Горячая точка Анахим — это гипотетическая горячая точка в центральной части Британской Колумбии , Канада. Она была предложена в качестве потенциального источника вулканизма в вулканическом поясе Анахим , 300-километровой (190 миль) цепи вулканов и других магматических образований, подвергшихся эрозии. Эта цепь простирается от сообщества Белла-Белла на западе до небольшого города Квеснел на востоке. В то время как большинство вулканов создаются геологической активностью на границах тектонических плит , горячая точка Анахим расположена в сотнях километров от ближайшей границы плит.
Горячая точка была впервые предложена в 1970-х годах тремя учеными, которые использовали классическую теорию горячих точек Джона Тузо Уилсона . Эта теория предполагает, что один фиксированный мантийный плюм создает вулканы, которые затем, отрезанные от своего источника движением Североамериканской плиты , становятся все более неактивными и в конечном итоге разрушаются в течение миллионов лет. Более поздняя теория, опубликованная в 2001 году Геологическим обществом Америки , предполагает, что горячая точка Анахим может питаться мантийным плюмом из верхней мантии, а не глубоко расположенным плюмом, предложенным Уилсоном. С тех пор томографические изображения выявили аномалию с низкой скоростью , указывающую на восходящий плюм, глубина которого составляет примерно 400 километров (250 миль) . Однако это измерение может быть заниженным, поскольку аномалия может зарождаться глубже внутри Земли.
Вулканизм еще 14,5 миллионов лет назад был связан с горячей точкой Анахим, а последнее извержение произошло за последние 8000 лет. Эта вулканическая активность произвела породы, которые показывают бимодальное распределение состава. Пока эти породы отлагались, горячая точка совпадала с периодами расширения и поднятия земной коры . Активность в современное время была ограничена землетрясениями и выбросами вулканического газа .
Тектонические плиты обычно фокусируют деформацию и вулканизм на границах плит. Однако горячая точка Анахим находится примерно в 500 километрах (310 милях) от ближайшей границы плит. Изучая вулканический пояс Анахим в 1979 году, канадские геологи Мэри Бевьер, Ричард Армстронг и Джек Саутер использовали теорию горячей точки для объяснения этой зоны вулканизма, столь далекой от обычных условий. Теория была впервые предложена канадским геофизиком Джоном Тузо Уилсоном в 1963 году для объяснения образования Гавайских островов . [1]
В 1963 году Уилсон предположил, что под поверхностью Земли существуют небольшие, долгоживущие, исключительно горячие области магмы; эти тепловые центры создают термически активные мантийные плюмы, которые, в свою очередь, поддерживают длительную вулканическую активность. Этот внутриплитный вулканизм создает пики, которые возвышаются над окружающим ландшафтом. Тектоника плит заставляет местную тектоническую плиту (в случае горячей точки Анахим, Североамериканскую плиту) медленно скользить по горячей точке, увлекая за собой свои вулканы, не влияя на плюм. В течение сотен тысяч лет подача магмы для вулкана медленно прекращается, в конечном итоге он угасает. Будучи уже недостаточно активным, чтобы преодолеть эрозию, вулкан медленно разрушается. По мере продолжения цикла проявляется новый вулканический центр и снова возникает вулканический пик. Процесс продолжается до тех пор, пока сам мантийный плюм не разрушится. [2]
Этот цикл роста и покоя связывает вулканы в цепочку на протяжении миллионов лет, оставляя след из вулканических гор и интрузий, простирающихся от побережья Британской Колумбии через Береговые горы во Внутреннее плато . [3] Согласно теории Уилсона, вулканы Анахим должны быть все старше и все больше подвергаться эрозии по мере удаления от горячей точки, и это легко заметить; самая старая порода на побережье Британской Колумбии, из роя даек Гейл-Пассэйдж , имеет возраст около 14,5 миллионов лет и сильно эродирована, в то время как порода в Наско-Коне , нынешнем центре горячей точки, сравнительно молодая, ее возраст составляет 0,34 миллиона лет или меньше. [3] [4] Радиоуглеродное датирование торфа непосредственно над и под слоем тефры , простирающимся на 4 километра (2,5 мили) от Наско-Кона, позволяет предположить, что последнее извержение произошло примерно 7200 лет назад. [3]
