Регулярные вулканические цепи океанов

Мантийный шлейф — Mantle plume

Мантийных плюмов является планируемая механизм конвекции в пределах мантии Земли . Поскольку голова шлейфа частично тает при достижении небольших глубин, шлейф часто называют причиной вулканических горячих точек , таких как Гавайи или Исландия , и крупных вулканических провинций, таких как Декан и Сибирские ловушки . Некоторые из таких вулканических регионов лежат далеко от границ тектонических плит , в то время как другие представляют собой вулканизм необычайно большого объема вблизи границ плит.

СОДЕРЖАНИЕ

Концепции

Мантийные плюмы были впервые предложены Дж. Тузо Уилсоном в 1963 году и в дальнейшем развиты У. Джейсоном Морганом в 1971 и 1972 годах. Предполагается, что мантийный плюм существует там, где на границе ядро-мантия образуется ( зарождается ) перегретый материал и поднимается через него. мантия Земли. Шлейфы следует рассматривать не как непрерывный поток, а как серию горячих пузырьков материала. Достигая хрупких верхних слоев земной коры, они образуют диапиры . Эти диапиры представляют собой «горячие точки» в коре. В частности, концепция о том, что мантийные плюмы фиксированы относительно друг друга и закреплены на границе ядро-мантия, может дать естественное объяснение прогрессирующим во времени цепочкам более старых вулканов, которые, как видно, выходят из некоторых таких горячих точек, таких как Цепь подводных гор Гавайи – Император . Однако палеомагнитные данные показывают, что мантийные плюмы также могут быть связаны с большими провинциями с низкой скоростью сдвига (LLSVP) и действительно перемещаются относительно друг друга.

Предлагаются два в значительной степени независимых конвективных процесса:

• широкий конвективный поток, связанный с тектоникой плит, вызванный в основном погружением холодных плит литосферы обратно в мантийную астеносферу
• мантийный шлейф, вызванный теплообменом через границу ядро-мантия, переносящий тепло вверх в узкой восходящей колонне, и постулируется, что он не зависит от движений плит.

Гипотеза о шлейфе была изучена с помощью лабораторных экспериментов, проведенных в небольших заполненных жидкостью резервуарах в начале 1970-х годов. Полученные таким образом тепловые или композиционные флюидодинамические плюмы были представлены как модели для гораздо более крупных постулируемых мантийных плюмов. Основываясь на этих экспериментах, предполагается, что мантийные плюмы состоят из двух частей: длинного тонкого канала, соединяющего верхушку плюма с его основанием, и выпуклую головку, которая увеличивается в размерах по мере подъема плюма. Считается, что вся конструкция напоминает гриб. Выпуклая головка теплового шлейфа формируется из-за того, что горячий материал движется вверх по каналу быстрее, чем сам шлейф поднимается по окружающей среде. В конце 1980-х — начале 1990-х годов эксперименты с тепловыми моделями показали, что при расширении луковичной головы она может увлекать часть соседней мантии в голову.

Размеры и возникновение грибовидных шлейфов мантии можно легко предсказать с помощью теории переходной нестабильности, разработанной Таном и Торпом. Теория предсказывает грибовидные мантийные плюмы с головками диаметром около 2000 км, которые имеют критическое время около 830 млн лет для теплового потока центральной мантии 20 мВт / м 2 , в то время как время цикла составляет около 2 млрд лет. Количество мантийных плюмов прогнозируется около 17.

Когда голова плюма встречается с основанием литосферы, ожидается, что она уплощается против этого барьера и претерпевает широкомасштабное декомпрессионное плавление с образованием больших объемов базальтовой магмы. Затем он может вырваться на поверхность. Численное моделирование предсказывает, что таяние и извержение произойдут в течение нескольких миллионов лет. Эти извержения были связаны с паводковыми базальтами , хотя многие из них происходят в течение гораздо более коротких периодов времени (менее 1 миллиона лет). Примеры включают ловушки Декана в Индии, сибирские ловушки в Азии, базальты / долериты Кару-Феррар в Южной Африке и Антарктиде, ловушки Парана и Этендека в Южной Америке и Африке (ранее одна провинция, разделенная открытием Южного Атлантического океана). ) и базальтов реки Колумбия Северной Америки. Базальты Мирового океана известны как океанические плато и включают плато Онтонг Ява в западной части Тихого океана и плато Кергелен в Индийском океане.

