Уникальная геология гавайских вулканов щита

Гавайские острова представляют собой одну из самых замечательных вулканических систем на Земле, построенную полностью щитовыми вулканами, которые поднимаются со дна океана, чтобы сформировать возвышающиеся вершины. В отличие от крутых конических стратовулканов, найденных в зонах субдукции, таких как гора Фудзи или гора Ренье, щитовые вулканы определяются их широкими, мягко наклонными профилями, напоминающими щит древнего воина, лежащий на земле. Эти склоны обычно наклоняются всего на 2-10 градусов, но масштаб огромен: Мауна-Лоа, например, поднимается более чем на 9000 метров от морского дна, что делает его выше, чем гора Эверест, когда измеряется от его океанической базы.

То, что делает гавайские щитовые вулканы такими необычными, - это не только их размер, но и процесс их формирования. Они построены высокожидкой базальтовой лавой, которая извергается при высоких температурах - часто превышающих 1 100 ° C - и течет на большие расстояния, прежде чем затвердеть. В течение тысяч и миллионов лет бесчисленные последовательные лавовые потоки строят слои на слоях, постепенно создавая широкие массивные структуры, наблюдаемые сегодня. Эта низковязкая лава является отличительной чертой гавайского вулканизма, и она происходит непосредственно из уникального магматического источника под Тихоокеанской плитой.

Как образуются щитовые вулканы

Щитовые вулканы образуются, когда магма поднимается из глубины мантии Земли, извергаясь через тонкую океаническую кору. На Гавайях магма происходит из мантийного шлейфа — фиксированной горячей точки, которая была активна в течение по крайней мере 80 миллионов лет. Поскольку Тихоокеанская плита медленно дрейфует на северо-запад примерно на 7-10 сантиметров в год, точка доступа пробивается через движущуюся плиту, создавая цепь вулканов. Только самый юго-восточный остров, Большой остров Гавайев, находится непосредственно над горячей точкой, поэтому в ней находятся самые активные вулканы в цепи.

Жизненный цикл гавайского щитового вулкана следует предсказуемой схеме. Он начинается с подводной фазы, извергающейся на дне океана, затем строит над уровнем моря во время его стадии строительства щита - когда большая часть его массы накапливается. После стадии щита вулкан может войти в стадию после щита с более вязкой, богатой кремнеземом лавой, за которой следует длительный период эрозии и покоя, когда он движется от горячей точки. Острова к северо-западу от Большого острова, такие как Кауаи и Оаху, являются потухшими вулканами, которые были разрушены в течение миллионов лет, их когда-то массивные щиты уменьшены до более мелких, зубчатых ландшафтов.

Роль гавайского хот-спота

Гавайская точка доступа является постоянным источником интенсивного тепла в мантии, которая производит непрерывный запас магмы. Эта точка отвечает за всю цепь подводных вулканов Гавайи-Императора, последовательность подводных вулканов, которая простирается на 6000 километров к северо-западу от Алеутской впадины. Самые молодые и самые активные вулканы - Килауэа и Мауна-Лоа - находятся непосредственно над точкой доступа на Большом острове, в то время как более старые вулканы, такие как Лойхи, активный подводный вулкан у юго-восточного побережья, потенциально станут следующим гавайским островом в десятках тысяч до сотен тысяч лет. Исследования Гавайской обсерватории вулканов США (USGS) предоставляют непрерывные данные о динамике горячих точек и поведении извержений ([FLT: 2]] Гавайская обсерватория вулканов USGS [[FLT: 3]].

Основные вулканы Гавайев

Большой остров Гавайи является домом для пяти основных вулканов - Мауна-Лоа, Килауэа, Мауна-Кеа, Хуалалай и Кохала - каждый на разных этапах деятельности и проявляет различные характеристики. Вместе они образуют вулканический ландшафт, который является одновременно научно бесценным и экологически разнообразным.

