Пятнадцать вулканов, составляющих восемь основных островов Гавайев , являются самыми молодыми в цепи из более чем 129 вулканов, простирающихся на 5800 километров (3600 миль) через северную часть Тихого океана , называемой цепью подводных гор Гавайско-Императорская . [1] Гавайские вулканы поднимаются в среднем на 4600 метров (15 000 футов) и достигают уровня моря от своего основания. [2] Самый большой из них, Мауна-Лоа , имеет высоту 4169 метров (13678 футов). [2] Как щитовые вулканы , они построены из скопившихся потоков лавы, вырастая на несколько метров или футов за раз, образуя широкую и пологую форму. [2]
Гавайские острова подвергаются систематическому подводному и субаэральному росту, за которым следует эрозия. Стадия развития острова отражает его удаленность от горячей точки Гавайских островов .
Цепь подводных гор Гавайско-Императорская примечательна своей длиной и количеством вулканов. Цепь разделена на два подраздела через разлом, отделяющий старую цепь Императорских подводных гор от более молодого Гавайского хребта; V-образный изгиб цепи хорошо заметен на картах. [1] К юго-востоку вулканы становятся все моложе; возраст самого старого датированного вулкана, расположенного на северной оконечности, составляет 81 миллион лет. Разрыв между двумя субцепями составляет 43 миллиона лет; Для сравнения, возраст самого старого из главных островов, Кауаи , немногим более 5 миллионов лет. [1]
«Конвейер», формирующий вулканы, приводится в движение горячей точкой — шлейфом магмы глубоко под землей, производящим лаву на поверхности. По мере того как Тихоокеанская плита движется в направлении запад-северо-запад, каждый вулкан движется вместе с ней от места своего зарождения над горячей точкой. Возраст и расположение вулканов отражают направление, скорость движения и ориентацию Тихоокеанской плиты . Выраженный разрыв возрастом 43 миллиона лет, отделяющий Гавайский хребет от Императорской цепи, знаменует резкое изменение направления движения плит. [1]
Первоначальные извержения вулканов на большей глубине характеризуются подушечной лавой , названной так из-за их формы, тогда как извержения на мелководье, как правило, состоят в основном из вулканического пепла . Как только вулкан становится достаточно высоким, чтобы устранить помехи со стороны воды, его потоки лавы становятся потоками вязкой пахохехо и глыбовой лавы Аа . [1]
Наше нынешнее понимание процесса эволюции берет свое начало в первой половине 20-го века. Пониманию этого процесса способствовали частые наблюдения за извержениями вулканов, изучение контрастирующих типов горных пород и рекогносцировочное картографирование. В последнее время нашему пониманию помогли геофизические исследования, исследования с помощью подводных погружений, появление радиоактивного датирования, достижения в петрологии и геохимии, расширенное наблюдение и мониторинг, а также детальные геологические исследования. [3] Соотношение магния и кремнезема в лаве является признаком того, на какой стадии находится вулкан, поскольку со временем лава вулкана переходит от щелочной к толеитовой лаве, а затем обратно к щелочной. [3]
Хотя вулканизм и эрозия являются основными факторами роста и денудации вулкана, здесь также задействованы и другие факторы. Известно, что происходят просадки. Изменения уровня моря, произошедшие в основном в плейстоцене , вызвали радикальные изменения; Примером может служить распад Мауи Нуи , первоначально острова с семью вулканами, который в результате опускания превратился в пять островов. Обильные осадки из-за воздействия пассата влияют на серьезность эрозии многих крупных вулканов. Обрушения береговой линии, примечательная часть истории многих гавайских вулканов, часто имеют разрушительные последствия и разрушают большую часть вулканов. [3]
Когда вулкан создается вблизи горячей точки на Гавайях, он начинает свой рост на стадии подводного предщита, характеризующейся редкими, обычно небольшими по объему извержениями. Вулкан имеет крутые склоны, обычно имеет четко выраженную кальдеру и две или более рифтовых зон , расходящихся от вершины. Тип лавы, извергающейся на этом этапе активности, — щелочной базальт . [4] Из-за сил растяжения часто наблюдается развитие двух и более рифтовых зон . Лава скапливается в неглубоком резервуаре для хранения магмы. [5]
Поскольку извержения вулкана происходят под водой, обычно извергающаяся лава представляет собой подушечную лаву . Подушка лавы представляет собой округлые шарики лавы, которым было дано очень мало времени для остывания из-за непосредственного воздействия воды. Давление воды предотвращает взрыв лавы при контакте с холодной океанской водой, заставляя ее кипеть и быстро затвердевать. Считается, что этот этап длится около 200 000 лет, но лавы, извергающиеся на этом этапе, составляют лишь небольшую часть окончательного объема вулкана. [1] С течением времени извержения становятся сильнее и чаще.
