Глубоко под Гавайскими островами на протяжении почти 50 миллионов лет происходит нагревание некоего вещества, хотя учёные считали, что должно происходить прямо противоположное.
Новое исследование показало, что температура в Гавайской горячей точке, глубинном источнике расплавленной породы, из которой образовалась цепь островов, за последние 47 миллионов лет повысилась примерно на 250°C. Результаты исследования опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters.
Это открытие переворачивает с ног на голову давнее представление о горячих точках. Ученые предполагали, что эти вулканические образования изначально имеют очень высокую температуру и постепенно остывают по мере старения. Вместо этого, похоже, что очаг распространения инфекции на Гавайях только усиливается.
Повышение температуры также может объяснить загадку, которая годами не давала покоя геологам: почему одни гавайские вулканы выросли до гигантских размеров, а другие остались относительно небольшими. Результаты исследований показывают, что ключевым фактором может быть температура. Чем горячее порода, питающая вулкан, тем больше в конечном итоге становился этот вулкан.
Геологи долгое время исходили из простого предположения. Горячая точка вспыхивает на ранней стадии, горит с высокой температурой более миллиона лет, а затем остывает и затухает по мере снижения температуры.
Майкл Гарсия — почетный профессор наук о Земле в Гавайском университете в Маноа (UH Mānoa). Он решил проверить эту историю на примере цепочки вулканов, оставшихся после Гавайев. Он и его команда хотели понять, почему эти вулканы так сильно различаются по размерам.
Гавайский хребет простирается примерно на 3500 километров и включает в себя 65 вулканов. Они расположены в порядке возрастания возраста. Каждый из них образовался в результате продвижения Тихоокеанской плиты на северо-запад над одним и тем же неподвижным мантийным плюмом. Этот столб раскаленной породы поднимается из глубин Земли.
Вдоль этой цепи количество лавы, извергаемой каждым вулканом, различается в 100 раз. Что-то заставляло плюм извергать гораздо больше магмы в одних местах, чем в других, и никто не мог точно определить, что именно.
Для решения этого вопроса команде необходимо было определить температуру лавы в момент её образования глубоко в мантии. Они разработали новый геотермометр — метод, позволяющий определять первоначальное тепло по химическому составу охлажденной породы.
Ключ кроется в оливине, зеленом минерале, который кристаллизуется на ранних стадиях подъема магмы. Чем выше температура магмы в момент образования кристалла, тем больше магния в нём содержится, поэтому его химический состав сохраняет следы этой температуры.
Использование оливина для измерения температуры мантии не является чем-то новым, и более ранние исследования установили эту связь. Команда Гарсии усовершенствовала этот подход и применила его по всей длине хребта, взяв образцы затвердевшей лавы из 16 вулканов.
Сопоставив эти температуры с картами морского дна, команда смогла сравнить тепловые потоки каждого вулкана с его размером. Температура со временем повышалась, и вместе с ней увеличивался размер вулкана.
«Было большой неожиданностью обнаружить такую сильную, прямую корреляцию между температурой мантии и размером вулкана», — сказал Гарсия.
Команда также выявила еще трех подозреваемых в изменении размеров. Более тонкая тектоническая плита над плюмом, более быстро движущаяся плита и более богатый источник магмы теоретически могли бы увеличить объем извержений лавы. Ни один из этих факторов не совпал с рекордными показателями.
Тепловый рост не был плавным и равномерным. В истории наблюдений выделяются два отчетливых всплеска, и каждый из них породил гигантское потепление. Первый извержение, произошедшее от 14 до 20 миллионов лет назад, привело к образованию Пухахону, в основном затопленного гавайского вулкана к северо-западу от основных островов.
В исследовании 2020 года, проведенном той же группой, он был назван крупнейшим щитовым вулканом, образовавшимся на Земле за последние 60 миллионов лет. Щитовой вулкан — это широкая, полого наклоненная гора из лавы.
Пухахону почти вдвое больше Мауна-Лоа, активного гиганта на Большом острове Гавайев, который долгое время считался самым большим. Его лава образовалась из самого горячего расплава, когда-либо измеренного в молодых породах океанического дна.
Второй всплеск активности вулкана начался в течение последних шести миллионов лет и продолжается по сей день. Он поднял основные Гавайские острова, где сегодня живут люди, и до сих пор подпитывает извержения вулкана Килауэа на Большом острове.
Причины долгосрочного потепления остаются неясными. Команда Гарсии предполагает, что дополнительное тепло поступает от плотного, горячего материала, дрейфующего через нижнюю мантию, вблизи границы с ядром Земли. Эта идея вписывается в более широкую картину, которую собирали другие исследователи. В отдельной статье прослеживалась часть древнего гавайского плюма в нижней мантии.
Полученные данные свидетельствуют о том, что система простирается гораздо глубже, чем показывают вулканы на поверхности. Новый инструмент позволяет геологам расшифровывать скрытую историю горных пород, которые уже хранятся в их коллекциях.
«Разработка нового геотермометра позволяет лучше понять историю вулканов и почему одни вулканы крупнее других», — сказал Гарсия.
До начала этих исследований не существовало единого мнения о причинах различий в размерах вдоль Гавайского хребта, и исследователи предполагали, что шлейф выбросов постепенно затухает. Эта картина больше не соответствует действительности. Теперь, похоже, именно высокая температура является главным фактором, определяющим размеры гавайских вулканов, и источник, по всей видимости, не угасает, а, наоборот, набирает силу.
Это меняет подход исследователей к интерпретации всей гавайской геологической летописи. Кроме того, это дает им возможность использовать температурный индикатор для других горячих точек и древних лавовых пластов по всему миру. Этот же метод мог бы помочь объяснить, почему вулканы в других местах достигли таких размеров и как ведут себя глубинные плюмы, питающие их, на протяжении миллионов лет.
По информации https://planet-today.ru/novosti/nauka/item/195492-vulkanicheskaya-zona-na-gavajyakh-nagrevaetsya-uzhe-milliony-let
Обозрение "Terra & Comp".
