Горячая точка Анахим — это предполагаемая горячая точка в центральной части Британской Колумбии , Канада. Он был предложен в качестве потенциального источника вулканизма в вулканическом поясе Анахим , цепи вулканов и других магматических образований длиной 300 километров (190 миль) , подвергшихся эрозии. Эта цепочка простирается от поселка Белла-Белла на западе до небольшого города Кенель на востоке. В то время как большинство вулканов созданы геологической деятельностью на границах тектонических плит , горячая точка Анахим расположена в сотнях километров от ближайшей границы плиты.
Горячая точка была впервые предложена в 1970-х годах тремя учёными, которые использовали классическую теорию горячей точки Джона Тузо Уилсона . Эта теория предполагает, что единый фиксированный мантийный шлейф образует вулканы, которые затем, отрезанные от своего источника движением Северо-Американской 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 могла питаться мантийным плюмом из верхней мантии , а не глубинным плюмом, предложенным Вильсоном. Томографическая визуализация с тех пор выявила низкоскоростную аномалию, указывающую на восходящий шлейф, глубиной примерно 400 километров (250 миль) . Однако это измерение может быть заниженным, поскольку аномалия может возникнуть глубже внутри Земли.
Вулканизм, произошедший еще 14,5 миллионов лет назад, был связан с горячей точкой Анахим, причем последнее извержение произошло за последние 8000 лет. В результате этой вулканической активности образовались породы, состав которых имеет бимодальное распределение. В то время как эти породы отлагались, горячая точка совпадала с периодами растяжения и поднятия земной коры . Деятельность в наше время ограничивается землетрясениями и выбросами вулканического газа .
Тектонические плиты обычно концентрируют деформации и вулканизм на границах плит. Однако горячая точка Анахим находится примерно в 500 километрах (310 милях) от ближайшей границы плиты. Изучая вулканический пояс Анахим в 1979 году, канадские геологи Мэри Бевьер, Ричард Армстронг и Джек Саутер использовали теорию горячих точек, чтобы объяснить эту зону вулканизма, столь далекую от обычных условий. Теория была впервые изобретена 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, продолжительные и исключительно горячие области магмы; эти тепловые центры создают термически активные мантийные плюмы, которые, в свою очередь, поддерживают длительную вулканическую активность. Этот внутриплитный вулканизм образует пики, возвышающиеся над окружающим ландшафтом. Тектоника плит заставляет местную тектоническую плиту (в случае горячей точки Анахим - Северо-Американскую плиту) медленно скользить по горячей точке, увлекая за собой вулканы, не затрагивая шлейф. На протяжении сотен тысяч лет поступление магмы в вулкан постепенно прекращается и в конечном итоге вымирает. Вулкан, уже не достаточно активный, чтобы подавить эрозию, медленно разрушается. По мере продолжения цикла появляется новый вулканический центр и вновь возникает вулканический пик. Процесс продолжается до тех пор, пока не рухнет сам мантийный плюм. [2]
Этот цикл роста и покоя объединяет вулканы на протяжении миллионов лет, оставляя след из вулканических гор и вторжений , простирающийся от прибрежной части Британской Колумбии через Прибрежные горы до Внутреннего плато . [3] Согласно теории Вильсона, вулканы Анахим должны становиться все старше и подвергаться все большей эрозии по мере удаления от горячей точки, и это легко наблюдать; самой старой скале на побережье Британской Колумбии, той, что принадлежит ройу дамб в Проходе Гейла , около 14,5 миллионов лет, и она глубоко подверглась эрозии, в то время как скала в Назко-Конусе , нынешнем центре горячей точки, является сравнительно молодой, возрастом 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 конуса Назко, 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 мелкой границе раздела в нижней мантии между верхним конвективным слоем и нижним неконвективным слоем, либо на более глубокой D ″ («D double-prime»). слой толщиной примерно 200 километров (120 миль) и находится непосредственно над границей ядра и мантии . Мантийный шлейф возникнет на границе раздела, 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 в виде неустойчивости Рэлея-Тейлора . [5] Когда мантийный плюм достигает основания литосферы , он нагревает ее и производит расплав. Затем эта магма пробивается на поверхность, где извергается в виде лавы . [6]
