Щитовой вулкан -Shield volcano
Щитовой вулкан — тип вулкана , названный так из-за его низкого профиля, напоминающего щит воина , лежащий на земле. Он образуется при извержении высокотекучей (низкой вязкости ) лавы , которая перемещается дальше и образует более тонкие потоки, чем более вязкая лава, извергающаяся из стратовулкана . Повторяющиеся извержения приводят к устойчивому скоплению широких пластов лавы, формирующих 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 океанических островов , связанного с горячими точками или с континентальным рифтовым вулканизмом. К ним относятся крупнейшие вулканы на земле, такие как Массив Таму и Мауна-Лоа . Гигантские щитовые вулканы встречаются и на других планетах Солнечной системы , включая горы Олимп на Марсе и горы Сапас на Венере .
Этимология
Термин «щитовой вулкан » взят из немецкого термина Schildvulkan , придуманного австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1888 году и переведенного на английский язык к 1910 году.
Геология
Состав
|
|
|
| Схема общих черт строения щитового вулкана |
Щитовые вулканы отличаются от трех других основных типов вулканов — стратовулканов , лавовых куполов и шлаковых конусов — своей структурной формой, что является следствием их особого магматического состава. Из этих четырех форм щитовые вулканы извергают наименее вязкие лавы. В то время как стратовулканы и лавовые купола являются продуктом высоковязких потоков, а шлаковые конусы образуются из эксплозивно извергающейся тефры , щитовые вулканы являются продуктом мягких эффузивных извержений высокотекучих лав, которые со временем образуют широкий, пологий одноименный «щит». ". Хотя этот термин обычно применяется к базальтовым щитам, он также иногда применялся к более редким щитовидным вулканам различного магматического состава — в основном пирокластические щиты , образованные скоплением обломков особенно мощных эксплозивных извержений, и более редкие кислые лавовые щиты, образованные необычно жидкие кислые магмы. Примеры пирокластических щитов включают вулкан Билли Митчелла в Папуа-Новой Гвинее и комплекс Пурико в Чили ; примером кислого щита является хребет Илгачуз в Британской Колумбии , Канада. Щитовые вулканы по своему происхождению аналогичны обширным лавовым плато и базальтам , присутствующим в различных частях мира. Это эруптивные образования, которые возникают вдоль линейных трещинных жерл и отличаются от щитовых вулканов отсутствием идентифицируемого первичного эруптивного центра.
Активные 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. За исключением базальтов наводнений, зрелые щиты являются крупнейшими вулканическими образованиями на Земле. Вершина самого большого подземного вулкана в мире, Мауна-Лоа , находится на высоте 4 169 м (13 678 футов) над уровнем моря , а ширина вулкана в основании составляет более 60 миль (100 км), а его площадь, по оценкам, составляет около 80 000 км 3 ( 19 000 кубических миль) базальта. Масса вулкана настолько велика, что он опустил кору под собой еще на 8 км (5 миль). С учетом этого опускания и высоты вулкана над морским дном «истинная» высота Мауна-Лоа с начала его истории извержения составляет около 17 170 м (56 000 футов). Гора Эверест , для сравнения, имеет высоту 8 848 м (29 029 футов). 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, площадь которого примерно 450 на 650 км (280 на 400 миль) карликов. все ранее известные вулканы на планете. Однако размеры вулкана не подтверждены.
Щитовые вулканы имеют пологий (обычно от 2° до 3°) склон, который постепенно становится круче с высотой (достигая примерно 10°), а затем уплощается у вершины, образуя в целом выпуклую вверх форму. В высоту они обычно составляют около одной двадцатой ширины. 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 (от 5 до 6 км) и высоту от 1500 до 2000 футов (от 500 до 600 м), в то время как щитовые вулканы в центральном мексиканском вулканическом поле Мичоакан-Гуанахуато в среднем составляют 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 куб. миль).
Рифтовые зоны - распространенная особенность щитовых вулканов, которая редко встречается у других типов вулканов. Большая, децентрализованная форма гавайских вулканов по сравнению с их меньшими, симметричными исландскими кузенами может быть приписана рифтовым извержениям. Выход из трещины распространен на Гавайях; большинство гавайских извержений начинаются с так называемой «огненной стены» вдоль основной линии разлома, 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.
