Распределение вулканов по границам тектонических плит

Конвергентные границы: зоны субдукции и вулканические дуги

Океанско-континентальная конвергенция

Когда плотная океаническая плита сходится с более легкой континентальной плитой, океаническая плита вытесняется под континентальной литосферой в процессе, называемом субдукцией. Эта нисходящая плита переносит богатые водой отложения и гидратированные минералы глубоко в мантию. На глубинах от 80 до 120 километров повышение температуры и давления заставляет эти материалы выделять жидкости, которые понижают температуру плавления мантийного клина выше.

Полученное частичное таяние производит магму, которая менее плотна, чем окружающие породы, что побуждает ее подниматься через континентальную кору. Это восхождение часто приводит к образованию больших магматических камер, которые могут питать взрывные извержения. Такие извержения обычно строят стратовулканы - стремительные конические вулканы, состоящие из чередующихся слоев лавовых потоков, пепла и вулканического мусора. Известные примеры включают гору Сент-Хеленс в США, гору Пинатубо на Филиппинах и гору Фудзи в Японии.

Линия вулканов, параллельная траншее субдукции, известна как вулканическая дуга. Наиболее известной системой вулканических дуг является Тихоокеанское огненное кольцо, 40 000-километровый подковообразный пояс, окружающий Тихий океан. В этой зоне находится примерно 75% активных вулканов мира и ответственна за некоторые из самых мощных извержений в истории.

Вдоль западной окраины Южной Америки вулканическая дуга Анд образована субдукцией плиты Наска под южноамериканской плитой.Выдающиеся вулканы в этой дуге включают Котопакси в Эквадоре, Вильяррику в Чили и Невадо-дель-Руис в Колумбии - катастрофическое извержение 1985 года вызвало смертельные лахары (вулканические сели), которые опустошили близлежащие общины.

Океано-океаническая конвергенция

Когда две океанические плиты сходятся, более старая, более холодная и плотная подповерхность плит под более молодой. Подобно океано-континентальной субдукции, плавление потока, вызванное высвобожденными летучими веществами, порождает магму, которая поднимается через преобладающую океаническую кору. Этот процесс создает цепь вулканических островов, известных как островная дуга.

Примеры островных дуг включают Алеутские острова на Аляске, Марианские острова около Гуама и обширный индонезийский архипелаг.Вулканы в этих дугах обычно извергаются и эрезитичны для дацитических магм, которые более вязки и богаты газом, чем базальт, что приводит к умеренным и очень взрывоопасным извержениям.Гора Мерапи в Индонезии является ярким примером, известным как один из самых активных и опасных стратовулканов Земли.

Континентальная Конвергенция

Когда сталкиваются две континентальные плиты, субдукция в значительной степени прекращается, потому что континентальная кора слишком плавучая, чтобы легко погружаться в мантию. Вместо этого кора утолщается и деформируется, что приводит к образованию высоких горных хребтов, таких как Гималаи. Вулканы обычно редки в этих условиях, поскольку генерация магмы, управляемая субдукцией, отсутствует.

Однако некоторая локализованная вулканическая активность может происходить из-за глубокого таяния коры, вызванного утолщением и нагреванием коры. Древние вулканические породы могут подвергаться эрозии. Тибетское плато содержит рассеянные вулканические поля, приписываемые таким процессам, но эти явления являются скорее исключениями, чем правилом для континентальных столкновений.

Расходящиеся границы: центры распространения и базальтовый вулканизм

Среднеокеанские ридджесы

Расходящиеся границы обозначают области, где тектонические плиты удаляются друг от друга. Это разделение создает пространство, которое мантийный материал заполняет при подъеме и частичном расплавлении из-за декомпрессии. Магма охлаждается и затвердевает для создания новой океанической коры, образуя обширные подводные горные цепи, называемые срединно-океаническими хребтами.

Эти хребты образуют самую длинную непрерывную горную систему на Земле, протянувшуюся примерно на 65 000 километров через все океаны мира. Ключевые хребтные системы включают Срединно-Атлантический хребет, Восточно-Тихоокеанский подъем и Юго-Западный Индийский хребет. Вулканическая активность вдоль этих хребтов в первую очередь эффузивна, характеризуется устойчивым излиянием базальтовой лавы низкой вязкости, которая образует лавы подушки и обширные листовые потоки на морском дне.

Поскольку эти извержения происходят под высоким океаническим давлением, газовое расширение подавляется, в результате чего обычно происходят невзрывные извержения. Это контрастирует со многими извержениями зоны субдукции, которые имеют тенденцию быть насильственными. Хотя большинство вулканизма хребта является подводным и в значительной степени недоступным, некоторые сегменты поднимаются над уровнем моря, образуя вулканические острова.