Единственным примером гавайского вулкана на этом этапе является подводная гора Камаэуаканалоа (ранее Лоихи), которая, как полагают, переходит из стадии подводного предщита в подводную фазу стадии щита. У всех старых вулканов лава предщитовой стадии была погребена более молодой лавой, поэтому все, что известно об этой стадии, получено из исследований, проведенных на подводной горе Камаэуаканалоа . [1]
Щитовая стадия вулкана подразделяется на три фазы: подводную, эксплозивную и субаэральную. На этой стадии роста вулкан накапливает около 95 процентов своей массы и принимает форму «щита», в честь которой названы щитовые вулканы . Это также этап, на котором частота извержений вулкана достигает своего пика. [4]
По мере участившихся извержений в конце предщитовой стадии состав лавы, извергающейся из Гавайского вулкана, меняется от щелочного базальта к толеитовому базальту и вулкан переходит в подводную фазу щитовой стадии. На этом этапе вулкан продолжает извергать подушечную лаву. Кальдеры формируются, заполняются и реформируются на вершине вулкана, а рифтовые зоны остаются заметными. Вулкан поднимается до уровня моря. Подводная фаза заканчивается, когда вулкан погружается лишь ненадолго. [4]
Единственным примером вулкана на этой стадии является подводная гора Камаэуаканалоа, которая сейчас переходит в эту фазу из предщитовой стадии.
Эта вулканическая фаза, названная так в честь происходящих взрывных реакций с лавой, начинается, когда вулкан только выходит на поверхность. Давление и мгновенное охлаждение под водой прекращаются, заменяясь контактом с воздухом. Лава и морская вода периодически контактируют, в результате чего образуется много пара. [1] Изменение окружающей среды также приводит к изменению типа лавы, и лава на этом этапе в основном фрагментируется в вулканический пепел. Эти взрывные извержения продолжаются с перерывами в течение нескольких сотен тысяч лет. [1] Кальдеры постоянно развиваются и заполняются, а рифтовые зоны остаются заметными. Фаза заканчивается, когда вулкан достигает достаточной массы и высоты (около 1000 метров (3000 футов) над уровнем моря), чтобы взаимодействие между морской водой и извергающейся лавой исчезло. [1]
Как только вулкан набирает достаточную массу и высоту, чтобы прекратить частый контакт с водой, начинается субаэральная подстадия. На этом этапе активности эксплозивные извержения становятся значительно реже, а характер извержений становится гораздо мягче. Потоки лавы представляют собой комбинацию пахоехо и аа. [1] Именно на этом этапе формируется низкопрофильная « щитовидная » форма гавайских вулканов, названная в честь формы щита воина. [4] Пик скорости и частоты извержений, и около 95% возможного объема вулкана формируется в течение периода примерно 500 000 лет. [1]
Лава извергалась на этом этапе в виде потоков пахохехо или аа. На этом субаэральном этапе склоны растущих вулканов нестабильны, и в результате могут возникать крупные оползни . Вокруг крупных Гавайских островов произошло по меньшей мере 17 крупных оползней. Этот этап, пожалуй, наиболее хорошо изучен, поскольку все извержения, произошедшие в 20 веке на острове Гавайи, были вызваны вулканами на этом этапе. [4]
Вулканы Мауна-Лоа и Килауэа находятся в этой фазе активности.
