) - vilande;
  3. Hualalai ( 2523 m ) - vilande;
  4. Mauna Loa ( 4169 m ) - aktiv;
  5. Kilauea ( 1247 m ) - aktiv;
  6. Loihi ( −975 m ) - undervattensaktiv.

Anteckningar

  1. ↑ H. Altonn Forskare letar efter ledtrådar till vulkanens ursprung: Lava-bevis tyder på att Koolau-vulkanen bildades annorlunda än andra i ökedjan . Honolulu Star-Bulletin . University of Hawaii - School of Ocean and Earth Science and Technology (31 maj 2000). Hämtad 21 juni 2009. Arkiverad från originalet 6 juli 2008.
  2. ↑ GR Foulger The Emperor and Hawaiian Volcanic Chains: Hur väl passar de in i plymhypotesen? . Hämtad 1 april 2009. Arkiverad från originalet 16 januari 2012.
  3. ↑ Volcanism in Hawaii: tidningar för att fira 75-årsdagen av grundandet av Hawaii Volcano Observatory  . - United States Geological Survey, 1987. - Vol. ett.
  4. ↑ RA Apple Thomas A. Jaggar, Jr., och Hawaiian Volcano Observatory . Hawaiian Volcano Observatory; United States Geological Survey (4 januari 2005). Arkiverad från originalet den 14 juni 2009.
  5. ↑ RJ Van Wyckhouse Synthetic Bathymetric Profiling System (SYNBAPS) (länk inte tillgänglig) . Försvarets tekniska informationscentral (1973). Datum för åtkomst: 25 oktober 2009. Arkiverad från originalet den 27 februari 2012. 
  6. ↑ H. Rance; H.Rance. Historisk geologi: Nutiden är nyckeln till det  förflutna . - QCC Press, 1999. - P. 405-407.
  7. ↑ MBARI Hawaii Multibeam Survey . Monterey Bay Aquarium Research Institute (1998). Hämtad 29 mars 2009. Arkiverad från originalet 12 augusti 2016.
  8. ↑ Aprodov V.A. Imperial-Hawaiian förkastningszon // Vulkaner. M.: Tanke, 1982. S. 303-306. (Serien Nature of the World)
  9. ↑ D. L. Turcotte; G. Schubert. 1 // Geodynamik  (neopr.) . - 2. - Cambridge University Press , 2001. - S. 17, 324. - ISBN 0-521-66624-4 .
  10. ↑ Värme är djup och magma är grunt i ett hot-spot-system . Hawaii Volcano Observatory - United States Geological Survey (18 juni 2001). Datum för åtkomst: 29 mars 2009. Arkiverad från originalet 16 februari 2012.
  11. ↑ Zhao, D. Globala tomografiska bilder av mantelplymer och subducerande plattor: insikt i djup jorddynamik   // Jordens fysik och planeternas inre : journal. - 2004. - Vol. 146 , nr. 1-2 . - doi : 10.1016/j.pepi.2003.07.032 . — .
  12. ↑ Y. Ji. Detektering av mantelplymer i den nedre manteln genom diffraktionstomografi: Hawaii   // Earth and Planetary Science Letters : journal. - Elsevier , 1998. - Vol. 159 , nr. 3-4 . - doi : 10.1016/S0012-821X(98)00060-0 . - .
  13. ↑ D. Zhao; D. Zhao. Seismiska bilder under 60 hotspots: Sök efter mantelplymer  // Gondwana Research  : journal  . - Elsevier , 2007. - November ( vol. 12 , nr 4 ). - s. 335-355 . - doi : 10.1016/j.gr.2007.03.001 .
  14. ↑ T. Sisson Temperaturer och ursprungsdjup för magmas som driver den hawaiiska vulkankedjan . United States Geological Survey . Hämtad 2 april 2009. Arkiverad från originalet 21 april 2016.
  15. ↑ D. Zhao. Värmeflöde på hot spot-swells: Evidence for fluid flow  //  Journal of Geophysical Research : journal. - Elsevier , 2007. - November ( vol. 112 , nr B3 ). — P. B03407 . - doi : 10.1029/2006JB004299 . — .
  16. ↑ Borrstrategi . Havsborrningsprogram . Hämtad 4 april 2009. Arkiverad från originalet 29 juli 2010.
  17. ↑ Underkastelse av kejsare? (2006). Hämtad 1 april 2009. Arkiverad från originalet 23 februari 2015. CS1 underhåll: Använder författarens parameter ( länk )
  18. ↑ M. Regelous; M. Regelous. Lavas geokemi från Emperor Seamounts och den geokemiska utvecklingen av Hawaiian Magmatism från 85 till 42 Ma  //  Journal of Petrology : journal. - Oxford University Press , 2003. - Vol. 44 , nr. 1 . - S. 113-140 . - doi : 10.1093/petrology/44.1.113 .
  19. ↑ D. O'Meara; D. O'Meara. Volcano: A Visual Guide  (neopr.) . - Firefly Books , 2008. - ISBN 978-1-55407-353-5 .
  20. ↑ WEBBPLATS 1206 . Ocean Drilling Program Database-Results of Site 1206 . Havsborrningsprogram . Hämtad 9 april 2009. Arkiverad från originalet 3 mars 2016.
  21. ↑ Plats 1205 Bakgrund och vetenskapliga mål . Ocean Drilling Program databaspost . Havsborrningsprogram . Hämtad 10 april 2009. Arkiverad från originalet 3 mars 2016.
  22. ↑ D. A. Clauge och G. B. Dalrymple (1987). "Vulkankedjan Hawaii-kejsaren: Del 1. Geologisk evolution". United States Geological Survey Professional Paper 1350. sid. 23.
  23. ↑ P. Wessel ; P. Wessel . Observationsbegränsningar på modeller av Hawaiian Hot Spot Swell  //  Journal of Geophysical Research : journal. - American Geophysical Union / Johns Hopkins Press, 1993. - Vol. 98 , nr. B9 . - P. 16.095-16.104 . — ISSN 0148-0227 . - doi : 10.1029/93JB01230 . - .

Länkar