Hotspot na Hawajach —Hawaii hotspot
Batymetria łańcucha hawajskiego – cesarza , przedstawiająca długi łańcuch wulkaniczny generowany przez hotspot na Hawajach, rozpoczynający się na Hawajach i kończący się w rowie aleuckim
| |
 Schemat przedstawiający migrację skorupy ziemskiej przez gorący punkt
| |
| Kraj | Stany Zjednoczone |
|---|---|
| Państwo | Hawaje |
| Region | północny Ocean pacyficzny |
| Współrzędne | 18°55′N 155°16′W / 18,92 ° N 155,27 ° W Współrzędne : 18,92 ° N 155,27 ° W18°55′N 155°16′W / -Kamaʻehuakanaloa Seamount(dawniej Loihi), rzeczywisty hotspot leży około 40 km (25 mil) na południowy wschód |
Hotspot Hawai'i to wulkaniczny hotspot położony w pobliżu Hawajskich Wysp O tej samej nazwie , na północnym Pacyfiku . Jeden z najbardziej znanych i intensywnie przebadanych gorących punktów na świecie, pióropusz hawajski jest odpowiedzialny za utworzenie łańcucha gór podwodnych Hawaje-cesarz , 6200-kilometrowego (3900 mil) głównie podmorskiego pasma górskiego wulkanicznego. Cztery z tych wulkanów są aktywne , dwa są uśpione ; ponad 123 wymarło , większość z nich zachowała się jako atole lub góry podwodne . Łańcuch rozciąga się od południa wyspy Hawaiʻina skraj Rowu Aleuckiego , w pobliżu wschodniego wybrzeża Rosji .
Podczas gdy większość wulkanów powstaje w wyniku aktywności geologicznej na granicach płyt tektonicznych , gorący punkt na Hawajach znajduje się daleko od granic płyt. Klasyczna teoria gorących punktów, zaproponowana po raz pierwszy w 1963 roku przez Johna Tuzo Wilsona , sugeruje, że pojedynczy, stały pióropusz płaszcza buduje wulkany, które następnie, odcięte od źródła przez ruch płyty Pacyfiku , stają się coraz bardziej nieaktywne i ostatecznie ulegają erozji poniżej poziomu morza ponad poziomem morza. miliony lat. Zgodnie z tą teorią, prawie 60-stopniowe zagięcie, w którym spotykają się cesarskie i hawajskie segmenty łańcucha, było spowodowane nagłą zmianą ruchu płyty pacyficznej. W 2003 r. nowe badania tej nieprawidłowości doprowadziły do zaproponowania teorii mobilnego punktu aktywnego, sugerując, że hotspoty są ruchome, a nie stałe, i że zakręt sprzed 47 milionów lat był spowodowany zmianą ruchu punktu, a nie talerze.
Starożytni Hawajczycy jako pierwsi rozpoznali postępujący wiek i zwietrzały stan wulkanów na północy, gdy posuwali się naprzód podczas wypraw wędkarskich wzdłuż wysp. Niestabilny stan hawajskich wulkanów i ich ciągła walka z morzem były głównym elementem hawajskiej mitologii , ucieleśnionym w Pele , bóstwie wulkanów. Po przybyciu Europejczyków na wyspę, w latach 1880-1881 James Dwight Dana przeprowadził pierwsze formalne badania geologiczne wulkanów gorącego punktu, potwierdzając związek od dawna obserwowany przez tubylców. Hawaiian Volcano Observatory zostało założone w 1912 roku przez wulkanologa Thomasa Jaggara , inicjując ciągłą naukową obserwację wysp. W latach 70. rozpoczęto projekt mapowania, aby uzyskać więcej informacji o złożonej geologii dna morskiego Hawajów.
Hotspot został od tego czasu zobrazowany tomograficznie , pokazując, że ma od 500 do 600 km (310 do 370 mil) szerokości i do 2000 km (1200 mil) głębokości, a badania oparte na oliwinach i granatach wykazały, że jego komora magmowa ma około 1500 ° C (2730 ° F). W ciągu co najmniej 85 milionów lat działalności hotspot wyprodukował około 750 000 km 3 (180 000 cu mil) skały. Tempo dryfu łańcucha powoli rosło z czasem, powodując zmniejszenie ilości czasu aktywności każdego pojedynczego wulkanu, od 18 milionów lat dla 76-milionowego Detroit Seamount do prawie 900 000 dla miliona lat. roczna Kohala ; z drugiej strony wielkość erupcji wzrosła z 0,01 km 3 (0,002 cu mil) rocznie do około 0,21 km 3 (0,050 cu mil). Ogólnie rzecz biorąc, spowodowało to trend w kierunku bardziej aktywnych, ale szybko wyciszanych, blisko rozmieszczonych wulkanów – podczas gdy wulkany po bliskiej stronie hotspotu nakładają się na siebie (tworząc takie superstruktury, jak wyspa Hawaiʻi i starożytne Maui Nui ), najstarszy z cesarzy podwodne są rozmieszczone tak daleko, jak 200 km (120 mil) od siebie.
