Подводная гора Камаэуаканалоа [6] (ранее известная как Лоихи ) — действующий подводный вулкан примерно в 22 милях (35 км) от юго-восточного побережья острова Гавайи . [7] Вершина подводной горы находится примерно в 3200 футах (975 м) ниже уровня моря . Эта подводная гора находится на склоне Мауна-Лоа , крупнейшего действующего субаэрального щитового вулкана на Земле. [8] [9] Камаэуаканалоа — новейший вулкан в цепи подводных гор Гавайско-Император , цепочке вулканов, которая тянется примерно на 3900 миль (6200 км) к северо-западу от Камаэуаканалоа. В отличие от большинства активных вулканов Тихого океана, которые составляют активные границы плит на Тихоокеанском огненном кольце , Камаэуаканалоа и другие вулканы подводной цепи Гавайско-Императорских гор являются вулканами горячих точек и образовались на значительном расстоянии от ближайшей границы плит . Вулканы на Гавайских островах возникают из горячей точки Гавайев , и как самый молодой вулкан в цепи, Камаэуаканалоа является единственным гавайским вулканом на глубоководной предщитовой стадии развития.
Камаэуаканалоа начал формироваться около 400 000 лет назад и, как ожидается, начнет подниматься над уровнем моря примерно через 10 000–100 000 лет. На своей вершине подводная гора Камаэуаканалоа возвышается более чем на 10 000 футов (3 000 м) над морским дном, что делает ее выше, чем была гора Сент-Хеленс до ее катастрофического извержения 1980 года . Разнообразное микробное сообщество обитает вокруг многочисленных гидротермальных источников Камаэуаканалоа .
Летом 1996 года в Камаэуаканалоа был зарегистрирован рой из 4070 землетрясений . На тот момент это был самый мощный рой землетрясений в истории Гавайев . Рой изменил от 4 до 5 квадратных миль (от 10 до 13 км 2 ) вершины подводной горы; одна секция, Пеле-Гентс , полностью обрушилась и образовала переименованную Пеле-Пит . Вулкан оставался относительно активным после роя 1996 года и контролируется Геологической службой США (USGS). Гавайская подводная геологическая обсерватория (HUGO) предоставляла данные о Камаэуаканалоа в режиме реального времени в период с 1997 по 1998 год. Последнее известное извержение Камаэуаканалоа произошло в 1996 году, перед серией землетрясений того лета.
Название Камаэуаканалоа — это гавайское слово, означающее «светящееся дитя Каналоа », бога океана. [10] Это название было найдено в двух гавайских меле 19-го и начала 20-го веков на основе исследований в Музее епископа и было присвоено Гавайским советом по географическим названиям в 2021 году и принято Геологической службой США. [10] [11] С 1955 по 2021 год подводная гора называлась «Lōʻihi», гавайским словом, означающим «длинный», что описывает ее форму. Изменение на Камаэуаканалоа было сделано в попытке сделать ее более культурно подходящей, учитывая местные гавайские традиции присвоения имен. [12]
Камаэуаканалоа — подводная гора , или подводный вулкан , на склоне Мауна-Лоа , самого высокого щитового вулкана на Земле . Это новейший вулкан, образованный горячей точкой Гавайев в обширной цепи подводных гор Гавайско-Император . Расстояние между вершиной более старой Мауна-Лоа и вершиной Камаэуаканалоа составляет около 50 миль (80 км), что, по совпадению, также является приблизительным диаметром горячей точки Гавайев . [3] Камаэуаканалоа состоит из вершинной области с тремя кратерами , рифтовой зоны длиной 7 миль (11 км), простирающейся на север от вершины, и рифтовой зоны длиной 12 миль (19 км), простирающейся на юго-юго-восток от вершины. [13]
Кратеры вершины называются Западный кратер, Восточный кратер и Пеле-Пит. [14] Пеле-Пит является самым молодым из этой группы и расположен в южной части вершины. Стены Пеле-Пит достигают высоты 700 футов (200 м) и были образованы в июле 1996 года, когда его предшественник, Пеле-Вент, гидротермальное поле около вершины Камаэуаканалоа, обрушилось в большую впадину . [7] Толстые стенки кратера Пеле-Пит — в среднем 70 футов (20 м) в ширину, необычно толстые для гавайских вулканических кратеров — предполагают, что его кратеры заполнялись лавой несколько раз в прошлом. [15]