Исландия является наиболее ярким примером, простирающимся по Срединно-Атлантическому хребту. Его вулканы, такие как Эйяфьяллайёкюдль и Хекла, демонстрируют смесь эффузивных базальтовых извержений и случайных взрывных событий, особенно когда магма взаимодействует со льдом или поверхностными водами. Геологическая активность Исландии постоянно расширяет остров со скоростью примерно 2,5 сантиметра в год, поскольку североамериканские и евразийские плиты расходятся.

Континентальные рифты

Разнонаправленные границы могут также развиваться в пределах континентальных интерьеров, в результате чего рифтовые долины по мере того, как кора растягивается и тонет.Восточноафриканская рифтовая система является крупнейшим активным континентальным рифтом на Земле, где Сомалийская плита постепенно отделяется от нубийской плиты.

По мере растяжения литосферы, декомпрессионное таяние производит большие объемы базальтовой магмы. Получающиеся вулканические особенности включают щитовые вулканы, такие как гора Килиманджаро и гора Кения, а также обширные потопные базальтовые провинции, примером которых является Эфиопское нагорье. В рифтовых долинах, таких как Грегори-Рифт в Кении, находятся многочисленные шлаковые конусы и лавовые потоки.

В геологических временных масштабах континентальные разломы могут эволюционировать в новые океанские бассейны.Красное море представляет собой раннюю стадию этого процесса, где продолжающееся расхождение постепенно разделяет африканскую и арабскую плиты.

Границы трансформации: ограниченный прямой вулканизм

Механизмы и исключения

Границы трансформации характеризуются боковым движением удара-скольжения, когда пластины скользят друг мимо друга горизонтально. Разлом Сан-Андреас в Калифорнии является типичным примером. Поскольку эти границы не создают и не разрушают кору, им, как правило, не хватает условий давления и потока, необходимых для широкого производства магмы.

Тем не менее, вулканическая активность все еще может происходить вблизи границ преобразования в определенных условиях. Большие разломы преобразования, которые пересекаются с зонами субдукции или центрами распространения, производят сложные поля напряжения, открывая пути для магматического восхождения. Кроме того, транстензионные силы - комбинация сдвига и расширения - могут образовывать тяговые части бассейнов, которые служат магматическими каналами. Движение преобразования также может реактивировать старые магматические камеры или трещины, облегчая извержения вулканов.

Например, в районе Калифорнийского залива (Море Кортеса) есть разломы преобразования, чередующиеся с короткими раскидистыми сегментами, что приводит как к вулканическим островам, так и к подводному вулканизму. В Трансформации Мертвого моря на Ближнем Востоке проявляются вулканические поля, такие как Харрат-аш-Шама в Сирии и Иордании, сформированные в бассейнах тяг-апарт. Несмотря на эти примеры, границы трансформируют значительно меньше вулканов, чем конвергентные или расходящиеся границы.

Интраплатетные вулканы: горячие точки и мантийные сливы

Не все вулканы связаны с границами тектонических плит. Интраплататный вулканизм возникает внутри тектонических плит и в первую очередь приписывается мантийным плюмам — колоннам аномально горячей породы, поднимающимся из глубины мантии Земли, возможно, происходящим вблизи границы ядра-мантии. По мере того, как голова мантийного плюма приближается к поверхности, декомпрессионное плавление производит большие объемы магмы, создавая точку доступа.

Гавайские острова являются примером вулканизма горячей точки. Тихоокеанская плита движется на северо-запад по относительно неподвижному мантийному шлейфу, в результате чего цепь щитовых вулканов становится все старше с расстоянием от активной горячей точки под Большим островом. Килауэа и Мауна-Лоа на Большом острове являются одними из самых активных вулканов в мире, часто извергаясь жидкой базальтовой лавой с относительно низкой взрывоопасностью.

Другие значительные горячие точки включают Йеллоустон в Соединенных Штатах, которые сформировали Йеллоустонскую кальдеру и произвели группу Базальта реки Колумбия; Остров Реюньон в Индийском океане; и Исландия, которая представляет собой уникальную комбинацию горячей точки и вулканизма среднего океанского хребта. Во всем мире было идентифицировано около 40-50 активных горячих точек, на которые приходится примерно 5% вулканической активности Земли. Изучение этих горячих точек дает ценную информацию о глубокой мантийной динамике и бросает вызов традиционному гранично-центрическому взгляду на плиту вулканизма.