Мауна-Лоа — гигант Тихого океана

Мауна-Лоа является крупнейшим вулканом на Земле по объему и площади. Он охватывает примерно 5271 квадратный километр и имеет объем, оцененный в 75 000 кубических километров. Его кальдера на вершине, Мокуавеовео, находится на высоте 4169 метров над уровнем моря. Мауна-Лоа извергался 33 раза с 1843 года, с его последним извержением, произошедшим в ноябре-декабре 2022 года после 38-летнего спячки. Извержение 2022 года, которое произошло в Северо-Восточной рифтовой зоне, произвело впечатляющие лавовые фонтаны и потоки, которые медленно продвигались к шоссе Даниэля К. Иноуэ, но не угрожало основной инфраструктуре. Огромная масса Мауна-Лоа также делает его склонным к гравитационной нестабильности фланга, а Гилинский сгусток - большой, медленно движущийся оползень блок - активно контролируется геологами. Из-за его объема и уровня активности Мауна-Лоа классифицируется как опасный вулкан ,

Килауэа – самый активный вулкан

Килауэа является одним из самых активных вулканов в мире, извергаясь почти непрерывно между 1983 и 2018 годами, и снова с конца 2020 года по настоящее время с периодическими паузами. Он находится на юго-восточном фланге Мауна-Лоа и когда-то считался спутниковым вентиляционным отверстием своего более крупного соседа, но теперь он признан отдельным щитовым вулканом с собственной системой магматической сантехники. На вершине Килауэа находится кратер Halemaumau, который был местом нескольких лавовых озер за последние два десятилетия. В 2018 году Килауэа испытала крупную последовательность извержений в своей нижневосточной рифтовой зоне, которая разрушила более 700 домов и добавила новую землю к береговой линии острова. Извержение сопровождалось более чем 60 000 землетрясений и обрушением кальдеры вершины. Килауэа теперь контролируется обширной сетью сейсмометров, станций GPS и газовых датчиков. Служба национальных парков [FLT: 1] управляет Национальным парком Гавайских вулканов, который защищает регион вершины Килауэ

Мауна Кеа — Спящий гигант

Мауна-Кеа, стоящая на высоте 4 207 метров над уровнем моря, является самой высокой горой на Гавайях и самой высокой точкой в Тихоокеанском бассейне. Хотя считается спящей — ее последнее извержение произошло примерно 4600 лет назад — Мауна-Кеа далеко не тихая. На ее вершине находятся некоторые из самых мощных астрономических обсерваторий в мире из-за ее прозрачного, сухого воздуха и минимального светового загрязнения. Вулкан покрыт слоем ледникового льда, который когда-то покрывал ее вершину во время последнего ледникового периода, что делает его одним из немногих мест в тропиках, где существуют ледниковые отложения. Мауна-Кеа также культурно значимо для коренных гавайцев, которые считают вершину священным царством богов. В последние годы проект Тридцатиметрового телескопа (ТТТ) вызвал интенсивные дебаты о правах на землю и культурной сохранности. Структура вулкана включает в себя видный кластер из шлаковидных конусов на вершине, с отчетливыми красными и черными конусами, которые сформировались во время

Хуалалай, Кохала и Халеакала

Уалалай, известный своими относительно молодыми потоками лавы — некоторым менее 1000 лет — считается вулканом средней и высокой опасности. Он извергался три раза с 1800 года, последний раз в 1801 году. Станции глобальной системы позиционирования (GPS) обнаружили инфляцию на вершине Хуалалай, предполагая, что магма накапливается на глубине. Кохала является самым старым вулканом на Большом острове, с его последним извержением, происходящим 120 000 лет назад. Он глубоко эродировал, с крутыми оврагами и драматической береговой линией. Халеакала, на острове Мауи, является еще одним массивным щитовым вулканом, который не вымер, а просто спит. Его вершинный кратер — фактически эрозионная долина, которая была ошибочно идентифицирована как кальдера — является популярным туристическим направлением, а юго-западная рифтовая зона вулкана извергалась несколько раз за последние 1000 лет, угрожая соседней общине Кахулуи.