Аргументы в пользу правильности теории горячих точек обычно основываются на устойчивом возрастании вулканов Анахим и близлежащих объектов: аналогичная пространственно-временная тенденция к молодости на восток существует для трассы горячей точки Йеллоустона в 1400 километрах (870 миль) к юго-востоку. Наличие двух треков горячих точек на одном континенте и их общее согласие друг с другом предоставляют уникальный инструмент для оценки и проверки движения Северной Америки. [7]
Другая гипотеза состоит в том, что горячая точка Анахим питается мини-плюмом. [8] Корни этих мантийных плюмов находятся в верхней мантии, но позже они могут возникнуть из нижней мантии. [9] Аргументы в пользу миниплюма Анахим основаны на существовании двух небольших групп даек на западном (следовательно, самом старом) конце вулканического пояса Анахим. Это предположение, в свою очередь, основано на представлении о том, что гигантские рои даек отмечают появление глубоко расположенных мантийных плюмов. [8]
В 1977 году Джек Саутер провел синтез вулканизма в Канадских Кордильерах и очертил несколько неоген - четвертичных вулканических поясов на всей территории Британской Колумбии. Одним из них был линейный вулканический пояс Анахим, который включал вулканическое поле Уэллс Грей-Клируотер на восточном конце. [10] Однако его происхождение еще не было понято. [11] В 1979 году две вулкано-тектонические модели были предложены Джеком Саузером, Мэри Бевьер и Ричардом Армстронгом. Это включало горячую точку и распространяющуюся трещину, контролируемую полями напряжений , связанными с крупномасштабной тектоникой плит на западе Северной Америки. [7]
В 1981 году Гарри К. Роджерс из Геологической службы Канады предположил, что серии землетрясений на озере Макнотон (ныне озеро Кинбаскет ) могут быть связаны с горячей точкой Анахим. Роджерс отметил, что если сейсмичность связана с горячей точкой, то выражение поверхности 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 районом 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 выявила, что вулканическое поле Уэллс-Грей-Клируотер не является частью вулканического пояса Анахим, а скорее представляет собой отдельный центр, который, скорее всего, представляет собой область декомпрессионного литосферного плавления , вызванного рифтингом по ранее существовавшим разломам земной коры . Вулканическое поле Уэллс Грей-Клируотер с тех пор не считается частью вулканического пояса Анахим, и теперь считается, что горячая точка Анахим находится в районе конуса Назко. [10]
Существование горячей точки Анахим было подтверждено в подробном отчете Бюллетеня вулканологии Куэном и др. (2015). Сюда вошли новые геохимические и геохронометрические данные для вулканических полей горы Болдфейс и горы Сатах , а также для конуса Назко. Полученные данные показали, что вулканизм в двух полях был одновременным с соседним щитовым вулканом хребта Итча и что оба вулканических поля согласуются с вектором движения Северо-Американской плиты над горячей точкой во внутренних районах Британской Колумбии. Было также отмечено, что следы и редкоземельные элементы в основных лавах вулканического пояса Анахим аналогичны базальтам океанских островов , что дает больше доказательств существования горячей точки. [7]
Локальная томография высокого разрешения указывает на возможный плюм нижней мантии, а о наличии плюмового материала свидетельствует большая зона низких скоростей в верхней мантии. Эти зоны с низкой сейсмической скоростью часто указывают на более горячий и плавучий мантийный материал. Зона низких скоростей с обеих сторон окружена высокоскоростными аномалиями переменной амплитуды. На севере высокие скорости могут отражать остатки батолитических корней, образовавшихся в результате непрерывной субдукции вдоль северной окраины континента 150–50 миллионов лет назад. Высокие скорости на юге соответствуют погружающейся плите Хуан де Фука . Зона низких скоростей с центром около конуса Назко простирается на глубину примерно 400 километров (250 миль) . Однако он может простираться глубже на юг под плитой Хуан де Фука через переходную зону в нижнюю мантию. Это привело к выводу, что горячая точка Анахим питается мантийным