Озеро Таупо , в центре Северного острова Новой Зеландии , заполняет кальдеру вулкана Таупо , большого риолитового супервулкана . Этот огромный вулкан произвел два самых мощных извержения в мире в геологически недавние времена.
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 острова Вакаари/Уайт-Айленд в заливе Пленти .
Таупо начал извергаться около 300 000 лет назад. Основные извержения, которые все еще влияют на окружающий ландшафт, это извержение дацитовой горы Таухара 65 000 лет назад, извержение Оруануи около 25 500 лет назад, [2] [a] которое отвечает за форму современной кальдеры, и извержение Хатепе , датируемое 232 ± 10 г. н. э. [5] [6] Было еще много извержений, причем крупные из них происходили примерно каждые тысячу лет (см. хронологию последних 10 000 лет извержений). [7] [8] [9] Извержение Оруануи, в частности, уничтожило или скрыло многие свидетельства предыдущей изверженной активности. [10] : 5
Вулкан Таупо не извергался около 1800 лет; однако, с исследованиями, начатыми в 1979 году и опубликованными в 2022 году, данные, собранные за 42-летний период, показывают, что вулкан Таупо активен с периодами вулканического беспокойства и был активен в течение некоторого времени. [11] Некоторые вулканы в пределах вулканической зоны Таупо извергались совсем недавно. Гора Таравера имела умеренно сильное извержение VEI-5 в 1886 году , а остров Вакаари/Уайт-Айленд часто активен, последнее извержение произошло в декабре 2019 года. Геологические исследования, опубликованные в 1888 году после извержения горы Таравера, впервые подняли вопрос о том, что под озером Таупо был вулкан, а не более очевидные вулканы около горы Тонгариро , чтобы объяснить вероятный источник обширных поверхностных отложений пемзы в центральной части Северного острова . [12]
Вулкан Таупо извергает риолит , вязкую магму с высоким содержанием кремнезема , особенность, связанную со средней частью вулканической зоны Таупо в пределах рифта Таупо. Это внутридуговой рифт в восточной части континентальной Австралийской плиты , образовавшийся в результате косой конвергенции с Тихоокеанской плитой в зоне субдукции Хикуранги . [13] В этом регионе разрыв Мохоровичича 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 глубине 16 кН (30 км/ч; 18 миль/ч), которая, как постулируется, обусловлена внедренной корой, из которой развивается питающая магма. [13] Исследования показывают большие области частичного расплавления ниже 10 км (6,2 мили) с хрупко-пластичным переходом расплава примерно на 6–8 км (3,7–5,0 миль) под поверхностью. [13] По неизвестным пока причинам, возможно, связанным с нынешней высокой скоростью распространения рифта и недавней субдукцией плато Хикуранги, эта область очень продуктивна в плане поверхностного вулканизма. [13]
Если магма не содержит много газа, риолит имеет тенденцию просто образовывать лавовый купол , и такие извержения более распространены. Однако, когда он смешивается с газом или паром , риолитовые извержения могут быть чрезвычайно сильными. Магма вспенивается, образуя пемзу и пепел , которые выбрасываются с большой силой. Такие извержения имеют тенденцию быть более ранними в любом данном цикле извержений.
Если вулкан создает устойчивый шлейф высоко в атмосфере , пемза и пепел разносятся в стороны и в конечном итоге падают на землю, покрывая ландшафт, словно снег.
Если выброшенный материал охлаждается быстрее и становится плотнее воздуха, он не может подняться так высоко и внезапно обрушивается обратно на землю, образуя пирокластический поток , который ударяется о поверхность, как вода из водопада, и распространяется в стороны по земле с огромной скоростью. Когда пемза и пепел оседают, они достаточно горячие, чтобы слипнуться в породу, называемую игнимбритом . Пирокластические потоки могут перемещаться со скоростью в сотни километров в час.
Более ранние извержения игнимбритов происходили севернее Таупо. Некоторые из них были огромными, а два извержения около 1,25 и 1,0 миллиона лет назад были достаточно большими, чтобы сформировать игнимбритовый покров, покрывший Северный остров от Окленда до Нейпира .
