Глава 1. Физико-географическое описание района

Гавайскими островами называют архипелаг, состоящий более чем из 120 островов, атоллов, рифов, скал, расположенных в центральной части Тихого океана, примерно, на 20^° северной широты и 157^° западной долготы. Общая площадь суши составляет 16 640 км², при этом основная ее часть сосредоточена на 8 островах (Гавайи, Мауи, Кахоолаве, Ланаи, Молокаи, Оаху, Кауаи и Ниихау) [8]. Гавайи являются пятидесятым штатом США, отделенным от континентальной части страны двумя тысячами морских миль или 3700 километрами, что делает его одним из самых изолированных участков суши на Земле. Архипелаг имеет протяженность не менее 2500 км с севера-запада на юго-восток. Свое название он получил от названия крупнейшего острова – Гавайи, называемого также Биг Айленд во избежание путаницы. Самым экономически развитым является остров Оаху, где располагается столица штата – Гонолулу (рис.1).

Рис. 1. Карта Гавайских островов. "Национальный атлас Соединенных Штатов Америки" [17].

Гавайский архипелаг образован вулканической деятельностью, начавшейся более 70 миллионов лет назад и продолжающейся до сих пор, в основном на острове Биг Айленд. Вулканами называются геологические образования над каналами и трещинами в земной коре, по которым из недр выводятся на поверхность различные продукты извержений (жидкие, твердые, газообразные). Вулканизм является планетарным процессом, имеющим большое значение в формировании земной коры; известно, что больше 75% земной поверхности покрыто продуктами вулканической деятельности [3].

Форма вулкана зависит от состава извергаемой им лавы; обычно рассматривают пять типов вулканов [1]:

1. Стратовулканы, или «слоистые вулканы». Периодически извергают лаву (вязкую и густую, быстро застывающую) и пирокластическое вещество — смесь горячего газа, пепла и раскалённых камней; в результате происходит чередование отложений на их конусе (остром, с вогнутыми склонами).

2. Щитовые вулканы. Образуются в результате многократных выбросов жидкой лавы. Эта форма характерна для вулканов, извергающих базальтовую лаву низкой вязкости: она длительное время вытекает как из центрального жерла, так и из боковых кратеров вулкана. Лава равномерно растекается на многие километры; постепенно из этих наслоений формируется широкий «щит» с пологими краями.

3. Шлаковые конусы. При извержении таких вулканов крупные фрагменты пористых шлаков нагромождаются вокруг кратера слоями в форме конуса, а мелкие фрагменты формируют у подножия покатые склоны; с каждым извержением вулкан становится всё выше (подробнее в пункте 3.2).

4. Купольные вулканы. Образуются, когда вязкая гранитная магма, поднимаясь из недр вулкана, не может стечь по склонам и застывает вверху, образуя купол. Она закупоривает его жерло, как пробка, которую со временем прорывают накопившиеся под куполом газы.

5. Сложные (смешанные, составные) вулканы. Образуется в результате нескольких извержений (иногда разных типов), происходивших при смещении жерла на небольшие расстояния, нарушающие правильную форму конуса.

Среди щитовых вулканов можно выделить два подтипа: исландские и гавайские.

Отличительными чертами исландских вулканов являются относительно небольшие размеры, наличие ясно выраженного кольцевого вала вокруг вершинного кратера и полное отсутствие следов извержений где-либо помимо этого центрального кратера. По сравнению с ними, Гавайские вулканы имеют большие размеры. Детальное строение вулканов этого типа рассмотрено в пункте 2.2.

На Мауи расположен щитовой вулкан Халеакала (с гавайского переводимый как «дом Солнца»), высотой около 3 тысяч метров.Он извергался последний раз в 1790 году, и многие ученые считают, что в будущем он может опять активизироваться [18].

На Биг Айленде расположен уникальный Гавайский вулканический национальный парк с самыми активными вулканами в мире (рис.3). Главный вулкан в этом парке - щитовой вулкан Мауна Лоа («длинная гора» с гавайского), высота которого составляет 4170 м. Вулкан действовал 33 раза с момента первого задокументированного извержения в 1843 году. Последняя активность наблюдалась в 1984, и, несомненно, он может пробудиться вновь. Мауна Лоа является самым большим вулканом по объему слагающих его пород [18]. Склоны обладают малым углом наклона, около 4-6° [5, с.193].

Другой, не менее известный щитовой вулкан Килауэа расположен рядом, практически на склоне громадной Мауна Лоа. Он имеет высоту примерно 1250 м, а основание уходит вглубь на 5 километров. Это самый молодой и активный вулкан Гавайев[18].

Вулкан Мауна Кеа («Белая гора») - является наивысшей точкой штата (4.205 м), а также самой высокой горой на Земле (11,3 км), если считать от основания в океане (рис.2).

Рис. 2 Сравнение относительных высот вулканов планет земной группы [3, с. 224].

Из-за вулканической активности на Гавайях очень часто происходят землетрясения, на берега Тихого океана обрушиваются цунами и штормы. Но, несмотря на это, Гавайские острова отличаются мягким и влажным климатом, круглый год температура практически постоянна. Дневная температура обычно находится в диапазоне от +27 °C в зимний период и +31 °C в летний. Основная часть островов входит в тропический (океанический) климатический пояс. Большую часть времени с северо-востока здесь дуют пассаты, соответственно, северные и восточные области каждого острова называются наветренными, а южные и западные склоны – подветренными. На о. Кауаи находится одно из наиболее влажных мест на Земле – гора Ваиалеале. За всю историю наблюдения с 1912 года на ее склонах в среднем выпадает 11684 мм осадков в виде дождя. Это объясняется тем, что массы воздуха, поднимающиеся вдоль по склону, в процессе движения вверх охлаждаются. Это приводит к конденсации влаги и последующему выпадению дождя в верхних горных отрогах. При переходе через вершину вулкана, воздух нагревается, конденсация останавливается, и результатом является редкий дождь на подветренной стороне [7, с. 22].