плюмом над потоком по краям плиты. [13] Изотопные исследования свинца и стронция в лавах Анахима указывают на наличие субокеанической мантии под центральной частью Британской Колумбии, что, в свою очередь, подтверждает отсутствие субдуцирующей плиты под вулканическим поясом Анахим 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 шлейфу. [7] Самый старый вулкан Анахим, расположенный на центральном побережье Британской Колумбии, образовался 14,5 миллионов лет назад. [4] Если бы какая-либо предыдущая запись в виде подводных гор существовала у побережья Британской Колумбии, эта запись, предположительно, была бы погружена под Северную Америку вместе с плитами Фараллон /Хуан де Фука и утеряна. Таким образом, остается неизвестным, существовала ли горячая точка в Тихом океане до того, как она оказалась на североамериканском континенте в результате продолжающегося движения плит. [7] Однако прошлые геологические картографические исследования и геохимические исследования показывают, что массивные плутоны могут присутствовать на морском континентальном шельфе. Эти предполагаемые тела приурочены к северо-восточному вулканическому поясу Анахим, возраст которого предполагает, что эти предполагаемые морские плутоны могут иметь миоценовый возраст. Более ранняя смещенная часть трека горячей точки могла существовать на Хайда-Гвайи как часть формации Массет . Однако дальнейший анализ вулканических пород Массе все еще необходим, чтобы определить, похожи ли они по составу и итопически на щелочные лавы, обнаруженные на материке. [14]
Состав магмы вулканов со временем значительно изменился по мере того, как они разрастались над горячей точкой и мигрировали. Вулканическая активность 14,5–3,0 миллионов лет назад была преимущественно кислой , образуя большие объемы риолитовой и трахитовой лавы. [3] [4] Это можно объяснить наличием мощных гранитных структур под этими вулканами, которые были тектонически сжаты из-за того, что находились вблизи края Северо-Американской плиты. Уникальной особенностью потоков кислой лавы является то, что, хотя они и имели высокое содержание кремнезема , по своей природе потоки были слишком жидкими. Это связано с тем, что перщелочное содержание этих кислых лав уменьшало вязкость потоков как минимум в 10–30 раз по сравнению с вязкостью известково-щелочных кислых потоков. [3] Доказательства эксплозивного вулканизма существуют в виде потоков пемзы , слоистых туфов , интенсивно разрушенных пород фундамента и высокого содержания грубых обломков фундамента в риолитовых брекчиях . [4] [15]
За последние 3,0 миллиона лет производство магмы в горячей точке Анахим изменилось от более кислого к более основному составу. Например, большая часть магмы, образовавшейся между 3,0 и 0,33 миллиона лет назад, представляла собой магматический фонолит , трахит, трахиандезит , базальт и базанит ; вулканы, построенные в этот период, почти полностью состоят из этих пород. Другие магматические породы, такие как фонотефрит , присутствуют в меньших количествах; они происходят в вулканическом поле горы Сатах. Извержения вулканов за последние 0,33 миллиона лет были в основном базанитами и произошли в самом молодом центре извержений - Конусе Назко. [7] Базаниты, образовавшиеся в результате этих извержений, значительно более недонасыщены , чем базальты более старых вулканов Анахим на западе, и могут указывать на сдвиг на восток в сторону более глубокого или менее истощенного мантийного источника. [16] Общий химический состав и минералогия магм Анахима аналогичны областям зарождающегося континентального рифта над мантийным плюмом. [4]
За последние 14,5 миллионов лет горячая точка Анахим создала по меньшей мере 40 вулканов. [4] [8] Эти центры включают 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 превратилась в остатки изверженной брекчии, плутонов высокого уровня и роев даек; центральная часть, состоящая преимущественно из щитовых вулканов; и восточная часть, состоящая из нескольких небольших шлаковых конусов и являющаяся 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. Это самые известные из трех типов вулканов, причем Радужный хребет является самым высоким, его высота составляет около 2500 метров (8200 футов) над уровнем моря. Их внешние склоны сливаются с более древними плоскозалегающими базальтовыми потоками группы Чилкотин , покрывающими большую часть Внутреннего плато. [3] Более распространенные лавовые купола и вулканические конусы гораздо меньше по размеру (менее одного километра в объеме). Они включают в себя два обширных вулканических поля в окрестностях хребта Итча. [7]
