WikiDer > Горячая точка Исландии

Iceland hotspot

Извержение на Krafla, 1984
Активные вулканические районы и системы в Исландии
Среднеатлантический хребет Исландии map.svg

В Горячая точка Исландии это горячая точка что частично является причиной высокой вулканической активности, которая сформировала Исландское плато и остров Исландия.

Исландия - одна из самых активных вулканический регионы мира, причем извержения происходят в среднем примерно каждые три года (в 20 веке в Исландии и вокруг нее было 39 извержений вулканов).[нужна цитата] Около трети базальтовый лава извергнутые в зарегистрированной истории были произведены исландскими извержениями. Известные извержения включали извержения Eldgjá, трещина Катла, в 934 г. (крупнейшее в мире извержение базальтов, когда-либо наблюдавшееся), Лаки в 1783 г. (второй по величине в мире), и несколько извержений под ледяные шапки, которые привели к разрушительным ледниковые прорывы, последний раз в 2010 году после извержения Эйяфьятлайёкюдль.

Расположение Исландии верхом на Срединно-Атлантический хребет, где Евразийский и Североамериканские тарелки раздвигаются, частично ответственны за эту интенсивную вулканическую активность, но необходима дополнительная причина, чтобы объяснить, почему Исландия является значительным островом, в то время как остальная часть хребта в основном состоит из подводные горы, с пиками ниже уровень моря.

Помимо того, что это регион с более высокой температурой, чем окружающие мантия, считается, что в нем более высокая концентрация воды. Наличие воды в магма снижает температуру плавления, что также может сыграть роль в усилении исландского вулканизма.

Теории причинно-следственной связи

Продолжается дискуссия о том, вызвана ли горячая точка глубоким мантийный шлейф или берет начало на гораздо меньшей глубине.[1] Недавно, сейсмическая томография исследования обнаружили аномалии скорости сейсмических волн под Исландией, соответствующие горячему каналу диаметром 100 км, который простирается до нижней мантии.[2]

Немного геологи[ВОЗ?] поставили под сомнение, что исландская горячая точка имеет то же происхождение, что и другие горячие точки, такие как Горячая точка Гавайев. В то время как цепь гавайских островов и Императорские горы показать четкий прогрессирующий во времени вулканический след, вызванный движением Тихоокеанская плита над гавайской горячей точкой в ​​Исландии такого трека не видно.

Предлагается, чтобы линия из Гримсвётн вулкан в Суртсей показывает движение Евразийская плита, и линия от вулкана Гримсвётн до Рейкьянес вулканический пояс показывает движение Североамериканской плиты.[3]

Теория мантийного плюма

В Исландский шлейф постулируемый подъем аномально горячей породы в земной мантия под Исландия. Считается, что его происхождение лежит глубоко в мантии, возможно, на границе между основной и мантия на глубине примерно 2880 км. Мнения расходятся относительно того, отображали ли сейсмические исследования такую ​​структуру.[4] В этом контексте вулканизм Исландии приписывается этому шлейфу, согласно теории В. Джейсон Морган.[5]

Считается, что мантийный шлейф лежит в основе Исландии, горячая точка которой, как полагают, является выражением поверхности, и что присутствие плюма усиливает вулканизм, уже вызванный разделением плит. Кроме того, паводковые базальты на континентальные окраины из Гренландия и Норвегия, наклонная ориентация Рейкьянес Ридж сегментов в направлении их распространения, и увеличенная мощность магматической коры, обнаруженная вдоль южной Эгир и Кольбейнси Хребты могут быть результатом взаимодействия шлейфа и Срединно-Атлантический хребет.[6] Считается, что ножка плюма довольно узкая, возможно, 100 км в поперечнике и простирается по крайней мере до 400–650 км под поверхностью Земли и, возможно, до самой земли. граница ядро-мантия, в то время как голова плюма может иметь диаметр> 1000 км.[6][7]

