Понимание гавайской горячей точки: формирование Гавайских островов

По мере приближения этой шлейфовой головки к жесткой литосфере Тихоокеанской плиты снижение давления позволяет расплавиться горячей породе, порождая массивные объемы базальтовой магмы. Поскольку шлейф уходит глубоко в мантию Земли, он остается относительно неподвижным в своем положении. Тихоокеанская плита, однако, неподвижна. Она является частью глобальной системы тектонических плит и неуклонно движется на северо-запад со скоростью примерно 7-11 сантиметров в год — примерно со скоростью, с которой растут ногти. Это движение пластины создает классический эффект «конвейерного пояса». Неподвижная точка расплавляет дыру через движущуюся плиту, создавая вулкан. Пластина уносит вулкан от источника магмы, извержение прекращается, и на ее месте начинает формироваться новый вулкан.

Источник магмы

Состав лавы дает критические подсказки о ее происхождении. Гавайские базальты содержат различные изотопные подписи, которые отличаются от базальтов среднего океанского хребта. Эти подписи предполагают, что мантийный шлейф проникает в глубокий, примитивный материал, который был изолирован от остальной части мантии в течение миллиардов лет. Некоторые ученые предполагают, что горячей точкой может быть материал из большой низкоскоростной провинции (LLSVP) на границе ядра-мантии, добавив еще один слой сложности к истории глубокого недра Земли.

Гавайско-императорская цепь Seamount: история, написанная в скале

Полная широта активности горячей точки видна в гавайско-императорской цепи подводных гор. Эта цепь из более чем 80 идентифицированных вулканов образует длинный линейный путь через тихоокеанский пол. Самые молодые действующие вулканы находятся в юго-восточном конце цепи на Большом острове Гавайи и подводной горе Лойхи. По мере продвижения на северо-запад вулканы становятся все старше, холоднее, более эрозийными и ниже по высоте.

Эта возрастная закономерность является одним из самых сильных доказательств, подтверждающих теорию мантийного шлейфа. Ученые использовали радиометрическое датирование (в частности, калий-аргон и аргон-аргоновое датирование) для определения возраста пород вдоль цепи. Килауэа на Большом острове по существу «нулевой» возраст, активно извергающийся сегодня. Двигаясь вверх по цепи, остров Кауаи имеет возраст примерно 5 млн лет. Атоллу Мидуэй, далее на северо-запад, около 27 млн лет. Древнейшему вулкану в цепи, Детройтской горе возле Алеутской впадины, около 80 млн лет.

• Лойхи Симаун (Активный): ~0,5 млн лет, все еще затоплен.
• Большой остров (Гавайи): Активный (Килауэа, Мауна-Лоа), от 0 до 0,5 млн лет.
• Мауи (Халеакала): Стадия после щита, ~1,3 миллиона лет.
• Оаху (Коолау и Вайанаэ): Глубоко размыт, ~3,7 миллиона лет.
• Кауаи: Высоко эродировал, ~5,1 млн лет.
• Атолл Мидуэй: Погруженный вулкан, окутанный кораллом, ~27 миллионов лет.
• Детройт Симаунт (Вымерший): ~80 миллионов лет, погруженный и деформированный.

Оригинальное название: The Great Bend: A Tectonic Mystery

Примерно 47 миллионов лет назад цепь Гавайев-Императоров совершает резкий 60-градусный поворот, известный как Гавайско-Императорский изгиб. На протяжении десятилетий этот изгиб интерпретировался как резкое изменение направления движения Тихоокеанской плиты. Он считался классическим маркером для понимания тектонических движений плит. Однако недавние исследования и передовые компьютерные модели оспаривали эту точку зрения. Некоторые геофизики теперь предполагают, что изгиб вызван не только изменением движения плиты, но, возможно, был вызван самим движением горячей точки.

Мантийный шлейф, возможно, дрейфовал на юг через мантию с быстрой скоростью в течение десятков миллионов лет, прежде чем закрепиться в своем нынешнем положении. Эта гипотеза «дрожащей горячей точки» предполагает, что изгиб записывает изменение динамики потока глубокой мантии, а не простое смещение тектоники плит. Эта продолжающаяся научная дискуссия подчеркивает сложность недр Земли и показывает, что мантия гораздо более динамична, чем простой набор стационарных шлейфов.

Жизнь и смерть Гавайского острова

Каждый гавайский остров следует предсказуемому жизненному циклу, рождается из огня горячей точки и в конечном итоге возвращается в море. Этот процесс является мощной иллюстрацией геологического цикла строительства и разрушения. Жизненный цикл можно разбить на несколько ключевых этапов.

Стадия 1: Рождение подводной лодки (Лойхи Симаун)

Самый молодой вулкан в цепи - Лойхи Симаун , расположенный примерно в 35 километрах (22 милях) от юго-восточного побережья Большого острова.Лойхи в настоящее время является подводным вулканом, его вершина находится примерно на 975 метрах (3200 футов) ниже уровня моря. Он активно извергается и строится со дна океана в течение десятков тысяч лет. Его фланг содержит уникальные гидротермальные вентиляционные экосистемы, изобилующие специализированными микробами, креветками и рыбами, которые процветают в богатой химическими веществами горячей воде. Геологи оценивают, что Лойхи прорвется через поверхность океана, чтобы стать следующим гавайским островом в ближайшие 50 000 - 100 000 лет.

Стадия 2: Щитное здание (Большой остров)

Как только вулкан выходит из моря, он входит в основную фазу строительства. Магма из горячей точки базальтовая, то есть она имеет низкую вязкость. Эта «сморщенная» лава не взрывается бурно, а вместо этого течет по ландшафту в обширных реках, строя широкие, мягко наклонные горы. Это щитовые вулканы , названные по их сходству с воинским щитом, лежащим на земле. Большой остров Гавайев представляет собой композицию из пяти массивных щитовых вулканов: Кохала, Мауна-Кеа, Хуалалай, Мауна-Лоа и Килауэа. Мауна-Лоа является самым большим действующим вулканом на Земле, в то время как Мауна-Кеа является самой высокой горой на планете, если измерять ее от основания на дне океана. Килауэа является одним из самых активных вулканов в мире, извергаясь непрерывно с 1983 по 2018 год и возобновляя деятельность в 2020 году.