Щитовой вулкан — это тип вулкана , названный в честь его низкого профиля, напоминающего лежащий на земле щит . Он образуется в результате извержения высокотекучей (малой вязкости ) лавы , которая распространяется дальше и образует более тонкие потоки, чем более вязкая лава, извергающаяся из стратовулкана . Повторяющиеся извержения приводят к устойчивому накоплению широких пластов лавы, образующих отличительную форму щитового вулкана.
Щитовые вулканы встречаются везде, где жидкая лава с низким содержанием кремнезема достигает поверхности каменистой планеты. Однако они наиболее характерны для вулканизма океанских островов , связанного с горячими точками или с вулканизмом континентальных рифтов . [1] К ним относятся крупнейшие вулканы на земле, такие как массив Таму и Мауна-Лоа . [2] Гигантские щитовые вулканы встречаются и на других планетах Солнечной системы , включая гору Олимп на Марсе [3] и гору Сапас на Венере . [4]
Термин «щитовой вулкан» взят из немецкого термина Schildvulkan , придуманного австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1888 году и переведенного на английский язык к 1910 году. [5] [6]
Щитовые вулканы отличаются от трех других основных типов вулканов — стратовулканов , лавовых куполов и шлаковых конусов — своей структурной формой, являющейся следствием их особого магматического состава. Из этих четырех форм щитовые вулканы извергают наименее вязкую лаву. В то время как стратовулканы и купола лавы являются продуктом высоковязких потоков, а шлаковые конусы построены из взрывоопасной изверженной тефры , щитовые вулканы являются продуктом нежных извержений высокотекучей лавы, которые со временем образуют широкий, пологий одноименный «щит». ". [7] [8] Хотя этот термин обычно применяется к базальтовым щитам, он также иногда применяется к более редким щитковидным вулканам различного магматического состава - в основном пирокластическим щитам , образовавшимся в результате накопления фрагментарного материала в результате особенно мощных эксплозивных извержений, и более редкие кислые лавовые щиты, образованные необычно жидкой кислой магмой. Примеры пирокластических щитов включают вулкан Билли Митчелл в Папуа-Новой Гвинее и комплекс Пурико в Чили ; [9] [10] Примером кислого щита является хребет Ильгачуз в Британской Колумбии , Канада. [11] Щитовые вулканы по своему происхождению схожи с обширными лавовыми плато и паводковыми базальтами , присутствующими в различных частях мира. Это извержения, которые возникают вдоль линейных трещинных жерл и отличаются от щитовых вулканов отсутствием идентифицируемого первичного центра извержения. [7]
Действующие щитовые вулканы испытывают почти непрерывную изверженную активность в течение чрезвычайно длительных периодов времени, что приводит к постепенному наращиванию построек, которые могут достигать чрезвычайно больших размеров. [8] За исключением паводковых базальтов, зрелые щиты являются крупнейшими вулканическими образованиями на Земле. [12] Вершина крупнейшего субаэрального вулкана в мире, Мауна-Лоа , находится на высоте 4169 м (13 678 футов) над уровнем моря , а вулкан шириной более 60 миль (100 км) у его подножия, по оценкам, содержит около 80 000 км 3 (19 000 куб. миль) базальта. [13] [8] Масса вулкана настолько велика, что кора под ним опустилась еще на 8 км (5 миль). [14] Учитывая это опускание и высоту вулкана над морским дном , «истинная» высота Мауна-Лоа с начала его истории извержений составляет около 17 170 м (56 000 футов). [15] Гора Эверест , для сравнения, имеет высоту 8848 м (29029 футов). [16] В сентябре 2013 года группа под руководством Уильяма Сагера из Хьюстонского университета объявила об открытии массива Таму , огромного потухшего подводного щитового вулкана ранее неизвестного происхождения, размеры которого примерно 450 на 650 км (280 на 400 миль) в площади, затмевает все ранее известные вулканы на планете. Однако размеры вулкана не подтверждены. [17]