Геофизики полагают, что горячие точки возникают на одной или двух основных границах глубоко в Земле, либо на неглубокой границе в нижней мантии между верхним конвективным слоем и нижним неконвективным слоем, либо на более глубоком слое D″ («D double-prime») толщиной примерно 200 километров (120 миль) и непосредственно над границей ядро-мантия . Мантийный плюм может инициироваться на границе, когда более теплый нижний слой нагревает часть более холодного верхнего слоя. Эта нагретая, плавучая и менее вязкая часть верхнего слоя станет менее плотной из-за теплового расширения и поднимется к поверхности как неустойчивость Рэлея-Тейлора . [5] Когда мантийный плюм достигает основания литосферы , плюм нагревает ее и производит расплав. Затем эта магма направляется к поверхности, где извергается в виде лавы . [6]
Аргументы в пользу обоснованности теории горячих точек обычно основываются на устойчивом изменении возраста вулканов Анахим и близлежащих объектов: аналогичная тенденция к омоложению на восток существует для трека горячих точек Йеллоустоуна в 1400 километрах (870 миль) к юго-востоку. Наличие двух треков горячих точек на одном континенте и их общее соответствие друг другу дает уникальный инструмент для оценки и проверки движения Северной Америки. [7]
Другая гипотеза заключается в том, что горячая точка Анахим питается миниплюмом. [8] Эти мантийные плюмы имеют свои корни в верхней мантии, но позже они могут возникнуть из нижней мантии. [9] Аргументы в пользу миниплюма Анахим основаны на существовании двух небольших дайковых роев на западном (следовательно, самом старом) конце вулканического пояса Анахим. Это предположение, в свою очередь, основано на представлении о том, что гигантские дайковые рои отмечают прибытие глубоко залегающих мантийных плюмов. [8]
В 1977 году Джек Саутер произвел синтез вулканизма в Канадских Кордильерах и очертил несколько неогеново - четвертичных вулканических поясов по всей Британской Колумбии. Одним из них был линейный вулканический пояс Анахим, который включал вулканическое поле Уэллс Грей-Клируотер на своем восточном конце. [10] Однако его происхождение еще не было понято. [11] В 1979 году Джек Саутер, Мэри Бевьер и Ричард Армстронг предложили две модели тектоники вулканов. Они включали горячую точку и распространяющуюся трещину, контролируемую полями напряжений, связанными с крупномасштабной тектоникой плит западной части Северной Америки. [7]
В 1981 году Гарри С. Роджерс из Геологической службы Канады предположил, что рои землетрясений в озере Макнотон (теперь называемом озером Кинбаскет ) могут быть связаны с горячей точкой Анахим. Роджерс отметил, что если сейсмичность связана с горячей точкой, поверхностное выражение должно отставать на 100 километров (62 мили) от прохождения горячей точки. Альтернативная теория, предложенная Роджерсом, заключается в том, что если горячая точка Анахим расположена под областью Уэллс Грей-Клируотер, поле напряжений, окружающее горячую точку, должно предшествовать ей примерно на 100 километров (62 мили) . [12]
В 1987 году канадский вулканолог Кэтрин Хиксон обнаружила, что вулканическое поле Уэллс Грей-Клируотер не является частью вулканического пояса Анахим, а представляет собой отдельный центр, который, скорее всего, представляет собой область литосферного декомпрессионного плавления, вызванного рифтингом вдоль ранее существовавших разломов земной коры . С тех пор вулканическое поле Уэллс Грей-Клируотер не считается частью вулканического пояса Анахим, а горячая точка Анахим теперь считается находящейся в районе конуса Наско. [10]
Существование горячей точки Анахим было подтверждено в подробном отчете Bulletin of Volcanology Кюна и др. (2015). Он включал новые геохимические и геохронометрические данные для вулканических полей Болдфейс Маунтин и Сатах Маунтин , а также для Наско Кон. Полученные данные показали, что вулканизм в двух полях был одновременным с соседним щитовым вулканом Итча Хребет и что оба вулканических поля согласуются с вектором движения североамериканской плиты над горячей точкой во внутренней части Британской Колумбии. Было также отмечено, что паттерны следов и редкоземельных элементов мафических лав в вулканическом поясе Анахим похожи на базальты океанических островов , что дает больше доказательств в пользу горячей точки. [7]
Высокоразрешающая локальная томография указывает на возможный плюм в нижней мантии, а наличие пруда с материалом плюма подтверждается большой зоной низкой скорости в верхней мантии. Эти зоны низкой сейсмической скорости часто указывают на более горячий и более плавучий материал мантии. Зона низкой скорости с обеих сторон окружена аномалиями высокой скорости переменной амплитуды. На севере высокие скорости могут отражать остатки батолитовых корней, которые образовались в результате непрерывной субдукции вдоль северной континентальной окраины 150–50 миллионов лет назад. Высокие скорости на юге представляют собой субдуцирующую плиту Хуан-де-Фука . Расположенная вблизи конуса Наско, зона низкой скорости простирается на глубину примерно 400 километров (250 миль) . Однако она может простираться глубже на юг под плитой Хуан-де-Фука через зону перехода в нижнюю мантию. Это привело к выводу, что горячая точка Анахим питается мантийным плюмом над потоком края плиты. [13] Изотопные исследования свинца и стронция в лавах Анахима указывают на присутствие субокеанической мантии под центральной Британской Колумбией, что, в свою очередь, подтверждает отсутствие погружающейся плиты под вулканическим поясом Анахима со времен миоцена . [ 7]