Когда вулкан достигает конца стадии щита, он претерпевает еще одну серию изменений, вступая в стадию после щита. Тип извергаемой лавы меняется с толеитового базальта обратно на щелочной базальт, а извержения становятся немного более взрывными. [4]
Извержения на постщитовой стадии покрывают вулкан панцирем из лавы с низким содержанием кремнезема и высоким содержанием щелочи, что является противоположностью предшествующей стадии. Однако некоторые гавайские вулканы расходятся с этим мнением. Лава извергается, когда коренастая, пастообразная аа течет вместе с большим количеством шлака . [1] Развитие кальдеры прекращается, а рифтовые зоны становятся менее активными. Новые потоки лавы увеличивают крутизну склона, поскольку аа никогда не достигает подножия вулкана. Эти лавы обычно заполняют и переполняют кальдеру . [1] Скорость извержения постепенно снижается в течение периода около 250 000 лет, в конечном итоге полностью прекращаясь, поскольку вулкан переходит в спячку . [1]
На этой стадии активности находятся вулканы Мауна-Кеа , Хуалалай и Халеакала .
После того, как вулкан затихает, силы эрозии берут под свой контроль гору. Вулкан погружается в океаническую кору из-за своего огромного веса и теряет высоту. Между тем, дождь также разрушает вулкан, создавая глубокие врезанные долины. Вдоль береговой линии растут коралловые рифы . Вулкан становится скелетом самого себя. [4]
Вулканы Кохала , Махукона , Ланаи и Вайанаэ являются примерами вулканов на этой стадии развития.
После длительного периода покоя и эрозии поверхности вулкан может снова активизироваться, вступая в заключительную стадию активности, называемую стадией омоложения. На этом этапе вулкан извергает небольшие объемы лавы очень редко. Эти извержения часто растягиваются на несколько миллионов лет. [1] Состав лав, извергающихся на этом этапе, обычно щелочной. Эта стадия обычно возникает между 0,6 и 2 миллионами лет после того, как она вступила в цикл выветривания. [6]
Вулканы Хребет Коолау , Западный Мауи и Кахоолаве являются примерами вулканов на этой стадии развития. Однако обратите внимание, что, поскольку на этой стадии извержения происходят очень редко (происходят с интервалом в тысячи или даже десятки тысяч лет), эрозия по-прежнему остается основным фактором, контролирующим развитие вулкана. После этой стадии вулкан угасает и больше никогда не извергается.
В конце концов, эрозия и опускание вулкана опускают его до уровня моря. В этот момент вулкан становится атоллом с кольцом коралловых и песчаных островов, окружающих лагуну . На этой стадии находятся все Гавайские острова к западу от вершин Гарднер на северо-западе Гавайских островов .
Атоллы являются продуктом роста тропических морских организмов , поэтому этот тип островов встречается только в теплых тропических водах . В конце концов, Тихоокеанская плита уносит вулканический атолл в воды, слишком холодные для того, чтобы эти морские организмы могли поддерживать коралловый риф за счет роста. [1] Вулканические острова, расположенные за пределами температур теплой воды, необходимой для рифообразующих организмов, становятся подводными горами по мере их опускания и эрозии на поверхности. Говорят, что остров, расположенный там, где температура океанской воды достаточно теплая для того, чтобы рост рифов не отставал от скорости опускания, находится в точке Дарвина . [4] Острова в более северных широтах развиваются в сторону подводных гор или гайотов; острова ближе к экватору эволюционируют в сторону атоллов (см. Атолл Куре ).
После того, как риф умирает, вулкан опускается или разрушается ниже уровня моря и становится подводной горой, покрытой кораллами. Эти плосковершинные подводные горы называются гайотами . Большинство, если не все, вулканов к западу от атолла Куре, а также большинство, если не все, вулканов в цепи Императорских подводных гор являются гайотами или подводными горами . [4]
Не все гавайские вулканы проходят все эти стадии активности. Примером может служить хребет Коолау на острове Оаху , который в доисторические времена был опустошен катастрофическим оползнем , никогда не проходил стадию после щита и впал в спячку в течение сотен тысяч лет после стадии щита, прежде чем вернуться к жизни. Некоторые вулканы никогда не поднимались над уровнем моря; нет никаких доказательств того, что Западный Молокаи прошел стадию обновления, в то время как его более молодые соседи, Восточный Молокаи и Западный Мауи , очевидно, сделали это. На данный момент неизвестно, на какой стадии развития находится затопленный вулкан Пингвин-Бэнк . [4]
Исследования последних лет на других подводных горах, например на подводной горе Джаспер , подтвердили, что гавайская модель применима и к другим подводным горам. [7]