Глобальные модели распределения и статистика

Картографирование вулканов по всему миру показывает различные схемы распределения, отражающие их тектоническую обстановку. Обходно-Тихоокеанский пояс, или Огненное кольцо, содержит приблизительно 452 активных вулкана - почти две трети от общего числа. Средиземноморско-индонезийский вулканический пояс составляет еще 15%. Хотя расходящиеся границы охватывают гораздо более длинную комбинированную длину, их вулканы в основном подводные и менее индивидуально документированы. Восточноафриканский разлом и Исландия являются наиболее заметными континентальными расходящиеся вулканические регионы.

В каталогах 1356 подтвержденных вулканов голоцена (активных в течение последних 11 700 лет) Смитсоновского института, примерно 80% из них связаны с зонами субдукции, около 15% с расхождением границ или горячих точек, а остальные немногие с границами трансформации или неопределенными тектоническими контекстами. Эта база данных постоянно обновляется по мере обнаружения новых подводных вулканов и подводных гор посредством передовых морских геофизических исследований.

Сравнение вулканических опасностей на разных границах

Тип тектонической границы сильно влияет на стиль извержений вулканов и связанные с ними опасности, что имеет решающее значение для оценки риска и готовности к стихийным бедствиям.

Конвергентные граничные опасности

Вулканы в зонах субдукции обычно извергают магму, богатую кремнеземом — андезитом, дацитом и риолитом — которые являются очень вязкими и способны захватывать летучие вещества. Это приводит к взрывным извержениям с опасными явлениями, такими как пирокластические потоки, облака вулканического пепла, лахары (вулканические сели), и даже цунами, вызванные вулканическими оползнями или обвалами кальдеры вблизи береговых линий.

Расходящиеся граничные опасности

Вулканизм на расходящихся границах в первую очередь включает в себя низкокремниевую базальтовую магму, что приводит к относительно мягким, эффузивным извержениям. Лавовые фонтаны, обширные потоки лавы и образование новой океанической коры доминируют над этими извержениями. В то время как обычно менее опасны, чем вулканы зоны субдукции, трещинные извержения и базальты наводнения могут покрывать большие площади, влияя на местную среду и сообщества.

Иногда вулканическая активность подо льдом или в ограниченных пространствах может вызвать взрывные взаимодействия. Например, извержение Эйяфьяллайёкюдль в Исландии в 2010 году нарушило воздушное движение по всей Европе из-за облака пепла. Аналогичным образом, вулканические опасности в континентальных рифтовых зонах, таких как Восточноафриканский рифт, включают потоки лавы, падение пепла и деформацию почвы.

Преобразование граничных опасностей

Прямые вулканические опасности на границах трансформаций обычно ограничены из-за дефицита активного вулканизма.Однако связанная с этим сейсмическая активность может вызвать оползни и дестабилизировать вулканические сооружения в прилегающих вулканических зонах.Опосредованно вулканические опасности в регионах со сложной тектоникой, включающей трансформационные разломы, таких как Калифорнийский залив, требуют мониторинга для понимания взаимодействий между разломами и вулканизмом.

Интраплататные (горячие точки) опасности

Вулканы Хотспота обычно производят текучие базальтовые потоки лавы с относительно низкой взрывоопасностью, но существуют некоторые исключения. Например, Йеллоустонская точка породила супервулканические извержения с глобальными климатическими воздействиями. Вулканы щита, такие как Мауна-Лоа и Килауэа, часто проявляют эффузивные извержения, которые представляют местные опасности, такие как затопление лавой и выбросы газа, но, как правило, менее катастрофические, чем извержения зоны взрывной субдукции.

Вывод: Динамическая связь между вулканами и границами плит

Распределение вулканов по всему земному шару неразрывно связано с движением и взаимодействием тектонических плит. Сходящиеся границы, особенно зоны субдукции, создают условия для некоторых наиболее взрывоопасных и опасных вулканических явлений. Разнонаправленные границы способствуют устойчивому базальтовому вулканизму, который строит новую кору и формирует океанские бассейны. Границы трансформации, будучи менее вулканически активными, влияют на пути магмы через деформацию коры. Горячие точки интраплатета обеспечивают жизненно важные подсказки о динамике мантии, не связанной с краями плит.

Понимание этих связей имеет важное значение для оценки вулканических опасностей, прогнозирования извержений и интерпретации геологической истории Земли. По мере развития технологий продолжающиеся исследования и мониторинг вулканических систем во всем мире увеличат нашу способность безопасно сосуществовать с этими мощными природными явлениями.