Отдельные вулканы дрейфуют на юго-запад от горячей точки со скоростью около 2–3 сантиметров (0,79–1,18 дюйма) в год, при этом каждый последующий вулканический центр проводит около двух миллионов лет, активно прикрепляясь к плюму. [7] Самый старый вулкан Анахим, расположенный на центральном побережье Британской Колумбии, образовался 14,5 миллионов лет назад. [4] Если бы у побережья Британской Колумбии существовала какая-либо предыдущая запись в виде подводных гор , эта запись, по-видимому, была бы погружена под Северную Америку с плитами Фараллон /Хуан де Фука и утеряна. Поэтому остается неизвестным, существовала ли горячая точка в Тихом океане до того, как она была расположена на североамериканском континенте из-за продолжающегося движения плит. [7] Однако прошлые геологические полевые карты и геохимические исследования предполагают, что массивные плутоны могут присутствовать на континентальном шельфе в открытом море. Эти предполагаемые тела выровнены с простирающимся на северо-восток вулканическим поясом Анахим, возрастная прогрессия которого предполагает, что эти предполагаемые плутоны в открытом море могут иметь миоценовый возраст. Более ранняя смещенная часть следа горячей точки может существовать на Хайда-Гвайи как часть формации Массет . Однако необходимы дальнейшие анализы вулканических пород Массет, чтобы определить, являются ли они по составу и изотопии похожими на щелочные лавы, обнаруженные на материке. [14]
Состав магмы вулканов значительно изменился со временем, поскольку они разрастались над горячей точкой и мигрировали прочь. Вулканическая активность 14,5–3,0 миллионов лет назад была преимущественно фельзитовой , производя большие объемы риолитовой и трахитовой лавы. [3] [4] Это можно объяснить наличием толстых гранитных структур под этими вулканами, которые были тектонически сжаты из-за нахождения вблизи края североамериканской плиты. Уникальной характеристикой потоков фельзитовой лавы является то, что, хотя они и содержали много кремнезема , потоки были чрезмерно жидкими по своей природе. Это связано с тем, что содержание перщелочных компонентов в этих фельзитовых лавах снижало вязкость потоков как минимум в 10–30 раз по сравнению с известково-щелочными фельзитовыми потоками. [3] Доказательства взрывного вулканизма существуют в виде пемзовых потоков, слоистых туфов , сильно раздробленных пород фундамента и высокого содержания грубых обломков фундамента в риолитовых брекчиях . [4] [15]
Состав магмы в горячей точке Анахим изменился с более фельзитового на более мафический за последние 3,0 миллиона лет. Например, большая часть магмы, созданной между 3,0 и 0,33 миллиона лет назад, была магматическим фонолитом , трахитом, трахиандезитом , базальтом и базанитом ; вулканы, построенные в этот период, почти полностью состоят из этих типов пород. Другие магматические породы, такие как фонотефрит, присутствуют в меньших количествах; они встречаются в вулканическом поле горы Сатах. Вулканические извержения за последние 0,33 миллиона лет были в основном базанитовыми и происходили в самом молодом изверженном центре, конусе Наско. [7] Базаниты, образованные этими извержениями, значительно более недонасыщены , чем базальты из более старых вулканов Анахим на западе, и могут указывать на смещение на восток в сторону более глубокого или менее истощенного источника мантии. [16] Общая химия и минералогия магм Анахима аналогичны областям зарождающегося континентального рифтогенеза над мантийным плюмом. [4]
За последние 14,5 миллионов лет в горячей точке Анахим образовалось не менее 40 вулканов. [4] [8] Эти центры составляют вулканический пояс Анахим, одну из шести неоген-четвертичных вулканических провинций в Британской Колумбии. [7] Вулканический пояс Анахим можно разделить на три группы: западную часть, которая была сведена к остаткам эруптивной брекчии, высокоуровневых плутонов и дайковых роев; центральную часть, которая состоит преимущественно из щитовых вулканов; и восточную часть, которая включает несколько небольших шлаковых конусов и является местом всей современной вулканической активности. [4] [15]
