Гавайеведение/Гавайская геология/Образование Гавайских островов

Глава 2. Гавайская геология

1. Образование Гавайских островов
2. Гавайские вулканы
3. Геологическая деятельность моря

Образование Гавайских островов

История и мифология

Организованные геологические исследования Гавайев начались в 1840 году. В составе американской исследовательской экспедиции был минералог и геолог Джеймс Дэна (James Dwight Dana). По степени разрушения гор они определили, что возраст островов уменьшается по направлению к Юго-востоку. Например горы крупного острова Кауаи заметно размыты, реки образовали в них глубокие ущелья, а волны высокие обрывы. Это самый старый из крупных островов, радиометрическим анализом пород его возраст определён в 5,25 млн лет^[1].

Интересно, что гавайские легенды по-своему описывают эти закономерности: богиня огня и вулканов Пеле последовательно переселялась с острова Кауай на Оаху и Мауи, пока не остановилась в вулкане Килауэа.

Гавайский конвеер

Мелкие Северо-западные острова начали формироваться около 30 млн лет назад, вулканическая активность на них давно прекратилась и они исчезают в океане. Дело в том, что давление больших масс лавы на тонкую морскую земную кору приводит к её постепенному прогибу, а вместе с ним и к опусканию самих островов. Установлено, что Гавайские острова тонут со средней скоростью 75-90 метров за 2 млн лет, а работа дождя, ветра и волн лишь ускоряют процесс их исчезновения. Гипотезу опускания островов выдвинул ещё в 1842 году Чарльз Дарвин, на примере образования коралловых атоллов. Она подтвердилась бурением атолла Мидуэй (Midway), там мощность коралловых отложений достигает 378 метров. Кораллы растут к свету со скоростью около 1-2 см в год. Самые старые Гавайские острова уже полностью погружены в океан, но от них ещё остались следы в виде колец атоллов (гав. Moku) и отмелей.

Мы знаем, что землетрясения и вулканическая активность происходит при соприкосновении краёв плит земной коры. Но остров Гавайи находится почти в центре Тихоокеанской плиты, до ближайшего её края около 3,5 тысяч км. Как тут могли появиться вулканы? Теорий было много, большинство сводилось к разлому, из трещины которого вытекла лава, но они не объясняли разный возраст островов. Только в 1963 году канадский геофизик Вилсон (J.Tuzo Wilson) предложил теорию точечного прожигания мантией земной коры. С тех пор подтверждено, что действительно — горячие мантийные струи поднимаются от выступов на поверхности раскалённого ядра Земли.

Почему тогда образовалась целая цепь островов? Современная теория движения плит земной коры объясняет появление такого архипелага, который продолжается направленными подводными хребтами. Тихоокеанская плита вместе с Гавайями, дрейфует в сторону Японии со средней скоростью 8,6 см в год. Это движение происходит над глубоким «горячим пятном» или точкой (англ. Hot spot), иногда его называют «плюмом» (от англ. Plume — факел). На Гаваях эта аномалия представляет собой конус магмы с вершиной на глубине 200 км, и диаметром около 300 км. Этот очаг остаётся на одном месте уже десятки миллионов лет и словно паяльник, плавит насквозь сдвигающуюся над ней земную кору каждый раз в новых точках. Из-за этих процессов возникают и питаются лавой гавайские вулканы. Они словно по конвейеру строят новые острова, которые последовательно сдвигаются с «тёплого места» своего рождения для того, чтобы через несколько миллионов лет уснуть, а через несколько десятков миллионов лет утонуть в океане.

Чуть более 40 млн лет назад Тихоокеанская плита поменяла направление своего движения, этот угол поворота в 100° виден при переходе Гавайской подводной гряды в Императорский подводный хребет. Это может быть связано с глобальными изменениями, произошедшими от столкновения Индо-Австралийской и Евразийской плит, в результате чего образовались Гималаи. Жидкая лава молодых вулканов (Мауна-Лоа и Килауэа) тонкими слоями растекается по склонам и формирует широкие и плоские горы в форме «щита» или, как казалось древним мореплавателям — «стола». Пологие склоны и жидкая растекающаяся лава способствует созданию плато и сводов.

Более старые вулканы (Мауна-Кеа и Хуалалай) на последнем этапе своей активности извергали более густую лаву и сформировали высокую конусообразную вершину. Геологи относят эти старые вулканы не к «потухшим», а к «дремлющим». Такой вулкан может возобновить свою кратковременную активность, так как его уже изолированная магматическая камера может хранить расплавленную лаву миллион лет. Именно таким образом возникают крупные боковые конусы и кратеры на островах уже отошедших от горячего пятна. Карта с лавой. Схема потоков лавы за последние 220 лет на острове Гавайи.

