Озеро Таупо , расположенное в центре Северного острова Новой Зеландии , заполняет кальдеру вулкана Таупо , большого риолитового супервулкана . Этот огромный вулкан произвел два самых мощных извержения в мире за последнее с геологической точки зрения время.
Вулкан находится в вулканической зоне Таупо в пределах рифта Таупо , региона рифтовой вулканической активности, который простирается от Руапеху на юге, через районы Таупо и Роторуа , до Вакаари/Уайт-Айленда в заливе Изобилия .
Извержение Таупо началось около 300 000 лет назад. Основными извержениями, которые до сих пор влияют на окружающий ландшафт, являются дацитовое извержение горы Таухара 65 000 лет назад, извержение Оруануи около 26 500 лет назад, [2] которое отвечает за форму современной кальдеры, и извержение Хатепе , датированное 232 ± 10 гг. CE. [3] [4] Извержений было гораздо больше, причем крупные извержения происходили примерно раз в тысячу лет (см. график извержений за последние 10 000 лет). [5] [6] [7] Извержение Оруануи, в частности, уничтожило или скрыло многие свидетельства предыдущей изверженной активности. [8] : 5
Вулкан Таупо не извергался примерно 1800 лет; однако, поскольку исследования начались в 1979 году и были опубликованы в 2022 году, данные, собранные за 42-летний период, показывают, что вулкан Таупо активен в периоды вулканических волнений и действует в течение некоторого времени. [9] Некоторые вулканы в вулканической зоне Таупо извергались совсем недавно. На горе Таравера в 1886 году произошло умеренно сильное извержение VEI-5 , а остров Вакаари/Уайт часто активен, последнее извержение произошло в декабре 2019 года. Геологические исследования, опубликованные в 1888 году после извержения горы Таравера, впервые выявили возможность существования вулкана под землей. Озеро Таупо, а не более очевидные вулканы возле горы Тонгариро , объясняет вероятный источник обширных поверхностных отложений пемзы в центральной части Северного острова . [10]
Вулкан Таупо извергает риолит , вязкую магму с высоким содержанием кремнезема , особенность, связанная со средней частью вулканической зоны Таупо в пределах рифта Таупо. Это внутридуговой рифт в восточной части континентальной Австралийской плиты , возникший в результате косого сближения с Тихоокеанской плитой в зоне субдукции Хикуранги . [11] В этом регионе разрыв Мохо начинается примерно в 25–30 км (16–19 миль) под поверхностью за пределами современных границ рифта Таупо на западе и востоке, но есть область сильного контраста в сейсмической скорости на скорости 16 узлов. (30 км/ч; 18 миль в час), которая, как предполагается, обусловлена внедрением коры, из которой развивается питающая магма. [11] Исследования показывают большие области частичного плавления на глубине ниже 10 км (6,2 мили) с хрупко-пластичным переходом породы примерно на глубине 6–8 км (3,7–5,0 миль) под поверхностью. [11] По неизвестным пока причинам, возможно, связанным с нынешней высокой скоростью распространения рифтов и недавней субдукцией плато Хикуранги, эта область очень продуктивна в плане поверхностного вулканизма. [11]
Если магма не содержит большого количества газа, риолит имеет тенденцию просто образовывать лавовый купол , и такие извержения более распространены. Однако при смешивании с газом или паром риолитовые извержения могут быть чрезвычайно сильными. Магма пенится, образуя пемзу и пепел , который выбрасывается с огромной силой. Такие извержения, как правило, происходят раньше в любом цикле извержений.
Если вулкан создает стабильный шлейф высоко в атмосфере , пемза и пепел разлетаются в стороны и в конечном итоге падают на землю, укрывая ландшафт, как снег.
Если выброшенный материал остывает быстрее и становится плотнее воздуха, он не может подняться так высоко и внезапно падает обратно на землю, образуя пирокластический поток , ударяясь о поверхность, как вода из водопада, и растекаясь по земле вбок. огромная скорость. Когда пемза и зола оседают, они достаточно горячие, чтобы слипнуться в горную породу, называемую игнимбритом . Пирокластические потоки могут распространяться на сотни километров в час.
Ранее извержения игнимбритов происходили севернее Таупо. Некоторые из них были огромными, а два извержения около 1,25 и 1,0 миллиона лет назад были достаточно мощными, чтобы образовать игнимбритовый покров, который покрыл Северный остров от Окленда до Нейпира .