Teorie
Płyty tektoniczne generalnie skupiają deformację i wulkanizm na granicach płyt . Jednak hotspot Hawaje jest więcej niż 3200 kilometrów (1988 mil) od najbliższej granicy płyty; podczas studiowania go w 1963 roku kanadyjski geofizyk J. Tuzo Wilson zaproponował teorię gorących punktów, aby wyjaśnić te strefy wulkanizmu tak dalekie od normalnych warunków, teorię, która od tego czasu zyskała szeroką akceptację.
Stacjonarna teoria hotspotów Wilsona
Wilson zasugerował, że konwekcja w płaszczu wytwarza małe, gorące, pływające upwellingi pod powierzchnią Ziemi; te termicznie aktywne pióropusze płaszcza dostarczają magmy, która z kolei podtrzymuje długotrwałą aktywność wulkaniczną. Ten wulkanizm „płyty środkowej” buduje szczyty, które wznoszą się ze stosunkowo gładkiego dna morskiego, początkowo jako podwodne góry , a później jako pełnoprawne wyspy wulkaniczne . Lokalna płyta tektoniczna (w przypadku gorącego punktu na Hawajach, płyta pacyficzna ) stopniowo przechodzi nad gorącym punktem, unosząc ze sobą wulkany bez wpływu na pióropusz. Przez setki tysięcy lat dopływ magmy do pojedynczego wulkanu jest powoli odcinany, doprowadzając ostatecznie do jego wyginięcia. Wulkan, który nie jest już wystarczająco aktywny, by pokonać erozję, powoli cofa się pod falami, ponownie stając się podwodną górą. W miarę trwania cyklu, nowe centrum wulkaniczne przebija skorupę, a wulkaniczna wyspa powstaje na nowo. Proces trwa aż do zapadnięcia się pióropusza płaszcza.
Ten cykl wzrostu i spoczynku łączy wulkany przez miliony lat, pozostawiając ślad wulkanicznych wysp i gór podwodnych na dnie oceanu. Zgodnie z teorią Wilsona hawajskie wulkany powinny być coraz starsze i coraz bardziej erodowane, im dalej są od gorącego punktu, a to jest łatwe do zaobserwowania; najstarsza skała na głównych wyspach hawajskich, Kauaʻi , ma około 5,5 miliona lat i jest głęboko zerodowana, podczas gdy skała na wyspie Hawaiʻi ma stosunkowo młode 0,7 miliona lat lub mniej, a nowa lawa nieustannie wybucha w Kīlauea , obecne centrum hotspotu. Inną konsekwencją jego teorii jest to, że długość i orientacja łańcucha służy do rejestrowania kierunku i prędkości ruchu płyty Pacyfiku . Główną cechą hawajskiego szlaku jest „nagły” 60-stopniowy zakręt na odcinku liczącym od 40 do 50 milionów lat i zgodnie z teorią Wilsona jest to dowód na znaczną zmianę kierunku płyty, taki, który zainicjowałby subdukcję wzdłuż dużej części zachodniej granicy płyty Pacyfiku. Ta część teorii została niedawno zakwestionowana, a zagięcie można przypisać ruchowi samego gorącego punktu.
Geofizycy uważają, że gorące plamy powstają na jednej z dwóch głównych granic głęboko w Ziemi, albo płytkiej granicy w dolnym płaszczu między górną warstwą konwekcyjną płaszcza a dolną warstwą niekonwekcyjną, albo głębszej D'' ("D double-prime" ") warstwa o grubości około 200 kilometrów (120 mil) i tuż nad granicą rdzeń-płaszcz . Pióropusz płaszcza inicjuje się na granicy, gdy cieplejsza warstwa dolna ogrzewa część chłodniejszej warstwy górnej. Ta podgrzana, pływająca i mniej lepka część górnej warstwy stałaby się mniej gęsta z powodu rozszerzalności cieplnej i unosiłaby się w kierunku powierzchni jako niestabilność Rayleigha-Taylora . Kiedy pióropusz płaszcza dociera do podstawy litosfery , ogrzewa go i wytwarza stopienie. Ta magma następnie przedostaje się na powierzchnię, gdzie wybucha jako lawa .
Argumenty przemawiające za słusznością teorii gorących punktów na ogół koncentrują się na stałym progresji wiekowej wysp hawajskich i pobliskich obiektów: podobny zakręt na szlaku hotspotu Macdonalda , łańcucha podmorskiego Austral-Marshall Islands, położonego na południe; inne gorące punkty Pacyfiku podążające za tym samym postępującym wiekiem trendu z południowego wschodu na północny zachód w stałych pozycjach względnych; oraz badania sejsmologiczne na Hawajach, które wykazały podwyższone temperatury na granicy jądra i płaszcza, co wskazuje na pióropusz płaszcza.
