Подводная гора Аксиал (также Коаксиальная подводная гора или Аксиальный вулкан ) — подводная гора , подводный вулкан и подводный щитовой вулкан [3] в Тихом океане, расположенная на хребте Хуан-де-Фука , примерно в 480 км (298 миль) к западу от Кэннон-Бич, штат Орегон . Имея высоту 1100 м (3609 футов), [4] подводная гора Аксиал является самым молодым вулканом и текущим центром извержения цепи подводных гор Кобб-Эйкельберг . Расположенная в центре как геологической горячей точки , так и срединно-океанического хребта , подводная гора геологически сложна, и ее происхождение до сих пор плохо изучено. Подводная гора Аксиал расположена на длинном низменном плато с двумя большими рифтовыми зонами, простирающимися на 50 км (31 милю) к северо-востоку и юго-западу от ее центра. Вулкан имеет необычную прямоугольную кальдеру , а его склоны испещрены трещинами , жерлами , пластовыми потоками и кратерами глубиной до 100 м (328 футов); его геология еще больше осложняется пересечением с несколькими окружающими его более мелкими подводными горами.
Подводная гора Аксиал была впервые обнаружена в 1970-х годах с помощью спутниковой альтиметрии и нанесена на карту и исследована Pisces IV , DSV Alvin и другими в 1980-х годах. Большой пакет датчиков был сброшен на подводную гору в течение 1992 года, а обсерватория New Millennium была установлена на ее склонах в 1996 году. Подводная гора Аксиал привлекла значительное научное внимание после сейсмического обнаружения подводного извержения вулкана в январе 1998 года, первого случая обнаружения и отслеживания подводного извержения на месте . Последующие круизы и анализ показали, что вулкан генерировал потоки лавы толщиной до 13 м (43 фута), а общий объем извержения составил 18 000–76 000 км 3 (4 300–18 200 кубических миль). Подводная гора Аксиал снова изверглась в апреле 2011 года, вызвав поток лавы шириной в милю. В 2015 году произошло еще одно извержение.
Подводная гора Аксиал — самый молодой вулкан и текущий центр извержения цепи подводных гор Кобб-Эйкельберг , цепи подводных гор , которая заканчивается к югу от Аляски. [5] Аксиал находится там, где цепь пересекается с хребтом Хуан-де-Фука , [6] примерно в 480 км (298 миль) к западу от Орегона. Он является продуктом горячей точки Кобб , но теперь находится в центре спрединга океана между плитой Хуан-де-Фука и Североамериканской плитой , [7] смещенной зоной разлома Бланко на юге и тройным сочленением, образованным хребтом, на севере. [5] [6]
Это положение еще не полностью изучено. Считается, что цепь, сформированная за миллионы лет ныне неактивной горячей точкой Кобба, старше срединно-океанического хребта, который она делит пополам. [6] Между 200 000 и 700 000 лет назад горячая точка была захвачена тектоническим центром спрединга , [8] сместившим ее на целых 20 км (12 миль) и образовавшим хребет Хуан-де-Фука длиной 500 км (311 миль). Было выявлено по крайней мере 7 центров спрединга, [6] и измерения плит вблизи Аксиала показывают, что хребет разделяется со скоростью 6 см (2 дюйма) в год, [5] [n 2] создавая сложную систему океанических бассейнов и хребтов . [6] Однако некоторые ученые подвергли сомнению эту теорию, указав, что высокая плотность перекрывающихся подводных гор цепи несовместима с таким происхождением, поскольку горячая точка образовала бы хорошо организованную, широко разнесенную цепь. Хотя точная природа подводной горы Аксиал остается неизвестной, ее сложное происхождение делает ее одной из самых геологически интересных особенностей в северной части Тихого океана. [5]
Подводная гора Аксиал является наиболее активным вулканическим местом в северной части Тихого океана. Изучение магнитных разграничений вдоль подводной горы смоделировало историю хребта до 30 миллионов лет назад и показало, что рост прогрессировал в основном на севере, с некоторым продвижением на юг, датируемым 3,5 миллионами лет. Основание подводной горы Аксиал представляет собой длинное, низменное плато, а восточная часть подводной горы определяется серией линейных уступов . Подводная гора Аксиал имеет два основных вулканических разлома, простирающихся примерно на 50 км (31 милю) к северу и югу от ее главной вершины, а также несколько гораздо меньших, плохо определенных, выровненных примерно по схожей схеме. Бассейны вокруг вулкана увеличивают его неровность, делая его необычайно сложным (большинство подводных гор примерно одинакового размера имеют круглую или уплощенную форму.) [6]