Узкая вертикальная труба, или канал, предназначенная для соединения головы плюма с границей ядро-мантия, рассматривается как обеспечивающая непрерывную подачу магмы в фиксированное место, часто называемое «горячей точкой». По мере того как вышележащая тектоническая плита (литосфера) движется по этой горячей точке, ожидается, что извержение магмы из неподвижного канала на поверхность сформирует цепочку вулканов, параллельную движению плит. Гавайские острова цепь в Тихом океане является примером типа. Недавно было обнаружено, что вулканическое местоположение этой цепи не было зафиксировано с течением времени, и, таким образом, она вошла в клуб многих типовых примеров, которые не демонстрируют ключевую характеристику, предложенную первоначально.

Извержение базальтов континентальных паводков часто связано с рифтингом и распадом континентов . Это привело к гипотезе о том, что мантийные плюмы способствуют континентальному рифтингу и образованию океанических бассейнов.

Текущая теория мантийного плюма заключается в том, что материальный и энергетический обмен из недр Земли с поверхностной корой происходит в двух различных режимах: преобладающий стационарный тектонический режим плит, обусловленный конвекцией верхней мантии , и прерывистый, периодически доминирующий режим опрокидывания мантии, обусловленный плюмовая конвекция. Этот второй режим, хотя и часто прерывистый, периодически играет важную роль в горообразовании и континентальном распаде.

Источник

Что такое огненное кольцо и почему оно так опасно?

Карта Огненного Кольца

В южной части Тихого океана есть район, где тектоника трех плит регулярно взаимодействует, вызывая землетрясения и извержения вулканов. Обычно известное как Огненное Кольцо, оно проходит через побережья Южной и Северной Америки, Азии и Новой Зеландии.

Происхождение огненного кольца

Что такое огненное кольцо?

Огненное кольцо — это цепь тектонической активности длиной более 40 200 км, включая землетрясения, вулканы, горы, острова и стихийные бедствия. Эта деятельность иногда бывает разрушительной для региона. Однако оно также сыграло ключевую роль в ее создании. Здесь находится самая глубокий в мире океанический глубоководный жёлоб — Марианская впадина (11 км под уровнем моря).

Землетрясения происходят из-за напряжения, создаваемого при движении плит в сторону друг от друга. В местах субдукции плит (одна движется под другой) появляются геологические структуры, такие как горы и траншеи. Когда скала субдуктируется, она превращается в магму, и это вызывает вулканическую активность.

Тектоническая активность

Тектонические плиты Земли лежат на лаве, и из-за этого они не стабильны. Огненное кольцо — это уникальное место, где многие из них встречаются и взаимодействуют друг с другом. В Америке Плита Кокоса и Плита Наска субдуцируются Южноамериканской Плитой. Более того, первая из них субдуцируется Карибской Плитой. Североамериканская Плита субдуцирует Тихий океан, который также субдуцируется на юг в Японии. В Юго-Западной Азии более мелкие плиты взаимодействуют друг с другом и с Тихоокеанской плитой, создавая сложную систему. Столкновения и субдукция плит вызывают 90% землетрясений во всем мире. Они также меняют геологию каждого региона в пределах их досягаемости.

География региона

Южная Америка

Анды и их вулканический пояс образовались в результате субдукции Наски и Антарктической плиты под Южноамериканскую плиту. Существует четыре основные вулканические зоны, разделенные свободными от вулканизма прорезями. Северная вулканическая зона простирается от Колумбии до Эквадора. Центральная проходит через Перу и Чили, а южная — через центральное Чили. Наконец, Австралийская вулканическая зона проходит через Патагонию. Помимо вулканической активности, регион полон геотермальной активности с горячими источниками и гейзерами. Она может быть источником чистой энергии, однако в настоящее время она не используется.

