Plākšņu tektonika

Plate Tectonics un Havaju karstais punkts



Pārpublicēts no plkst Havaju vulkānu izvirdumi - pagātne, tagadne un nākotneautori Roberts Tonings, Kristīna Helikere un Donalds SvonsonsASV ģeoloģisko pētījumu vispārīgās informācijas produkts 117. lpp.

Klusā okeāna baseina karte: Klusā okeāna baseina karte, kurā parādīta Havaju grēdas-imperatora jūras piekrastes ķēdes un Aleutas tranšejas atrašanās vieta. Bāzes karte no šīs dinamiskās planētas.

Havaju salu izcelsme

Havaju salas ir gigantisku vulkānu kalnu virsotnes, ko vairāku miljonu gadu laikā veido neskaitāmi šķidrās lavas izvirdumi; kāds tornis atrodas vairāk nekā 30 000 pēdu virs jūras grīdas. Šīs vulkāniskās virsotnes, kas paceļas virs okeāna virsmas, attēlo tikai milzīgās zemūdens grēdas - Havaju kalnu grēdas-imperatora jūras piekrastes ķēdes - sīko, redzamo daļu, kas sastāv no vairāk nekā 80 lieliem vulkāniem.

Mauna Kea vulkāns Havaju salā ir 13 796 pēdu augstums. Tomēr salas pamatne sākas apmēram 18 000 pēdu zem jūras līmeņa. Ja Havaju salas uzskatīja par "kalnu", tā būtu pasaulē augstākā, pārspējot Everesta kalnu par vairāk nekā 1000 pēdām. Uzzināt vairāk.

Šis diapazons stiepjas pāri Klusā okeāna grīdai no Havaju salām līdz Aleutijas tranšejai. Tikai Havaju grēdas segmenta garums starp Havaju salu un Midvejas salu uz ziemeļrietumiem ir aptuveni 1600 jūdzes, aptuveni no attāluma no Vašingtonas (D.C.) līdz Denverai, Kolorādo. Lai izveidotu šo milzīgo grēdu, apmēram 186 000 kubikjūdzes, izplūdušais lavas daudzums ir vairāk nekā pietiekams, lai Kalifornijas štatu pārklātu ar 1 jūdzes biezu slāni.

Plākšņu robežu veidi: Bloķējošās diagrammas par atšķirīgām, saplūstošām un pārveidojošām plātņu robežām.

Plate Tectonics un Havaju karstais punkts

Sešdesmito gadu sākumā radās saistītie jēdzieni "jūras dibena izplatīšanās" un "plāksnes tektonika" kā spēcīgas jaunas hipotēzes, kuras ģeologi izmantoja, lai interpretētu Zemes virsmas slāņa pazīmes un kustības. Saskaņā ar plākšņu tektonisko teoriju, Zemes cietais ārējais slānis jeb "litosfēra" sastāv no apmēram duci plātņu vai plātņu, kuru katra biezums vidēji ir 50 līdz 100 jūdzes. Šīs plāksnes pārvietojas viena pret otru ar vidējo ātrumu pāris collas gadā - apmēram tikpat ātri, cik aug cilvēku nagu. Zinātnieki atpazīst trīs izplatītus robežu veidus starp šīm kustīgajām plāksnēm (sk. Diagrammas):

(1) Atšķirīgas robežas

Blakus esošās plāksnes atdalās, piemēram, Vidusatlantijas grēda, kas atdala Ziemeļamerikas un Dienvidamerikas Pates no Eirāzijas un Āfrikas plāksnēm. Šī savilkšanās izraisa "jūras dibena izplatīšanos", jo jauns materiāls no pamatā esošā mazāk stingrā slāņa jeb "asthenosfēra" aizpilda plaisas un papildina šīs okeāna plāksnes. Sk. Mācības par atšķirīgām plākšņu robežām.

(2) Konverģējošas robežas

Divas plāksnes virzās viena pret otru, un vienu velk lejā (vai "pakārto") zem otras. Konverģējošās plākšņu robežas sauc arī par "subdukcijas zonām", un tās raksturo Aleutu tranšeja, kur Klusā okeāna plate tiek pakļauta zem Ziemeļamerikas plāksnes. Svētās Helēnas kalns (Vašingtonas dienvidrietumi) un Fudži kalns (Japāna) ir lieliski subdukcijas zonu vulkānu piemēri, kas izveidoti gar saplūstošām plātņu robežām. Sk. Mācības par saplūstošo plākšņu robežām.

