Крикуновой Александры Игоревны.
Крикуновой Александры Игоревны.
Научный руководитель:
к. г. н., доцент Волкова Т. М.
Санкт-Петербург
Содержание
Введение. 3
Глава 1. Физико-географическое описание района. 4
Глава 2. Геологическое строение. 8
2.1. Теория плюмов. Формирование Гавайских островов. 8
2.2. Общая характеристика гавайского типа вулканической деятельности. 11
2.3. Лавовые потоки и покровы.. 12
2.4. Пирокластические продукты извержений. 16
Глава 3. Формирующие и рельефообразующие процессы, созданные вулканической деятельностью. 19
3.1. Кальдеры и кратеры.. 19
3.2. Шлаковые и паразитические конусы.. 23
3.3. Поствулканические явления. 24
3.4. Денудация вулканических образований. 25
Заключение. 27
Список литературы. 28
Введение
Гавайская вулканическая провинция как область современных действующих вулканов представляет собой яркое проявление эндогенных процессов, доступных непосредственному наблюдению. Этот регион давно пользуется научно-исследовательским интересом.
Актуальность исследования Гавайских вулканов очень высока, ведь от их активности прямо зависит равновесие биосферы не только этого архипелага, но и всей Земли. Гавайские вулканы настолько велики и мощны, что их деятельность носит планетарный масштаб.
Гавайские острова представляют особый интерес для меня, потому что это одно из немногих мест, где можно воочию наблюдать как «дышит» Земля, как из ее недр поднимается горячая магма, как мирно соседствуют тропические джунгли и черные лавовые плато. В ходе поездки в феврале 2017 г. я посетила 4 главных острова региона – Кауаи, Оаху, Мауи и Биг Айленд. Во время путешествия я наблюдала лавовое озеро в кальдере Килауэа, прошлась внутри лавовой трубки, пролетала на вертолете над каньоном Ваймеа и горячей лавой, текущей в океан. Я опускалась в море к коралловому рифу, смотрела в телескопы на звезды в обсерватории на высоте 4 тысячи метров на горе Мауна Кеа, участвовала в экскурсии с геологом по дну кратера Килауэ Ики, побывала на фумарольных полях. Все поствулканические явления, включающие выходы газов и термальные источники, имеют широкое распространение на островах.
Основной целью работы является анализ геологических факторов, формирующих вулканы и процессы вулканизма на Гавайских островах, на основании литературы, интернет-источников и личных впечатлений.
Задачами исследования являются:
- Описание геологических закономерностей формирования островов
- Анализ особенностей главных вулканов региона и их продуктов извержений
- Рассмотрение поствулканических процессов и экзогенного воздействия на вулканические постройки
Объектом исследования являются Гавайские острова, а предметом - вулканические аппараты островов и процессы,с ними связанные.
Основными литературными источниками послужили издания Гавайского университета (Atlas of Hawaii, Geothermal Spas in Hawaii), а также второй том «Общей геоморфологии» Щукина И.С.
Лавовые потоки и покровы
Изливающаяся из центрального кратера или из боковых трещин лава стекает по склонам в виде потока. Он может прекратить движение либо на склоне самого вулкана, либо, достигая подошвы, разливается в виде сплошного покрова. Нижний конец лавового потока, загустевая при охлаждении, испытывает напор движущейся сверху массы, и его край обычно выражен крутым уступом. Основная (базальтовая) лава образует более длинные потоки, легче приспособляясь ко всем неровностям рельефа. Более вязкая кислая лава, наоборот, дает короткие потоки, но сравнительно большей мощности. Размеры лавовых потоков меняются в очень широких пределах – от нескольких метров до многих десятков километров. Потоки длиной 40-50 км не редкость у гавайских вулканов. «Наибольшая скорость движения свойственна, по-видимому, базальтовым лавам Мауна Лоа на Гавайи. Однако большинство лавовых потоков имеет гораздо меньшую скорость движения, которая к тому же быстро убывает с удалением от места извержения, по мере охлаждения лавы» [6, c. 380].