Уникальные особенности гавайских вулканов щита

Гавайские щитовые вулканы демонстрируют особенности, которые отличаются от других вулканических типов. Эти особенности в значительной степени являются продуктом жидкой базальтовой лавы и тектонической установки, управляемой горячей точкой.

Базальтовые потоки лавы и Пахоэхо / Аа

Гавайские потоки лавы в подавляющем большинстве базальтовые, содержащие приблизительно 50% кремнезема — существенно меньше, чем более вязкие и риолитические лавы стратовулканов. Это низкое содержание кремнезема уменьшает вязкость, позволяя лаве течь как жидкость, а не взрываться бурно. Гавайские извержения производят два основных типа лавовых потоков: pahoehoe (произносится pa-hoy-hoy) и aa (произносится ah-ah)]. Pahoehoe является гладким, веревчатым и часто образует волнистые листы, которые продвигаются медленно. Aa является грубым, острым и блочной, продвигаясь быстрее и разрываясь, поскольку он движется. Эти же извержения могут производить оба типа, в зависимости от изменения скорости потока, содержания газа и охлаждения. Эти типы лавы покрывают обширные области — только Kilauea добавила более 600 акров новой земли на Большой

Кальдерас и Пит Кратерс

Гавайские щитовые вулканы обычно имеют большие вершинные кальдеры, образованные коллапсом. После извержений сток под магматическими камерами, неподдерживаемые коллапсы крыши, создавая депрессию. Кальдера Килауэа, которая содержит кратер Halema'uma'u, является одной из самых активных и хорошо изученных кальдер в мире. Во время извержения 2018 года пол кальдеры упал более чем на 500 метров, поскольку основная магматическая камера сдулась. Кратеры Пита — струйные, круговые впадины, не связанные непосредственно с магматической камерой — также являются общими чертами. Примеры включают кратеры Дьявольской Горло и Луа Ману вдоль цепи Кратеров. Кратеры Пита образуются, когда мелкое удаление магмы вызывает обрушение поверхности, создавая глубокие вертикальные валы. Они обычно меньше, чем кальдеры, но могут быть одинаково драматичными по внешнему виду.

Вулканические извержения и извержения трещин

Вместо одного центрального вентиляционного отверстия гавайские щитовые вулканы часто извергаются из трещин — удлиненных трещин на поверхности Земли, которые могут простираться на километры. Извержения трещин производят занавески лавовых фонтанов, которые питают потоки жидкости, распространяющиеся по ландшафту. Извержение Килауэа 2018 года в зоне нижнего восточного рифта было классическим извержением трещины, с 24 отдельными сегментами трещин, открывающимися в течение двух месяцев. Эти системы трещин являются частью рифтовых зон вулкана , которые являются структурными слабостями вдоль флангов вулкана, где магма преимущественно поднимается. Гавайские рифтовые зоны обычно ориентированы радиально от вершины и отвечают за удлиненную, щитовидную форму вулкана. Со временем повторяющиеся извержения трещин создают фланги, придавая щитовым вулканам их характерный широкий профиль.

Вулканические опасности и мониторинг

Несмотря на в целом невзрывоопасную природу гавайских щитовых вулканов, они представляют значительную опасность. Самой непосредственной опасностью являются лавовые потоки, которые могут разрушить инфраструктуру, дома и дороги. Извержение Килауэа в 2018 году разрушило 716 структур, похоронило целые подразделения и отрезало сообщество Капохо. Вулканические газы, в первую очередь диоксид серы (SO2), также являются серьезной проблемой. Длительное воздействие вог (вулканический смог) может вызвать проблемы с дыханием и повредить урожай. Землетрясения сопровождают движение магмы и могут повредить здания, особенно в районах вершины во время обрушения кальдеры. Кроме того, взрывные извержения могут произойти; в то время как редко они происходят, когда грунтовые воды взаимодействуют с мелкой магмой или когда богатая летучими веществами лава быстро разгерметизируется.

