Галапагосские острова горячая точка

Тихоокеанская вулканическая горячая точка

Галапагосская горячая точка — это вулканическая горячая точка в восточной части Тихого океана, ответственная за создание Галапагосских островов , а также трех основных асейсмических систем хребтов, Карнеги , Кокос и Мальпело, которые находятся на двух тектонических плитах. Горячая точка расположена вблизи экватора на плите Наска, недалеко от границы расходящейся плиты с плитой Кокос . Тектоническая обстановка горячей точки осложняется тройным сочленением Галапагосских плит Наска и Кокос с Тихоокеанской плитой . Движение плит над горячей точкой определяется не только спредингом вдоль хребта, но и относительным движением между Тихоокеанской плитой и плитами Кокос и Наска.

Считается, что горячей точке более 20 миллионов лет, и за это время произошло взаимодействие между горячей точкой, обеими этими плитами и дивергентной границей плит в Галапагосском центре спрединга. Лавы из горячей точки не демонстрируют однородной природы многих горячих точек; вместо этого есть свидетельства четырех основных резервуаров, питающих горячую точку. Они смешиваются в разной степени в разных местах архипелага, а также в Галапагосском центре спрединга.

Теория горячих точек

В 1963 году канадский геофизик Дж. Тузо Уилсон предложил теорию «горячих точек», чтобы объяснить, почему, хотя большинство землетрясений и вулканической активности происходит на границах плит, некоторые происходят далеко от границ плит. Теория утверждала, что небольшие, долгоживущие, исключительно «горячие» области магмы расположены под определенными точками на Земле. Эти места, названные «горячими точками», обеспечивают локализованные системы тепла и энергии (термические шлейфы), которые поддерживают длительную вулканическую активность на поверхности. Этот вулканизм создает подводные горы , которые в конечном итоге возвышаются над океанским течением, образуя вулканические острова. По мере того, как острова медленно отдаляются от горячей точки, движением скользящих плит, как описано в теории тектоники плит , подача магмы прекращается, и вулкан затихает. Тем временем процесс повторяется снова и снова, на этот раз образуя новый остров, и так до тех пор, пока горячая точка не разрушится. Теория была разработана для объяснения цепи подводных гор Гавайи-Император , где исторические острова можно было проследить на северо-запад в направлении движения Тихоокеанской плиты. Ранняя теория помещала эти фиксированные источники тепла для плюмов глубоко в недра Земли; однако недавние исследования привели ученых к мысли, что горячие точки на самом деле динамичны и способны перемещаться по собственной воле. ^{[1] [2]}

Тектоническая обстановка

У Галапагосской горячей точки очень сложная тектоническая обстановка. Она расположена очень близко к спрединговому хребту между плитами Кокос и Наска ; горячая точка взаимодействует с обеими плитами и спрединговым хребтом в течение последних двадцати миллионов лет, поскольку относительное расположение горячей точки по отношению к плитам менялось. На основании схожих градиентов сейсмической скорости лав хребтов Карнеги, Кокос и Мальпелос есть доказательства того, что активность горячей точки была результатом одного длительного расплавления мантии, а не нескольких периодов активности и покоя. ^[3]

На Гавайях данные свидетельствуют о том, что каждый вулкан имеет определенный период активности, поскольку горячая точка перемещается под эту часть Тихоокеанской плиты, прежде чем стать спящей, а затем погаснуть и размыться под океаном. Это, по-видимому, не относится к Галапагосам, вместо этого есть свидетельства одновременного вулканизма на большой территории. ^[4] Почти все Галапагосские острова демонстрируют вулканизм в недавнем геологическом прошлом, а не только в нынешнем месте расположения горячей точки в Фернандине. ^[5] В списке ниже приведены даты последних извержений вулканов Галапагосских островов, упорядоченные с запада на восток.

Движение плит Наска и Кокос отслеживалось. Плита Наска движется на 90 градусов со скоростью 58±2 км за миллион лет. Плита Кокос движется на 41 градус со скоростью 83±3 км за миллион лет. ^[3] Местоположение горячей точки с течением времени зафиксировано в океанической плите как хребты Карнеги и Кокос.