Вулканы Анахим сгруппированы в три типа: вулканические конусы , щитовые вулканы и лавовые купола . [7] Щиты характеризуются большими размерами (сотни километров в объеме) и симметричной формой. Они являются наиболее заметными из трех типов вулканов, причем хребет Рейнбоу является самым высоким, около 2500 метров (8200 футов) над уровнем моря. Их внешние склоны сливаются с более старыми плоско лежащими базальтовыми потоками группы Чилкотин , которая покрывает большую часть Внутреннего плато. [3] Более многочисленные лавовые купола и вулканические конусы намного меньше по размеру (менее одного километра в объеме). Они включают два обширных вулканических поля в окрестностях хребта Ича. [7]
Хотя многие вулканы Анахим окружены базальтовыми потоками группы Чилкотин, точная природа их взаимоотношений неизвестна. [3] Маловероятно, что вулканы Анахим когда-либо были источником базальтов Чилкотин, поскольку они имеют отчетливую переходную геохимию. Группа Чилкотин интерпретируется как связанная с задуговым расширением за зоной субдукции Каскадия . [7]
Каждый тип вулкана, образованный горячей точкой Анахим, имеет свой собственный уникальный жизненный цикл роста и эрозии. Вулканические конусы происходят из тефры, накапливающейся вокруг жерл во время стромболианских извержений . Они состоят из трахита, трахиандезита, базальта, фонолита, базанита и в меньшей степени фонотефрита. Напротив, лавовые купола образованы в основном вязкой трахитовой магмой, которая извергается на поверхность, а затем скапливается толстым слоем вокруг жерл. Учитывая в целом небольшие размеры этих двух типов вулканов, они, вероятно, являются продуктами эпизодической и кратковременной активности. Более крупные структуры, такие как гора Сатах , гора Болдфейс и гора Пункутлаенкут, являются исключениями. После окончания активности эрозия в конечном итоге превращает конусы и купола в вулканические остатки, такие как лавовые пробки . [7]
Щитовые вулканы проходят по крайней мере две стадии вулканической активности. Начальная стадия щита является наиболее продуктивной в вулканическом отношении и характеризуется повторными извержениями больших объемов преимущественно жидких перщелочных кислых магм, которые постепенно становятся более развитыми. [7] На этой стадии может образоваться небольшая вершинная кальдера , как в случае с хребтом Ильгачуз . [3] После завершения стадии щита наступает стадия после щита. Эта стадия активности характеризуется небольшими объемами мафических лав, выраженных в виде небольших шлаковых конусов и покрывающих потоков. [7] Также очевидно рассечение щита речным размывом , что приводит к образованию глубоко врезанных радиальных долин . [17]
Длительная эрозия в конечном итоге удаляет большинство, если не все следы вулканов, обнажая их затвердевшие магматические системы. Такие системы могут находиться на глубине от 1 до 4 километров (от 0,62 до 2,49 миль) под поверхностью с породами от гипабиссальных до плутонических. Обнажение плутона острова Кинг и роев даек Белла-Белла и прохода Гейл являются яркими примерами этой фазы эрозии. [4]
Рифтование и расширение земной коры в заливе Королевы Шарлотты примерно до 17 миллионов лет назад были связаны с ранним миоценовым прохождением горячей точки Анахим. Йорат и Чейз (1981) предположили, что подкорковое плавление над плюмом Анахим привело к ослаблению региональной земной коры, подготовив почву для развития рифта. Позднее широко распространенный вулканизм привел к образованию субаэральных базальтовых и риолитовых потоков в районе рифта и вдоль транскуррентных разломов, которые простираются на северо-запад. Хайда-Гвайи был перемещен примерно на 70 километров (43 мили) к северу вдоль серии разломов, простирающихся через Сэндспит и остров Лоускоон. Этот период рифтинга и расширения земной коры способствовал формированию бассейна Королевы Шарлотты . [18]
Пока разлом находился в стадии развития, консервативная граница плиты простиралась на север от конца разлома, обращенного к суше. Такая граница плиты могла быть похожа на систему разломов Калифорнийский залив — Сан-Андреас в американском штате Калифорния . Такой тип конфигурации должен был существовать всего несколько миллионов лет, чтобы образовать 70 километров (43 мили) отверстия в разломе. В качестве альтернативы, блок Хайда-Гвайи мог быть лишь частично соединен с прибрежной плитой в течение более длительного периода косой конвергенции. [18] Батиальные отложения , возможно, возрастом всего 15 миллионов лет, откладывались в зоне рифта во время и после того, как произошел рифтинг, когда мимо проходила горячая точка Анахим. [18] [19]