Щитовые вулканы имеют пологий (обычно от 2° до 3°) склон, который постепенно становится круче с высотой (достигая примерно 10°), а затем уплощается возле вершины, образуя в целом выпуклую вверх форму. По высоте они обычно составляют около одной двадцатой ширины. [8] Хотя общая форма «типичного» щитового вулкана мало различается по всему миру, существуют региональные различия в их размерах и морфологических характеристиках. Типичные щитовые вулканы, обнаруженные в Калифорнии и Орегоне, имеют диаметр от 3 до 4 миль (5–6 км) и высоту от 1500 до 2000 футов (от 500 до 600 м), [7] в то время как щитовые вулканы в вулканическом поле Мичоакан-Гуанахуато в центральной Мексике. в среднем 340 м (1100 футов) в высоту и 4100 м (13 500 футов) в ширину, со средним углом наклона 9,4° и средним объемом 1,7 км 3 (0,4 кубических миль). [18]
Рифтовые зоны - распространенная особенность щитовых вулканов, которая редко встречается у вулканов других типов. Большую, децентрализованную форму гавайских вулканов по сравнению с их меньшими, симметричными исландскими собратьями [8] можно объяснить рифтовыми извержениями. Вентиляция трещин распространена на Гавайях; большинство извержений на Гавайях начинаются с так называемой «огненной стены» вдоль главной линии трещины, а затем концентрируются в небольшом количестве точек. Это объясняет их асимметричную форму, тогда как исландские вулканы следуют схеме центральных извержений, в которых преобладают вершинные кальдеры , в результате чего лава распределяется более равномерно или симметрично. [13] [8] [19] [20]
Большая часть того, что в настоящее время известно о характере извержений щитовых вулканов, была почерпнута из исследований, проведенных на вулканах острова Гавайи , которые, безусловно, наиболее интенсивно изучаются из всех щитов из-за их научной доступности; [21] Остров дал свое название медленным, эффузивным извержениям, типичным для щитового вулканизма, известным как Гавайские извержения . [22] Эти извержения, наименее взрывоопасные из вулканических событий, характеризуются эффузивным выбросом высокожидкой базальтовой лавы с низким содержанием газов . Эти лавы перед затвердеванием проходят гораздо большее расстояние, чем лавы других типов извержений, образуя чрезвычайно широкие, но относительно тонкие магматические пласты, часто толщиной менее 1 м (3 фута). [13] [8] [19] Небольшие объемы такой лавы, наслоенной в течение длительных периодов времени, — это то, что медленно создает характерно низкий, широкий профиль зрелого щитового вулкана. [13]
Кроме того, в отличие от других типов извержений, извержения на Гавайях часто происходят в децентрализованных трещинных жерлах , начиная с больших «огненных завес», которые быстро затухают и концентрируются в определенных местах рифтовых зон вулкана. Между тем извержения центральных жерл часто принимают форму крупных фонтанов лавы (как непрерывных, так и спорадических), высота которых может достигать сотен метров и более. Частицы лавовых фонтанов обычно охлаждаются на воздухе, прежде чем упасть на землю, что приводит к скоплению фрагментов зольного шлака ; однако, когда воздух особенно насыщен пирокластами , они не могут достаточно быстро остыть из-за окружающего тепла и падают на землю еще горячими, накапливаясь в конусах брызг . Если скорость извержений достаточно высока, они могут даже образовывать потоки лавы, питаемые брызгами. Гавайские извержения часто бывают чрезвычайно продолжительными; Пуу Оо , шлаковый конус Килауэа , извергался непрерывно с 3 января 1983 года по апрель 2018 года .
