Геологический фон Кольца Огня

Тихоокеанское огненное кольцо представляет собой 40 000-километровую подковообразную зону интенсивной тектонической и вулканической активности, которая окружает Тихий океан. Она определяется конвергентными границами плит, где океаническая литосфера вынуждена находиться под континентальными или другими океаническими плитами, процесс, известный как субдукция. Эта субдукция приводит к частичному таянию мантии, производя богатые летучими веществами магмы, которые образуют дуговые вулканы, генерируют плутонические вторжения и в конечном итоге производят широкий спектр магматических пород. Огненное кольцо составляет примерно 75 процентов активных вулканов мира и содержит более 90 процентов землетрясений планеты, что делает его главной естественной лабораторией для изучения магматической петрологии и вулканических процессов.

Распределение гниющих скал по всему огненному кольцу

Распределение глинистых пород в Кольце Огня не является однородным; оно близко отражает геометрию зон субдукции и расположение вулканических дуг. Основные скалообразующие среды включают островные дуги (например, Япония, Индонезия, Филиппины), континентальные дуги (например, Анды, Каскады) и бассейны задней арки, где экстенсиональная тектоника также генерирует мафиозный магматизм. Ниже представлен обзор региона за регионом, где магматические породы доминируют над ландшафтом.

Анд Южной Америки

Вдоль западной окраины Южной Америки под Южноамериканской плитой подведена плита Наска. Эта континентальная дуга производит толстую последовательность андезитных до дацитических вулканических пород, вместе с большими гранитными батолитами, такими как прибрежный батолит Перу. Игнезианские обнажения здесь простираются от пермского до голоцена, с самой высокой плотностью молодых вулканических пород, сосредоточенных в Центральной и Южной вулканических зонах. Базальты менее распространены в основной дуге, но появляются в задней дуге, особенно в базальтах плато Патагонии.

Центральная Америка и Мексика

Подводники плиты Кокоса под Карибской плитой и Североамериканской плитой, порождающие вулканическую дугу, которая включает Трансмексиканский вулканический пояс и Центральную Америку Вулканическая дуга. Обнаружение горных пород варьируется от базальтовых шлаковых конусов в Мичоакане до дацитических лавовых куполов в Гватемале. Регион примечателен большими системами кальдеры, которые производят риолитовые игнимбриты, такие как кальдера Лос-Хумерос в Мексике. Эти пирокластические отложения покрывают тысячи квадратных километров и важны для понимания взрывного вулканизма.

Каскадный хребет (США и Канада)

На северо-западе Тихого океана плита Хуан-де-Фука субдуктов под Североамериканской плитой, образуя Каскадную вулканическую дугу. Эта дуга содержит культовые андезитов доминируют стратовулканы, такие как гора Ренье, гора Сент-Хеленс и гора Гуд. Игнезитные породы преимущественно андезита и дацита, с меньшим количеством базальта в предгорьях Каскада и риолит в кальдеры-связанных извержений, таких как те в Кратерном озере (гора Мазама). Региональные плутонические корни, выставленные в Северных Каскадах, включают гранодиорит и тоналитные вторжения, которые представляют магматические камеры более ранних вулканических эпизодов.

Аляска и Алеутская дуга

Протянувшись на запад от материковой Аляски до Алеутских островов, эта дуга является результатом субдукции Тихоокеанской плиты под Североамериканской плитой. Алеутская дуга содержит высокую плотность андезитовых и базальтовых андезитовых вулканов, многие из которых подвержены частым извержениям. Появления глинистых пород здесь моложе и менее эродированы, чем в более старых дугах, обеспечивая прямое окно в активное поколение магмы. Алеутские острова сами по себе являются вершинами длинной цепи стратовулканов, построенных на океанической коре.

Камчатка и Курильские острова (Россия)

Полуостров Камчатка и Курильские острова образуют сложную зону субдукции, где Тихоокеанская плита спускается под Охотской плитой. В этом регионе представлены некоторые из самых вулканически разнообразных магматических свиток в Кольце Огня, включая высокомагнитные базальты, андезиты, дациты и редкие риолиты. Массивная группа вулканов Клучевской представляет собой плодовитый источник мафии к промежуточным лавам, в то время как вулканы Авача и Корякский производят более развитые композиции. Геохимические исследования здесь прояснили, как слябовые жидкости и таяние осадков влияют на химию магмы.

Япония, Рюкю и Тайвань

Япония находится на пересечении четырех тектонических плит (Тихоокеанского, Филиппинского, Евразийского и Североамериканского морей), создавая сеть зон субдукции, которые дают широкий спектр магматических пород. Дуга Идзу-Бонин-Марьяна в основном состоит из базальта и андезита, в то время как японские материковые дуги (NE Honshu и SW Honshu) производят больше кремниевых магм, включая объемные риолитные и сварные туфовые отложения, связанные с большими кальдерами. Арка Рюкю и Тайвань добавляют обратно-арковые базальтовые провинции и офиолитные последовательности, которые сохраняют остатки древней океанической литосферы.