Хотя Таупо активен уже около 300 000 лет, взрывные извержения были более типичны в последние 42 000 лет. [12] : 108
Извержение Оруануи (также известное как событие Кавакава) [14] : 118 вулкана Таупо было крупнейшим известным извержением в мире за последние 70 000 лет с индексом вулканической взрывоопасности 8. Оно произошло около 26 500 лет назад [2] и образовалось примерно 430 км 3 (100 куб. миль) отложений пирокластического падения , 320 км 3 (77 куб. миль) отложений пирокластического течения плотности (PDC) (в основном игнимбрита ) и 420 км 3 (100 куб. миль) первичного внутрикальдерного материала, эквивалент до 530 км 3 (130 кубических миль) магмы . [15] [13] [16]
Современное озеро Таупо частично заполняет кальдеру , образовавшуюся во время этого извержения.
Тефра в результате извержения покрыла большую часть центральной части Северного острова игнимбритом на глубине до 200 м (660 футов). Извержение игнимбрита, возможно, было не таким сильным, как более позднее извержение Хатепе, но общее воздействие этого извержения было несколько большим. Большая часть Новой Зеландии пострадала от пеплопада: слой пепла толщиной 18 см (7,1 дюйма) остался даже на островах Чатем , в 850 км (530 миль) от него, включая диатомовые водоросли из извергнутых озерных отложений. [17] : 2 Более поздняя эрозия и седиментация оказали долгосрочное воздействие на ландшафт и заставили реку Вайкато сместиться с равнин Хаураки на ее нынешнее русло через Вайкато в Тасманово море .
Извержение Хатепе (также известное как извержение рифа Таупо или Хороматанги Y) представляет собой последнее крупное извержение вулкана Таупо и произошло около 1800 лет назад. Это было самое мощное извержение в мире за последние 5000 лет. [18] [19] Тип произошедшего извержения представляет собой наибольшую вулканическую опасность из-за очень высокой подвижности и теплосодержания пирокластических потоков . [14] : 129 Было заявлено, что его энерговыделение эквивалентно примерно 150 ± 50 мегатоннам в тротиловом эквиваленте. [14] : 129
Извержение прошло несколько стадий, которые в 2003 году были переопределены как минимум с тремя отдельными жерлами: [14] : 122–124.
Основной пирокластический поток опустошил окружающую территорию, поднявшись на высоту более 1500 м (4900 футов), превзойдя близлежащие хребты Кайманава и гору Тонгариро , и покрыв землю в пределах 80 ± 10 км (49,7 ± 6,2 миль) игнимбритом от Роторуа до Вайоуру . [12] : 129 Только Руапеху был достаточно высоким, чтобы отклонить поток. [12] : 128–9.
Мощность пирокластического потока была настолько велика, что в некоторых местах он смыл с поверхности земли больше материала, чем заменил игнимбритом. [12] : 225 Долины были заполнены игнимбритом, выравнивающим форму земли.
Вся растительность на территории была уничтожена. Рыхлые отложения пемзы и пепла образовали лахары по всем основным рекам.
Извержение еще больше расширило озеро, образовавшееся после гораздо более крупного извержения Оруануи. Его новые отложения также на короткое время создали еще одно большое озеро к северу от вулкана Таупо, которое простиралось до кальдеры Репороа , которая со временем прорвалась в долину реки Вайкато и выпустила за короткий период 2,5 км 3 (0,60 куб. миль) воды. [22] : 109 Предыдущий выход из озера Таупо был заблокирован, в результате чего озеро поднялось на 35 м (115 футов) над его нынешним уровнем, [14] до тех пор, пока вскоре после первого меньшего наводнения оно не разразилось огромным наводнением, которое вылилось около 20 км 3 (4,8 куб. миль) воды. [23] : 327 [22] : 109
Было дано много дат извержения Хатепе. Одна из предполагаемых дат — 181 год н. э., полученная из ледяных кернов в Гренландии и Антарктиде . [24] Вполне возможно, что метеорологические явления, описанные Фань Е в Китае и Иродианом в Риме [25] были вызваны этим извержением, что дало бы дату точно 186 года. [26] Однако пепел от вулканической активности не обычно пересекают полушария, [27] и радиоуглеродное датирование, проведенное Р. Спарксом, определило дату в 233 г. н. э. ± 13 (достоверность 95%). [28] В статье 2011 года, посвященной сопоставлению движений 14 C , указана дата 232 ± 5 г. н.э. [3] Обзор 2021 года, основанный на пяти источниках, сообщает о 232 ± 10 г. н.э. [4]
В то время Новая Зеландия была безлюдной , поэтому ближайшие люди жили в Австралии и Новой Каледонии, более чем в 2000 км (1200 миль) к западу и северо-западу.