Хотя многие вулканы Анахим окружены базальтовыми потоками группы Чилкотин, точная природа их взаимоотношений неизвестна. [3] Маловероятно, что вулканы Анахим когда-либо были источником чилкотиновых базальтов, поскольку они имеют отчетливую переходную геохимию. Группа Чилкотин интерпретируется как связанная с задуговым расширением за зоной субдукции Каскадия . [7]
Каждый тип вулкана, образовавшийся в горячей точке Анахим, имеет свой собственный уникальный жизненный цикл роста и эрозии. Вулканические конусы возникли из тефры, скапливающейся вокруг жерл во время стромболианских извержений . Они сложены трахитом, трахиандезитом, базальтом, фонолитом, базанитом и в меньшей степени фонотефритом. Напротив, лавовые купола образованы в основном вязкой трахитовой магмой, которая эффузивно извергается на поверхность, а затем накапливается толстыми скоплениями вокруг жерл. Учитывая в целом небольшие размеры этих двух типов вулканов, они, вероятно, являются продуктом эпизодической и кратковременной активности. Исключением являются более крупные сооружения, такие как гора Сатах , гора Лысое лицо и гора Панкутлаенкут. Как только активность прекращается, эрозия в конечном итоге превращает конусы и купола в вулканические остатки, такие как лавовые пробки . [7]
Щитовые вулканы проходят как минимум две стадии вулканической активности. Начальная стадия щита является наиболее продуктивной с вулканической точки зрения и характеризуется повторяющимися извержениями больших объемов преимущественно жидкой щелочной кислой магмы, которая постепенно становится более развитой. [7] На этом этапе может образоваться небольшая вершинная кальдера , как в случае с хребтом Ильгачуз . [3] После завершения этапа защиты наступает этап после защиты. Для этого этапа активности характерны небольшие объемы основных лав, выраженные в виде небольших шлаковых конусов и перекрывающих потоков. [7] Также очевидно рассечение щита в результате речной эрозии , что привело к образованию глубоких радиальных долин . [17]
Длительная эрозия в конечном итоге удаляет большую часть, если не все, следы вулканов, обнажая лежащие в их основе затвердевшие магматические системы. Такие системы могут находиться на глубине от 1 до 4 километров (от 0,62 до 2,49 миль) под поверхностью и содержать породы от гипабиссальных до плутонических. Обнажение плутона острова Кинг и рой даек Белла-Белла и Гейл-Пасседж являются яркими примерами этой фазы эрозии. [4]
Рифтинг и расширение земной коры в проливе Королевы Шарлотты примерно 17 миллионов лет назад были связаны с прохождением горячей точки Анахим в раннем миоцене . Йорат и Чейз (1981) предположили, что подкоровое плавление над плюмом Анахим привело к ослаблению региональной коры, подготавливая почву для развития рифтов. Позднее в результате широкого распространения вулканизма в районе рифта и вдоль транскуррентных разломов, простирающихся на северо-запад, образовались субаэральные потоки базальтов и риолитов. Хайда-Гвайи сместился примерно на 70 километров (43 мили) к северу по серии разломов, проходящих через Сэндспит и остров Лускоун. Этот период рифтинга и расширения земной коры способствовал формированию бассейна Королевы Шарлотты . [18]
Пока разлом находился в развитии, консервативная граница плиты простиралась на север от обращенного к суше конца разлома. Такая граница плиты могла быть аналогична системе разломов Калифорнийский залив — Сан-Андреас в американском штате Калифорния . Конфигурация такого типа должна была существовать всего несколько миллионов лет, чтобы создать 70-километровое (43-мильное) отверстие в разломе. Альтернативно, блок Хайда-Гвайи мог быть лишь частично связан с морской плитой в течение более длительного периода наклонной конвергенции. [18] Батиальные отложения , возможно, возрастом всего 15 миллионов лет, отложились в рифтовой зоне во время и после того, как произошел рифтинг, когда мимо проходила горячая точка Анахим. [18] [19]