Предполагается, что отсутствие прогрессивной траектории подводных гор связано с расположением плюма под толстым слоем Гренландии. кратон на ~ 15 млн лет после континентального распада,[8] и более позднее закрепление материала плюма в северной части Срединно-Атлантического хребта после его образования.[6]

Геологическая история

Согласно шлейф модель, источник Исландский вулканизм лежит глубоко под центром острова. Самые ранние вулканические породы, приписываемые плюму, обнаружены по обе стороны Атлантики. Их возраст составляет от 58 до 64 миллионов лет. Это совпадает с открытием Северной Атлантики в конце Палеоцен и рано эоцен, что привело к предположениям, что появление шлейфа было связано и, возможно, способствовало распаду[9] Североатлантический континент. В рамках гипотезы плюма вулканизм был вызван потоком горячего материала плюма сначала под толстую континентальную литосферу, а затем под литосферу растущего океанического бассейна по мере того, как продолжался рифтогенез. Точное положение шлейфа в то время вызывает разногласия между учеными.[10] как считается, поднялся ли шлейф из глубин мантии только в то время или он намного старше и также является причиной старого вулканизма в северной Гренландии, на Остров Элсмир, а в Альфа-Ридж в Арктике.[11]

Когда в эоцене северная Атлантика открылась к востоку от Гренландии, Северная Америка и Евразия отделились друг от друга; то Срединно-Атлантический хребет сформировался как океанический центр распространения и часть подводной вулканической системы срединно-океанические хребты.[12] Первоначальная голова шлейфа могла иметь диаметр в несколько тысяч километров, и она извергала вулканические породы по обе стороны нынешнего океанского бассейна, создавая Североатлантическая магматическая провинция. Постулируется, что после дальнейшего открытия океана и дрейфа плит плюм и срединно-Атлантический хребет сблизились и наконец встретились. Избыточный магматизм, сопровождавший переход от вулканизма наводнения в Гренландии, Ирландии и Норвегии к современной исландской активности, был результатом подъема источника горячей мантии под постепенно истончающейся литосферой, согласно модели плюма, или постулируемой необычно продуктивной части система срединно-океанических хребтов.[13] Некоторые геологи предположили, что исландский шлейф мог быть причиной Палеоген подъем Скандинавские горы путем изменения плотности литосфера и астеносфера во время открытия Северной Атлантики.[14] Южнее палеогеновое поднятие английских меловых отложений, приведшее к образованию Субпалеогеновая поверхность также был отнесен к исландскому шлейфу.[15]

В западной Исландии существует потухший хребет, что позволяет предположить, что шлейф со временем сместился на восток. Самой старой коре Исландии более 20 миллионов лет, она образовалась в старом океаническом центре распространения в Вестфьордс (Вестфиргир) регион. Движение плит и хребта над плюмом на запад и сильная тепловая аномалия последнего вызвали прекращение существования этого старого центра распространения 15 миллионов лет назад и привели к образованию нового в районе сегодняшних полуостровов Скаги и Snæfellsnes; в последнем еще есть некоторая активность в виде Snæfellsjökull вулкан. Центр спрединга и, следовательно, основная активность, снова сместились на восток 7–9 миллионов лет назад и сформировали нынешние вулканические зоны на юго-западе (Рейкьянес, Hofsjökull) и северо-восток (Тьёрнес). В настоящее время наблюдается медленное снижение активности на северо-востоке, а вулканическая зона на юго-востоке (Катла, Ватнайёкюдль), зародившаяся 3 миллиона лет назад.[16] Реорганизацию границ плит в Исландии также приписывают микроплитной тектонике.[13]

Топография / батиметрия Северной Атлантики вокруг Исландии

Проблемы модели шлейфа

Слабая видимость постулируемого плюма на томографических изображениях нижней мантии и геохимические свидетельства наличия эклогита в мантийном источнике привели к теории о том, что Исландия вовсе не подстилается мантийным плюмом, а вулканизм там является результатом процессов, связанных к тектоника плит и ограничен верхняя мантия.[17][1]

Субдуцированная океаническая плита

Согласно одной из этих моделей, большой кусок субдуцированной плиты бывшего океана сохранился в самой верхней части мантии в течение нескольких сотен миллионов лет, а его океаническая кора теперь вызывает чрезмерное таяние и наблюдаемый вулканизм.[13] Эта модель, однако, не подкреплена динамическими расчетами и не требуется исключительно данными, а также оставляет без ответа вопросы, касающиеся динамической и химической устойчивости такого тела в течение этого длительного периода или теплового эффекта такого массивного плавления.