Зоны рифта Камаэуаканалоа, простирающиеся с севера на юг, образуют характерную вытянутую форму, от которой произошло более раннее гавайское название вулкана «Lōʻihi», что означает «длинный». [16] Северная рифтовая зона состоит из более длинной западной части и более короткой восточной рифтовой зоны. Наблюдения показывают, что как северная, так и южная рифтовые зоны не имеют осадочного покрова, что указывает на недавнюю активность. Выступ в западной части северной рифтовой зоны содержит три конусообразных выступа размером 200–260 футов (60–80 м). [15]
До 1970 года Камаэуаканалоа считался неактивным вулканом, который был перенесен на свое нынешнее место в результате спрединга морского дна . Возраст морского дна под Гавайями составляет 80–100 миллионов лет, и оно образовалось в Восточно-Тихоокеанском поднятии , океаническом центре спрединга , где новое морское дно образуется из магмы, извергающейся из мантии. Новая океаническая кора отодвигается от центра спрединга. За период в 80–100 миллионов лет морское дно под Гавайями переместилось от Восточно-Тихоокеанского поднятия на свое нынешнее место на 3700 миль (6000 км) к западу, унося с собой древние подводные горы. Когда ученые исследовали серию землетрясений у Гавайев в 1970 году, они обнаружили, что Камаэуаканалоа был активным членом цепи подводных гор Гавайско-Императорского архипелага.
Камаэуаканалоа построен на морском дне с уклоном около пяти градусов. Его северное основание на склоне Мауна-Лоа находится на 2100 ярдов (1900 м) ниже уровня моря, но его южное основание находится на более существенной глубине 15 600 футов (4755 м) ниже поверхности. Таким образом, вершина находится на 3054 фута (931 м) над морским дном, если измерять от основания его северного склона, но на 12 421 фут (3786 м) выше, если измерять от основания его южного склона. [3] Камаэуаканалоа следует модели развития , которая характерна для всех гавайских вулканов. Геохимические данные из лав Камаэуаканалоа указывают на то, что Камаэуаканалоа находится на переходном этапе между дощитовой и щитовой стадиями вулкана, что дает ценные подсказки о раннем развитии гавайских вулканов. На стадии дощита гавайские вулканы имеют более крутые склоны и более низкий уровень активности, что приводит к образованию щелочной базальтовой лавы. [17] [18] Ожидается, что продолжающийся вулканизм в конечном итоге приведет к образованию острова Камаэуаканалоа. Он часто подвергается оползням ; рост вулкана дестабилизировал его склоны, и обширные области обломков заселяют крутую юго-восточную сторону. Аналогичные отложения других гавайских вулканов указывают на то, что обломки оползней являются важным продуктом раннего развития гавайских вулканов. [5] Прогнозируется, что Камаэуаканалоа поднимется над поверхностью через 10 000–100 000 лет. [1]
Радиометрическое датирование использовалось для определения возраста образцов горных пород из Камаэуаканалоа. Гавайский центр вулканологии проверил образцы, добытые различными экспедициями, в частности экспедицией 1978 года, которая предоставила 17 образцов драгирования. Было обнаружено, что большинство образцов имеют недавнее происхождение; возраст самой старой датированной породы составляет около 300 000 лет. После события 1996 года также было собрано некоторое количество молодой брекчии . На основании образцов ученые оценивают возраст Камаэуаканалоа примерно в 400 000 лет. Порода накапливается со средней скоростью 1 ⁄ 8 дюйма (3,5 мм) в год у основания и 1 ⁄ 4 дюйма (7,8 мм) у вершины. Если модель данных по другим вулканам, таким как Килауэа, верна для Камаэуаканалоа, 40% массы вулкана образовалось в течение последних 100 000 лет. Если предположить линейную скорость роста, то Камаэуаканалоа имеет возраст 250 000 лет. Однако, как и у всех вулканов с горячими точками, уровень активности Камаэуаканалоа со временем увеличивался; следовательно, такому вулкану потребуется не менее 400 000 лет, чтобы достичь массы Камаэуаканалоа. [5] Поскольку гавайские вулканы дрейфуют на северо-запад со скоростью около 4 дюймов (10 см) в год, Камаэуаканалоа находился в 25 милях (40 км) к юго-востоку от своего нынешнего положения во время своего первоначального извержения. [19]