Юго-Восточная Азия: Индонезия, Филиппины и Папуа-Новая Гвинея

Только в Индонезии находится более 130 активных вулканов, что делает ее крупнейшим поставщиком молодых магматических пород в Кольце Огня. Дуги Сунда и Банда производят континуум от базальта через андезит до дацита и риолита, с заметными взрывными силическими извержениями в Тамборе и Тобе. Филиппинская дуга аналогичным образом обнажает типичные наборы камней остров-арк, с дополнительным присутствием адакитов - промежуточных пород, которые образуются, когда молодые, горячие океанические корки субдукции и частично тают. Папуа - Новая Гвинея добавляет сложности конвергенции микропластин и генерирует бониниты, которые являются богатыми магнием базальтовыми породами, которые образуются только на самых ранних стадиях субдукции.

Новая Зеландия и Арка Кермадек-Тонга

Заключительный южный сегмент Кольца Огня включает в себя Арку Кермадек-Тонга и Новую Зеландию. Арка Тонга является одной из самых быстрых зон субдукции на Земле и производит преимущественно базальтовые и эндезитовые породы. Вулканическая зона Таупо в Новой Зеландии является крупной провинцией риолита, с многочисленными обвалами кальдеры, которые произвели обширные игнимбритные листы. Южные Альпы Новой Зеландии также выставляют эксгумированные плутонические породы из более ранней дуговой активности, обеспечивая поперечное сечение через полную дуговую кору.

Основные типы гнусных скал в огненном кольце

Композиционное разнообразие магматических пород в Кольце Огня отражает изменения параметров субдукции, такие как падение плиты, вход осадка и частичная глубина плавления, а также процессы, происходящие в перекрывающейся пластинчатой коре. Наиболее распространенные типы пород описаны ниже.

базальт

Базальт является доминирующей магматической породой в океанической коре и широко появляется в бассейнах задней арки, подводных горах и начальных стадиях развития островной дуги. В Кольце огня базальты обычно кальцийно-щелочные или толеитовые по составу. Они являются основным продуктом прямого таяния мантии над субдукционной плитой и являются материнской магмой для всего вулканического набора. Примеры включают базальты с низким К дуги Тонга и базальты с острова океана Галапагосских островов.

Андицит

Андесит является отличительной породой субдукционно-зонного вулканизма. Он является основным компонентом стратовулканов в Андах, Каскадах, Японии и Индонезии. Андеситы образуются путем комбинации фракционной кристаллизации базальта, усвоения материала коры и смешивания мафиозной и кремниевой магмы. Их промежуточный состав (примерно 57-63% SiO2) приводит к образованию лав умеренной вязкости, которые производят классические конусообразные вулканы и иногда взрывные извержения.

Дацит

Дацит, с содержанием кремнезема от 63 до 69 процентов, распространен в континентальных и зрелых островных дугах. Он часто появляется в лавовых куполах, мелких вторжениях и взрывных пирокластических потоках. Многие из крупнейших исторических извержений, таких как гора Сент-Хеленс в 1980 году и гора Пинатубо в 1991 году, извергали дацитовую магму. Дацит является доминирующим продуктом процессов смешивания магмы и плавления коры в толсто-дуговой коре.

Ризолит

Риолит является самой богатой кремнеземом вулканической породой в Кольце Огня, обычно содержащей более 69 процентов SiO2. Он связан с кальдерообразующими извержениями в кремниевых центрах, связанных с субдукцией, таких как вулканическая зона Таупо, горы Джемес и вулканический комплекс Альтиплано-Пуна в центральных Андах. Эти извержения производят обширные воспламеняющиеся листы и отложения осени пемзы, которые могут покрывать десятки тысяч квадратных километров. Риолитические магмы образуются путем экстремальной фракционной кристаллизации базальтовых родителей в сочетании с частичным плавлением континентальной коры.

Плутонические эквиваленты

Те же магмы, которые извергаются на вулканах, также медленно охлаждаются на глубине, образуя интрузивные магматические породы. Наиболее распространенными плутоническими породами являются габбро (интрузивный эквивалент базальта), диорит (андесит), гранодиорит и гранит (риолит). Эти породы образуют корни островных дуг и континентальных дуг и подвергаются воздействию после длительного подъема и эрозии. Банолиты Сьерра-Невада в Калифорнии и банолиты Берегового хребта в Британской Колумбии являются классическими примерами эродированных дуговых плутонических пород, которые в настоящее время образуют большие горные пояса.