Потоки извержений на Гавайях можно разделить на два типа по их структурным характеристикам: лава пахоехо , которая относительно гладкая и течет с вязкой текстурой, и потоки аа , которые более плотные, более вязкие (и, следовательно, медленнее движутся) и более глыбистые. Эти потоки лавы могут иметь толщину от 2 до 20 м (от 10 до 70 футов). Потоки лавы «А» движутся за счет давления — частично затвердевший фронт потока становится круче из-за массы текущей лавы позади него, пока не отрывается, после чего общая масса позади него движется вперед. Хотя верхняя часть потока быстро остывает, расплавленная нижняя часть потока буферизуется затвердевающей породой над ней, и благодаря этому механизму потоки аа могут поддерживать движение в течение длительных периодов времени. Потоки Пахохо, напротив, движутся более традиционными слоями или за счет продвижения лавовых «пальцев ног» по извивающимся лавовым колоннам. Увеличение вязкости лавы или сдвиговое напряжение со стороны местной топографии могут превратить поток пахохехо в поток «а», но обратного никогда не происходит. [23]
Хотя большинство щитовых вулканов почти полностью имеют гавайское и базальтовое происхождение, они редко бывают исключительно таковыми. Некоторые вулканы, такие как гора Врангель на Аляске и Кофре-де-Пероте в Мексике, демонстрируют достаточно большие колебания своих исторических магматических характеристик извержений, чтобы поставить под сомнение строгую категорическую принадлежность; одно геологическое исследование де Пероте зашло так далеко, что вместо этого предложило термин «сложный щитоподобный вулкан». [24] Большинство зрелых щитовых вулканов имеют на своих склонах множественные шлаковые конусы, что является результатом выбросов тефры, обычных во время непрекращающейся активности, и маркеров нынешних и бывших активных участков вулкана. [12] [19] Примером этих паразитических конусов является Пуу Оо на Килауэа [20] — непрерывная деятельность, продолжающаяся с 1983 года, привела к образованию конуса высотой 2290 футов (698 м) на месте одного из самых продолжительных разломов. извержения в известной истории. [25]
Гавайские щитовые вулканы не расположены вблизи границ каких-либо плит ; Вулканическая активность этой островной цепи распространяется за счет движения океанической плиты над подъемом магмы, известным как горячая точка . На протяжении миллионов лет тектонические движения, которые перемещают континенты, также создают длинные вулканические следы на морском дне. Гавайские и Галапагосские щиты, а также подобные им щиты горячих точек построены из базальта океанических островов. Их лавы характеризуются высоким содержанием натрия , калия и алюминия . [26]
Характерные черты щитового вулканизма включают лавовые трубки . [27] Лавовые трубки представляют собой пещероподобные вулканические выступы, образовавшиеся в результате затвердевания накладывающей лавы. Эти структуры способствуют дальнейшему распространению лавы, поскольку стенки трубы изолируют лаву внутри. [28] Лавовые трубки могут составлять большую часть активности щитового вулкана; например, примерно 58% лавы, образующей Килауэа, поступает из лавовых трубок. [27]
При некоторых извержениях щитовых вулканов базальтовая лава изливается из длинной трещины, а не из центрального жерла, и окутывает сельскую местность длинной полосой вулканического материала в форме широкого плато . Плато этого типа существуют в Исландии, Вашингтоне, Орегоне и Айдахо; самые известные из них расположены вдоль реки Снейк в Айдахо и реки Колумбия в Вашингтоне и Орегоне, где, по измерениям, их толщина превышает 1 милю (2 км). [13]
Кальдеры – обычное явление для щитовых вулканов. Они формируются и реформируются в течение жизни вулкана. Длительные периоды извержений образуют шлаковые конусы, которые затем со временем разрушаются, образуя кальдеры. Кальдеры часто заполняются прогрессирующими извержениями или образуются где-то еще, и этот цикл разрушения и регенерации происходит на протяжении всей жизни вулкана. [12]
Взаимодействие между водой и лавой в щитовых вулканах может привести к тому, что некоторые извержения станут гидровулканическими . Эти эксплозивные извержения резко отличаются от обычной щитовой вулканической активности [12] и особенно распространены у водных вулканов Гавайских островов . [19]