Hipoteza płytkiego punktu aktywnego
Inna hipoteza głosi, że anomalie topnienia powstają w wyniku rozszerzania się litosfery, co umożliwia wynurzenie się wcześniej istniejącego stopu na powierzchnię. Te anomalie topnienia są zwykle nazywane „gorącymi punktami”, ale zgodnie z hipotezą płytkiego źródła leżący pod nimi płaszcz nie jest anomalnie gorący. W przypadku łańcucha gór podwodnych cesarz-hawajski, system granic płyt pacyficznych był zupełnie inny przy ~80 mln lat, kiedy zaczął się formować łańcuch gór podwodnych cesarza. Istnieją dowody na to, że łańcuch rozpoczął się na rozszerzającym się grzbiecie ( Grzbiet Pacyfiku Kula ), który teraz został subdukowany w rowie aleuckim. Miejsce ekstrakcji stopu mogło migrować z grzbietu do wnętrza płyty, pozostawiając za sobą ślad wulkanizmu. Ta migracja mogła mieć miejsce, ponieważ ta część płytki rozszerzała się, aby dostosować się do naprężeń wewnątrzpłytkowych. W ten sposób można było utrzymać długowieczny obszar ucieczki z topnienia. Zwolennicy tej hipotezy twierdzą, że anomalie prędkości fali obserwowane w badaniach tomograficznych sejsmicznych nie mogą być wiarygodnie interpretowane jako gorące upwellingi pochodzące z dolnego płaszcza.
Ruchoma teoria hotspotów
Najbardziej kwestionowanym elementem teorii Wilsona jest to, czy gorące punkty są rzeczywiście ustalone w stosunku do leżących powyżej płyt tektonicznych. Próbki wierteł , zebrane przez naukowców już w 1963 roku, sugerują, że gorący punkt mógł dryfować w czasie, w stosunkowo szybkim tempie około 4 centymetrów (1,6 cala) rocznie w późnej kredzie i wczesnym paleogenie (81-47 milionów lat temu) . ); dla porównania, Grzbiet Śródatlantycki rozprzestrzenia się w tempie 2,5 cm (1,0 cala) rocznie. W 1987 roku badanie opublikowane przez Petera Molnara i Joann Stock wykazało, że hotspot porusza się w stosunku do Oceanu Atlantyckiego; jednak zinterpretowali to jako wynik względnych ruchów płyt północnoamerykańskich i pacyficznych, a nie samego hotspotu.
W 2001 roku Ocean Drilling Program (od momentu połączenia w Integrated Ocean Drilling Program ), międzynarodowy program badawczy mający na celu zbadanie dna morskiego świata, sfinansował dwumiesięczną wyprawę na pokładzie statku badawczego JOIDES Resolution w celu zebrania próbek lawy z czterech zatopionych gór podwodnych Cesarza. W ramach projektu wiercono podwodne góry Detroit , Nintoku i Koko , z których wszystkie znajdują się na północno-zachodnim krańcu łańcucha, najstarszym odcinku. Te próbki lawy zostały następnie przetestowane w 2003 roku, sugerując mobilny hawajski hotspot i zmianę jego ruchu jako przyczynę zakrętu. Główny naukowiec John Tarduno powiedział National Geographic :
Zakręt Hawaii był używany jako klasyczny przykład tego, jak duża płyta może szybko zmieniać ruch. Możesz znaleźć schemat Hawajów – Zakręt Cesarza wpisany do prawie każdego wprowadzającego podręcznika geologicznego. To naprawdę jest coś, co przyciąga twoją uwagę”.
Pomimo dużego przesunięcia, zmiana kierunku nigdy nie była rejestrowana przez deklinacje magnetyczne , orientacje stref pęknięć lub rekonstrukcje płyt ; ani zderzenie kontynentalne nie mogło nastąpić wystarczająco szybko, aby spowodować tak wyraźne wygięcie w łańcuchu. Aby sprawdzić, czy zakręt był wynikiem zmiany kierunku płyty Pacyfiku, naukowcy przeanalizowali geochemię próbek lawy, aby określić, gdzie i kiedy się uformowały. Wiek określono na podstawie datowania radiometrycznego radioaktywnych izotopów potasu i argonu . Naukowcy oszacowali, że wulkany powstały w okresie od 81 do 45 milionów lat temu. Tarduno i jego zespół ustalili, gdzie uformowały się wulkany, analizując skałę pod kątem magnetycznego minerału magnetytu . Podczas gdy gorąca lawa z erupcji wulkanu ochładza się, maleńkie ziarna w magnetytu dopasowują się do pola magnetycznego Ziemi i blokują się, gdy skała zestala się. Badacze byli w stanie zweryfikować szerokości geograficzne, na których powstały wulkany, mierząc orientację ziaren w magnetytu. Paleomagnetycy doszli do wniosku, że hawajski gorący punkt dryfował kiedyś w swojej historii na południe i że 47 milionów lat temu ruch gorącego punktu na południe znacznie zwolnił, a może nawet całkowicie się zatrzymał.
Historia studiów
Starożytni Hawajczycy
Możliwość, że wyspy hawajskie stały się starsze, gdy przeniesiono się na północny zachód, była podejrzewana przez starożytnych Hawajczyków na długo przed przybyciem Europejczyków. Podczas swoich rejsów żeglarze Hawajczycy zauważyli różnice w erozji, formowaniu gleby i wegetacji, co pozwoliło im wywnioskować, że wyspy na północnym zachodzie ( Niʻihau i Kauaʻi ) były starsze niż te na południowym wschodzie (Maui i Hawaje). Pomysł był przekazywany z pokolenia na pokolenie poprzez legendę Pele , hawajskiej bogini wulkanów.