Конвекция верхней мантии

Другая модель предполагает, что апвеллинг в регионе Исландии вызван горизонтальными градиентами температуры между субокеанской мантией и соседней Гренландией. кратон и поэтому также ограничен верхними 200–300 км мантии.[18] Однако этот механизм конвекции, вероятно, недостаточно силен в условиях, преобладающих в Северной Атлантике, в отношении скорости распространения, и он не предлагает простого объяснения наблюдаемой геоидной аномалии.

Геофизические и геохимические наблюдения

Информация о строении недр Земли может быть получена только косвенно геофизическими и геохимическими методами. Для исследования постулируемых шлейфов, гравиметрический, геоид и в частности сейсмологический методы наряду с геохимическим анализом изверженных лав оказались особенно полезными. Численные модели геодинамических процессов пытаются объединить эти наблюдения в целостную общую картину.

Сейсмология

Важным методом построения изображений крупномасштабных структур в недрах Земли является сейсмический анализ. томография, которым рассматриваемая территория «освещается» со всех сторон сейсмическими волнами от землетрясения со всех возможных направлений; эти волны регистрируются сетью сейсмометры. Размер сети имеет решающее значение для протяженности региона, который может быть надежно отображен. Для исследования Исландского плюма использовалась как глобальная, так и региональная томография; в первом случае вся мантия отображается с относительно низким разрешением с использованием данных со станций со всего мира, тогда как во втором случае более плотная сеть только на Исландии отображает мантию до глубины 400–450 км с более высоким разрешением.

Региональные исследования 1990-х и 2000-х годов показывают, что под Исландией существует аномалия низкой скорости сейсмических волн, но мнения разделились относительно того, продолжается ли она глубже, чем переходная зона мантии, на глубине примерно 600 км.[12][19][20] Скорости сейсмических волн снижаются до 3% (Зубцы P) и более 4% (S волны), соответственно. Эти значения согласуются с небольшим процентом частичного плавления, высоким содержанием магния в мантии или повышенной температурой. Невозможно однозначно отделить, какой эффект вызывает наблюдаемое снижение скорости.

Геохимия

Многочисленные исследования были посвящены геохимическим характеристикам лав, присутствующих в Исландии и в Северной Атлантике. Полученная картина согласуется в нескольких важных отношениях. Например, не оспаривается, что источник вулканизма в мантии химический и петрологический неоднородный: он содержит не только перидотит, основной тип мантийных пород, но также эклогит, тип породы, происходящий из базальта в подчиненный плиты и легче плавятся, чем перидотит.[21][22] Предполагается, что происхождение последнего связано с метаморфизмом очень старой океанической коры, которая погрузилась в мантию несколько сотен миллионов лет назад во время субдукции океана, а затем поднялась из глубины мантии.

Исследования с использованием основных и микроэлементных составов исландских вулканитов показали, что источник современного вулканизма был примерно на 100 ° C больше, чем источник базальтов срединно-океанических хребтов.[23]

Вариации концентраций микроэлементов, таких как гелий, вести, стронций, неодим, и другие ясно показывают, что Исландия по составу отличается от остальной части Северной Атлантики. Например, соотношение He-3 и He-4 имеет ярко выраженный максимум в Исландии, что хорошо коррелирует с геофизическими аномалиями, а уменьшение этой и других геохимических характеристик по мере удаления от Исландии указывает на то, что степень аномалии состава достигает около 1500 км по Рейкьянес Ридж и не менее 300 км по Кольбейнси Ридж.[24] В зависимости от того, какие элементы рассматриваются и насколько велика покрываемая площадь, можно выделить до шести различных компонентов мантии, которые не все присутствуют в каком-либо одном месте.