Анды образовались из-за тектонической активности Огненного кольца.

Северная Америка

Североамериканская часть огненного кольца проходит через американские Кордильеры. В Центральной и Южной Мексике существует 900-километровый пояс вулканической активности, называемый Транс-мексиканским вулканическим поясом. Зона субдукции Каскадия является домом для 20 крупных вулканов в США. Он также производит землетрясения магнитудой 9 и даже выше! Самым недавним активным регионом является Аляска, гора Редут, извержение которой произошло в 2009 году. Это также рекорд второго по величине землетрясения в мире. В Канаде тектоническая активность проявляется в различных областях, включая Британскую Колумбию, Юкон и Ванкувер. Рядом с канадскими вулканами можно найти множество уникальных вулканических форм.

Азияа

Около 10% мировых вулканов находятся в Японии, и каждый год регистрируется 1500 землетрясений. Это явление возникает из-за субдукции Тихоокеанской плиты и Филиппинской морской плиты. Самое большое зарегистрированное землетрясение в стране (и 5-е в мире) произошло в марте 2011 года; это было землетрясение магнитудой 9 баллов. Часто происходят и другие стихийные бедствия, в том числе цунами, извержения вулканов, циклоны. В Индонезии и на Филиппинах самые активные вулканы мира являются причиной многих катастроф и гибели десятков тысяч людей. Наконец, российский полуостров Камчатка также является очень активным регионом, где насчитывается 160 вулканов, 29 из которых активны.

Япония находится под постоянным риском стихийных бедствий, включая землетрясения и извержения вулканов.

Океания и Антарктида

На Северном острове Новой Зеландии много действующих, молодых вулканов. Довольно часто происходят землетрясения из-за взаимодействия Индо-Австралийской и Тихоокеанской плит. Веллингтон, столица страны, находится в зоне наибольшего риска. Наконец, Огненное кольцо завершает Антарктида на юге. Есть много вулканов из-за взаимодействия Антарктической плиты с окружающими структурами.

Веллингтон, столица Новой Зеландии, находится в зоне наибольшего риска тектонической активности.

Основные наблюдения в огненном кольце

Во второй половине 19 века ученые впервые пришли к выводу, что японские острова лежат в «круге», проходящем через тихоокеанские берега. Сегодня мы знаем, что это самый тектонически активный регион в мире. 81% крупных землетрясений происходят в пределах Огненного кольца. Здесь также наблюдается большая вулканическая активность; 22 из 25 крупнейших извержений произошли за последние 11 700 лет. Калифорнийский трансформационный разлом (граница между Тихоокеанской и Североамериканской плитами), называемый разломом Сан-Андреас, ежедневно генерирует десятки микроземлетрясений. Однако, они слишком слабые, и люди их не чувствуют. Другой разлом, Разлом Королевы Шарлотты, находится в Британской Колумбии, и в 1949 году он вызвал крупнейшее зарегистрированное землетрясение в Канаде, магнитудой 8,1 балла.

Источник

Как образовались цепи вулканов

По всей земной поверхности на протяжении тысячи километров протянулись цепочки вулканов. Образование их связано с движением литосферных плит над восходящими из недр мантии мощными потоками.

Сложно представить себе, что безмятежные Мальдивы, Маврикий и архипелаг Чагос имеют общее происхождение с действующим вулканом Питон-де-ла-Фурнез (Вершина печи) на острове Реюньон. Тем не менее этот маленький остров с огромным действующим вулканом — последнее звено цепи вулканических гор длиной более 5 тыс. км, которая начинается в Индии на плато Декан.