Pele urodził się jako duch żeński Haumea , czyli Hina , który, jak wszyscy hawańscy bogowie i boginie, pochodził od najwyższych istot, Papy, czyli Matki Ziemi , i Wakea , czyli Ojca Nieba . Według mitu Pele pierwotnie mieszkała na Kauai, kiedy jej starsza siostra Namaka , Bogini Morza, zaatakowała ją za uwiedzenie męża. Pele uciekł na południowy wschód na wyspę Oahu. Zmuszona przez Nāmakę do ponownej ucieczki, Pele przeniosła się na południowy wschód do Maui i wreszcie na Hawaje, gdzie nadal mieszka w Halemaʻumaʻu na szczycie Kilauea . Tam była bezpieczna, ponieważ zbocza wulkanu są tak wysokie, że nawet potężne fale Namaki nie mogły jej dosięgnąć. Mityczny lot Pele, który nawiązuje do wiecznej walki między wyspami wulkanicznymi a falami oceanu, jest zgodny z geologicznymi dowodami na temat zmniejszania się wieku wysp na południowy wschód.
Współczesne studia
Trzech z najwcześniejszych zarejestrowanych obserwatorów wulkanów to szkoccy naukowcy Archibald Menzies w 1794 r., James Macrae w 1825 r. i David Douglas w 1834 r. Samo dotarcie na szczyty okazało się zniechęcające: Menzies podjął trzy próby zdobycia Mauna Loa , a Douglas zginął na zboczach Mauna Kea . Ekspedycja Ekspedycyjna Stanów Zjednoczonych spędziła kilka miesięcy na badaniu wysp w latach 1840-1841. Amerykański geolog James Dwight Dana był na tej ekspedycji, podobnie jak porucznik Charles Wilkes , który przez większość czasu kierował setkami zespołów, które ciągnęły wahadło na szczyt Mauna Loa, aby zmierzyć grawitację. Dana została z misjonarzem Titusem Coanem , który dostarczył dziesiątki lat obserwacji z pierwszej ręki. Dana opublikowała krótki artykuł w 1852 roku.
Dana nadal interesował się pochodzeniem Wysp Hawajskich i kierował bardziej dogłębnymi badaniami w 1880 i 1881 roku. Potwierdził, że wiek wysp wzrastał wraz z ich odległością od najbardziej wysuniętej na południowy wschód wyspy, obserwując różnice w ich stopniu erozji. Zasugerował również, że wiele innych łańcuchów wysp na Pacyfiku wykazywało podobny ogólny wzrost wieku z południowego wschodu na północny zachód. Dana doszła do wniosku, że hawajski łańcuch składa się z dwóch pasm wulkanicznych, położonych wzdłuż odrębnych, ale równoległych, krętych ścieżek. Ukuł terminy „Loa” i „Kea” dla dwóch głównych trendów. Trend Kea obejmuje wulkany Kīlauea , Mauna Kea , Kohala , Haleakalā i West Maui . Trend Loa obejmuje Lōiʻhi , Mauna Loa , Hualālai , Kahoʻolawe , Lānaʻi i West Molokaʻi . Dana zasugerowała, że wyrównanie Wysp Hawajskich odzwierciedla lokalną aktywność wulkaniczną wzdłuż głównej strefy szczelinowej. Teoria „wielkiej szczeliny” Dany służyła jako hipoteza robocza dla dalszych badań do połowy XX wieku.
Praca Dany została kontynuowana przez ekspedycję geologa CE Duttona w 1884 roku , który udoskonalił i rozszerzył idee Dany. Przede wszystkim Dutton ustalił, że na Hawajach faktycznie znajduje się pięć wulkanów, podczas gdy Dana naliczyła trzy. To dlatego, że Dana początkowo uważała Kīlauea za boczne ujście Mauna Loa, a Kohala za część Mauna Kea. Dutton doprecyzował również inne spostrzeżenia Dany i przypisuje się mu nazwanie law typu 'a'ā i pahoehoe , chociaż Dana również zauważyła rozróżnienie. Pobudzony przez wyprawę Duttona, Dana powrócił w 1887 roku i opublikował wiele relacji z wyprawy w American Journal of Science . W 1890 opublikował najbardziej szczegółowy rękopis swoich czasów, który przez dziesięciolecia był ostatecznym przewodnikiem po hawajskim wulkanizmie. W 1909 roku opublikowano dwie ważne książki o wulkanach na Hawajach ( „Wulkany Kilauea i Mauna Loa” autorstwa WT Brighama oraz „Hawaje i jego wulkany” CH Hitchcocka).