Кроме того, некоторые исследования показывают, что количество воды, растворенной в минералах мантии, в районе Исландии в два-шесть раз выше, чем в ненарушенных частях срединно-океанических хребтов, где, как считается, она составляет около 150 частей на миллион.[25][26] Присутствие такого большого количества воды в источнике лавы может снизить его температуру плавления и сделать его более продуктивным при данной температуре.

Гравиметрия / Геоид

Северная Атлантика характеризуется сильными крупномасштабными аномалиями гравитационного поля и геоид. Геоид возвышается на 70 м над эллипсоидом геодезической привязки в приблизительно круговой области диаметром несколько сотен километров. В контексте гипотезы плюма это объясняется динамическим эффектом восходящего плюма, который вздымается над поверхностью Земли.[27] Кроме того, шлейф и утолщенная кора вызывают положительную аномалию силы тяжести около 60 мГал (= 0,0006 м / с²) (на открытом воздухе).

Аномалии силы тяжести в свободном воздухе в северной части Атлантического океана вокруг Исландии. Для лучшего представления цветовая шкала была ограничена аномалиями до +80 мГал (+0,8 мм / с²).

Геодинамика

С середины 1990-х годов было предпринято несколько попыток объяснить наблюдения с помощью численных геодинамических моделей мантийная конвекция. Целью этих расчетов было, среди прочего, разрешить парадокс, согласно которому широкий шлейф с относительно низкой температурной аномалией лучше согласуется с наблюдаемой толщиной коры, рельефом и гравитацией, чем тонкий горячий шлейф, о котором говорилось. для объяснения сейсмологических и геохимических наблюдений.[28][29] Самые последние модели предпочитают шлейф, который на 180–200 ° C горячее окружающей мантии и имеет стержень с радиусом ок. 100 км. Однако петрология еще не подтвердила такие температуры.