Хотя Таупо активен уже около 300 000 лет, взрывные извержения стали более типичными в последние 42 000 лет. [14] : 108
Извержение Оруануи (также известное как событие Кавакава) [16] : 118 извержения вулкана Таупо было крупнейшим в мире известным извержением за последние 70 000 лет с индексом вулканической эксплозивности 8. Оно произошло около 25 500 лет назад [a] и образовало около 430 км 3 (100 кубических миль) пирокластических осадков, 320 км 3 (77 кубических миль) пирокластических плотностных отложений (PDC) (в основном игнимбрит ) и 420 км 3 (100 кубических миль) первичного внутрикальдерного материала, что эквивалентно 530 км 3 (130 кубических миль) магмы . [17] [15] [18]
Современное озеро Таупо частично заполняет кальдеру, образовавшуюся во время этого извержения.
Тефра от извержения покрыла большую часть центральной части Северного острова игнимбритом глубиной до 200 м (660 футов). Извержение(я) игнимбритов, возможно, были не такими сильными, как извержение более позднего Хатепе , но общее воздействие этого извержения было несколько больше. Большая часть Новой Зеландии пострадала от пеплопада, причем слой пепла толщиной 18 см (7,1 дюйма) остался даже на островах Чатем , в 850 км (530 миль), который включал диатомовые водоросли из извергаемых озерных отложений. [19] : 2 Более поздняя эрозия и седиментация оказали долгосрочное воздействие на ландшафт и привели к тому, что река Вайкато сместилась с равнин Хаураки в ее нынешнее русло через Вайкато в Тасманово море .
Извержение Хатепе (также известное как извержение Таупо или Хороматанги Риф Юнит Y) представляет собой самое последнее крупное извержение вулкана Таупо, произошедшее около 1800 лет назад. Это было самое мощное извержение в мире за последние 5000 лет. [20] [21] Тип произошедшего извержения представляет собой самую экстремальную вулканическую опасность из-за пирокластических потоков, очень высокой подвижности и содержания тепла. [16] : 129 Было заявлено, что при нем выделилось энергии, эквивалентной примерно 150 ± 50 мегатонн тротила. [16] : 129
Извержение прошло через несколько стадий, которые были переопределены в 2003 году, как минимум, с тремя отдельными жерлами: [16] : 122–124
Основной пирокластический поток опустошил окружающую территорию, поднявшись на высоту более 1500 м (4900 футов), чтобы перевалить через близлежащие хребты Кайманава и гору Тонгариро , и покрыв землю в радиусе 80 ± 10 км (49,7 ± 6,2 мили) игнимбритом от Роторуа до Вайору . [14] : 129 Только Руапеху был достаточно высок, чтобы отвести поток. [14] : 128–9
Мощность пирокластического потока была настолько велика, что в некоторых местах он смыл с поверхности земли больше материала, чем заменил игнимбритом. [14] : 225 Долин были заполнены игнимбритом, выровняв форму земли.
Вся растительность в этом районе была уничтожена. Отложения пемзы и пепла образовали лахары по всем основным рекам.
Извержение еще больше расширило озеро, которое образовалось 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 в свое время прорвалась в долину реки Вайкато и выпустила за короткий период 2,5 км 3 (0,60 куб. миль) воды. [24] : 109 Предыдущий сток озера Таупо был заблокирован, подняв озеро на 35 м (115 футов) выше его нынешнего уровня, [16] пока вскоре после первого меньшего наводнения оно не разразилось огромным наводнением, которое выпустило около 20 км 3 (4,8 куб. миль) воды. [25] : 327 [24] : 109
Для извержения Хатепе было указано много дат. Одна из предполагаемых дат — 181 г. н. э. по ледяным кернам в Гренландии и Антарктиде . [26] Возможно, что метеорологические явления, описанные Фань Е в Китае и Геродином в Риме [27], были вызваны этим извержением, что дало бы дату точно 186. [28] Однако пепел от вулканической активности обычно не пересекает полушария, [29] и радиоуглеродное датирование Р. Спаркса установило дату 233 ± 13 CE (95% достоверность). [30] В статье 2011 года по сопоставлению 14 C указана дата 232 ± 5 CE. [5] В обзоре 2021 года, основанном на пяти источниках, сообщается о 232 ± 10 CE. [6]
В то время Новая Зеландия была не заселена , поэтому ближайшие к ней люди могли проживать в Австралии и Новой Каледонии, более чем в 2000 км (1200 миль) к западу и северо-западу.