Вершина подводной горы Аксиал отмечена необычной прямоугольной кальдерой , площадью 3 км × 8 км (2 мили × 5 миль) [4] , с уклоном ~3° [6] и прорывом на юго-восточной стороне. Область смещена двумя рифтовыми зонами и определена с трех сторон граничными разломами глубиной до 150 м (492 фута). [4] Кальдера примерно на 50 м (164 фута) глубже с северной стороны, чем с южной. Потоки внутри кальдеры состоят в основном из пластовых потоков, заполненных лавовыми прудами и кратерами-ямами . Реже встречаются подушечные лавы ; их расположение вдоль стен кальдеры предполагает, что они были важным компонентом раннего роста вулкана. Внутри кальдеры есть несколько куполообразных структур высотой 100–300 м (328–984 фута). В регионе есть несколько небольших кратеров , самый большой из которых, называемый Конус DD , имеет диаметр 2 км (1 милю) и рельеф 100 м (328 футов). Однако большинство объектов не имеют глубины более 30–40 м (98–131 фут) и ширины 1 км (1 милю). [6]
Северная рифтовая зона подводной горы Аксиал представляет собой хребет длиной 5 км (3 мили), проходящий на 10–20 градусов к северо-востоку от главной кальдеры. Разлом изрезан многочисленными трещинами длиной 100–200 м (328–656 футов), на расстоянии 7 км (4 мили) от центра вулкана Аксиал, и достигает до 400 м (1312 футов) в длину и 20 м (66 футов) в глубину. Район содержит большое количество вулканического стекла ; крупное извержение все еще видно в виде удлиненного стекловидного потока лавы, простирающегося от стены кальдеры, к востоку от главной рифтовой линии. Погружения в 1983 году обнаружили обширное низкотемпературное вентилирование в северной половине трещины. Более короткая, новая южная рифтовая зона состоит из топографически погружающегося разлома, окруженного тонкими, прерывистыми разломами . Камерные буксировки вдоль южного фланга показывают, что область состоит из очерченных пластовых потоков, небольших лавовых прудов и лавовых каналов . [6]
Самые молодые потоки на подводной горе Аксиал выровнены вдоль двух рифтовых зон, за которыми следуют потоки внутри вершинной кальдеры; самые старые, по-видимому, берут начало непосредственно вокруг кальдеры, где большая часть базальта полностью покрыта накопленными осадками. Это предполагает двусторонний характер роста, тенденция, также обнаруженная в гавайских вулканах и других известных подводных горах, например, подводной горе Джаспер . [6]
Рост подводной горы Аксиал пересек рост многих меньших подводных гор вокруг нее. Самая большая из них — подводная гора Бурый Медведь , с которой она соединена [8] узким хребтом, проходящим примерно перпендикулярно ее западной кальдерной стене. Однако было обнаружено мало свидетельств взаимодействия между двумя подводными горами. [6] С другой стороны, южная рифтовая зона подводной горы Аксиал делит пополам подводную гору Вэнс на целых 30 км (19 миль), создавая зону интенсивного растрескивания на северном краю меньшего вулкана. [n 3] Взаимодействие с подводной горой Кобб на севере более сложное, образуя необычный «изогнутый центр спрединга». Кроме того, есть четыре меньших структуры непосредственно к востоку, северу и югу от Аксиала. [5]
Первые вулканы вдоль хребта Хуан-де-Фука, включая подводную гору Аксиал, были обнаружены в 1970-х годах с помощью спутниковой альтиметрии . [5] [7] Близость подводной горы Аксиал к западному побережью и небольшая глубина делают ее одной из самых легкодоступных подводных гор в мире, а ее уникальное геологическое положение и активное состояние также делают ее одной из самых интересных, соперничая с подводной горой Дэвидсон на юге в научном интересе. [5]
Первая батиметрия подводной горы была составлена инспектором NOAAS в 1981 году в рамках испытаний SeaBeam в северной части Тихого океана. Исследование было специально направлено на поиск и связь гидротермальной активности морского дна с геоморфологическими особенностями. Были обнаружены четыре области повышенной концентрации температуры, указывающие на гидротермальную активность, и тогда еще не имевшая названия подводная гора Аксиал была среди них. Погружения с помощью подводных аппаратов Pisces IV и DSV Alvin в 1983 и 1984 годах обнаружили первые активные жерла черных курильщиков в северной части Тихого океана. [2] Вскоре после этого подводная гора Аксиал была названа в честь своего центрального положения на пересечении цепи подводных гор Кобб-Эйкельберг и хребта Хуан-де-Фука. [6] В том же году Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) основало свою программу VENTS, что дало толчок для более тщательного изучения вулкана. [6]