Камаэуаканалоа — молодой и довольно активный вулкан, хотя и менее активный, чем близлежащий Килауэа . За последние несколько десятилетий Камаэуаканалоа приписывалось несколько роев землетрясений , самые крупные из которых приведены в таблице ниже. [20] Сейчас известно, что активность вулкана предшествовала научному учету его активности, который начался в 1959 году. [21] Большинство роев землетрясений в Камаэуаканалоа длились менее двух дней; двумя исключениями являются землетрясение 1990-1991 годов, длившееся несколько месяцев, и событие 1996 года, которое было короче, но гораздо более выраженным. Событие 1996 года было непосредственно зафиксировано донным сейсмометром океана (OBS), что позволило ученым рассчитать глубину землетрясений, которая составила от 4 миль (6 км) до 5 миль (8 км) ниже вершины, что приблизительно соответствует положению чрезвычайно мелкого магматического очага Камаэуаканалоа . [5] Это свидетельствует о том, что сейсмичность Камаэуаканалоа имеет вулканическое происхождение. [14]
Низкоуровневая сейсмическая активность, зафиксированная на Камаэуаканалоа с 1959 года, показала, что от двух до десяти землетрясений в месяц можно проследить до вершины. [21] Данные о роях землетрясений использовались для анализа того, насколько хорошо породы Камаэуаканалоа распространяют сейсмические волны , и для изучения связи между землетрясениями и извержениями. Эта низкоуровневая активность периодически прерывается большими роями землетрясений, каждый рой состоит из сотен землетрясений. Большинство землетрясений не распределены близко к вершине, хотя они следуют тренду с севера на юг. Скорее, большинство землетрясений происходит в юго-западной части Камаэуаканалоа. [5] Самые крупные зарегистрированные рои имели место на Камаэуаканалоа в 1971, 1972, 1975, 1991–92 и 1996 годах. Ближайшая сейсмическая станция находится примерно в 20 милях (30 км) от Камаэуаканалоа, на южном побережье Гавайев. Сейсмические события магнитудой менее 2 регистрируются часто, но их местоположение не может быть определено так же точно, как для более крупных событий. [22] Фактически, HUGO (Гавайская подводная геологическая обсерватория), расположенная на склоне Камаэуаканалоа, обнаружила в десять раз больше землетрясений, чем было зарегистрировано сейсмической сетью Гавайской вулканической обсерватории (HVO). [5]
Наибольшая активность, зарегистрированная для подводной горы Камаэуаканалоа, была серией из 4070 землетрясений между 16 июля и 9 августа 1996 года. [3] Эта серия землетрясений была крупнейшей из зарегистрированных для любого гавайского вулкана на сегодняшний день как по количеству, так и по интенсивности. Большинство землетрясений имели моментную магнитуду менее 3,0. «Несколько сотен» имели магнитуду более 3,0, включая более 40 более 4,0 и 5,0 толчков. [22] [24]
Последние две недели роя землетрясений наблюдались круизом быстрого реагирования, запущенным в августе 1996 года. Национальный научный фонд финансировал экспедицию ученых Гавайского университета под руководством Фредерика Дюннебиера, которая начала исследовать рой и его происхождение в августе 1996 года. Оценка ученых заложила основу для многих последующих экспедиций. [25] Последующие экспедиции в Камаэуаканалоа были проведены, включая серию погружений с экипажем в августе и сентябре. Они были дополнены большим количеством береговых исследований. [24] Свежие камни, собранные во время экспедиции, показали, что извержение произошло до роя землетрясений. [26]
За погружениями в августе последовали исследования, финансируемые NOAA в сентябре и октябре 1996 года. Эти более подробные исследования показали, что южная часть вершины Камаэуаканалоа обрушилась в результате серии землетрясений и быстрого оттока магмы из вулкана. Из обломков образовался кратер диаметром 0,6 мили (1 км) и глубиной 330 ярдов (300 м). Событие включало перемещение 100 миллионов кубических метров вулканического материала . Область от 3,9 до 5,0 квадратных миль (от 10 до 13 км 2 ) вершины была изменена и заселена блоками лавы размером с автобус , ненадежно расположенными вдоль внешнего края недавно образованного кратера. «Впадины Пеле», область на южной стороне, ранее считавшаяся стабильной, полностью обрушилась в гигантскую яму, переименованную в «Яму Пеле». Сильные течения делают погружения под воду в этом регионе опасными. [25]
