Вулканизм «горячих точек»

В настоящее время существует несколько гипотез, объясняющих образование внутриплитного вулканизма. Тот факт, что активные вулканы встречаются у юго-восточного окончания Гавайской цепи, а к северо-западу следуют потухшие или сильно эродированные островные вулканы, требует объяснения. Он поразил еще американского геолога Дэна. Во время исследовательской экспедиции 1838−1842 гг. Дэна выдвинул предположение о том, что центр активного вулканизма перемещался («мигрировал») в юго-восточном направлении. В свою очередь канадский геолог Уилсон попытался связать «миграцию» вулканизма на Гавайях с разрастанием дна океана иным образом, предположив существование под перемещающейся океанической литосферой неподвижной «горячей точки» (hot-spot) в верхней мантии и рассматривая ее как источник вулканизма, над которым медленно проскальзывает литосфера. В качестве причины возникновения «горячей точки» Морган приводит существование «перистого конвекционного потока» (соnvection plume), подобного оперению потока горячего вещества, поднимающегося из нижней мантии, распространяющегося во все стороны и попадающего в астеносферу. В настоящее время эта теория принимается большинством исследователей, хотя и существуют различные мнения в отношении того, насколько в действительности «конвекционные потоки» и обусловленные ими «горячие точки» являются стационарными. Для группы Гавайских островов главный остров можно считать расположенным над такой «горячей точкой», в то время как другие острова уже «проскользнули» над ней. Если проэкстраполировать это представление на далекое геологическое будущее, то вулканизм на острове Гавайи когда-нибудь прекратится, а к юго-востоку от него со дна океана поднимется новый вулканический остров. При всех этих, несомненно, интересных рассуждениях не следует забывать, что они имеют пока чисто теоретический характер, хотя и подкрепляются некоторыми данными, особенно геофизическими.

Наиболее изученным примером океанического внутриплитового вулканизма может служить цепь Гавайских островов в центральной части Тихого океана, которая заслуживает самого пристального внимания, поскольку наиболее ярко отражают его особенности. Однако и в других океанах в стороне от рифтовых систем имеется достаточно много действующих или считающихся потухшими островов-вулканов. В Атлантическом океане — это Канарские острова и острова Зеленого Мыса, в Индийском — Реюньон и Кергелен.

Гавайские острова, открытые английским мореплавателем Джеймсом Куком в 1778 г. и названные им Сандвичевыми, протягиваются через центральную часть Тихого океана в виде цепи вулканических островов протяженностью почти 2500 км. В юго-восточной части они состоят из 8 более крупных «главных островов», начиная с острова Гавайи, самого большого по площади и одновременно единственного острова с еще действующими вулканами. К северо-западу от него следуют острова Мауи, Кахулави, Ланаи, Молокаи, Оаху со столицей Гонолулу, Кауаи и Ниихау. Далее к северо-западу к ним присоединяются еще более мелкие и невысокие острова, банки и рифы: Каула, Нихоа, Некер, Френч-Фригит-Шол и Гарднер. На карте Тихого океана острова выглядят мельчайшими точками. Тем не менее это лишь вершины длинного ряда вулканических гор, мощные невидимые основания которых расположены на дне в области глубин, превышающих 5000 м. С другой стороны, отмечается, что главный остров Гавайи возвышается вершиной вулкана Мауна-Кеа на 4205 м над уровнем моря и оказывается огромным горным массивом, по объему и высоте превышающим «короля гор» — Джомолунгму (8848м).

Примечательно, что острова Гавайской цепи по направлению к северо-западу становятся не только меньше по размеру, но и древнее. Из этого можно заключить, что вулканическая деятельность началась на северо-западе и со временем перемещалась к юго-востоку. Развитие Гавайских островов протекало, по-видимому, в следующей последовательности: вдоль системы разломов глубокого заложения, пронизывающих океаническую литосферу, предположительно в местах их пересечения поперечными разломами, на дно океана изливались поднимающиеся из астеносферы базальтовые расплавы и постепенно накапливались, образуя мощные щитовидные вулканические сооружения с пологими углами наклона, которые мало-помалу вырастали над уровнем моря. Там, однако, они попадали в зону прибоя и других агентов эрозии. Благодаря перемещению вулканической активности к юго-востоку поступление материала на более древние острова прекратилось, и они в конце концов оказались под действием только сил разрушения. Вместе с тем мощные накопления продуктов вулканизма представляли собой значительную нагрузку на морское дно, в результате чего происходило постепенное изостатическое выравнивание, связанное с медленным погружением, иными словами, прежние острова постепенно превращались в подводные горы или, если вершины куполов были срезаны прибоем, в подводные столовые горы, так называемые гайоты. Все стадии подобного хода развития можно наблюдать вдоль цепи Гавайских островов, двигаясь с юго-востока на северо-запад.