Исследования состава показывают, что вулкан Таупо имел исторические жерла к югу и северу от нынешнего озера, а недавняя сейсмическая активность действительно простирается за пределы озера к его северу и югу. [8] : 15–19 На севере граница с кальдерой Мароа нечеткая, но большая часть сейсмической активности, вероятно, связана со структурами, связанными с этой кальдерой. Хотя исследования выявили одно составное отверстие Таупо в 20 км (12 миль) к северу от озера Таупо, это, предположительно, возникло в результате выдавливания дамбы около 26 000 лет назад. [8] : Рис. 2b Недавняя активность к северу от озера, с точки зрения магматических тел, отнесена к вулкану Поихипи под Вайракеем . [8] : 16–17 [обновлять] Вполне возможно, что по состоянию на 2024 год Таупо находится в состоянии внутренней нестабильности, которая подвержена динамическому срабатыванию тектонических землетрясений, поскольку землетрясение Кайкоура 2016 года спровоцировало деформацию в северо-западной части вулкана. без наблюдения сейсмических или деформационных явлений в вулканах, расположенных ближе к эпицентру землетрясения. [29] : 5. Обсуждение
С мая по декабрь 2022 года наблюдалась повышенная сейсмическая активность, сопровождавшаяся обвалом берегов озера и затоплением в результате небольшого цунами и деформацией грунта . [30] 20 сентября 2022 года уровень вулканической опасности для вулкана Таупо был повышен до уровня 1 (незначительные вулканические волнения). [31]
Хотя на Таупо не было зарегистрировано ни одного засвидетельствованного извержения, с 1872 года произошло семнадцать эпизодов вулканических волнений, самые последние из которых произошли в 2019 и 2022–2023 годах. [4] Это проявилось в виде сейсмической активности и деформации грунта внутри кальдеры. По оценкам, современный резервуар магмы имеет объем не менее 250 км 3 (60 куб. миль) и долю расплава > 20–30%. [4]
В ходе беспорядков с мая 1922 года по январь 1923 года произошло несколько тысяч землетрясений, максимальная сила которых достигла 6 баллов, что привело к обрушению дымоходов. Эти события были неверно освещены на международном уровне, что привело к самоэвакуации и падению туризма в Таупо и Роторуа. Источник в Сан-Франциско ошибочно сообщил, что было зарегистрировано 60 смертей, хотя на самом деле их не было. В результате правительство назначило специалиста по связям с общественностью. [32]
Хотя Таупо способен на очень крупные извержения, они остаются очень маловероятными, поскольку большинство из 29 извержений различной мощности за последние 30 000 лет были намного меньшими. [33] Многие из них имели куполообразную форму, что, возможно, способствовало образованию озер, таких как остров Мотутайко и рифы Хороматанги .
Также существует опасность землетрясений и цунами. Хотя большинство землетрясений относительно небольшие и связаны со сдвигами магмы, умеренные землетрясения, связанные с извержениями или многочисленными разломами, связанными с рифтами , исторически вызывали цунами. Например, внутририфтовый разлом Вайхи был связан с землетрясениями магнитудой 6,5 с периодичностью от 490 до 1380 лет и, по крайней мере, с одним цунами, связанным с оползнем на дымящихся скалах Хипауа . [34]
GNS Science постоянно контролирует Таупо, используя сеть сейсмографов и станций GPS . [33] Район озера Хороматанги Рифы связан с активным гидротермальным вентилированием и высоким тепловым потоком . [4] Мониторинг вулкана, расположенного под озером, является сложной задачей, и извержение может произойти практически без предупреждения. [33] Текущие данные можно просмотреть на веб-сайте GeoNet.
