Гавайская горячая точка

Гавайская горячая точка (Гавайское горячее пятно) — вулканическая горячая точка, расположенная вблизи острова Гавайи, в северной части Тихого океана. Одна из наиболее известных и хорошо изученных горячих точек в мире^[1].

В 1840—1841 годах американский минералог Джеймс Дана был в составе большой тихоокеанской экспедиции США под руководством Чарльза Уилкса. На вершине Мауна-Лоа он маятником измерил силу гравитации. Кроме того, учёный собрал образцы лавы и описал щитовидную форму гавайских вулканов. Миссионер Титус Коан по просьбе Дана продолжил наблюдения вулканов. Это позволило в 1852 году опубликовать первый научный отчёт.

В 1880—1881 годах Дана продолжил изучение Гавайев. Он подтвердил (по степени эрозии) увеличение возраста островов в северо-западном направлении. Он пришёл к выводу, что Гавайская цепь состояла из двух вулканических цепочек, расположенных вдоль отдельных параллельных путей. Он назвал их:

• «Лоа» — вулканы Мауна-Лоа, Хуалалаи, Кахоолаве, Ланаи и Западный Молокаи.
• «Кеа» — вулканы Килауэа, Мауна-Кеа, Кохала, Халеакала, и Западный Мауи.

Он предположил наличие там трещинной зоны («Большого разлома Даны»), и эта теория существовала до середины XX века^[2]

Во время экспедиции 1884—1887 годов К. И. Даттон дополнил результаты Даны:

• определил, что остров Гавайи состоит из 5 (а не 3) вулканов,
• предложил названия «аа-лава» и «пахойхой-лава»^[3].

В 1912 году геолог Томас Джаггар основал на вершине вулкана Килауэа Гавайскую вулканическую обсерваторию. В 1919 году она вошла в Национальное управление океанических и атмосферных исследований, а в 1924 году — в Геологическую службу США.

В 1946 году Гарольд Стернсом создал эволюционную модель формирования островов на основании более точного определения возраста горных пород^[4].

В 1963 году Джон Тузо Вильсон разработал классическую теорию вулканических горячих точек. Он предложил, что один фиксированный мантийный плюм («мантийный факел») вызывает появление вулкана, который затем отодвигается и изолируется от источника нагрева в результате движения Тихоокеанской литосферной плиты. Как следствие, на протяжении миллионов лет вулкан теряет активность и в конце концов разрушается эрозией, уходя ниже уровня моря. Согласно этой теории, 60-градусное отклонение от прямой линии в месте, где сходятся Императорский и Гавайский хребты, — это следствие изменения направления движения Тихоокеанской плиты.

С 1970-х годов (в частности, с 1994 по 1998 год) гавайское морское дно было детально исследовано гидролокаторами и подводными аппаратами^[5][6][7], что подтвердило теорию Гавайской горячей точки.

До этого долгое время считалось, что Гавайский архипелаг — это «разломная зона» земной коры, хотя уже было известно постепенное изменение возраста вулканов вдоль этого «разлома»^[8].

В 2003 году возникла новая версия — «мобильной гавайской горячей точки». Она предполагает, что изгиб возрастом 47 миллионов лет назад был вызван изменением движения плюма, а не тихоокеанской плиты.

Большинство вулканов на Земле создаются геологической активностью на границах тектонических плит, однако Гавайская горячая точка находится далеко от границы Тихоокеанской плиты (около 3200 км).

Гавайский мантийный плюм создал Гавайско-Императорскую цепь подводных гор — цепь вулканов (подводные хребты) протяжённостью более 5800 километров. Цепь простирается от южной части острова Гавайи до края Алеутской впадины. Четыре из этих вулканов — активны, двое — спящие, и более 123 неактивные (многие из которых уже разрушены эрозией — подводные горы и атоллы).

Геофизические методы показали размеры Гавайского горячего пятна: 500—600 км в ширину и до 2000 км в глубину. За последние 85 миллионов лет активности этой точки из неё вышло около 750 тысяч кубических километров лавы. Скорость дрейфа плиты постепенно снижается, что вызвало тенденцию к всё более близкому расположению вулканов.