Эруптивные характеристики
Большая часть того, что в настоящее время известно о характере извержений щитовых вулканов, была получена из исследований, проведенных на вулканах острова Гавайи , безусловно, наиболее интенсивно изучаемых из всех щитов из-за их научной доступности; остров дал свое название медленным эффузивным извержениям, типичным для щитового вулканизма, известным как гавайские извержения . Эти извержения, наименее эксплозивные из вулканических событий, характеризуются эффузивным выбросом высокотекучих базальтовых лав с низким содержанием газа . Эти лавы перемещаются на гораздо большее расстояние, чем лавы других типов извержений, прежде чем затвердеть, образуя чрезвычайно широкие, но относительно тонкие магматические пласты, часто толщиной менее 1 м (3 фута). Небольшие объемы таких лав, расслоившихся в течение длительного периода времени, медленно создают характерно низкий широкий профиль зрелого щитового вулкана.
Кроме того, в отличие от других типов извержений, гавайские извержения часто происходят в децентрализованных жерлах трещин , начиная с больших «огненных завес», которые быстро затухают и концентрируются в определенных местах в рифтовых зонах вулкана. Между тем извержения центральных жерл часто принимают форму больших лавовых фонтанов (как непрерывных, так и спорадических), высота которых может достигать сотен метров и более. Частицы из лавовых фонтанов обычно остывают в воздухе, прежде чем упасть на землю, что приводит к накоплению фрагментов золистого шлака ; однако, когда воздух особенно насыщен пирокластами , они не могут достаточно быстро остыть из-за окружающего тепла и ударяются о землю еще горячими, накапливаясь в конусах брызг . Если скорость извержения достаточно высока, они могут даже образовывать потоки лавы, питаемые брызгами. Гавайские извержения часто бывают чрезвычайно долгоживущими; Puʻu ʻŌʻō , шлаковый конус Килауэа , непрерывно извергался с 3 января 1983 года по апрель 2018 года.
Потоки гавайских извержений можно разделить на два типа по их структурным характеристикам: лава пахоехо , которая относительно гладкая и течет с вязкой текстурой, и потоки аа , которые являются более плотными, более вязкими (и, следовательно, более медленными) и более глыбовыми. Эти потоки лавы могут иметь толщину от 2 до 20 м (от 10 до 70 футов). Лавовые потоки `А`а движутся под давлением - частично затвердевший фронт потока круче из-за массы текущей позади него лавы, пока не обрывается, после чего общая масса позади него движется вперед. Хотя верхняя часть потока быстро остывает, расплавленная нижняя часть потока амортизируется затвердевающей породой над ним, и благодаря этому механизму потоки аа могут поддерживать движение в течение длительных периодов времени. Потоки Пахоэхо, напротив, движутся более обычными слоями или продвигаются «пальцами» лавы по извилистым лавовым столбам. Увеличение вязкости со стороны лавы или напряжения сдвига со стороны местной топографии может превратить поток пахоехо в поток аа, но обратного никогда не происходит.
Хотя большинство щитовых вулканов по объему почти полностью гавайского и базальтового происхождения, они редко бывают исключительно такими. Некоторые вулканы, такие как гора Врангель на Аляске и Кофре де Пероте в Мексике, демонстрируют достаточно большие колебания в своих исторических магматических характеристиках извержения, чтобы поставить под сомнение строгое категорическое отнесение; одно геологическое исследование де Пероте зашло так далеко, что вместо этого был предложен термин «составной щитовидный вулкан». Большинство зрелых щитовых вулканов имеют несколько шлаковых конусов на своих склонах, что является результатом выбросов тефры, обычных во время непрекращающейся активности, и маркерами активных в настоящее время и ранее участков на вулкане. Примером этих паразитических конусов является Пуу Оо на Килауэа - непрерывная деятельность, продолжающаяся с 1983 года, привела к образованию конуса высотой 2290 футов (698 м) на месте одного из самых продолжительных извержений разломов в известной истории.
Гавайские щитовые вулканы не располагаются вблизи каких-либо границ плит ; вулканическая активность этой цепи островов распределяется за счет движения океанической плиты над восходящим потоком магмы, известным как горячая точка . В течение миллионов лет тектонические движения, которые перемещают континенты, также создают длинные вулканические следы на морском дне. Гавайский и Галапагосский щиты, а также другие подобные им щиты горячих точек, построены из базальта океанических островов. Их лавы характеризуются высоким содержанием натрия , калия и алюминия .