Гавайская обсерватория вулканов (HVO) является основным агентством, ответственным за мониторинг вулканической активности на Гавайях. HVO управляет сетью из более чем 100 сейсмических станций, GPS-устройств в реальном времени, наклонных счетчиков, тепловых камер и газовых датчиков. Это плотное оборудование позволяет ученым обнаруживать движение магмы за недели или месяцы до извержения. Например, недели, предшествующие извержению Мауна-Лоа 2022 года, были отмечены резким увеличением землетрясений (от 10-20 в день до более 100 в день) и деформацией почвы на саммите. HVO выпускает ежедневные обновления, цветовые уровни предупреждения и карты опасности для принятия решений по общественной безопасности. Сотрудничество с Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA) [FLT: 3] также позволяет в режиме реального времени отслеживать вулканические газовые шлейфы и их модели дисперсии ([FLT: 4]] NOAA вулканического мониторинга качества воздуха [[FLT: 5]].

Культурное значение и современные исследования

Для коренных гавайцев вулканы - это не просто геологические особенности - это живые существа, проникнутые духовной силой. Считается, что богиня вулкана Пеле проживает в кратере Халемаумау в Килауэа. Устные традиции описывают путешествия Пеле по островной цепи, а предложения ягод и джина охело все еще остаются на краю кратера некоторыми посетителями и местными жителями. Извержение Мауна-Лоа в 2022 году вызвало специальные культурные церемонии, и USGS иногда консультируется с местными гавайскими культурными практиками во время исследований и мониторинга. Интеграция традиционных знаний с современной вулканологией стала все более важным аспектом гавайской вулканологии.

На исследовательском фронте гавайские щитовые вулканы являются одними из самых хорошо изученных вулканов в мире. Ученые используют их в качестве естественных лабораторий для изучения динамики магмы, триггеров извержений и планетарной геологии. Сходство между гавайскими вулканами и обнаруженными на Марсе — особенно массивными щитовыми вулканами региона Тарсис, такими как Олимп Монс — сделало Гавайи идеальным аналоговым местом для планетарной науки. НАСА и другие агентства провели полевые исследования в Мауна-Лоа и Килауэа для разработки методов обнаружения вулканической активности на других планетах. Международная ассоциация вулканологии и химии внутренних районов Земли (IAVCEI) признает Гавайи местом вулкана десятилетия, подчеркивая его глобальное значение в сокращении вулканической опасности IAVCEI — Программа вулканов десятилетия .

Будущее гавайского вулканизма

По мере того, как Тихоокеанская плита продолжит свой северо-западный дрейф, вулканы Большого острова в конечном итоге сдвинутся с горячей точки, и вулканическая активность постепенно ослабнет. Килауэа и Мауна-Лоа будут бездействовать в течение следующих нескольких сотен тысяч-миллионов лет, в то время как все еще затопленная подводная гора Лоихи - активный подводный вулкан примерно в 30 километрах к юго-востоку от Большого острова - будет продолжать расти. Если нынешние темпы извержения сохранятся, Лойхи нарушит поверхность океана примерно через 50 000-100 000 лет, став самым новым островом в гавайской цепи. До тех пор существующие вулканы Большого острова будут продолжать изменять ландшафт, обогащать почву и напоминать жителям и посетителям о динамичных силах, которые построили острова.

Изучение щитовых вулканов на Гавайях дает критические представления о планетарной геологии, смягчении последствий стихийных бедствий и глубоких земных процессах, которые формируют наш мир. С постоянным мониторингом и исследованиями ученые лучше подготовлены к прогнозированию извержений, защите сообществ и сохранению этого уникального вулканического наследия для будущих поколений. Для всех, кто интересуется самыми массивными вулканическими системами Земли, Гавайи остаются несравненным полем - местом, где внутреннее тепло планеты становится видимым, осязаемым и внушающим страх.