Похожие цепочки встречаются и в других районах суши и моря. У большинства из них на одном конце располагаются действующие вулканы, а на другом – уснувшие или потухшие, – словно вулканическая активность перемещалась из одного конца цепочки в другой. Самая живописная цепь вулканов на Земле тянется по северной части Тихого океана от южной оконечности Камчатки до Гавайских островов.

Это гирлянда подводных вулканов и вулканических островов достигает в длину более 6 тыс. километров и разделена на два участка: Императорский хребет, тянущийся с севера на юг, и Гавайский хребет, вытянутый в юго-восточном направлении.

На этой линии располагается около 100 потухших вулканов. Лишь на юго-восточной оконечности острова Гавайи находится самый молодой и самый активный из действующих вулканов планеты — Килауэа. Извержения вулканов начались где-то около 80 млн лет назад на севере, а затем, по-видимому, перемещались к югу. Хотя в действительности здесь смещалась не зона вулканической активности, а Тихоокеанская литосферная плита, которая постепенно перемещалась, вначале к северу, а затем к северо-востоку, над определенными точками мантии. Эти неподвижные участки, непрерывно поставляющие магму из недр земной мантии, называют «горячими точками».

Паяльная лампа в недрах Земли

Представьте себе направленную вверх паяльную лампу и горизонтальный лист металла над ней. Если постепенно перемещать этот лист над пламенем в горизонтальной плоскости, он будет нагреваться в некоторой области, размер которой зависит от диаметра и температуры пламени, скорости движения листа и теплопроводности металла. Положение нагретой области будет постепенно меняться в зависимости от характера движения листа, а самый горячий участок будет располагаться непосредственно над пламенем.

Примерно это и происходит с литосферной плитой, когда она движется над «горячей точкой». Нагретый участок земной коры отмечается вулканами. Для Императорско-Гавайской цепи «горячая точка» располагается в настоящее время под островом Гавайи. Но он не пробудет здесь долго, поскольку Тихоокеанская плита продолжает свой путь на северо-восток со скоростью около пяти сантиметров в год.

Потоки в глубине мантии

На глубине от 100 до 200 км от земной поверхности располагается астеносфера – верхний слой мантии, сложенный в основном перидотитом. Сочетание температуры и давления в этом слое придает ему определенную пластичность, обеспечивая материалу возможность деформироваться без разрыва и способность перемещаться в любом направлении. Поскольку температура нижней части астеносферы (около 2300°С) намного выше, чем в верхней (где она достигает лишь 1300°С), то в ней возникают конвекционные потоки. Более нагретый материал, находящийся в нижней части астеносферы, устремляется вверх к более холодным слоям, а менее нагретые потоки верхней части погружаются в мантию.

Благодаря высокой вязкости скорость этих потоков невелика (они движутся от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров в год). «Горячие точки» — один из типов конвекционных потоков, движущихся в астеносфере. Продолжительность их существования составляет несколько десятков миллионов лет.

Гигантские раскаленные колонны

Прожигающие земную кору раскаленные струи мантийного вещества похожи на огромные столбы диаметром в сотни километров. Они поднимаются преимущественно из нижних слоев астеносферы. Однако, как показано на диаграмме слева, самые мощные струи, по-видимому, образуются еще глубже, вблизи от земного ядра, на глубине около 2900 км. Когда струи достигают жесткой литосферы (на глубине около 100 км от поверхности), они растекаются в форме грибной шляпки, диаметр которой может превышать 1000 км.

Участвующие в этом движении породы мантии подвергаются сильной декомпрессии, из-за чего частично плавятся. Расплавленный материал просачивается сквозь нерасплавленные породы и, поднявшись по трещинам в земной коре на поверхность, извергается в форме лавы. Вот почему каждая «горячая точка» может быть причиной вулканизма на участках, удаленных друг от друга даже на сотни километров. Вулканический район Гавайев диаметром около 200 км включает не только крупные действующие вулканы острова, но также и расположенный от него к югу подводный вулкан Лоихи.

Источник