В период с 1987 по 1992 год на вулкан были сброшены различные датчики давления, датчики наклона, температурные зонды и сейсмометры в ходе работ, которые стали известны как Volcanic Systems Moninters (VSN). [9] Дальнейшие батиметрические исследования, проведенные NOAAS Discoverer в 1991 году и RV Sonne в 1996 году, еще больше детализировали подводную гору, [10] сделав ее одной из самых известных особенностей в северной части Тихого океана. [6] Также в 1996 году на подводной горе Аксиал была основана обсерватория Нового тысячелетия (NeMO) для изучения вулканических возмущений и их влияния на гидротермальные сообщества. [2]
Извержению подводной горы Аксиал в 1998 году предшествовало несколько крупных роев землетрясений , обычных индикаторов вулканической активности. Рои коррелировали с движением магмы в вулкане; регистраторы нижнего давления, установленные на вулкане в период с 1987 по 1992 год, зафиксировали пять случаев дефляции на поверхности вершины (вызванной движением лавы) в диапазоне от 3 до 10 см (от 1 до 4 дюймов). В 1991 году Национальному управлению океанических и атмосферных исследований (NOAA) был предоставлен доступ к системе SOSUS ВМС США , цепочке подводных гидрофонов в северной части Тихого океана, первоначально использовавшейся ВМС для обнаружения российских подводных лодок во время холодной войны . С 1993 года NOAA поддерживает систему мониторинга в реальном времени, которая оповещает организацию всякий раз, когда происходит событие. Гидрофоны способны обнаруживать даже очень слабые землетрясения (~ магнитуда 1,8), прослушивая акустические волны, генерируемые T-волнами . Эти волны могут распространяться на большие расстояния с минимальной потерей мощности, что делает их идеальным способом для регистрации иначе незаметных подводных землетрясений ; в течение извержения только 3 землетрясения были достаточно сильными, чтобы быть зарегистрированными наземными системами. Однако они не могут интерпретировать глубину землетрясения или то, что их вызвало. [9]
В период с 1991 по 1996 год на подводной горе Аксиал произошел одиночный рой землетрясений из более чем 50 событий. В период с мая по ноябрь 1997 года эта активность заметно возросла, и SOSUS зарегистрировал 5 таких роев, достигших кульминации в крупном 11-дневном событии с 8247 землетрясениями примерно во время извержения в январе 1998 года. [9] Сейсмичность началась на вершине, но в течение 6 часов начала мигрировать на юг; к 29 ноября 1997 года рой переместился на юг на 50 км (31 милю). [10] Это совпало с выбросом лавы вдоль вершины и южного фланга. После этого подводная гора оставалась абсолютно спокойной, что свидетельствует о завершении цикла извержений вулкана. Всего было зафиксировано 9055 землетрясений, и 1669 из них были достаточно сильными, чтобы их можно было локализовать. Сейсмическая активность была сосредоточена вокруг вершины и южных рифтовых зон, при этом большинство событий было сосредоточено внутри вершинной кальдеры; температурные зонды и регистраторы давления в кальдере зафиксировали в среднем повышение на 0,6 °C (33,1 °F) и понижение высоты на 3,3 м (11 футов) соответственно во время события. [9] Этот тщательный мониторинг дает извержению 1998 года право называться единственным подводным извержением, когда-либо наблюдавшимся in situ . [2]
Первая экспедиция после извержения была организована и проведена RV Wecoma 12 февраля 1998 года, которая провела электропроводность, температуру, глубину и оптические замеры с необычными результатами. [11] В мае специальная батиметрическая съемка подводной горы показала топографические изменения вдоль южного склона вулкана, которая оценила самые толстые потоки до 13 м (43 фута). В июле DSV Alvin совершил несколько погружений в кальдере вершины подводной горы, за которыми в августе-сентябре последовала обширная программа наблюдений и сбора с использованием ROV ROPOS , подтвердившая батиметрические оценки. Пленочный поток длиной более 3 км (2 мили) и шириной от 500 до 800 м (от 1640 до 2625 футов) был получен из верхнего южного склона подводной горы Аксиал, на месте того, что раньше было активным геотермальным полем. Южные потоки находились в области, отмеченной разницей между более старыми отложениями и более новой, более стекловидной породой, а максимальный хребет, образованный извержением, на гребне южного потока, имел высоту 13 м (40 футов). Общий изверженный объем составил примерно 0,018–0,076 км 3 (0,004–0,018 куб. миль). [10]
Развитие, извержение и тщательный мониторинг подводной горы Аксиал предоставили ученым плодотворную модель подводных вулканических извержений; вскоре после этого было опубликовано несколько научных работ по этой теме.