Геофизики считают, что горячие точки возникают в нижней мантии или непосредственно над ядром^[9]. Нагретая ядром менее вязкая часть мантии расширяется и поднимается на поверхность (см. Рэлей-тейлоровская неустойчивость). Так возникает мантийный плюм, достигающий основания литосферы, нагревает её и вызывает извержения вулканов^[10].

«Горячее пятно» было определено с помощью сейсмической томографии, его ширина оценивается в 500—600 километров^[11][12]. Изображения показали тонкие низкоскоростные зоны, доходящие до глубины 1500 км, соединяющиеся с большими зонами, простирающимися от глубины 2000 км к границе внешнего ядра Земли. Эти зоны плавят мантию и создают «факел» (шлейф или плюм), идущий к верхней мантии^[13].

Исследования по плавлению граната и оливина показали, что магматическая камера горячей точки находится примерно на глубине 90—100 км, что соответствует расчетной глубине океанической литосферы, и служит «крышкой котла плавления»; её температура — примерно 1500 °C^[14][15].

Гавайские вулканы дрейфуют на северо-запад от горячей точки со скоростью около 5—10 сантиметров в год. Горячая точка ушла на юг примерно на 800 км по отношению к Императорскому хребту. Этот вывод подтверждают палеомагнитные исследования (данные изменения магнитного поля Земли, направление которого было зафиксировано в горных породах в момент их затвердевания), показывая, что эти подводные горы были в более высоких широтах, чем теперешние Гавайи. До поворота скорость движения была 7—9 см в год^[16]

Самый старый вулкан в цепи — подводная гора Мэйдзи. Она расположена на окраине Алеутского желоба и образована 85 миллионов лет назад. В течение нескольких миллионов лет она исчезнет, так как Тихоокеанская плита скользит под Евразийскую плиту^[17]

Состав вулканической магмы за время активности горячей точки существенно изменился, на что указывают соотношения концентраций стронция, ниобия и палладия. Подводные горы Императорского хребта были активны не менее 46 миллионов лет (древнейшие лавы датируются меловым периодом), а Гавайского хребта — следующие 39 миллионов лет (всего 85 миллионов лет). Данные свидетельствуют о вертикальной изменчивости содержания стронция, присутствующей и в щелочной (на ранних стадиях), и в толеитовой (поздние стадии) лаве. Систематический рост резко замедляется в момент изгиба^[18].

Созданные горячей точкой вулканы почти целиком состоят из магматического базальта и похожих по составу габбро и диабаза. Другие магматические породы присутствуют в небольших количествах на старых вулканах^[19].

Со временем выход лавы увеличивается. За последние шесть миллионов лет он был гораздо выше, чем когда-либо прежде — 0,095 кубических километра в год. В среднем за последний миллион лет выход лавы ещё выше, примерно 0,21 куб. км в год. Для сравнения: средний дебит срединно-океанического хребта составляет около 0,02 км³ на каждые 1000 км хребта^[20][21][22].

Детальный топографический анализ Гавайско-Императорской цепи подводных гор показывает, что горячей точке соответствует возвышенность. Наиболее быстрое снижение высоты и самое большое отношение высоты поверхности и высоты геоида наблюдаются в юго-восточной части цепочки вулканов^[23]

В 1953 году Роберт С. Дитц и его коллеги высказали предположение, что причина поднятия поверхности — мантийный подъём (апвеллинг). Позже появились указания на тектонические поднятия, вызванные разогревом в нижней части литосферы.

Идея о том, что Гавайские острова стареют в северо-западном направлении, присутствует ещё в мифах древних гавайцев о богине вулканов Пеле, которая последовательно переселялась с одного вулкана на другой, делая их активными.

Вулканы острова Гавайи и их границы Кохала (1670 м) — потухший; Мауна-Кеа (4205 м) — дремлющий; Хуалалаи (2523 м) — дремлющий; Мауна-Лоа (4169 м) — активный; Килауэа (1247 м) — активный; Лоихи (−975 м) — подводный активный.

• Горячая точка (геология)
• Исландская горячая точка
• Список вулканов в США
• Типы вулканических извержений

• Pele. Goddess of Fire — мифы о богине Пеле
• The long trail of the Hawaiian hotspot // USGS.
• Volcano Watch: Hawaiian Volcano Observatory // USGS.