В зависимости от характера лавы и содержания в ней газов поверхность отвердевшего лавового потока может иметь разнообразный вид. На Гавайях можно выделить три главных типа лавы:
1. «Аа-лава» (глыбовая) – представлена хаотическим нагромождением глыб и обломков разного размера с неровной, трудно проходимой поверхностью (рис.6). «Условиями для образования глыбовой лавы являются сравнительно низкая ее температура и богатство газами, которые выделяются при застывании шлаковой корки. При этом газы создают в ней немногочисленные, но крупные пузыревидные пустоты. Благодаря сильной пузыристости и легкой доступности воздуха глыбовая лава сильно окислена и часто отличается бурой или кирпично-красной окраской» [6, c. 384]. С гавайского языка такой термин можно перевести как «лава, по которой невозможно ходить босиком».
Рис. 6 Лава Аа (Фотография автора)
2. «Пахоэ-хоэ-лава» (волнистая, или кишкообразная лава) – выглядит как скрученные канаты (рис. 7). «Образуется в том случае, когда лава выходит на поверхность с более высокой температурой, но с малым относительно содержанием газов и спокойным их выделением. <...> Поверхность волнистой лавы при охлаждении как бы одевается вязкой, стекловидно блестящей оболочкой, которая при продолжающемся еще движении лавы морщится, собирается в извилистые складки» [6, c. 385].
Рис. 7. Поля лавы Пахоэ-хоэ (фотографии автора.)
3. Подушечная лава – представляет собой скопление округлых эллипсоидальных тел, сформированных в результате непосредственного извержения под водой, либо из лавы, влившейся в океан до застывания (рис. 8). Формированию такой лавы способствует невысокая скорость ее движения, малый уклон местности, сравнительно высокая вязкость. Своеобразная форма – результат частичной компенсации силы тяжести выталкивающей силой, а также наиболее быстрое появление застывшей корки. Напор лавы может растрескивать эту корку, и тогда из пролома выдавливается новая «подушка» [14].
Рис.8. Подушечная лава на дне океана [14].
Поверхность лавы из-за контакта с воздухом остывает быстрее, образуя твердую корку, внутри которой продолжает течь жидкая лава. Этот верхний слой является очень плохим проводником, создает изоляцию для внутреннего потока. Он может прорвать корку в нижнем конце. Это происходит, если поток движется по сравнительно крутому склону. Лава утекает, оставляя за собой вытянутое пространство – пещеру или туннель (рис. 9), чьи стены покрыты лавовыми сталактитами.
Рис. 9. Лавовая трубка в национальном парке «Гавайи-Вулкейнос» (фотография автора)
Нередко данный механизм позволяет потокам лавы преодолевать огромные расстояния, достигая берега и сильно меняя его очертания. Эти потоки образуют выдающиеся в море мысы и полуострова и способствуют, таким образом, увеличению суши.
На Биг Айленде от вершины Килауэа на запад и юго-восток расходятся две активные рифтовые зоны протяженностью 125 и 35 км с глубокими разломами, а вдоль них находятся многочисленные кратеры. Лавовая трубка подходит к самой воде, и можно увидеть как лавовый поток вулкана Килауэа, извержение которого продолжается с 1983 года по наше время, формирует новую береговую линию (рис. 10). В начале января 2017 года в океан обрушилось около 10 гектаров острова (100 000 квадратных метров) [18].
Рис. 10. Впадение лавы в океан (фотография автора)
Кальдеры и кратеры
У большинства вулканов в верхней части их конуса есть воронкообразное, котловидное или цилиндрическое углубление, называемое кратером (с греческого «чаша»). Размеры кратера не состоят в определенном соотношении к величине самого вулкана. Часто очень мощные вулканы имеют скромные размеры кратера. Но некоторые кратеры могут достигать непропорционально больших размеров по сравнению с самим вулканом, их называют кальдерами (с испанского «котел»).
Известно три генетических типа кальдер:
1. Кальдера взрыва
2. Кальдера обрушивания
3. Специальный вид эрозионных кальдер.
Для иллюстрации А. Е. Святловский приводит генетический ряд вулканов Курило - Камчатского вулканического пояса (рис. 15): в щитовом вулкане (I) после обрушения кальдеры (II) происходит образование стратовулканов (III) с кальдерой взрыва (IV), далее образуются различные тела кислого состава и побочные излияния (V) [5, с. 60].
Рис. 15. Генетический ряд вулканов Курило-Камчатского вулканического пояса [5, с. 61].
Кальдера взрыва представляет собой верхний конец жерла вулкана, расширенный взрывом, например, кальдера Катмай на Аляске.