Щитовые вулканы встречаются по всему миру. Они могут образовываться над горячими точками (точками, где магма поднимается из-под поверхности), такими как Гавайско-Императорская цепь подводных гор и Галапагосские острова , или над более традиционными рифтовыми зонами, такими как исландские щиты и щитовые вулканы Восточной Африки. Хотя щитовые вулканы обычно не связаны с субдукцией , они могут возникать в зонах субдукции. Многие примеры можно найти в Калифорнии и Орегоне, в том числе Проспект-Пик в вулканическом национальном парке Лассен , а также Пеликан-Бьютт и кратер Белкнап в Орегоне. Многие щитовые вулканы находятся в океанских бассейнах , например, в массиве Таму, крупнейшем в мире, хотя их можно найти и внутри страны — одним из примеров является Восточная Африка. [29]
Самая большая и известная цепь щитовых вулканов в мире - это цепь подводных гор Гавайско-Императорская, цепь горячих вулканов в Тихом океане. Вулканы следуют четкой эволюционной схеме роста и смерти. [30] Цепь содержит по меньшей мере 43 крупных вулкана, а возраст подводной горы Мэйдзи на ее конце возле Курило-Камчатского желоба составляет 85 миллионов лет. [31]
Самая молодая часть цепи — Гавайи, где вулканы характеризуются частыми рифтовыми извержениями, большими размерами (объем тыс. км 3 ) и грубой децентрализованной формой. Рифтовые зоны являются характерной особенностью этих вулканов и объясняют их, казалось бы, случайную вулканическую структуру. [8] Они подпитываются движением Тихоокеанской плиты над горячей точкой Гавайских островов и образуют длинную цепь вулканов, атоллов и подводных гор длиной 2600 км (1616 миль) с общим объемом более 750 000 км 3 (179 935 кубических миль). . [32]
Цепь включает Мауна-Лоа, щитовой вулкан, который возвышается на высоте 4170 м (13 680 футов) над уровнем моря и достигает еще 13 км (8 миль) ниже ватерлинии и земной коры, что составляет примерно 80 000 км 3 (19 000 кубических миль) горных пород. [27] Килауэа , еще один гавайский щитовой вулкан, является одним из самых активных вулканов на Земле, последнее извержение которого произошло в 2021 году. [13]
Галапагосские острова представляют собой изолированную группу вулканов, состоящую из щитовых вулканов и лавовых плато, примерно в 1100 км (680 миль) к западу от Эквадора. Их движущей силой является горячая точка Галапагосских островов , и их возраст составляет от примерно 4,2 миллиона до 700 000 лет. [26] Самый большой остров, Исабела , состоит из шести сросшихся щитовых вулканов, каждый из которых очерчен большой кальдерой на вершине. Эспаньола , самый старый остров, и Фернандина , самый молодой, также являются щитовыми вулканами, как и большинство других островов в цепи. [33] [34] [35] Галапагосские острова расположены на большом лавовом плато, известном как Галапагосская платформа. Эта платформа создает мелководье глубиной от 360 до 900 м (от 1181 до 2953 футов) у подножия островов, диаметр которых составляет 174 мили (280 км). [36] С момента визита Чарльза Дарвина на острова в 1835 году во время второго путешествия HMS Beagle , на островах было зарегистрировано более 60 извержений шести различных щитовых вулканов. [33] [35] Из 21 возникающего вулкана 13 считаются активными. [26]
Серро-Асуль — щитовой вулкан в юго-западной части острова Исабела, один из самых активных на Галапагосских островах, последнее извержение которого произошло в период с мая по июнь 2008 года. В Институте геофизики Национальной политехнической школы в Кито работает международная группа сейсмологов . и вулканологи [37] , в чьи обязанности входит наблюдение за многочисленными действующими вулканами Эквадора в Андском вулканическом поясе и на Галапагосских островах. Ла-Кумбре — действующий щитовой вулкан на острове Фернандина, извергающийся с 11 апреля 2009 года. [38]