Общие черты щитового вулканизма включают лавовые трубки . Лавовые трубки представляют собой пещерообразные вулканические проливы, образованные затвердеванием вышележащей лавы. Эти структуры способствуют дальнейшему распространению лавы, поскольку стенки трубы изолируют лаву внутри. Лавовые трубки могут составлять большую часть активности щитовых вулканов; например, по оценкам, 58% лавы, образующей Килауэа, поступает из лавовых трубок.
При извержениях некоторых щитовых вулканов базальтовая лава выливается из длинной трещины вместо центрального жерла и покрывает сельскую местность длинной полосой вулканического материала в виде 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 их толщина составляет более 1 мили (2 км).
Кальдеры - обычная черта щитовых вулканов. Они формируются и реформируются в течение жизни вулкана. Длительные периоды извержений образуют шлаковые конусы, которые со временем разрушаются, образуя кальдеры. Кальдеры часто заполняются прогрессирующими извержениями или образуются в другом месте, и этот цикл обрушения и регенерации происходит на протяжении всей жизни вулкана.
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 деятельности и особенно распространены на подводных вулканах Гавайских островов .
Лавовый фонтан пахоехо на Килауэа извергается
Потоки Пахохоу впадают в Тихий океан на острове Гавайи.
Puʻu ʻŌʻō , паразитический шлаковый конус на Килауэа , фонтан лавы в сумерках в июне 1983 года, незадолго до начала цикла извержения.
Нахуку , знаменитая лавовая труба на острове Гавайи , ныне туристическая достопримечательность в Национальном парке Гавайских вулканов.
Распределение
Щитовые вулканы встречаются по всему миру. Они могут образовываться над горячими точками (точками, где магма из-под поверхности поднимается вверх), такими как цепь подводных гор Гавайско-Императорская 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 над зонами субдукции. Многие примеры можно найти в Калифорнии и Орегоне, в том числе пик Проспект в вулканическом национальном парке Лассен , а также кратер Пеликан Бьютт и Белкнап в Орегоне. Многие щитовые вулканы находятся в бассейнах океанов , таких как массив Таму, крупнейший в мире, хотя их можно найти и внутри суши, например, в Восточной Африке.
Цепь подводных гор Гавайско-Императорская
Самая большая и самая известная цепь щитовых вулканов в мире - это цепь подводных гор Гавайско-Императорская, цепь точечных вулканов в Тихом океане. Вулканы следуют четкому эволюционному образцу роста и гибели. В цепочку входит не менее 43 крупных вулканов, а подводной горе Мэйдзи на ее окончании у Курило-Камчатского желоба 85 миллионов лет.
Самая молодая часть цепи — Гавайи, где вулканы характеризуются частыми рифтовыми извержениями, большими размерами (тысячи км 3 в объеме) и грубой децентрализованной формой. Рифтовые зоны являются характерной чертой этих вулканов и объясняют их кажущуюся случайной вулканическую структуру. Они подпитываются движением Тихоокеанской плиты над горячей точкой Гавайев 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).
Цепь включает Мауна-Лоа, щитовой вулкан, который возвышается на 4 170 м (13 680 футов) над уровнем моря и достигает еще 13 км (8 миль) ниже ватерлинии и в земную кору, приблизительно 80 000 км 3 (19 000 кубических миль) породы . Килауэа , еще один гавайский щитовой вулкан, является одним из самых активных вулканов на Земле, последнее извержение которого произошло в 2021 году.
Галапагосские острова
Галапагосские острова представляют собой изолированный набор вулканов, состоящий из щитовых вулканов и лавовых плато, примерно в 1100 км (680 миль) к западу от Эквадора. Их движет горячая точка Галапагосских островов , и их возраст составляет от 4,2 миллиона до 700 000 лет. 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. 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 основания островов, которые простираются на 174 мили (280 км) в диаметре. С момента посещения островов Чарльзом Дарвином в 1835 году во время второго рейса HMS Beagle на островах было зарегистрировано более 60 извержений шести различных щитовых вулканов. Из 21 появляющегося вулкана 13 считаются действующими.