Начиная примерно с 10 миллионов лет назад, горячая точка Анахим начала проходить под регионом Белла Кула – Оушен Фоллс . [20] Это совпало с усилением регионального подъёма южно-центральных Береговых гор. [7] После того, как горячая точка достигла плато Чилкотин 8 миллионов лет назад, подъём уменьшился. [20] Это говорит о том, что подъём мог быть вызван термическим воздействием горячей точки Анахим, которая истончила литосферу и вызвала изменения в подкорковом и поверхностном тепловом потоке . [7] [21] Около 1 километра (0,62 мили) подъёма было достигнуто во время существования горячей точки в южно-центральных Береговых горах за период в несколько миллионов лет. [20]
Горячая точка Анахим находилась в тектонически сложном регионе плато Чилкотин между 3,9 и 1,4 миллиона лет назад. Эта сложность могла привести к взаимодействию горячей точки с ранее существовавшими системами разломов, таким образом, что магма поднялась вдоль нормальных разломов , создав 50-километровую (31-мильную) цепь вулканов, простирающуюся с севера на юг. Хребет Итча образовался непосредственно над пересечением, тогда как вулканическое поле горы Сатах образовалось вдоль более отдаленных частей системы разломов и вдали от хребта Итча. Отсутствие обширных вулканических полей, прилегающих к соседним хребтам Илгачуз и Рэйнбоу, может указывать на отсутствие систем разломов, связанных с этими вулканами. [7]
Вулканические извержения не известны в историческое время в районе Анахимской горячей точки. Однако с 2007 года были зарегистрированы вулканические тектонические землетрясения и выбросы углекислого газа в районе Наско Кон. [7] Отсутствие доказательств исторической сейсмичности до 2007 года предполагает, что эта область тектонически стабильна, что делает бассейн Нечако одним из самых сейсмически неактивных районов Британской Колумбии. [7] [22]
С 9 октября 2007 года по 15 мая 2008 года в бассейне Нечако, примерно в 20 километрах (12 милях) к западу от конуса Наско, произошла серия землетрясений магнитудой до 2,9. Большинство из них произошло на глубине от 25 до 31 километра (от 16 до 19 миль) ниже поверхности, что указывает на то, что они возникли в самой нижней части земной коры. Анализ сейсмических волн показывает, что рой землетрясений был вызван хрупким разрушением и растрескиванием породы на глубине от проникновения магмы. Извержение вулкана было маловероятным, поскольку количество и размер толчков были слишком малы. [22] Тем не менее, эти землетрясения показывают, что горячая точка Анахим сейсмически активна и что небольшие движения магмы все еще возможны. [23] Хотя эти землетрясения были слишком малы, чтобы ощущаться, они вызвали значительный местный интерес, поскольку они представляли собой значительную концентрацию сейсмической активности в пределах вулканического пояса Анахим. [22]
Интенсивная дегазация углекислого газа происходит из нескольких источников в двух болотах около конуса Наско. [24] Эти источники имеют форму небольших изолированных травертиновых курганов на поверхности болота. Курган с частично затопленным жерлом был обнаружен в 2013 году с устойчивым потоком углекислого газа. Несколько новых источников без травертиновых курганов активно выделяли углекислый газ в 2015 году. [25] Анализ изотопа углерода-13 в выбросах углекислого газа предполагает магматическое происхождение. [24] Это привело к возможности существования вулканической геотермальной системы, существование которой было исследовано Geoscience BC в рамках их проекта Targeting Resources for Exploration and Knowledge. [26] [27] Отсутствие горячих источников и геотермальных свидетельств на поверхности предполагает, что источник тепла такой системы будет находиться очень глубоко под землей. [27]
Очаг вулкана Анахим расположен в отдаленном месте, куда можно добраться по сети лесозаготовительных дорог из Квеснела по шоссе 97. [ 3] По этой причине самая непосредственная опасность, связанная с будущими извержениями, касается только местного населения. [28] Несмотря на то, что этот район не густо населен, в нем ведутся лесные работы и проживает небольшая община Наско . [22] Наличие сгоревшей древесины в тефре Наско предполагает, что этот район подвержен лесным пожарам, вызванным вулканическими извержениями. Кроме того, если бы образовалась колонна извержения , это нарушило бы местное воздушное движение. [28] Вулканический пепел ухудшает видимость и может вызвать отказ реактивного двигателя, а также повредить другие системы самолета. [29] Возобновление вулканизма, вероятно, приведет к образованию мафических шлаковых конусов, причем последнее такое событие произошло при извержении конуса Наско 7200 лет назад. [2] [16] Однако нельзя исключать извержения менее мафической магмы, типичные для более ранней активности горячей точки Анахим. [2]