Хребет Карнеги находится на плите Наска, имеет длину 600 км (373 мили) и ширину до 300 км (186 миль). Он ориентирован параллельно движению плиты, а его восточному концу приблизительно 20 миллионов лет. В хребте есть заметная седловина на 86 градусах западной долготы, где высота падает гораздо ближе к окружающему дну океана. Хребет Мальпело, длина которого составляет 300 км (186 миль), когда-то считался частью хребта Карнеги. ^[6]

Хребет Кокос — это объект длиной 1000 км, расположенный на плите Кокос и ориентированный параллельно движению плит от трансформного разлома 91 градус западной широты в Галапагосском центре спрединга к побережью Панамы. Северо-восточный конец хребта датируется примерно 13–14,5 миллионами лет назад. ^[6] Однако острову Кокос на северном конце хребта всего 2 миллиона лет, и, следовательно, он был создан в то время, когда хребет отошел от горячей точки. ^[7] Наличие выраженного осадочного перерыва в отложениях на хребте Кокос указывает на то, что хребет Кокос, вероятно, был изогнут при его первоначальной неглубокой субдукции вдоль Среднеамериканского желоба. ^[8]

Текущая модель взаимодействия горячей точки и центра спрединга между плитами Кокос и Наска пытается объяснить хребты на обеих плитах; раскол между хребтами Карнеги и Мальпело и последующую вулканическую активность вдали от горячей точки. За последние 20 миллионов лет было восемь основных фаз. ^[6]

1. 19,5 миллионов лет – 14,5 миллионов лет назад: горячая точка находилась на плите Наска, образуя объединенный хребет Карнеги и Мальпело. Тип извергаемой лавы представлял собой смесь материала плюма и истощенной верхней мантии , подобный типу лавы, обнаруженной на центральных Галапагосских островах в настоящее время.
2. С 14,5 млн лет до 12,5 млн лет назад: Галапагосский центр распространения сместился на юг, и хребет накрыл южный край горячей точки. Меньше материала извергается над плитой Наска, что привело к образованию седловины в хребте Карнеги. Смещение местоположения Галапагосского центра распространения начинает отодвигать хребет Мальпело от хребта Карнеги. Большая часть лав горячей точки создается на плите Кокос, что приводит к образованию хребта Кокос. Образующиеся здесь лавы похожи на те, что извергаются на западных щитовых вулканах Галапагосских островов, которые в основном представляют собой плюм.
3. 12–11 миллионов лет: Галапагосская горячая точка расположена под Галапагосским центром спрединга. На хребте Кокос в настоящее время в изобилии встречаются лавовые плюмы.
4. 9,5 миллионов лет назад: заканчивается рифтовая история между хребтами Карнеги и Мальпело.
5. 5,2 млн лет назад — 3,5 млн лет назад: Галапагосский центр распространения совершает еще один скачок хребта, перемещаясь на север, при этом плюм в настоящее время извергается на плите Наска, аналогично современной ориентации.
6. 3,5–2 миллиона лет назад: К северу от Галапагосского центра спрединга формируется недолговечный центр с востока на запад. Этот новый разлом терпит неудачу, но приводит к вулканической активности после запустения и последующему формированию острова Кокос и окружающих его подводных гор. Вокруг горячей точки преобладают лавовые шлейфы.
7. 2,6 млн лет назад: крупный трансформный разлом происходит к северу от горячей точки Галапагосских островов. Это приводит к широкому распространению вулканизма на севере Галапагосских островов вдоль линии Вольфа-Дарвина и вокруг острова Дженовеса . ^[9]
8. В настоящее время: Галапагосская горячая точка находится к югу от центра спрединга, и наблюдается геохимическая зональность шлейфа.

Химия лавы

Анализ радиоактивных изотопов лав на островах Галапагосского архипелага и на хребте Карнеги показывает, что существует четыре основных резервуара магмы, которые смешиваются в различных сочетаниях, образуя вулканическую провинцию. ^{[5] [10]}

Четыре типа:

• PLUME – это магма, связанная с самим плюмом и похожая на магмы с других океанических островов в Тихом океане. Она имеет характеристики промежуточных соотношений стронция (Sr), неодима (Nd) и свинца (Pb). Лавы PLUME встречаются преимущественно на западе островов, вокруг островов Фернандина и Изабела , что близко к текущему положению горячей точки. Лавы PLUME, извергавшиеся на Фернандина и Изабела, относительно холодные. Анализ показывает, что они на 100 градусов по Цельсию холоднее, чем на Гавайях. Причина этого не полностью понятна, но может быть связана с охлаждением в литосфере или с относительной прохладой при формировании в мантии. ^[7] Затем они обнаруживаются в меньших количествах в подковообразной форме к северу и югу от центральных островов, смешиваясь с другими резервуарами по мере продвижения на восток. Лавы PLUME также встречаются в лавах из Галапагосского центра распространения из-за конвекции и смешивания всех этих лав. В верхней мантии конвекционные потоки приносят мантийный материал под небольшими углами с юга Галапагосского центра распространения. Эти конвекционные потоки будут втягивать некоторое количество магмы типа PLUME в центр распространения, где она затем извергается. ^{[5] [6]}