Исследователи постоянно встречались с облаками сульфида и сульфата . Внезапное разрушение жерл Пеле вызвало большой выброс гидротермального материала. Присутствие определенных индикаторных минералов в смеси предполагало, что температура превышала 250 °C (482 °F), рекорд для подводного вулкана. Состав материалов был похож на состав черных курильщиков , гидротермальных жерловых струй, расположенных вдоль срединно-океанических хребтов . Образцы из насыпей, образованных выбросами из гидротермальных струй, напоминали белых курильщиков . [27]
Исследования показали, что наиболее вулканически и гидротермально активная область находилась вдоль южного рифта. Погружения на менее активном северном крае показали, что рельеф там был более стабильным, и высокие лавовые колонны все еще стояли вертикально. [25] Новое поле гидротермальных источников (Naha Vents) было расположено в верхней южной рифтовой зоне на глубине 1449 ярдов (1325 м). [5] [28]
Камаэуаканалоа оставалась в основном спокойной после события 1996 года; никакой активности не было зафиксировано с 2002 по 2004 год. Подводная гора снова проявила признаки волнения в 2005 году, вызвав землетрясение, более сильное, чем любое из ранее зарегистрированных там. USGS-ANSS ( Расширенная национальная сейсмическая система ) сообщила о двух землетрясениях магнитудой 5,1 и 5,4 13 мая и 17 июля. Оба произошли на глубине 27 миль (44 км). 23 апреля было зафиксировано землетрясение магнитудой 4,3 на глубине примерно 21 мили (33 км). В период с 7 декабря 2005 года по 18 января 2006 года произошел рой из примерно 100 землетрясений, самое крупное из которых имело магнитуду 4 по шкале Момента и глубину от 7 до 17 миль (от 12 до 28 км). Еще одно землетрясение магнитудой 4,7 балла было зафиксировано позднее примерно на полпути между Камаэуаканалоа и Пахалой (на южном побережье острова Гавайи ). [20]
Первое изображение подводной горы Камаэуаканалоа на карте было на Survey Chart 4115, батиметрической визуализации части Гавайев, составленной Береговой и геодезической службой США в 1940 году. В то время подводная гора была ничем не примечательна, будучи одной из многих в регионе. Крупный рой землетрясений впервые привлек к ней внимание в 1952 году. В том же году геолог Гордон А. Макдональд выдвинул гипотезу, что подводная гора на самом деле является активным подводным щитовым вулканом , похожим на два активных гавайских вулкана, Мауна-Лоа и Килауэа . Гипотеза Макдональда поместила подводную гору как новейший вулкан в цепи подводных гор Гавайи-Император , созданной горячей точкой Гавайев . Однако, поскольку землетрясения были ориентированы с востока на запад (направление вулканического разлома ) и не было вулканического дрожания в сейсмометрах, удаленных от подводной горы, Макдональд приписал землетрясение разлому, а не вулканическому извержению . [5]
Геологи подозревали, что подводная гора может быть активным подводным вулканом, но без доказательств эта идея оставалась спекулятивной. Вулкан в значительной степени игнорировался после события 1952 года и часто ошибочно обозначался как «более старая вулканическая структура» на последующих картах. [5] Геологу Кеннету О. Эмери приписывают название подводной горы в 1955 году, описав длинную и узкую форму вулкана как Камаэуаканалоа . [13] [16] В 1978 году экспедиция изучала интенсивную, повторяющуюся сейсмическую активность, известную как рои землетрясений в районе Камаэуаканалоа и вокруг него. Вместо того, чтобы найти старую, потухшую подводную гору, собранные данные показали, что Камаэуаканалоа является молодым, возможно, активным вулканом. Наблюдения показали, что вулкан покрыт молодыми и старыми потоками лавы. Также были обнаружены жидкости, извергающиеся из активных гидротермальных источников. [2]