W 1912 geolog Thomas Jaggar założył Hawaiian Volcano Observatory . Obiekt został przejęty w 1919 r. przez Narodową Administrację Oceaniczną i Atmosferyczną, a w 1924 r. przez United States Geological Survey (USGS), co zapoczątkowało ciągłą obserwację wulkanów na Hawajach. Następne stulecie było okresem dokładnych badań, naznaczonych wkładem wielu czołowych naukowców. Pierwszy kompletny model ewolucyjny został po raz pierwszy sformułowany w 1946 roku przez geologa i hydrologa z USGS Harolda T. Stearnsa. Od tego czasu postępy (np. ulepszone metody datowania skał i podmorskie stadia wulkaniczne) umożliwiły badanie wcześniej ograniczonych obszarów obserwacji.
W latach 70. dno morskie na Hawajach zostało zmapowane za pomocą sonaru okrętowego . Obliczone dane SYNBAPS (Synthetic Batymetric Profiling System) wypełniły luki między pomiarami batymetrycznymi sonaru okrętowego. W latach 1994-1998 Japońska Agencja ds. Nauki i Technologii Morsko- Ziemnej (JAMSTEC) szczegółowo mapowała Hawaje i badała ich dno oceaniczne, czyniąc je jednym z najlepiej zbadanych obiektów morskich na świecie. W projekcie JAMSTEC, realizowanym we współpracy z USGS i innymi agencjami, wykorzystano załogowe łodzie podwodne , zdalnie sterowane pojazdy podwodne , próbki pogłębiarki i próbki rdzeniowe . Wielowiązkowy system sonaru bocznego Simrad EM300 zbierał dane batymetryczne i rozproszenia wstecznego .
Charakterystyka
Pozycja
Hotspot na Hawajach został sfotografowany za pomocą tomografii sejsmicznej i szacuje się na 500-600 km (310-370 mil) szerokości. Obrazy tomograficzne pokazują cienką strefę niskiej prędkości rozciągającą się na głębokość 1500 km (930 mil), łączącą się z dużą strefą niskiej prędkości rozciągającą się od głębokości 2000 km (1200 mil) do granicy rdzeń-płaszcz . Te strefy niskiej prędkości sejsmicznej często wskazują na gorętszy i bardziej wyporny materiał płaszcza, zgodny z pióropuszem pochodzącym z dolnego płaszcza i stawem materiału pióropuszu w górnym płaszczu. Strefa niskiej prędkości związana ze źródłem pióropusza znajduje się na północ od Hawajów, co pokazuje, że pióropusz jest przechylony do pewnego stopnia, odchylony na południe przez przepływ płaszcza. Dane nierównowagi serii rozpadu uranu wykazały, że aktywnie płynący region strefy topnienia ma 220 ± 40 km (137 ± 25 mil) km szerokości u podstawy i 280 ± 40 km (174 ± 25 mil) w górnym płaszczu upwellingu, zgodne z pomiarami tomograficznymi.
Temperatura
Pośrednie badania wykazały, że komora magmowa znajduje się około 90-100 kilometrów (56-62 mil) pod ziemią, co odpowiada szacowanej głębokości skał okresu kredowego w litosferze oceanicznej; może to wskazywać, że litosfera działa jak pokrywka podczas topienia, zatrzymując wznoszenie się magmy. Oryginalną temperaturę magmy ustalono na dwa sposoby, testując temperaturę topnienia granatu w lawie i dostosowując lawę do niszczenia oliwinu . Oba testy USGS wydają się potwierdzać temperaturę około 1500 ° C (2730 ° F); dla porównania, szacunkowa temperatura bazaltu środkowego grzbietu oceanicznego wynosi około 1325 °C (2417 °F).
Anomalia powierzchniowego przepływu ciepła wokół Hawaiian Swell jest tylko rzędu 10 mW/m 2 , znacznie mniej niż w kontynentalnych Stanach Zjednoczonych od 25 do 150 mW/m 2 . Jest to nieoczekiwane w przypadku klasycznego modelu gorącego, unoszącego się pióropusza w płaszczu. Wykazano jednak, że inne pióropusze wykazują bardzo zmienne strumienie ciepła powierzchniowego i że ta zmienność może być spowodowana zmiennym przepływem płynu hydrotermalnego w skorupie ziemskiej nad gorącymi punktami. Ten przepływ płynu adwekcyjnie usuwa ciepło ze skorupy, a zmierzony przepływ ciepła przewodzącego jest zatem niższy niż rzeczywisty całkowity strumień ciepła na powierzchni. Niskie ciepło na hawajskiej fali wskazuje, że nie jest ona podtrzymywana przez pływającą skorupę lub górną litosferę, ale jest raczej podpierana przez gorący (a zatem mniej gęsty) pióropusz płaszcza, który powoduje unoszenie się powierzchni w mechanizmie znanym jako „ dynamiczna topografia ”.
Ruch
Hawajskie wulkany dryfują na północny zachód od gorącego punktu w tempie około 5-10 centymetrów (2,0-3,9 cala) rocznie. Hotspot migrował na południe o około 800 kilometrów (497 mil) w stosunku do łańcucha cesarza. Badania paleomagnetyczne potwierdzają ten wniosek na podstawie zmian w ziemskim polu magnetycznym , których obraz został wyryty w skałach w czasie ich krzepnięcia, pokazując, że te góry podwodne powstały na wyższych szerokościach geograficznych niż dzisiejsze Hawaje. Przed zakrętem hotspot migrował około 7 centymetrów (2,8 cala) rocznie; tempo ruchu zmieniało się w momencie zakrętu do około 9 centymetrów (3,5 cala) rocznie. Większość aktualnej wiedzy na temat dryfu dostarczył Program Wiertnictwa Oceanicznego . Ekspedycja z 2001 roku wywierciła sześć gór podwodnych i przetestowała próbki, aby określić ich pierwotną szerokość geograficzną, a tym samym ogólną charakterystykę i prędkość wzorca dryfu hotspotu.