Примерно 10 миллионов лет назад горячая точка Анахим начала проходить под регионом Белла Кула – Оушен-Фолс . [20] Это совпало с усилением регионального поднятия южно-центральных прибрежных гор. [7] После того, как горячая точка достигла плато Чилкотин 8 миллионов лет назад, подъём уменьшился. [20] Это предполагает, что поднятие могло быть термически вызвано горячей точкой Анахим, которая истончила литосферу и вызвала изменения в подкоровом и поверхностном тепловом потоке . [7] [21] Около 1 километра (0,62 мили) подъема было достигнуто во время существования горячей точки в южно-центральных прибрежных горах в течение нескольких миллионов лет. [20]
Горячая точка Анахим располагалась 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, в результате чего магма поднялась вдоль нормальных разломов , образовав 50-километровую (31-мильную) цепь вулканов, простирающуюся с севера на юг. Хребет Итча развивался непосредственно над местом пересечения, тогда как вулканическое поле горы Сатах развивалось вдоль более дистальных частей системы разломов и вдали от хребта Ича. Отсутствие обширных вулканических полей, прилегающих к соседним хребтам Ильгачуз и Радуга, может указывать на отсутствие систем разломов, связанных с этими вулканами. [7]
Известно, что извержения вулканов в горячей точке Анахим в исторические времена не происходили. Однако с 2007 года в окрестностях конуса Назко фиксируются вулкано-тектонические землетрясения и выбросы углекислого газа . [7] Отсутствие доказательств исторической сейсмичности до 2007 года позволяет предположить, что этот район тектонически стабилен, что делает бассейн Нечако одним из самых сейсмически неактивных районов Британской Колумбии. [7] [22]
С 9 октября 2007 г. по 15 мая 2008 г. серия землетрясений магнитудой до 2,9 произошла в бассейне Нечако примерно в 20 км (12 милях) к западу от конуса Назко. Большинство из них произошло на глубине от 25 до 31 километра (от 16 до 19 миль) под поверхностью, что указывает на то, что они возникли в самых нижних слоях коры. Анализ сейсмических волн позволяет предположить, что рой землетрясений был вызван хрупким разрушением и разрушением горных пород на глубине в результате внедрения магмы. Извержение вулкана было маловероятно, поскольку количество и размер толчков были слишком малы. [22] Тем не менее, эти землетрясения позволяют предположить, что горячая точка Анахим сейсмически активна и что небольшие движения магмы все еще возможны. [23] Хотя эти землетрясения были слишком слабыми, чтобы их можно было ощутить, они вызвали значительный интерес местного населения, поскольку представляли собой значительную концентрацию сейсмической активности в пределах вулканического пояса Анахим. [22]
Бурная дегазация углекислого газа происходит из нескольких источников на двух болотах возле конуса Назко. [24] Эти отверстия имеют форму небольших изолированных травертиновых насыпей на поверхности болота. В 2013 году был обнаружен курган с частично затопленным жерлом с постоянным потоком углекислого газа. В 2015 году несколько новых жерл без травертиновой насыпи активно выделяли углекислый газ. [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 «Нацеливание ресурсов для исследований и знаний». [26] [27] Отсутствие горячих источников и геотермальных данных на поверхности позволяет предположить, что источник тепла такой системы будет находиться очень глубоко под землей. [27]
Точка доступа Анахим расположена в отдаленном месте, к которому ведет сеть лесовозных дорог от Квеснеля по шоссе 97 . [3] Из-за этого самая непосредственная опасность, связанная с будущими извержениями, имеет только местное значение. [28] Несмотря на то, что этот район не густонаселен, здесь расположены лесозаготовительные предприятия и небольшая община Назко . [22] Наличие сгоревшей древесины в тефре Назко позволяет предположить, что эта территория подвержена лесным пожарам , вызванным извержениями вулканов. Кроме того, если возникнет столб извержения , это нарушит местное воздушное сообщение. [28] Вулканический пепел ухудшает видимость и может вызвать отказ реактивного двигателя, а также повреждение других систем самолета. [29] Возобновление вулканизма, вероятно, приведет к образованию основных шлаковых конусов, причем последнее такое событие произошло во время извержения конуса Назко 7200 лет назад. [2] [16] Однако нельзя исключать извержения менее основной магмы, типичные для более ранней активности горячей точки Анахим. [2]