Сейсмическая активность на подводной горе Аксиал практически исчезла после извержения 1998 года, и мониторинг вулкана в основном осуществлялся с помощью регистраторов давления на дне, размещенных на склонах вулкана, дополненных с 2000 года ежегодными измерениями с использованием датчиков давления, установленных на дистанционно управляемых подводных аппаратах (ROV) и примененных к местным отметкам. Датчики показали, что подводная гора Аксиал медленно сдувается; сразу после извержения подводная гора набухала на 20 см (8 дюймов) в месяц, и к 2006 году эта цифра снизилась до 15 см (6 дюймов). За восемь лет подводная гора Аксиал восстановила примерно 50% от своего 3,2 м (10,5 футов) набухания до извержения, и в 2006 году Уильям Чедвик из Университета штата Орегон и его коллеги подсчитали, что следующее извержение произойдет примерно в 2014 году: [12]
Подводная гора Аксиал ведет себя более предсказуемо, чем многие другие вулканы; вероятно, из-за ее мощного магматического запаса в сочетании с ее тонкой корой и ее расположением в центре распространения срединно-океанического хребта. В настоящее время это единственный вулкан на морском дне, чья поверхностная деформация непрерывно отслеживалась в течение всего цикла извержения. [13]
— Скотт Л. Нунер, Колумбийский университет
В июле 2011 года погружение с использованием ROV Jason обнаружило новые потоки лавы на вулканах, которых не было годом ранее. Экспедиционная команда подняла два регистратора давления дна и два гидрофона (третий был найден погребенным в лаве) с вулкана, что в совокупности показало, что извержение произошло в апреле, начиная с 6 апреля 2011 года. Хотя приборы зафиксировали сотни сейсмических событий, только несколько из них были замечены SOSUS и наземными сейсмометрами, поскольку многие компоненты системы в то время были отключены. Вулкан опустился более чем на 2 м (7 футов) и произвел поток лавы шириной 2 км (1 милю) во время события, что было в три раза больше, чем извержение 1998 года. [13]
В 1983 году канадско-американская совместная экспедиция, названная Канадско-американской экспедицией на подводную гору (CASM), посетила северо-западный край кальдеры вершины подводной горы Аксиал, чтобы исследовать устойчивую температурную аномалию в регионе. В серии из восьми погружений, проведенных Pisces IV , ученые обнаружили активное сообщество гидротермальных источников на переднем крае 300-метровой (984 фута) трещины внутри кальдеры. Измеренные температуры источника составляли около 35 °C (95 °F), что примерно на 30 °C (54 °F) выше, чем окружающая среда. [14] Буксировки камер и погружения с подводными аппаратами в 1980-х и 1990-х годах выявили активное состояние подводной горы Аксиал, [10] включая единственного известного черного курильщика на северо-западе Тихого океана. [2] Были признаны три центра выбросов: первоначальное место, названное CHASM; [11] юго-западное кальдерное поле, открытое в конце 1980-х годов, названное ASHES; [15] и участок, расположенный в его юго-восточной рифтовой зоне, названный CASTLE. [16] Все они в основном выделяют серу и сульфиды . [11] [14] [15]
Температура и состав гидротермальных источников подводной горы Аксиал со временем меняются, но всегда сохраняют примерно общую идентичность, как и отдельные микробные сообщества источников. [17] Источники, как правило, имеют более низкий pH , чем окружающая жидкость, и в результате являются кислыми и щелочными . Температура магмы, питающей систему, не определена и может варьироваться от 300 до 550 °C (от 572 до 1022 °F). Любопытно, что флюид источников сильно обогащен гелием , содержащим в пять раз больше этого элемента, чем аналогичные источники на Галапагосских островах , и в 580 раз больше, чем обычная морская вода . [14]
Трубчатые черви семейства Pogonophora заполняют самые большие жерла на подводных горах Axial, образуя колонии толщиной до 6 м 2 (65 кв. футов) местами; более мелкие, менее питательные жерла питают бактериальные маты , более мелких трубчатых червей и блюдечек . [14] Три наиболее распространенных микробных группы — это бактерии Campylobacterota , Methanococcaceae и Euryarchaeota . [17] Наиболее распространенной флорой в гидротермальных жерлах подводных гор Axial является червь Ridgeia piscesae , который встречается на гидротермальных участках всех описаний на хребте Хуан-де-Фука и является основой гидротермальной экосистемы подводных гор Axial. [n 6] Другие виды на подводной горе включают трубчатого червя P. palmiformis , морскую улитку Lepetodrilus fucensis , многощетинкового червя Amphisamytha galapagensis , [18] и морского паука Sericosura verenae . [19]