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ а б Фулжер, Г. Р. (8 февраля 2005 г.). «Исландия и магматическая провинция в Северной Атлантике». MantlePlumes.org. Получено 2008-03-22.
  2. ^ Рикерс, Флориан; Фихтнер, Андреас; Трамперт, Жанно (1 апреля 2013 г.). «Плюмовая система Исландия – Ян-Майен и ее влияние на динамику мантии в Североатлантическом регионе: свидетельства инверсии полной волновой формы». Письма по науке о Земле и планетах. 367: 39–51. Bibcode:2013E и PSL.367 ... 39R. Дои:10.1016 / j.epsl.2013.02.022.
  3. ^ Морган, В. Джейсон; Морган, Джейсон Фиппс (2009). «Скорости пластин в системе отсчета горячей точки: электронное приложение» (PDF). В Foulger, Gillian R .; Джерди, Донна М. (ред.). Пластины, плюмы и планетные процессы (P4).
  4. ^ Ritsema, J .; Van Heijst, H.J .; Вудхаус, Дж. Х. (1999). «Сложная структура скорости поперечной волны, изображенная под Африкой и Исландией». Наука. 286 (5446): 1925–1928. Дои:10.1126 / science.286.5446.1925. PMID 10583949.
  5. ^ Морган, У. Дж. (1971). «Конвекционные плюмы в нижней мантии». Природа. 230 (5288): 42–43. Bibcode:1971Натура 230 ... 42М. Дои:10.1038 / 230042a0.
  6. ^ а б c Howell, Samuel M .; Ито, Гарретт; Breivik, Asbjørn J .; Рай, Абхишек; Мьельде, Рольф; Ханан, Барри; Сайит, Каан; Фогт, Питер (15 апреля 2014 г.). «Происхождение асимметрии в горячей точке Исландии вдоль Срединно-Атлантического хребта от разрыва континентов до наших дней». Письма по науке о Земле и планетах. 392: 143–153. Bibcode:2014E и PSL.392..143H. Дои:10.1016 / j.epsl.2014.02.020. HDL:10125/41133.
  7. ^ Дордевич, Младен; Георген, Дженнифер (1 января 2016 г.). «Динамика взаимодействия плюма и тройного стыка: результаты серии трехмерных численных моделей и последствия для образования океанических плато». Журнал геофизических исследований: твердая Земля. 121 (3): 2014JB011869. Bibcode:2016JGRB..121.1316D. Дои:10.1002/2014JB011869. ISSN 2169-9356.
  8. ^ Михалфи, Питер; Штейнбергер, Бернхард; Шмелинг, Харро (1 февраля 2008 г.). «Влияние крупномасштабного поля мантийного течения на след горячей точки Исландии». Тектонофизика. Движение плит и процессы земной коры в Исландии и вокруг нее. 447 (1–4): 5–18. Bibcode:2008Tectp.447 .... 5M. Дои:10.1016 / j.tecto.2006.12.012.
  9. ^ Белый, R .; Маккензи, Д. (1989). «Магматизм в рифтовых зонах: образование вулканических окраин континентов и паводковых базальтов». Журнал геофизических исследований: твердая Земля. 94 (В6): 7685. Bibcode:1989JGR .... 94,7685 Вт. Дои:10.1029 / JB094iB06p07685.
  10. ^ Lawver, L.A .; Мюллер, Р. Д. (1994). «Трек Исландии». Геология. 22 (4): 311–314. Bibcode:1994Гео .... 22..311л. Дои:10.1130 / 0091-7613 (1994) 022 <0311: IHT> 2.3.CO; 2.
  11. ^ Форсайт, Д. А .; Morel-A-L'Huissier, P .; Асуде, I .; Грин, А. Г. (1986). «Альфа Ридж и Исландия - продукты одного шлейфа?». Журнал геодинамики. 6 (1–4): 197–214. Bibcode:1986JGeo .... 6..197F. Дои:10.1016/0264-3707(86)90039-6.
  12. ^ а б Wolfe, C.J .; Bjarnason, I. Th .; VanDecar, J.C .; Соломон, С. К. (1997). «Сейсмическое строение мантийного плюма Исландии». Природа. 385 (6613): 245–247. Bibcode:1997 Натур.385..245Вт. Дои:10.1038 / 385245a0.
  13. ^ а б c Фулже, Г. Р.; Андерсон, Д.Л. (2005). «Классная модель для горячей точки Исландии». Журнал вулканологии и геотермальных исследований. 141 (1–2): 1–22. Bibcode:2005JVGR..141 .... 1F. Дои:10.1016 / j.jvolgeores.2004.10.007.
  14. ^ Nielsen, S. B .; и другие. (2002). «Палеоценовое начало кайнозойского поднятия в Норвегии». In Doré, A. G .; Картрайт, Дж. А .; Стокер, М. С .; Тернер, Дж. П .; Уайт, Н. (ред.). Эксгумация североатлантического побережья: сроки, механизмы и последствия для разведки нефти. Лондонское геологическое общество, специальные публикации. Геологическое общество, Лондон, специальные публикации. 196. Геологическое общество Лондона. С. 103–116. Bibcode:2002ГСЛСП.196 ... 45Н. Дои:10.1144 / GSL.SP.2002.196.01.04.