Хотя вулканизм был признан в этом районе после оккупации человеком, наличие большого вулкана под озером Таупо не было признано. Матауранга Маори подробно рассказал , что Хороматанги (Хоро-матанги), [35] танива или водное чудовище озера, жил в пещере, прилегающей к острову Мотутайко на юге озера. [36]
Эрнст Диффенбах описал эвптивы, которые, как теперь известно, произошли от вулкана Таупо, в своей публикации 1843 года о Новой Зеландии, но, как и многие другие, до 1886 года относил их к стратовулканам к югу от озера Таупо. [12] : 123 Фердинанд фон Хохштеттер вполне мог подозревать вулкан в Таупо, [12] : 123 и определенно определил озеро Таупо как источник отложений пемзы вдоль реки Вайкато и интерпретировал это озеро среди других в регионе как вызванное в результате обрушения на вулканическом плато [37] , но не смог провести расследование, чтобы исключить другие возможности.
К 1864 году информация из исследования Хохстеттера 1859 года, а также исследований Стокса и Друри была опубликована как первая геологическая карта этого района, и на ней показана кайма риолитических отложений вокруг всех северных двух третей береговой линии озера Таупо, но без полной протяженности охарактеризованы соответствующие поверхностные отложения. [38] Дальнейших высококачественных геологических исследований в этом районе не проводилось до извержения горы Таравера в 1886 году , и дискуссия, последовавшая за этим близлежащим извержением, привела к гораздо лучшему пониманию вулканов, включая Таупо, поэтому будет рассмотрена в контексте, чтобы объясните сдвиг в понимании с 1886 по 1888 год. Алджернон Томас интерпретировал эту информацию, постулируя, что Таупо был вулканом. [10] : 18–22 Одним из людей, ответственных за отсутствие исследования, был сэр Джеймс Гектор , который был директором Новозеландской геологической службы с 1865 года. Когда ему было поручено предоставить первый официальный отчет об извержении Тараверы в 1886 году, он путешествовал. включая Таупо. [39] : 1 Итоговый отчет о причине извержения: « Я думаю, не может быть никаких сомнений в том, что это чисто гидротермальное явление, но в гигантском масштабе; что оно носит вполне локальный, а не глубинный характер. происхождение... » [39] : 6 вызвали споры, причем некоторые поддерживали эту точку зрения из-за своего геологического понимания того времени. [40]
Лоуренс Кассен , окружной геодезист, в 1887 году не пожелал сделать определенный вывод, но заметил, что « зазубренный вид вулканических пород, образующих крутые северные и западные берега, сразу приводит к выводу, что они были отделены от масс, из которых они первоначально образовались». частично из-за какого-то сильного фактора, либо извержения, либо оседания, острова и рифы в озере, скорее всего, представляют собой пробки вулканических жерл и потоков лавы, и кажется разумным сделать вывод, что озеро обязано своим происхождением, во-первых, извержению; , за которым последовало опускание, и что впоследствии некоторые из жерл внутри него продолжали действовать как подводные вулканы, выбросы которых теперь образуют сравнительно ровное дно озера, стертое с конусов денудацией » [41] . ] : 5 В тот же период времени он поручил другим, с кем сотрудничал, и, как уже упоминалось, Томас первым изложил в геологической литературе возможность существования вулкана под озером Таупо как вероятного источника обширных поверхностных отложений пемзы из полевые работы, включая анализ образцов, отправленных Кассеном. [10] : 18–22
В 1937 году было признано, что отложения извержения Хатепе были настолько горячими, что сожгли лес на расстоянии 160 км (99 миль), но это не было признано результатом пирокластического потока до 1956 года. [14] : 129
Дата самого последнего крупного извержения была впервые определена в 1960-х годах как первые несколько столетий нашей эры на основе радиоуглеродного датирования . [42] В 1970-х годах с помощью радиометрического датирования активность была установлена еще 330 000 лет назад . [12] : 108
Дальнейшее понимание размера извержения Хатепе вулкана Таупо с его пирокластическими потоками и расположением жерл произошло благодаря работам Колина Уилсона, начавшимся с 1980 года. [12] : 109–111 Извержение Оруануи также стало лучше изучено, например, благодаря тому, что на выяснение влияния извержений на седиментологию региона потребовалось еще несколько десятилетий. [43] Вулканология лучше моделировала процессы образования и извержения магмы, с более широким признанием преобладающей модели того, как извержения риолита в этих случаях формировались из мантийных базальтов путем 20-30% ассимиляции фундамента граувакки и фракционной кристаллизации с образованием магмы. месиво. [44]
Звезды оставались видимыми и днем; другие звезды, протянувшиеся на огромную длину, казалось, висели посреди неба.