(3) Pārveidot robežas

Viena plāksne horizontāli slīd garām otrai. Vispazīstamākais piemērs ir zemestrīcēm pakļautā San Andreas bojāejas zona Kalifornijā, kas apzīmē robežu starp Klusā okeāna un Ziemeļamerikas plāksnēm. Sk. Mācības par pārveidošanas plākšņu robežām.

Tektoniskās plāksnes un aktīvie pasaules vulkāni: Aktīvākie vulkāni atrodas gar Zemes mainīgo tektonisko plākšņu robežām vai tuvu tām. Havajiešu vulkāni tomēr notiek Klusā okeāna plates vidū un tos veido vulkānisms virs Havaju salu "Karstās vietas" (sk. Tekstu). Šeit ir parādīti tikai daži no Zemes vairāk nekā 500 aktīvajiem vulkāniem (sarkanie trīsstūri). USGS attēls. Noklikšķiniet, lai palielinātu.

Zemestrīces un vulkāni uz plato robežas

Gandrīz visas pasaules zemestrīces un aktīvi vulkāni notiek gar Zemes mainīgo plākšņu robežām vai tuvu tām. Kāpēc tad Havaju salu vulkāni atrodas Klusā okeāna plates vidū vairāk nekā 2000 jūdžu attālumā no tuvākās robežas ar jebkuru citu tektonisko plāksni? Plāksnīšu tektonikas atbalstītājiem sākumā nebija skaidrojuma par vulkānu parādīšanos plākšņu interjerā ("iekšējās plāksnes" vulkānisms).

Hipotēze "Karstais punkts"

Tad 1963. gadā kanādiešu ģeofiziķis J. Tuzo Vilsons plakanās tektonikas ietvaros sniedza ģeniālu skaidrojumu, ierosinot hipotēzi par karsto punktu. Vilsona hipotēze ir guvusi plašu pieņēmumu, jo tā labi piekrīt lielajai daļai zinātnisko datu par lineāro vulkānu salu ķēdēm Klusajā okeānā kopumā un jo īpaši Havaju salās.

Cik dziļi ir karstie punkti?

Pēc Vilsona teiktā, Havaju salu imperatora ķēdes atšķirīgā lineārā forma atspoguļo Klusā okeāna plates progresīvo kustību pa “dziļu” un “fiksētu” karsto vietu. Pēdējos gados zinātnieki diskutē par Havaju salu un citu Zemes karsto punktu faktisko dziļumu (-iem). Vai tie atrodas tikai dažus simtus jūdžu zem litosfēras? Vai arī tie sniedzas tūkstošiem jūdžu uz leju, iespējams, līdz Zemes kodola robežai?

Vai karstie punkti pārvietojas?

Turklāt, kaut arī zinātnieki kopumā ir vienisprātis, ka karstie punkti tiek fiksēti pozīcijā, salīdzinot ar ātrāk pārvietojošajām pārspiediena plāksnēm, daži jaunākie pētījumi liecina, ka karstie punkti ģeoloģiskā laika posmā var lēnām migrēt. Jebkurā gadījumā Havaju salu karstais punkts daļēji izkausē reģionu tieši zem galvenā Klusā okeāna plates, iegūstot mazus, izolētus izkusušu iežu (magma) burbuļus. Mazāk blīvi nekā apkārtējie cietie ieži, magmas lāse saplūst un strauji paceļas caur strukturāli vājām zonām un galu galā izplūst kā lava uz okeāna dibena, lai veidotu vulkānus.

Havaju salu imperatora ķēde

Apmēram 70 miljonu gadu laikā apvienotie magmas veidošanās, izvirduma un nepārtrauktā Klusā okeāna plates pārvietošanās procesi virs nekustīgā karstā vietas ir atstājuši vulkānu taku pāri okeāna gultnei, ko mēs tagad saucam par Havaju salu-imperatora ķēdi. Straujš ķēdes līkums apmēram 2200 jūdzes uz ziemeļrietumiem no Havaju salām iepriekš tika interpretēts kā lielas izmaiņas plāksnes kustības virzienā apmēram pirms 43–45 miljoniem gadu (Ma), kā to ierosināja vulkānu laikmeti, kas saķēmojas līkums.