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 , в обязанности которых входит наблюдение за многочисленными действующими вулканами Эквадора в Андском вулканическом поясе и на Галапагосских островах. Ла-Кумбре — действующий щитовой вулкан на острове Фернандина, который извергается с 11 апреля 2009 года.
Галапагосские острова геологически молоды для такой большой цепи, и структура их рифтовых зон следует одному из двух трендов: северо-северо-западному и восточно-западному. Состав лав галапагосских щитов поразительно похож на лавы гавайских вулканов. Любопытно, что они не образуют ту же самую вулканическую «линию», которая характерна для большинства горячих точек. Они не одиноки в этом отношении; Цепь подводных гор Кобба -Эйкельберга в северной части Тихого океана является еще одним примером такой очерченной цепи. Кроме того, между вулканами нет четкой возрастной закономерности, что предполагает сложную и неправильную схему образования. Как образовались острова, остается геологической загадкой, хотя было предложено несколько теорий.
Исландия
Расположенная над Срединно-Атлантическим хребтом , расходящейся границей тектонической плиты посреди Атлантического океана, Исландия является местом около 130 вулканов различных типов. Исландские щитовые вулканы, как правило, имеют возраст голоцена , от 5000 до 10000 лет. Вулканы также имеют очень узкое распространение, встречаясь двумя полосами в Западной и Северной вулканических зонах. Подобно гавайским вулканам, их формирование первоначально начинается с нескольких центров извержения, а затем центрируется и концентрируется в одной точке. Затем формируется главный щит, который покрывает своей лавой меньшие, образованные ранними извержениями.
Исландские щиты в основном небольшие (~ 15 км 3 (4 кубических мили)), симметричные (хотя на это может влиять топография поверхности) и характеризуются извержениями из вершинных кальдер. Они сложены либо толеитовым оливином , либо пикритовым базальтом . Толеитовые щиты, как правило, шире и мельче, чем пикритовые щиты. Они не следуют схеме роста и разрушения кальдеры, как другие щитовые вулканы; могут образовываться кальдеры, но они, как правило, не исчезают.
Восточная Африка
В Восточной Африке вулканическая активность вызвана развитием Восточно-Африканского разлома и близлежащих горячих точек. Некоторые вулканы взаимодействуют с обоими. Щитовые вулканы встречаются вблизи разлома и у берегов Африки, хотя стратовулканы встречаются чаще. Хотя он мало изучен, тот факт, что все его вулканы относятся к голоценовому возрасту, отражает молодость вулканического центра. Одной интересной характеристикой восточноафриканского вулканизма является склонность к образованию лавовых озер ; эти полупостоянные лавовые тела, крайне редко встречающиеся в других местах, образуются примерно в 9% африканских извержений.
Самый активный щитовой вулкан Африки — Ньямурагира . Извержения щитового вулкана обычно сосредоточены в большой кальдере на вершине или в многочисленных трещинах и шлаковых конусах на склонах вулкана. Потоки лавы последнего века стекают 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. Другие вулканические центры включают Мененгай, массивную щитовую кальдеру и Гора Марсабит в Кении.
Внеземные щитовые вулканы
Щитовые вулканы не ограничиваются Землей; они были обнаружены на Марсе , Венере и спутнике Юпитера Ио .
Щитовые вулканы Марса очень похожи на щитовые вулканы на Земле. На обеих планетах они имеют пологие склоны, обрушенные кратеры вдоль их центральной структуры и построены из очень текучей лавы. Вулканические особенности на Марсе наблюдались задолго до того, как они были впервые подробно изучены во время миссии «Викинг» в 1976–1979 годах . Принципиальное различие между вулканами Марса и Земли заключается в размере; 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). Самая высокая из них, Олимп Монс , является самой высокой известной горой на любой планете Солнечной системы.
На Венере более 150 щитовых вулканов , которые намного более плоские, с большей площадью поверхности, чем на Земле, некоторые из них имеют диаметр более 700 км (430 миль). Хотя большинство из них давно вымерли, по наблюдениям космического корабля Venus Express было высказано предположение , что многие из них все еще могут быть активными.
Рекомендации
Внешние ссылки
-
СМИ, связанные с вулканами Щит, на Викискладе?