  15. ^ Гейл, Эндрю С .; Ловелл, Брайан (2018). «Труды Союза геологов». Несогласие мела и палеогена в Англии: поднятие и эрозия, связанные с исландским мантийным плюмом. 129 (3): 421–435. Дои:10.1016 / j.pgeola.2017.04.002.
  16. ^ Сæмундссон, К. (1979). «Очерк геологии Исландии» (PDF). Jökull. 29: 7–28.
  17. ^ Фулджер, Г. Р. (2010). Пластины против плюмов: геологический спор. Wiley-Blackwell. ISBN 978-1-4051-6148-0.
  18. ^ King, S.D .; Андерсон, Д. Л. (1995). «Альтернативный механизм образования паводковых базальтов». Письма по науке о Земле и планетах. 136 (3–4): 269–279. Bibcode:1995E и PSL.136..269K. Дои:10.1016 / 0012-821X (95) 00205-Q.
  19. ^ Allen, R.M; и другие. (2002). «Построение изображения мантии под Исландией с использованием интегрированных сейсмологических методов». Журнал геофизических исследований: твердая Земля. 107 (B12): ESE 3-1 – ESE 3-16. Bibcode:2002JGRB..107.2325A. Дои:10.1029 / 2001JB000595.
  20. ^ Foulger, G.R; и другие. (2001). «Сейсмическая томография показывает, что апвеллинг под Исландией приурочен к верхней мантии». Международный геофизический журнал. 146 (2): 504–530. Дои:10.1046 / j.0956-540x.2001.01470.x.
  21. ^ Тирлуолл, М. Ф. (1995). «Генерация изотопных характеристик Pb Исландского плюма». Журнал геологического общества. 152 (6): 991–996. Дои:10.1144 / GSL.JGS.1995.152.01.19.
  22. ^ Муртон, Б. Дж. (2002). «Взаимодействие плюм-хребет: геохимическая перспектива с хребта Рейкьянес». Журнал петрологии. 43 (11): 1987–2012. Bibcode:2002JPet ... 43.1987M. Дои:10.1093 / петрология / 43.11.1987.
  23. ^ Herzberg, C .; и другие. (2007). «Температуры окружающей мантии и плюмов: ограничители из базальтов, пикритов и коматиитов». Геохимия, геофизика, геосистемы. 8 (2): Q02006. Bibcode:2007GGG ..... 8.2006H. Дои:10.1029 / 2006GC001390.
  24. ^ Breddam, K .; Курц, М. Д .; Стори, М. (2000). «Картирование канала исландского мантийного плюма с изотопами гелия». Письма по науке о Земле и планетах. 176 (1): 45. Bibcode:2000E и PSL.176 ... 45B. Дои:10.1016 / S0012-821X (99) 00313-1.
  25. ^ Jamtveit, B .; Brooker, R .; Brooks, K .; Ларсен, Л. М .; Педерсен, Т. (2001). «Обводненность оливинов Северо-Атлантической вулканической провинции». Письма по науке о Земле и планетах. 186 (3–4): 401. Bibcode:2001E и PSL.186..401J. Дои:10.1016 / S0012-821X (01) 00256-4.
  26. ^ Николс, А. Р. Л .; Carroll, M. R .; Höskuldsson, Á. (2002). «Горячая точка Исландии также мокрая? Доказательства содержания воды в недегазированных подводных и подледниковых подушечных базальтах». Письма по науке о Земле и планетах. 202 (1): 77. Bibcode:2002E и PSL.202 ... 77N. Дои:10.1016 / S0012-821X (02) 00758-6.
  27. ^ Маркварт, Г. (2001). «О геометрии мантийного течения под дрейфующими литосферными плитами». Международный геофизический журнал. 144 (2): 356–372. Bibcode:2001GeoJI.144..356M. Дои:10.1046 / j.0956-540X.2000.01325.x.
  28. ^ Ribe, N.M .; Christensen, U.R .; Тейссинг, Дж. (1995). «Динамика взаимодействия плюма-гребня, 1: плюмы с центром в гребне». Письма по науке о Земле и планетах. 134 (1): 155. Bibcode:1995E и PSL.134..155R. Дои:10.1016 / 0012-821X (95) 00116-Т.
  29. ^ Ито, G .; Lin, J .; Гейбл, К. В. (1996). «Динамика мантийного потока и таяния в горячей точке с центром в центре хребта: Исландия и Срединно-Атлантический хребет». Письма по науке о Земле и планетах. 144 (1–2): 53. Bibcode:1996E и PSL.144 ... 53I. Дои:10.1016 / 0012-821X (96) 00151-3.

Библиография

внешняя ссылка

Координаты: 64 ° 24′00 ″ с.ш. 17 ° 18′00 ″ з.д. / 64,4000 ° с. Ш. 17,3000 ° з. / 64.4000; -17.3000