В 1978 году исследовательское судно Геологической службы США собрало образцы драг и сфотографировало вершину Камаэуаканалоа с целью изучения активности Камаэуаканалоа. Анализ фотографий и тестирование образцов подушечной лавы , по-видимому, показали, что материал был «свежим», что дало больше доказательств того, что Камаэуаканалоа все еще активна. Экспедиция с октября 1980 года по январь 1981 года собрала дополнительные образцы драг и фотографии, предоставив дополнительное подтверждение. [32] Исследования показали, что извержения происходили из южной части рифтового кратера. Эта область находится ближе всего к горячей точке Гавайев, которая снабжает Камаэуаканалоа магмой . [5] После сейсмического события 1986 года на Камаэуаканалоа в течение месяца была развернута сеть из пяти обсерваторий океанического дна (ОБД). Частая сейсмичность Камаэуаканалоа делает его идеальным кандидатом для сейсмического изучения с помощью OBO. [5] В 1987 году подводный аппарат DSV Alvin использовался для обследования Камаэуаканалоа . [33] Еще одна автономная обсерватория была размещена на Камаэуаканалоа в 1991 году для отслеживания роев землетрясений. [5]
Основная часть информации о Камаэуаканалоа получена в результате погружений, совершенных в ответ на извержение 1996 года. Во время погружения, проведенного почти сразу после сообщения о сейсмической активности, видимость была значительно снижена из-за высокой концентрации перемещенных минералов и больших плавающих матов бактерий в воде. Бактерии, питающиеся растворенными питательными веществами, уже начали колонизировать новые гидротермальные источники в Пеле-Пит (образовавшиеся в результате обрушения старых), и могут быть индикаторами видов материала, выброшенного из недавно образованных источников. Они были тщательно отобраны для дальнейшего анализа в лаборатории. [25] OBO ненадолго задержался на вершине, прежде чем удалось установить более постоянный зонд. [34]
Повторное многолучевое батиметрическое картирование использовалось для измерения изменений на вершине после обрушения 1996 года. Исследования гидротермального шлейфа подтвердили изменения в энергии и растворенных минералах, исходящих от Камаэуаканалоа. Гавайская подводная исследовательская лаборатория , 2000-метровый (6562 фута) подводный аппарат Pisces V HURL позволил ученым взять образцы воды из источника, микроорганизмов и гидротермальных минеральных отложений. [7]
С 2006 года Fe-Oxidizing Microbial Observatory (FeMO), финансируемая Национальным научным фондом и Программой микробиологической обсерватории, ежегодно в октябре проводит круизы в Камаэуаканалоа для изучения его микробиологии . Первый круиз на судне R/V Melville и с использованием подводного аппарата JASON2 длился с 22 сентября по 9 октября . Эти круизы изучают большое количество Fe-окисляющих бактерий , которые колонизировали Камаэуаканалоа. Обширная система вентиляционных отверстий Камаэуаканалоа характеризуется высокой концентрацией CO2 и железа , при этом в ней мало сульфида. Эти характеристики создают идеальную среду для размножения железоокисляющих бактерий , называемых FeOB. [31]
В 1997 году ученые из Гавайского университета установили обсерваторию на дне океана на вершине подводной горы Камаэуаканалоа. [20] Подводная обсерватория получила название HUGO (Гавайская подводная геологическая обсерватория). HUGO была связана с берегом, находящимся на расстоянии 34 км (21 миля), с помощью оптоволоконного кабеля . Она была разработана для предоставления ученым в режиме реального времени сейсмических, химических и визуальных данных о состоянии Камаэуаканалоа, которая к тому времени стала международной лабораторией по изучению подводного вулканизма. [25] Кабель, обеспечивавший HUGO электроэнергией и связью, оборвался в апреле 1998 года, фактически отключив ее. Обсерватория была извлечена со дна моря в 2002 году. [35]