Процессы, приводящие к образованию глинистых пород в зонах субдукции

Распределение и состав магматических пород в Кольце Огня не могут быть поняты без изучения основных физических и химических процессов.Ключевые механизмы включают:

  • Обезвоживание плиты: По мере опускания субдукционной океанической плиты её минералы выделяют воду и другие летучие вещества в накладывающийся мантийный клин. Это снижает температуру плавления мантии и вызывает частичное плавление, генерируя базальтовые магмы.
  • Таяние потока против расплавления декомпрессии: В зонах субдукции плавление потока доминирует, потому что добавление воды вызывает плавление при более низких температурах.В бассейнах задней дуги расплавление декомпрессии становится более важным.
  • Дифференциация магмы: Восходящая магма охлаждается и подвергается дробной кристаллизации, производя постепенно более богатые кремнеземом расплавы. Этот процесс объясняет последовательность от базальта до андезита и дацита до риолита, наблюдаемую во многих дугах.
  • Хрустальная ассимиляция: Магма, проходящая через толстую континентальную кору, может включать и частично расплавлять корковые породы, обогащая расплав кремнезема и щелочей и дополнительно диверсифицируя составы пород.
  • Мешивание магмы: Инъекция свежего горячего базальта в кремниевую магматическую камеру может вызвать смешивание, производя промежуточные композиции, которые в противном случае трудно генерировать путем фракционной кристаллизации.

Эти процессы работают вместе, чтобы произвести большой композиционный спектр магматических пород, найденных вдоль Кольца Огня.Особый баланс между ними зависит от таких факторов, как толщина коры, угол субдукции, скорость конвергенции, а также возраст и состав субдукционной плиты.

Последствия для оценки вулканической опасности и природных ресурсов

Распределение магматических пород в Кольце Огня имеет прямые практические последствия для уменьшения опасности и разведки ресурсов.

Картографирование вулканической опасности

Знание того, где доминируют анестетические стратовулканы, помогает планировщикам опасности прогнозировать ожидаемый тип извержения. Андеситные и дацитические системы подвержены взрывным извержениям, пирокластические потоки и лахары, создавая риски для населенных районов в Индонезии, Японии, Андах и Каскадах. Базальтические провинции, напротив, обычно производят невзрывные потоки лавы, которые угрожают собственности больше, чем жизни. Детальное картирование распределения магматических пород лежит в основе карт зонирования опасности, используемых агентствами гражданской обороны во всем мире.

Геотермальная энергия

Молодые магматические вторжения, особенно те, которым менее одного миллиона лет, являются источниками тепла для высокотемпературных геотермальных систем. Огненное кольцо содержит самые продуктивные геотермальные поля в мире, включая гейзеры в Калифорнии, Серро Прието в Мексике и поля на Филиппинах, в Индонезии, Японии и Новой Зеландии. Идентификация областей с неглубокими молодыми плутоническими телами зависит от понимания распределения интрузивных магматических пород и их вулканического покрова.

Минеральные месторождения

Субдукционно-связанные магматические процессы являются основным двигателем для формирования порфирных медно-золотых месторождений, эпитермальных золото-серебряных вен и вулканогенных массивных сульфидных месторождений. Возникновение этих ценных минеральных месторождений тесно связано с распределением кальций-щелочных магматических пород в Кольце Огня. Основные медно-золотые провинции в Андах (Чукикамата, Грасберг) и Юго-Западной части Тихого океана (Бату Хиджау, Лихир) напрямую связаны с магматизмом, связанным с дугой. Геологи-исследователи используют региональные магматические карты горных пород для нацеливания на перспективные пояса.

Резюме

Тихоокеанское Кольцо Огня является доминирующей глобальной средой для генерации магматических пород, с типами горных пород, начиная от базальта до риолита и их плутонических эквивалентов, систематически распределенных вдоль зон субдукции. Самые высокие концентрации магматических пород следуют за изогнутым выравниванием активных вулканических дуг, из Анд через Центральную Америку, Каскады, Алеутские острова, Камчатку, Японию, Индонезию и Новую Зеландию. Понимание распределения и состава этих горных пород имеет основополагающее значение для расшифровки тектонических процессов плит, оценки вулканических опасностей и определения местоположения геотермальной энергии и месторождений металлических руд. По мере появления новых геохимических, геохронологических и геофизических данных карта распределения магматических пород через Кольцо Огня продолжает совершенствоваться, предлагая все более четкое представление о динамической системе Земли.

Для дальнейшего чтения см. обзор USGS Ring of Fire , всеобъемлющую статью Британской энциклопедии об Кольце Огня и подробную базу данных Глобальной программы вулканизма Смитсоновского института для текущих извержений и данных отбора проб пород.