Галапагосские острова геологически молоды для такой большой цепи, и структура их рифтовых зон соответствует одному из двух направлений: с севера на северо-запад и с востока на запад. Состав лав Галапагосских щитов поразительно похож на состав лав гавайских вулканов. Любопытно, что они не образуют ту же вулканическую «линию», которая характерна для большинства горячих точек. Они не одиноки в этом отношении; Цепь подводных гор Кобб-Эйкельберг в северной части Тихого океана является еще одним примером такой очерченной цепи. Кроме того, между вулканами нет четкой закономерности возраста, что позволяет предположить сложную и нерегулярную модель образования. Как образовались острова, остается геологической загадкой, хотя было предложено несколько теорий. [39]
Расположенная над Срединно-Атлантическим хребтом , границей тектонических плит посреди Атлантического океана, Исландия является местом расположения около 130 вулканов различных типов. [20] Исландские щитовые вулканы, как правило, относятся к голоценовому возрасту, от 5000 до 10 000 лет. Распространение вулканов также очень узкое: они располагаются двумя полосами в Западной и Северной вулканических зонах. Подобно гавайским вулканам, их формирование первоначально начинается с нескольких центров извержений, а затем централизуется и концентрируется в одной точке. Затем формируется главный щит, похоронив вместе с лавой меньшие, образовавшиеся в результате ранних извержений. [36]
Исландские щиты в основном небольшие (~ 15 км 3 (4 кубических миль)), симметричные (хотя на это может влиять топография поверхности) и характеризуются извержениями вершинных кальдер. [36] Они состоят либо из толеитового оливина , либо из пикритового базальта . Толеитовые щиты обычно шире и мельче пикритовых. [40] Они не следуют модели роста и разрушения кальдеры, как это делают другие щитовые вулканы; могут образовываться кальдеры, но они, как правило, не исчезают. [8] [36]
Горы Бингёль — один из щитовых вулканов Турции .
В Восточной Африке вулканическая активность вызвана развитием Восточно-Африканского рифта и близлежащих горячих точек. Некоторые вулканы взаимодействуют с обоими. Щитовые вулканы встречаются вблизи рифта и у берегов Африки, хотя чаще встречаются стратовулканы. Тот факт, что все его вулканы имеют голоценовый возраст, хотя и малоизучен, отражает молодость вулканического центра. Одной из интересных особенностей восточноафриканского вулканизма является склонность к образованию лавовых озер ; эти полупостоянные лавовые тела, крайне редкие в других местах, образуются примерно в 9% извержений в Африке. [41]
Самый активный щитовой вулкан Африки — Ньямурагира . Извержения щитового вулкана обычно сосредоточены в пределах большой вершинной кальдеры или на многочисленных трещинах и шлаковых конусах на склонах вулкана. Потоки лавы последнего столетия простираются по склонам более чем на 30 км (19 миль) от вершины, достигая озера Киву . Эрта Але в Эфиопии — еще один действующий щитовой вулкан и одно из немногих мест в мире с постоянным лавовым озером, которое активно как минимум с 1967 года, а возможно, и с 1906 года. [41] Другие вулканические центры включают Мененгай , массивный щит. кальдера, [42] и гора Марсабит в Кении.
Щитовые вулканы не ограничиваются Землей; они были найдены на Марсе , Венере и спутнике Юпитера Ио . [43]
Щитовые вулканы Марса очень похожи на щитовые вулканы на Земле. На обеих планетах они имеют пологие склоны, обрушиваются кратеры вдоль центральной структуры и построены из высокотекучей лавы. Вулканические особенности Марса наблюдались задолго до того, как они были впервые подробно изучены во время миссии «Викинг» 1976–1979 годов . Основное различие между вулканами Марса и вулканами на Земле заключается в размерах; Марсианские вулканы имеют размеры до 14 миль (23 км) в высоту и 370 миль (595 км) в диаметре, что намного больше, чем гавайские щиты высотой 6 миль (10 км) и шириной 74 мили (119 км). [44] [45] [46] Самая высокая из них, гора Олимп , является самой высокой известной горой на любой планете Солнечной системы.
На Венере находится более 150 щитовых вулканов , которые намного более плоские и имеют большую площадь поверхности, чем земные, некоторые из них имеют диаметр более 700 км (430 миль). [47] Хотя большинство из них давно вымерли, на основании наблюдений космического корабля «Венера-Экспресс» было высказано предположение , что многие из них все еще могут быть активными. [48]
СМИ, связанные с вулканами Щит, на Викискладе?