Современная вулканическая деятельность сосредоточена южнее в районе активных вулканов Мауна-Лоа и Килауэа. За последние 200 лет они залили лавой почти четверть острова. Внутреннее строение этих вулканов показывает наличие у них собственной системы «лавопровода». У Мауна-Лоа эта система крупнее, но хуже изучена. У Килауэа она состоит из поверхностного магматического резервуара на глубинах 2-6 км, радиусом около 4-5 км и глубокого резервуара на глубинах 30-45 км. Эпицентры землетрясений, извержения и кратеры сосредотачиваются вдоль глубоких трещин по линиям разлома. Такие структурные ослабления жёсткости внутри вулкана, по которым двигается магма, называют зоны разломов или рифтовые зоны (англ. Rift Zone), они расходятся вдоль склонов от вершин вулканов. Соседние кратеры вдоль разлома обычно извергаются поочередно с интервалом в несколько лет.

В результате многочисленных извержений и накопления слоёв лавы за 400 тысяч лет образовалась самая массивная гора на планете Мауна-Лоа, её объем достигает 41,7 тысяч км³. Название вулкана переводится как «гора длинная», её плавные склоны расходятся вдоль рифтовых зон на 113 км, а подводой ещё на 100 км. С 1843 года Мауна-Лоа извергалась 36 раз, с 15 апреля 1984 года вулкан затих.

Вид на Килауэа с вершины Мауна-Лоа. Дымящийся купол Пуу Оо

Геологи оценивают появление Килауэа 500 тыс. лет назад, 70 % его поверхности покрыто лавой возрастом до 500 лет, более 90 % покрыто лавой не старше 1100 лет, самая старая поверхность достигает 23 тысяч лет.

C 19 марта 2008 года, после 84-летней спячки, на вершине Килауэа проснулся главный кратер — Халемаумау (Halema’uma’u — «дом папоротника»). Сейчас из него идёт густой дым и внутри плещется бездонное озеро лавы. Название кратера означает «дом вечного огня». Самые заметные новообразования на восточном склоне Килауэа стали шлаковые конусы кратеров Пуу Оо (Pu’u ‘O’o) и Купайанаха (Kupaianaha). Они уже частично провалились, но продолжают дымить и выливать потоки лавовы. За 30 лет своей активности их лава создала почти 3 км² новой земли, сожгла 200 домов в 2 посёлках и залила 11,5 км шоссе. Посмотрите на сайте вулканической обсерватории (http://hwo.wr.usgs.gov) текущую активность этих вулканов. Карта. Остров Гавайи и подводные горы.

В 28 км от юго-восточного берега острова Гавайи в 1980 году был найден подводный вулкан Лоихи (гав. Lō’ihi). Он также как Мауна-Лоа и Килауэа питается лавой «горячего пятна». В районе Лоихи зафиксирована самая большая на Гавайях сейсмическая активность. На глубине лава нагревает воду до 370°С, в результате образуются сульфидное гидротермальное поле. Лоихи имеет пока небольшие размеры (32 на 21 км), но уже внушительный кратер (3,7 на 2,8 км). До поверхности океана ему осталось дорасти «всего» 914 метров. Однако, его название переводится, как «долгий», по расчетам геологов вулкан появится из воды через 40-50 тысяч лет. Когда он поднимется ближе к поверхности, давление воды перестанет препятствовать выходу газов и пара. Выйдя на свет он скорее всего сольётся с Килауэа и образует новый полуостров и шестую вершину. На севере острова Гавайи в 15 км от берега находится потухший 460 тысяч лет назад подводный вулкан (Māhukona), ему не суждено было стать новым островом, но тёплые отмели над ним привлекают китов и других морских обитателей. Карта. Основные этапы жизненного цикла гавайского острова.

Гавайские вулканы развиваются за четыре основных этапа (примеры вулканов):

Ранняя щелочная стадия — подводный вулканизм (w:ru:Лоихи)
Щитовая стадия — изливается около 95 % объёма лавы вулкана (w:ru:Килауэа и w:ru:Мауна-Лоа)
Постщитовая щелочная стадия — более густая лава создаёт боковые вулканические конусы (вулкан w:ru:Мауна-Кеа прошёл эту стадию)
Стадия оживления (омолаживания вулкана) — лавы различной химии извергаются последний раз после продолжительного периода покоя и эрозии, надстраивают конус над кальдерой (Мауна-Кеа).

Жизнь и смерть вулканических островов

Острова Кахоолаве (остаточная вершина от бывшего «Большого Мауи»)

Таким образом, жизненный цикл (Life History) гавайского острова можно представить в общем виде состоящим из 9 этапов:

рождение глубоководного вулкана,
появление мелкводного вулкана,
развитие щитового вулкана,
постщитовой вулканизм,
разрушение вулкана от эрозии,
оживление вулкана (англ. Rejuvenation),
разрастание кораллового рифа (англ. Hight Island),
формирование атолла (англ. Low Island),
образование плоской подводной горы или гийот (англ. Guyot).

Продолжение

Гавайские вулканы

Примечания

↑ Dana J. D. On the Hawaiian Islands // United States Exploring Expedition: During the year 1838, 1839, 1840, 1841, 1842. Vol. 10: Geology. New York, London: G. Putnam, 1849. P. 155—284.

Гавайеведение

[1] Dana J. D. On the Hawaiian Islands // United States Exploring Expedition: During the year 1838, 1839, 1840, 1841, 1842. Vol. 10: Geology. New York, London: G. Putnam, 1849. P. 155—284.

[1]