Tomēr jaunākie pētījumi liecina, ka ziemeļu segments (imperatora ķēde), kas izveidojās, karstajam punktam virzoties uz dienvidiem, līdz aptuveni 45 Ma, kad tas kļuva fiksēts. Pēc tam dominēja ziemeļrietumu plāksnes kustība, kā rezultātā Havaju kalnu grēda izveidojās "lejpus" no karsta punkta.

Havaju karstais punkts: Iegriezts skats gar Havaju salu ķēdi, kurā parādīts secinātais mantijas krāšņums, kas barojis Havaju salas karsto vietu uz svarīgākā Klusā okeāna plates. Katrā salā vecākā vulkāna (Ma = pirms miljoniem gadu) ģeoloģiskie laikmeti arvien progresē uz ziemeļrietumiem, kas atbilst Havaju kalnu grēdas-imperatora jūras piekrastes ķēdes karsto punktu modelim. Modificēts no Džoela E. Robinsona, USGS, attēla "Šī dinamiskā planēta" Simkina un citu kartē, 2006. gads.

Loihi jūra: Aktīvs zemūdens vulkāns pie Havaju lielās salas dienvidu krasta. Kmusser attēls Creative Commons. Noklikšķiniet, lai palielinātu.

Salu vecums

Havaju sala ir dienvidaustrumu vistālākā un jaunākā ķēdes sala. Havaju salu dienvidaustrumu daļa šobrīd atrodas virs karstā vietas un joprojām pieskaras magmas avotam, lai pabarotu tās aktīvos vulkānus. Lö'ihi jūras krastā esošais aktīvais zemūdens vulkāns pie Havajiešu salas dienvidu krasta var iezīmēt magmas veidošanās zonas sākumu karstā punkta dienvidaustrumu malā. Izņemot iespējamo Maui, citas Havaju salas ir pārvietojušās uz ziemeļrietumiem ārpus karstā vietas - tās tika secīgi atdalītas no ilgstošās magmas avota un vairs nav vulkāniski aktīvas.

Progresējošo salu novirzīšanos uz ziemeļrietumiem no to rašanās vietas virs karstā punkta labi parāda galveno lavas plūsmu laiki dažādās Havaju salās no ziemeļrietumiem (vecākie) līdz dienvidaustrumiem (jaunākie), kas izteikti miljonos gadu: Ni 'ihau un kaua'i, no 5.6 līdz 3.8; O'ahu, no 3.4 līdz 2.2; Moloka'i, no 1,8 līdz 1,3; Maui, no 1,3 līdz 0,8; un havajiešu, mazāk nekā 0,7 un joprojām aug.

Pat tikai Havaju salām tās piecu vulkānu relatīvais vecums ir saderīgs ar karsto punktu teoriju (skatīt karti, 3. lpp.). Kohala, salas ziemeļrietumu stūrī, ir vecākā, un tā pirms aptuveni 120 000 gadiem ir pārtraukusi erupācijas darbību. Otrs vecākais ir Mauna Kea, kas pēdējo reizi izcēlās pirms apmēram 4000 gadiem; Nākamais ir Hualälai, kuram rakstiskajā vēsturē ir bijis tikai viens izvirdums (1800-1801). Visbeidzot, gan Mauna Loa, gan Kïlauea pēdējos divos gadsimtos ir bijuši enerģiski un atkārtoti aktīvi. Tā kā Kïlauea aug Mauna Loa dienvidaustrumu pusē, domājams, ka tā ir jaunāka par savu milzīgo kaimiņu.

Havajiešu karsto punktu lielums nav labi zināms, taču, domājams, tas ir pietiekami liels, lai aptvertu un pabarotu pašlaik aktīvos Mauna Loa, Kïlauea, Lö'ihi un, iespējams, arī Hualälai un Haleakalä vulkānus. Daži zinātnieki ir aprēķinājuši, ka Havaju salu karstais punkts ir aptuveni 200 jūdzes pāri, ar daudz šaurākām vertikālām ejām, kas baro magmu uz atsevišķiem vulkāniem.