Исследования состава предполагают, что вулкан Таупо имел исторические жерла к югу и северу от нынешнего озера, и недавняя сейсмическая активность простирается за пределы озера к северу и югу. [10] : 15–19 На севере граница с кальдерой Мароа плохо определена, но большая часть сейсмической активности, вероятно, связана со структурами, связанными с этой кальдерой. Хотя исследования выявили одно жерло состава Таупо в 20 км (12 миль) к северу от озера Таупо, предположительно, это произошло в результате экструзии дайки около 26 000 лет назад. [10] : Рис. 2b Недавняя активность к северу от озера приписывается с точки зрения магматических тел вулкану Поихипи под Вайракеем . [10] : 16–17 По состоянию на 2024 год [обновлять]Таупо, возможно, находится в состоянии внутренней нестабильности, которая подвержена динамическому воздействию тектонических землетрясений, поскольку землетрясение Кайкоура 2016 года вызвало деформационное событие в северо-западной части вулкана, при этом сейсмические или деформационные события не наблюдались в вулканах, расположенных ближе к эпицентру этого землетрясения. [31] : 5. Обсуждение
С мая по декабрь 2022 года наблюдалась повышенная сейсмическая активность с обвалом берегов озера и затоплением из-за небольшого цунами и деформации грунта . [32] Уровень вулканической опасности для вулкана Таупо был повышен до уровня вулканической опасности 1 (незначительные вулканические волнения) 20 сентября 2022 года. [33]
Хотя ни одно извержение не было зафиксировано в Таупо, с 1872 года было зафиксировано семнадцать эпизодов вулканической активности, последние из которых произошли в 2019 и 2022–2023 годах. [6] Это проявилось в виде роев сейсмической активности и деформации грунта внутри кальдеры. Современный магматический резервуар оценивается как минимум в 250 км 3 (60 кубических миль) в объеме и имеет долю расплава >20%–30%. [6]
Беспорядки с мая 1922 по январь 1923 года привели к нескольким тысячам землетрясений, самое сильное из которых достигло магнитуды 6, что привело к обрушению дымоходов. События были неверно освещены на международном уровне, что вызвало самоэвакуацию и падение туризма в Таупо и Роторуа. Источник в Сан-Франциско неверно сообщил, что погибло 60 человек, хотя на самом деле погибших не было. В результате правительство назначило должностное лицо по связям с общественностью. [34]
Хотя Таупо способен к очень крупным извержениям, они остаются крайне маловероятными, поскольку большинство из 29 извержений различной величины за последние 30 000 лет были гораздо менее значительными. [35] Многие из них имели куполообразную форму, что могло способствовать образованию таких озерных образований, как остров Мотутайко и рифы Хороматанги .
Также существуют опасности землетрясений и цунами. В то время как большинство землетрясений относительно небольшие и связаны со сдвигами магмы, умеренные землетрясения, связанные с извержениями или многочисленными рифтовыми разломами, исторически вызывали цунами. Например, внутририфтовый разлом Вайхи был связан с землетрясениями магнитудой 6,5 с интервалами повторяемости от 490 до 1380 лет и по крайней мере одним цунами, связанным с оползнем на дымящихся скалах Хипауа . [36]
GNS Science постоянно отслеживает Таупо, используя сеть сейсмографов и станций GPS . [35] Район рифов Хороматанги в озере связан с активными гидротермальными выбросами и высоким тепловым потоком . [6] Мониторинг вулкана, расположенного под озером, является сложной задачей, и извержение может произойти практически без предупреждения. [35] Данные в реальном времени можно просмотреть на веб-сайте GeoNet.