Każdy kolejny wulkan spędza mniej czasu aktywnie związany z pióropuszem. Duża różnica między najmłodszymi i najstarszymi lawami między wulkanami Emperor i hawajskimi wskazuje, że prędkość hotspotu wzrasta. Na przykład Kohala, najstarszy wulkan na Hawajach, ma milion lat i ostatni raz wybuchł 120 000 lat temu, czyli w okresie prawie 900 000 lat; podczas gdy jeden z najstarszych, Detroit Seamount, doświadczył 18 milionów lub więcej lat aktywności wulkanicznej.
Najstarszy wulkan w łańcuchu, Meiji Seamount, położony na skraju Rowu Aleuckiego , powstał 85 milionów lat temu. Przy obecnej prędkości góra podwodna zostanie zniszczona w ciągu kilku milionów lat, gdy płyta pacyficzna przesuwa się pod płytą euroazjatycką . Nie wiadomo, czy łańcuch gór podwodnych ulegał subdukcji pod płytą Eurazjatycką i czy punkt aktywny jest starszy niż góra podwodna Meiji, ponieważ wszelkie starsze góry podwodne zostały od tego czasu zniszczone przez brzeg płyty. Możliwe jest również, że zderzenie w pobliżu Rowu Aleuckiego zmieniło prędkość płyty Pacyfiku, wyjaśniając zagięcie łańcucha gorących punktów; związek między tymi cechami jest nadal badany.
Magma
Skład magmy wulkanów uległ znacznej zmianie na podstawie analizy stosunków pierwiastkowych stront – niob – pallad . Cesarskie Góry Podwodne były aktywne przez co najmniej 46 milionów lat, z najstarszą lawą datowaną na okres kredowy , po czym nastąpiło kolejne 39 milionów lat aktywności wzdłuż hawajskiego segmentu łańcucha, w sumie 85 milionów lat. Dane wykazują pionową zmienność ilości strontu obecnego zarówno w lawach alkalicznych (wczesne stadia), jak i toleitycznych (późniejsze stadia). Systematyczny wzrost drastycznie spowalnia w momencie zakrętu.
Prawie cała magma stworzona przez gorący punkt to bazalt magmowy ; wulkany są zbudowane prawie w całości z tego lub podobnego składu, ale z gruboziarnistej gabro i diabazy . Inne skały magmowe, takie jak nefelinit , występują w niewielkich ilościach; te występują często na starszych wulkanach, przede wszystkim w Detroit Seamount. Większość erupcji jest ciekła, ponieważ bazaltowa magma jest mniej lepka niż magma charakterystyczna dla bardziej wybuchowych erupcji , takich jak magma andezytyczna , która powoduje spektakularne i niebezpieczne erupcje na obrzeżach basenu Pacyfiku. Wulkany dzielą się na kilka kategorii erupcji . Hawajskie wulkany nazywane są „typu hawajskiego”. Hawajska lawa wylewa się z kraterów i tworzy długie strumienie świecącej stopionej skały, spływające po zboczu, pokrywające akry lądu i zastępując ocean nowym lądem.
Częstotliwość i skala erupcji
Istnieją znaczące dowody na to, że natężenie przepływu lawy wzrasta. W ciągu ostatnich sześciu milionów lat były one znacznie wyższe niż kiedykolwiek wcześniej, osiągając ponad 0,095 km 3 (0,023 cu mil) rocznie. Średnia z ostatniego miliona lat jest jeszcze wyższa i wynosi około 0,21 km3 (0,050 cu mil). Dla porównania, średni wskaźnik produkcji na grzbiecie śródoceanicznym wynosi około 0,02 km3 (0,0048 cu mil) na każde 1000 kilometrów (621 mil) grzbietu. Stawka wzdłuż łańcucha podwodnego cesarza średnio około 0,01 km sześciennych (0,0024 cu mil) rocznie. Wskaźnik ten był prawie zerowy przez pierwsze pięć milionów lat życia hotspotu. Średnia stopa produkcji lawy wzdłuż łańcucha hawajskiego była większa, na 0,017 km 3 (0,0041 cu mil) rocznie. W sumie gorący punkt wytworzył około 750 000 kilometrów sześciennych (180 000 cu mil) lawy, co wystarczy, aby pokryć Kalifornię warstwą o grubości około 1,5 kilometra (1 mil).