Обособленность островов способствовала развитию большого количества эндемиков, к примеру, деревьев Охиа, Хала, улиток, птиц Ииви [7, с. 28].

В целом, Гавайские острова представлены чрезвычайной выразительностью вулканических форм. Здесь есть захватывающие дух горные вершины с узкими высокими водопадами, предгорья с изобилием растительности, и есть голые, пустынные лавовые плато.

Глава 2. Геологическое строение
2.1. Теория плюмов. Формирование Гавайских островов

Согласно концепции мобилизма - литосферные плиты передвигаются по пластичной астеносфере. Крупнейшей литосферной плитой является Тихоокеанская, которая смещается на северо-запад (рис.3). На юго-востоке идет процесс спрединга - образуется новая земная кора, на северо-западной границе происходит субдукция – плита погружается в мантию. Тихоокеанское вулканическое огненное кольцо – область на стыке плит, где находится большинство действующих вулканов. Гавайи же располагаются почти в центре литосферной плиты.

Рис. 3. Расположение Гавайских островов на смещающейся тихоокеанской литосферной плите [9, с. 13].

Это может объяснить теория горячих точек. Для истолкования магматизма в отдельных точках внутренних районов плит Дж. Т. Уилсоном была предложена теория плюмов. Плюм - восходящий конвективный поток горячего и пластичного материала с корнями в мантии. Поднимающееся вещество вызывает плавление вышележащей мантии и поэтому сопровождается на поверхности Земли интенсивной вулканической деятельностью. Выделяют плюмы исландского типа, располагающиеся под осевыми частями срединно-океанических хребтов, и плюмы гавайского типа (или внутриплитные плюмы), полностью локализованные внутри плиты [11]. Гавайские острова находятся над «суперплюмом». Такой же существует в нижней мантии под Африкой.

Остается дискуссионным вопрос взаимодействия плюмов и тектоники литосферных плит. Существуют разные точки зрения:

· Плюмы, имеющие глубинную природу ,поднимаются от ядра, нарушают механизм тектоники литосферных плит. Такой процесс может приводить к перескоку Срединно-океанических хребтов, как, например, в Тихом океане.

· Плюмы – источники энергии, подпитывающие тектонику литосферных плит.

· Плюмная тектоника и тектоника литосферных плит сосуществуют, функционируют на «разных» этажах: плюмная – в мантии; тектоника литосферных плит – в тектоносфере. При этом они взаимосвязаны, и плюмы могут как нарушать устоявшийся механизм тектоники литосферных плит, так и поддерживать его.

Горячие точки, вероятно, это нарушающие плюмы, внедряющиеся в тектоносферу.

Уилсон сумел объяснить увеличение возраста гор Гавайского архипелага по мере удаления от определенного местоположения горячей точки. Над горячей точкой формируется вулкан до того момента, пока Тихоокеанская плита не смещает его северо-западнее (со скоростью порядка 52 километров в миллион лет), далее начинает формироваться новый вулкан. Таким способом были образованы все Гавайские острова (рис. 4).

Рис. 4. Расположение гавайских островов по отношению к суперплюму [15].

Самый молодой остров – Гавайи, он же Биг Айленд – имеет возраст около 500 тысяч лет и продолжает формироваться. На нем располагаются 5 главных вулканов. В самой правой части рисунка 4 виден подводный действующий вулкан Лоихи, расположенный в 35 км от Большого острова на склоне вулкана Мауна Лоа и под 980 метрами воды. Возможно, через 60 000 лет это будет новый остров.

Острова Мауи и Молокаи созданы двумя разными вулканами, в то время как Кахоолаве и Ланаи – одним, около 1,5 млн лет назад. Однако, опустившись достаточно глубоко, можно увидеть, что это все – часть одного комплекса. Океан покрывает глубоко лежащую сушу, соединяющую острова, и в результате остаются видны лишь наивысшие ее части как 4 отдельных острова.

Остров Оаху был создан от 3 до 4 миллионов лет назад двумя вулканами, которые разрослись и соединились в один остров. Купуна («предки» с гавайского) могут рассказать легенду о том, что Оаху был сформирован братом и сестрой, которые жили близко на двух островах, но им так хотелось быть рядом, что они притянули острова и обнялись. Гора Вайанае на западе – все, что осталось от первого, более древнего вулкана, а гора Коолау на востоке – остаток от второго. Через миллион лет, после того как вулкан Коолау сформировался, возникла «Алмазная гора» (Даймонд хед), являющаяся частью комплекса вулканических конусов, образованных из-за серии кратковременных извержений [10]. Примечательно, что такое название кратер получил из-за английских моряков, которые перепутали драгоценный камень с известковым шпатом.

Также как острова Кахоолаве и Ланаи, Кауаи и Ниихау являются частью одной горы. Ученые выяснили, что остров Кауаи был сформирован около 6 миллионов лет назад, а Ниихау еще позже. Плоские поверхности Ниихау образовались в результате выветривания, покрытия песком мертвого кораллового рифа [9]. На острове расположено озеро Халулу - единственное озеро Гавайского архипелага. Ниихау характеризуется относительно засушливым климатом, из-за отсутствия гор, которые приводят к образованию осадков из пассатов.