а — подводный морской вулкан начинает выходить из-под уровня моря;

б — рост вулканического острова;

в — обширное лавовое сооружение начинает опускаться;

г — образование барьерного рифа;

д — начало образования атолла;

е — стадия атолла.

Рис. 6 Стадии развития вулканических островов Тихого океана

Одновременно с эрозионным разрушением и погружением океанских вулканических построек происходит развитие иного рода. Задолго до того, как остров достигнет конечной стадии своего существования, по его краям в неглубоких, теплых и хорошо освещенных водах поселяются кораллы и начинают сооружать известковые рифы, которые вначале примыкают к берегам в качестве окаймляющих рифов. Это состояние хорошо выражено на острове Оаху. В следующую фазу, если погружение вулканического острова компенсируется дальнейшим разрастанием коралловых рифовых построек, окаймляющий риф отделяется от остаточного острова лагуной и превращается в барьерный риф. После того как остаток вулканического острова наконец полностью исчезнет под водой, на поверхности остаются лишь продолжающие разрастаться коралловые рифы, окружающие лагуну в виде кольцеобразного атолла (Рис.6).

Например, острова, лежащие на северо-западном продолжении собственно Гавайской цепи, такие, как Мидуэй или Оушен, полностью сложены известковыми коралловыми рифами, «насаженными» на погруженные вулканические постройки. На острове Френч-Фригит-Шол среди известковых рифов возвышается лишь крошечная вершина, сложенная вулканической породой. Некер и Нихоа представляют собой более значительные вулканические останцы. Таким образом, размеры островов к юго-востоку все более возрастают, достигая максимума на острове Гавайи, площадь которого (~10 500 км2) почти вдвое превышает суммарную площадь всей группы островов (рис. 7). Этот главный остров состоит из пяти спаянных вместе крупных щитовых вулканов, два из которых, Мауна-Лоа и Килауэа, еще действуют и даже принадлежат к числу активнейших на Земле, в то время как из третьего, Хуалалаи, еще в 1800—1801 гг. изливался лавовый поток, после чего признаков вулканической активности больше не отмечалось. С изложенным ходом развития согласуются также данные физических определений возраста по пробам базальтов. Так, для острова Мидуэй был определен возраст около 18 млн. лет, для Френч-Фригит-Шол — 12, Некер — 10, Нихоа — 7. Однако эти данные относятся лишь к верхним частям соответствующих вулканических построек, в то время как их основания и дно океана имеют более древний возраст.

Рис. 7 Гавайи, крупнейший из Гавайских островов, состоит из сросшихся друг с другом лавовых куполов

Наглядным примером океанического внутриплитового вулканизма может служить характер извержений огромных гавайских щитовых вулканов Мауна-Лоа и Килауэа. Предвестниками извержений здесь служат, как правило, серии подземных толчков. Собственно извержения заключаются в относительно «спокойном» излиянии базальтовой лавы из кратеров или чаще всего из раскрывшихся трещин. Как и в процессах океанического рифтового вулканизма, лава здесь жидкая, подвижная, легко отдающая содержащиеся в ней газы. Однако эксплозивная деятельность, временами сопровождающая извержения этих вулканов, играет лишь подчиненную роль; это с очевидностью вытекает из того, что рыхлый вулканический материал слагает менее 5% острова Гавайи. Извержения, как правило, начинаются с того, что лава, изливающаяся из раскрывшихся трещин, вследствие внезапной разгрузки давления вспенивается и содержащиеся в ней газы расширяются настолько, что, захватывая разбрызганную лаву, образуют многочисленные лавовые фонтаны, которые могут, соединяясь, создавать настоящие «огненные завесы». За ними изливаются вниз по склону лавовые потоки больших или меньших размеров, и после их застывания мощные лавовые щиты увеличивают свой объем на некоторую величину. Нередко извержения длятся в течение целых дней и даже месяцев, и, хотя лавовые потоки могут причинять материальный ущерб, угрожать селениям и сельскохозяйственным угодьям, а иногда и уничтожать их, жертвы среди людей случаются очень редко, так как они обращаются в бегство перед приближающимися потоками лавы. На острове Гавайи с помощью сейсмического и геодезического контроля можно даже предвидеть приближение извержений, а в отдельных случаях и ликвидировать угрожающие ситуации, отводя лавовые потоки. Если раскаленные потоки достигают моря, то под воздействием образующегося водяного пара лава дробится путем взрывов до состояния мельчайшего пепла, или черного «песка», покрывающего побережье далеко вокруг. Частые извержения вулканов Гавайи в историческую эпоху привели к относительно быстрому накоплению продуктов вулканизма, поэтому в интервалы времени между следующими друг за другом излияниями лавовых потоков вряд ли могла образоваться почва. Почвообразование могло происходить лишь в периоды длительного затишья между извержениями или же после затухания вулканической деятельности.