Zmniejszyła się odległość między poszczególnymi wulkanami. Chociaż wulkany szybciej dryfują na północ i spędzają mniej czasu na aktywności, znacznie większa współczesna erupcyjna objętość gorącego punktu spowodowała powstanie wulkanów bliżej siebie, a wiele z nich nakłada się na siebie, tworząc takie superstruktury, jak wyspa Hawaje i starożytne Maui Nui . Tymczasem wiele wulkanów w Górach Podwodnych Cesarza dzieli odległość 100 kilometrów (62 mil) lub nawet 200 kilometrów (124 mil).
Topografia i geoida
Szczegółowa analiza topograficzna łańcucha podwodnego Hawaiian – Emperor ujawnia gorący punkt jako środek wzniesienia topograficznego, a wysokość ta spada wraz z odległością od hotspotu. Najszybszy spadek wysokości i najwyższy stosunek między topografią a wysokością geoidy występują nad południowo-wschodnią częścią łańcucha, spadając wraz z odległością od hotspotu, szczególnie na przecięciu stref pęknięć Molokai i Murray. Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest to, że obszar między dwiema strefami jest bardziej podatny na ponowne nagrzewanie niż większość łańcucha. Innym możliwym wyjaśnieniem jest to, że siła hotspotu rośnie i maleje z czasem.
W 1953 r. Robert S. Dietz i jego koledzy po raz pierwszy zidentyfikowali narastające zachowanie. Sugerowano, że przyczyną jest upwelling płaszcza. Późniejsze prace wskazały na wypiętrzenie tektoniczne spowodowane ponownym ogrzewaniem w dolnej litosferze. Jednak normalna aktywność sejsmiczna pod falą, a także brak wykrytego przepływu ciepła, skłoniły naukowców do zasugerowania dynamicznej topografii jako przyczyny, w której ruch gorącego i wypornego pióropusza płaszcza wspiera topografię wysokiej powierzchni wokół wysp. Zrozumienie hawajskiego falowania ma ważne implikacje dla badań hotspotów, formowania się wysp i wnętrza Ziemi.
Sejsmiczność
Hotspot na Hawajach to bardzo aktywna strefa sejsmiczna, w której każdego roku na Hawajach i w jej pobliżu występują tysiące trzęsień ziemi . Większość z nich jest zbyt mała, aby ludzie mogli je odczuć, ale niektóre są wystarczająco duże, aby spowodować niewielkie lub umiarkowane zniszczenia. Najbardziej niszczycielskim odnotowanym trzęsieniem ziemi było trzęsienie ziemi z 2 kwietnia 1868 roku o sile 7,9 w skali Richtera . To spowodowało osunięcie się ziemi na Mauna Loa, 8,0 km na północ od Pahala , zabijając 31 osób. Tsunami pochłonęło 46 kolejnych istnień . Wioski Punaluʻu, Nīnole , Kawaa, Honuapo i Keauhou Landing zostały poważnie uszkodzone. Tsunami podobno przetoczyło się po wierzchołkach palm kokosowych na wysokość 18 metrów i w niektórych miejscach dotarło w głąb lądu na odległość ćwierć mili (400 metrów).
Wulkany
W ciągu swojej 85 milionów lat historii hawajski hotspot stworzył co najmniej 129 wulkanów, z których ponad 123 to wygasłe wulkany , góry podwodne i atole , z których cztery to aktywne wulkany , a dwa z nich to wulkany uśpione . Można je podzielić na trzy ogólne kategorie: archipelag hawajski , który obejmuje większość stanu Hawaje w USA i jest miejscem wszelkiej współczesnej aktywności wulkanicznej; Północno - Zachodnie Wyspy Hawajskie , które składają się z atoli koralowych, wymarłych wysp i wysp atolowych ; i Cesarskie Góry Podwodne , z których wszystkie od tego czasu uległy erozji i opadły do morza i stały się podwodnymi górami i guyotami (górami podwodnymi o płaskim wierzchołku).
Charakterystyka wulkaniczna
Hawajskie wulkany charakteryzują się częstymi erupcjami szczelinowymi , dużymi rozmiarami (tysiące kilometrów sześciennych objętości) i szorstkim, zdecentralizowanym kształtem. Strefy szczelinowe są ważnym elementem tych wulkanów i odpowiadają za ich pozornie losową strukturę wulkaniczną. Najwyższa góra w łańcuchu Hawajów, Mauna Kea, wznosi się na 4205 metrów (13 796 stóp) nad średni poziom morza . Mierząc od podstawy na dnie morza, jest to najwyższa góra świata, mierząca 10 203 metrów (33 474 stóp); Mount Everest wznosi się 8848 metrów (29 029 stóp) nad poziomem morza. Hawaje otoczone są niezliczonymi górami podwodnymi; jednak okazało się, że nie są one połączone z gorącym punktem i jego wulkanizmem. Kilauea wybucha nieprzerwanie od 1983 roku przez Puʻu ʻŌʻō , niewielki stożek wulkaniczny, który stał się atrakcją zarówno dla wulkanologów, jak i turystów.