Расположение Камаэуаканалоа в середине Тихого океана и его хорошо поддерживаемая гидротермальная система способствуют созданию богатого оазиса для микробной экосистемы . Области обширных гидротермальных источников находятся на дне кратера Камаэуаканалоа и на северном склоне [7] , а также вдоль вершины самого Камаэуаканалоа. Активные гидротермальные источники были впервые обнаружены на Камаэуаканалоа в конце 1980-х годов. Эти источники удивительно похожи на те, что обнаружены на срединно-океанических хребтах , с похожим составом и термическими различиями. Два самых известных поля источников находятся на вершине: Пеле-Пит (официально Пеле-Вентили ) и Капо-Вентили . Они названы в честь гавайского божества Пеле и ее сестры Капо . Эти источники считались «низкотемпературными источниками», поскольку их вода была всего около 30 °C (86 °F). Извержение вулкана 1996 года и образование Пеле-Пит изменили это и инициировали высокотемпературные источники; температура на выходе была измерена на уровне 77 °C (171 °F) в 1996 году. [28]
Источники находятся на глубине от 1100 до 1325 м (от 3609 до 4347 футов) под поверхностью, а их температура колеблется от 10 до более 200 °C (392 °F). [28] [36] Жидкости источников характеризуются высокой концентрацией CO
2(до 17 мМ) и Fe ( железо ), но с низким содержанием сульфида . Низкие уровни кислорода и pH являются важными факторами в поддержании высокого содержания Fe (железа), одной из отличительных особенностей Камаэуаканалоа. Эти характеристики создают идеальную среду для размножения окисляющих железо бактерий, называемых FeOB. [31] Примером этих видов является Mariprofundus ferrooxydans , единственный представитель класса Zetaproteobacteria . [37] Состав материалов был похож на состав черных курильщиков , которые являются средой обитания архей-экстремофилов . Растворение и окисление минерала, наблюдаемое в течение следующих двух лет, предполагает, что сульфат нелегко сохранить. [27]
Разнообразное сообщество микробных матов окружает жерла и фактически покрывает Пеле-Пит. Гавайская подводная исследовательская лаборатория (HURL), исследовательский центр NOAA по Гавайям и Западной части Тихого океана, контролирует и исследует гидротермальные системы и изучает местное сообщество. [ 7] Национальный научный фонд ( NSF ) финансировал экспедицию по отбору проб экстремофилов в Камаэуаканалоа в 1999 году. Микробные маты окружали жерла с температурой 160 °C (320 °F) и включали новый желеобразный организм. Образцы были собраны для изучения в Центре инженерии морских биопродуктов (MarBEC) NSF. [7] В 2001 году Pisces V собрал образцы организмов и вынес их на поверхность для изучения. [25]
Национальный центр подводных исследований NOAA и Центр инженерии морских биопродуктов NSF сотрудничают в целях отбора проб и исследования местных бактерий и архей- экстремофилов . [7] Четвертый круиз FeMO (Fe-Oxidizing Microbial Observatory) состоялся в октябре 2009 года. [38]
Морская жизнь, населяющая воды вокруг Камаэуаканалоа, не так разнообразна, как жизнь на других, менее активных подводных горах . Рыбы, обнаруженные вблизи Камаэуаканалоа, включают морского черта Целебеса ( Sladenia remiger ) и представителей семейства угрей-головорезов, Synaphobranchidae . [39] Беспозвоночные, обнаруженные в этом районе, включают два вида, эндемичных для гидротермальных источников, креветку-брезилию ( Opaepele loihi ) семейства Alvinocarididae (описанную в 1995 году) и трубчатого или погонофорового червя . Погружения, проведенные после землетрясения 1996 года, не смогли обнаружить ни креветку, ни червя, и неизвестно, есть ли долгосрочные последствия для этих видов. [40]
С 1982 по 1992 год исследователи из подводных аппаратов Гавайской лаборатории подводных исследований фотографировали рыбу подводной горы Камаэуаканалоа, атолла Джонстон и подводной горы Кросс на глубине от 40 до 2000 м (от 130 до 6560 футов). [41] [42] Небольшое количество видов, идентифицированных в Камаэуаканалоа, были недавно зарегистрированы в наблюдениях на Гавайях, включая кистевую рыбу-гробовика ( Chaunax fimbriatus ) и морского черта Целебеса. [41]
Единственными двумя видами макрофауны, специфичными для жерла, описанными в Лоихи, были новая креветка-брезилиида, Opaepele loihi (Williams and Dobbs, 1995), и уникальная линия червей-погонофор (R. Vrijenhoek, личное сообщение). Однако погружения после события не обнаружили никаких доказательств ни того, ни другого, и долгосрочное влияние события на эти виды неизвестно.