Самый крупный из действующих вулканов Гавайи — Мауна-Лоа — представляет собой мощный лавовый щит высотой до 4170 м, достигающий приблизительно 90 км в длину и 50 км в ширину и сложенный бесчисленными лавовыми потоками мощностью большей частью всего в несколько метров. Его склоны ввиду огромной протяженности исключительно пологие и остаются такими же и ниже уровня моря. Он может считаться, следовательно, крупнейшей из одиночных гор Земли. Его продольная ось простирается с юго-запада на северо-восток, т. е. перпендикулярно главной оси Гавайской цепи; это подтверждает высказанное выше предположение о том, что центры извержений приурочены к местам пересечения главных систем трещин поперечными разломами дна океана. На вершине Мауна-Лоа расположена обширная котловина обрушения — кальдера, называемая Мокуавеовео, периметр и глубина которой неоднократно изменялись, первый — вследствие обвалов, вторая — в результате погружения и заполнения лавой. Однако кальдера Мокуавеовео — лишь центральная часть трещинной системы, рассекающей щитовой вулкан вдоль его продольной оси. В 1859 г. произошло одно из самых обширных извержений лавы, уступающее лишь крупному извержению 1950 г. Оно длилось более 10 месяцев. Лавовый поток, стекающий в северо-западном направлении, пройдя свыше 50 км, достиг побережья и продолжал течь под поверхностью моря на расстояние, оставшееся неизвестным. В 1881 г. не менее значительный лавовый поток излившийся в северной части трещинной системы, прошел расстояние 46 км в северо-восточном направлении, угрожая городу Хило, но, к счастью, остановился на его окраине. Уже упоминавшееся извержение 1950 г. сопровождалось истечением особенно большого объема лавы, возможно самого значительного из всех, отмеченных в историческую эпоху. Объем лавы, извергнутой из юго-западной части трещинной системы и разрушившей при движении в западном направлении к морю селение Хокена, был оценен в 450 млн. м3. Мауна-Лоа принадлежит к числу наиболее часто действующих вулканов Земли. Начиная с первого описанного землетрясения 1832 г. он проявлял активность в среднем через каждые 3,5 года, хотя и с перерывами разной продолжительности, причем длительность отдельных извержений была различной, от нескольких дней до года и более.

Если Мауна-Лоа — самый значительный из гавайских вулканов, то припаянный к его юго-восточному склону Килауэа — самый известный. Хотя высотой своей вершины (1138 м) и размерами последний существенно уступает Мауна-Лоа, он все же принадлежит к числу наиболее значительных щитовых вулканов. Его вершина также обладает обширной кальдерой, а на флангах располагаются две активные трещинные зоны, простирание которых почти параллельно аналогичным зонам Мауна-Лоа. Однако примечательной особенностью Килауэа является возникновение время от времени в кратероподобном углублении внутри кальдеры, называемом Халемаумау, озера жидкой лавы. Это редкое явление, по-видимому, сыграло свою роль в выборе места расположения Гавайской вулканологической обсерватории, организованной в 1912 г. на краю кальдеры Килауэа, результаты наблюдений и исследований которой существенно обогатили вулканологию, так же как и основание Гавайского национального парка, охватывающего районы кратеров Килауэа и Мауна-Лоа.

Извержения Мауна-Лоа, как и Килауэа, происходят частично в виде извержений центрального типа в кратере, а частично в виде трещинных извержений на флангах. К более редким случаям относятся фреатические извержения эксплозивного типа, имевшие место, например, в 1790 и 1924 гг. Существенную роль при этом играет проникновение подземных вод в зону горячей магмы. Извержению 1924 г. предшествовало исчезновение лавового озера в кратере Халемаумау и обрушение стенок последнего, вызвавшее мощные пылевые лавины. Пульсирующие выбросы облаков пара достигли максимума во время мощной эксплозии 18 мая, когда столб пара поднялся на высоту 6,5 км, захватив большие массы рыхлого материала, на значительной площади были разбросаны крупные глыбы лавы массой до 8 т. Выделение облаков пара продолжалось 16 суток; поперечник кратера Халемаумау был расширен при этом от почти 600 м до более 1000 м. Это извержение явилось поворотным пунктом в вулканической деятельности Килауэа. Если за предшествующие 125 лет вулкан действовал приблизительно в течении 73% этого времени, то после извержения активность его уменьшилась, до 3%.