Osuwiska
Wyspy Hawajskie pokryte są dużą liczbą osuwisk spowodowanych zawaleniem się wulkanu. Mapowanie batymetryczne ujawniło co najmniej 70 dużych osuwisk na bokach wyspy o długości ponad 20 km (12 mil), a najdłuższe mają 200 km (120 mil) długości i ponad 5000 km 3 (1200 cu mil) objętości. Spływy te można podzielić na dwie szerokie kategorie: spadki , masowe przemieszczanie się po zboczach, które powoli spłaszczają ich inicjatorów, oraz bardziej katastrofalne lawiny , które rozdrabniają zbocza wulkaniczne i rozrzucają szczątki wulkaniczne poza ich zbocza. Te slajdy spowodowały masywne tsunami i trzęsienia ziemi, pęknięte masywy wulkaniczne i rozrzucone szczątki setki mil od ich źródła.
Spadki są zwykle głęboko zakorzenione w ich inicjatorach, przesuwając skały w głąb wulkanu do 10 km (6 mil). Wymuszone przez masę nowo wyrzuconego materiału wulkanicznego, spadki mogą powoli pełzać do przodu lub rosnąć naprzód w spazmach, które spowodowały największe historyczne trzęsienia ziemi na Hawajach w latach 1868 i 1975. Tymczasem lawiny gruzu są cieńsze i dłuższe, i są zdefiniowane przez wulkaniczne amfiteatry na ich czele i pagórkowaty teren u ich podstawy. Szybko poruszające się lawiny niosły 10 km (6 mil) bloków w odległości dziesiątek kilometrów, zakłócając lokalny słup wody i powodując tsunami. Dowody tych wydarzeń istnieją w postaci osadów morskich wysoko na zboczach wielu hawajskich wulkanów i szpeciły zbocza kilku gór podwodnych Imperatora, takich jak Daikakuji Guyot i Detroit Seamount.
Ewolucja i budowa
Hawajskie wulkany mają ugruntowany cykl rozwoju i erozji. Po uformowaniu się nowego wulkanu jego ilość lawy stopniowo wzrasta. Zarówno wysokość, jak i aktywność osiągają szczyt, gdy wulkan ma około 500 000 lat, a następnie gwałtownie spadają. W końcu przechodzi w stan uśpienia, a ostatecznie wyginie. Erozja następnie powoduje wietrzenie wulkanu, aż ponownie stanie się górą podwodną.
Ten cykl życia składa się z kilku etapów. Pierwszym etapem jest etap osłony okrętu podwodnego , obecnie reprezentowany wyłącznie przez Kama'ehuakanaloa . Na tym etapie wulkan buduje wysokość poprzez coraz częstsze erupcje. Ciśnienie morza zapobiega wybuchowym erupcjom. Zimna woda szybko zestala lawę, tworząc lawę poduszkową , która jest typowa dla podwodnej aktywności wulkanicznej.
W miarę jak góra podwodna powoli rośnie, przechodzi przez etapy tarczy . W zanurzeniu tworzy wiele dojrzałych cech, takich jak kaldera . Szczyt ostatecznie przebija powierzchnię, a lawa i woda oceaniczna „walczą” o kontrolę, gdy wulkan wchodzi w wybuchową podfazę . Przykładem tego etapu rozwoju są wybuchowe wywietrzniki pary. Na tym etapie powstaje głównie popiół wulkaniczny , będący wynikiem zawilgocenia lawy przez fale. Ten konflikt między lawą a morzem ma wpływ na mitologię hawajską .
Wulkan wchodzi w podfazę podpowietrzną , gdy jest wystarczająco wysoki, aby uciec z wody. Teraz wulkan znajduje się na 95% swojej wysokości nad wodą przez około 500 000 lat. Następnie erupcje stają się znacznie mniej wybuchowe. Lawa uwalniana na tym etapie często zawiera zarówno pāhoehoe, jak i ʻaʻā, a obecnie aktywne wulkany hawajskie, Mauna Loa i Kīlauea, znajdują się w tej fazie. Lawa hawajska jest często płynna, blokowata, powolna i stosunkowo łatwa do przewidzenia; USGS śledzi, gdzie jest najbardziej prawdopodobne, i utrzymuje witrynę turystyczną do oglądania lawy.
Po fazie podpowietrznej wulkan wchodzi w serię etapów po osłonie, obejmujących osiadanie i erozję, stając się atolem i ostatecznie podwodną górą. Gdy Płyta Pacyfiku przeniesie ją z tropików o temperaturze 20 ° C (68 ° F) , rafa w większości zanika, a wygasły wulkan staje się jednym z około 10 000 jałowych gór podwodnych na całym świecie. Każda podwodna góra Imperatora jest martwym wulkanem.
Zobacz też
- Lista wulkanicznych hotspotów
- Lista wulkanów na Pacyfiku
- Lista wulkanów w Stanach Zjednoczonych
- Maui Nui
- Rodzaje erupcji wulkanicznych
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Pele-Bogini Ognia — Szczegóły pełnej historii Pele , zgodnie z hawajskimi mitami.
- Długi szlak hawajskiego hotspotu — artykuł USGS na temat hawajskiego łańcucha wysp.
- Ewolucja hawajskich wulkanów — artykuł USGS na temat ewolucji hawajskich wulkanów na przestrzeni czasu.
- Krótki film Inside Hawaiian Volcanoes (1989) jest dostępny do bezpłatnego pobrania w Internet Archive .