• DGM – (Depleted Galapagos Mantle), имеет схожие характеристики с базальтами океанических хребтов по всему Тихому океану и Галапагосскому центру спрединга. Частичное плавление верхней мантии в результате центра спрединга приведет к тому, что материал мантии будет обеднен некоторыми соединениями. Он имеет низкие соотношения изотопов Sr и Pb и высокие соотношения Nd. DGM встречается на центральных островах Галапагосских островов, таких как Сантьяго , Санта-Крус , Сан-Кристобаль и Санта-Фе . Он заполняет центр подковы, образованной лавами PLUME на западе, севере и юге. ^{[5] [10] [11]}

• FLO – ( Флореана ), характерный для лав этого острова. Считается, что этот резервуар образовался из погруженной океанической коры, которая была захвачена мантийным плюмом. Он обогащен соотношениями Sr и Pb и обогащен микроэлементами. ^{[10] [11]} FLO в основном связан с островом Флореана и появляется при смешивании лав в пределах Галапагосских островов вдоль южного архипелага и разбавляется к востоку и северу от него. ^[10]

• WD – (Wolf Darwin) – уникальный в Тихом океане и напоминает материал из системы хребтов Индийского океана. Он обнаружен на островах Вольф и Дарвин и подводных горах, которые соединяют их вдоль линеамента Вольфа-Дарвина. Он имеет уникальное соотношение Pb. ^[10] WD расположен вдоль северной стороны архипелага и разбавляется к востоку и югу. ^[5]

Смотрите также

• Карибская крупная магматическая провинция
• Вулканы Галапагосских островов

Ссылки

1. Уотсон, Джим (5 мая 1999 г.). ""Горячие точки": тепловые плюмы мантии". USGS . Получено 21 ноября 2009 г.
2. Ухлик, Кэролайн (8 января 2003 г.). «Ученые пришли к выводу, что „фиксированная“ горячая точка, сформировавшая Гавайи, может быть нестационарной». Stanford Report . Получено 3 апреля 2009 г.
3. Sallarès, Vallenti (2005). "Сейсмология земной коры помогает ограничить природу аномалий плавления мантии: Галапагосская вулканическая провинция". Mantleplumes.org . Получено 21 ноября 2009 г.
4. О'Коннор, Джон М. (8 января 2008 г.). «Миграция широко распространенного долгоживущего вулканизма через Галапагосскую вулканическую провинцию: свидетельство широкой аномалии плавления горячей точки?». mantleplumes.org . Получено 21 ноября 2009 г.
5. Mantleplumes.org
6. Harpp, Karen S.; Wanless, Virginia D.; Otto, Robert H.; Hoernle, Kaj; Werner, Reinhard (2005). «Асейсмические хребты Кокос и Карнеги: следы элементов, свидетельствующие о долгосрочном взаимодействии плюма и центра распространения». Journal of Petrology . 46 (1): 109–133. doi : 10.1093/petrology/egh064 .
7. Mantleplumes.org
8. Ли, Юн-Сян; Чжао, Сикси; Джоване, Луиджи; Петронотис, Катерина Э.; Гун, Чжэн; Сье, Сыи (1 декабря 2015 г.). «Палеомагнитные ограничения тектонической эволюции зоны субдукции Коста-Рики: новые результаты изучения осадочных последовательностей участков бурения IODP на хребте Кокос». Геохимия, геофизика, геосистемы . 16 (12): 4479–4493. doi : 10.1002/2015GC006058 . ISSN  1525-2027.
9. Харпп, Северная Галапагосская провинция, горячая точка вблизи хребта вулканизма
10. Харпп, Карен; Гейст, Деннис (2006). "Galapagos Plumology". Charles Darwin Foundation. Архивировано из оригинала 10 июня 2007 г.
11. Harpp, Karen (2001). "Отслеживание мантийного плюма: вариации изотопов и следовых элементов подводных гор Галапагосских островов" (PDF) . Геохимия, геофизика, геосистемы. Архивировано из оригинала (PDF) 20 июля 2011 г. . Получено 6 апреля 2011 г. .