В то время как вулканизм был признан в этой области после человеческой оккупации, признание наличия большого вулкана под озером Таупо не было. Маори-матауранга подробно описывали, что Хороматанги (Хоро-матанги), [37] танива или водный монстр озера, обитал в пещере, прилегающей к острову Мотутайко на юге озера. [38]
Эрнст Диффенбах описал извержения, которые, как теперь известно, исходили 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. [14] : 123 Фердинанд фон Хохштеттер вполне мог подозревать наличие вулкана в Таупо, [14] : 123 и, безусловно, определил озеро Таупо как источник отложений пемзы вдоль реки Вайкато и интерпретировал это озеро среди других в регионе как вызванное обрушением вулканического плато, [39] но не смог провести расследование, чтобы исключить другие возможности.
К 1864 году информация из исследования Хохштеттера 1859 года и исследований Стокса и Друри была опубликована в качестве первой геологической карты области, и она показывает край риолитовых отложений вокруг всех северных двух третей береговой линии озера Таупо, но без полной характеристики соответствующих поверхностных отложений. [40] Дальнейшее высококачественное геологическое исследование области не проводилось до извержения горы Таравера в 1886 году , и рассуждения, последовавшие за этим близким извержением, привели к гораздо лучшему пониманию вулканов, включая Таупо, поэтому будут рассматриваться для контекста, чтобы объяснить сдвиг в понимании с 1886 по 1888 год. Элджернон Томас интерпретировал эту информацию, чтобы постулировать, что Таупо был вулканом. [12] : 18–22 Одним из людей, ответственных за отсутствие исследования, был сэр Джеймс Гектор , который был директором Геологической службы Новой Зеландии с 1865 года. Когда ему было поручено предоставить первый официальный отчет об извержении вулкана Таравера в 1886 году, его поездки включали Таупо. [41] : 1 В заключении отчета о причине извержения говорилось: « Я думаю, что не может быть никаких сомнений в том, что это чисто гидротермальное явление, но гигантского масштаба; что оно довольно локальное и не имеет глубокого происхождения... » [41] : 6 вызвало споры, и некоторые поддержали эту точку зрения из-за своего геологического понимания того времени. [42]
Лоренс Кассен , окружной инспектор в 1887 году, не желал делать определенного вывода, но заметил, что « неровный вид вулканических пород, образующих крутые северные и западные берега, сразу приводит к выводу, что они были отделены от масс, частью которых они изначально были, каким-то сильным воздействием, либо извержением, либо оседанием. Острова и рифы в озере, скорее всего, являются пробками вулканических жерл и потоков лавы; и было бы разумно сделать вывод, что озеро обязано своим происхождением, во-первых, извержению, за которым последовало оседание, и что впоследствии некоторые из жерл в нем продолжали действовать как подводные вулканы, выбросы из которых теперь образуют сравнительно ровное дно озера, будучи стертыми с конусов денудацией » . [43] : 5 Он полагался на других, с которыми он сотрудничал в те же временные рамки, и, как уже упоминалось, Томас первым кристаллизовал возможность в геологическая литература, что под озером Таупо находился вулкан как вероятный источник обширных поверхностных отложений пемзы, что было установлено на основе полевых работ, включая анализ образцов, отправленных Куссеном. [12] : 18–22
В 1937 году было признано, что отложения от извержения Хатепе были настолько горячими, что сожгли лес на расстоянии 160 км (99 миль), но до 1956 года не было установлено, что это произошло из-за пирокластического потока. [16] : 129
Дата последнего крупного извержения была впервые определена в 1960-х годах как первые несколько столетий нашей эры на основе радиоуглеродного датирования . [44] В 1970-х годах активность была отнесена к 330 000 лет назад с помощью радиометрического датирования . [14] : 108
Дальнейшее понимание масштаба извержения Хатепе из вулкана Таупо с его пирокластическими потоками и расположением жерла стало результатом работы Колина Уилсона с 1980 года. [14] : 109–111 Извержение Оруануи также стало более понятным, например, влияние извержений на седиментологию региона, на выяснение которого потребовалось еще несколько десятилетий. [45] Вулканология лучше смоделировала процессы образования и извержения магмы, с более широким принятием преобладающей модели того, как риолитовые извержения в этих случаях образовались из базальтов, полученных из мантии, путем 20-30% ассимиляции грауваккового фундамента и фракционной кристаллизации с образованием магматической каши. [46]
Звезды оставались видимыми в течение дня; другие звезды, простирающиеся на огромную длину, казалось, висели в середине неба.