Эрозионные кальдеры образуются тогда, когда котловина создана не вулканической деятельностью, а эрозией поверхностных вод. К ним относятся, например, кальдера острова Пальма (Канарские острова).
Кальдера обрушивания, остановимся на ней подробней . Гавайские щитовые вулканы имеют вершинные плоскодонные неглубокие кальдеры, образованные обрушением свода, после истечения жидкой лавы через трещины на склонах вулкана. Механизм образования можно проследить на рисунке 16. «Магматическая камера является промежуточной; в нее из глубины поступает магма, причем скорость вытекания ее на склонах выше, чем скорость поступления в камеру. Обрушиванию или провалу в этом случае должно предшествовать формирование в верхних частях земной коры обширных полостей, становящихся периферическими вулканическими очагами. При этом расчеты показывают, что появление провальных кальдер может быть только в том случае, если кровля полости, опустошенная при сильных извержениях, будет находиться на глубине не более нескольких километров от земной поверхности <...>. Следует, наконец, отметить, что лава во время ее подъема в жерле может расплавить часть стенок кратера, и при понижении уровня вышележащие части его края, лишившиеся опоры, обрушиваются, вызывая расширение кратера. К типу провальных кальдер (кальдер обрушивания), принадлежит, по-видимому, кратер Мауна Лоа <...>» [6, с. 373].
Рис. 16. Образование кальдеры обрушивания [1].
У лавовых вулканов гавайского типа на дне кратера может быть расположено лавовое озеро со свободной поверхностью расплавленной лавы. При изменении его уровня образовываются кольцевые террасы, обрывающиеся отвесными уступами одна к другой. Таким примером может послужить кальдера Килауэа с кратером Халемаʻумаʻу (рис. 17).
Рис. 17. Кальдера Килауэа и прилегающие кратеры [14].
В кратере Халемаʻумаʻу находится лавовое озеро (рис. 18). Кстати, гавайцы считают этот кратер домом богини вулкана и огня Пеле, в честь которой названы упоминаемые ранее продукты вулканических извержений.
Рис.18. Лавовое озеро в кратере Халемаʻумаʻу (фотография автора).
Рядом с кальдерой Килауэа располагается меньший кратер Килауэа Ики (рис. 17; рис. 19). Килауэа переводится с гавайского как «извергающий», а Килауэа Ики можно перевести как «Малый Килауэа».
Рис. 19. Вид на Килауэа Ики сверху (фотография автора).
Обозначения:
1- дно кратера Килауэа Ики;
2 - шлаковый конус Пуу Пуаʻи (spatter-and-cinder cone);
3 – Увеалоха (уступ Байрона) – хребет, покрытый деревьями, отделяющий кратер Килауэа Ики от кальдеры Килауэа;
4 – виден «вог» (от слов «вулканический» (volcanic) и «смог» (smoke (дым) + fog (туман))) от вышеупомянутого кратера Халемаʻумаʻу (рис. 15);
5 – вулкан Мауна Лоа.
Поствулканические явления
При относительном охлаждении и застывании магмы в глубинном очаге, извержения продуктов вулканической активности на поверхность уже не происходит. Однако магматический очаг еще сохраняет высокую температуру с выделением различных газов и водяного пара. Данные компоненты, достигая поверхности, приводят к ряду явлений, названных послевулканическими, или поствулканическими.
Места, где из отверстий или трещин выходят горячие газы (превышающие 200°С) называются фумаролами. Выделяют первичные горячие газы, выделяющиеся непосредственно из магмы, и вторичные газы, причина появления которых в остывании продуктов извержений, не имеющих прямой связи с жерлом. Фумаролы являются свидетельством того, что вулкан перешел в промежуточную между извержениями стадию, либо имеет тенденцию к полному затуханию. Показательным примером фумарол на Гавайях служит упоминаемый ранее кратер Халемаʻумаʻу (рис. 18) и кратер Пуу Оо (Pu‘u ‘Ō‘ō) (рис. 21).
Рис. 21. Кратер Пуу Оо (фотография автора).
Также к поствулканическим явлениям относятся сольфатары – районы выделения водяных паров, углекислого газа, сероводорода (H2S), сернистого ангидрида (SO2) температурой от 100°С до 200°C [6, с. 428].
Области выделения сухого (без воды или водяных паров) и относительно холодного (до 100° С) углекислого газа называют мофетами. Долины с мофетами опасны для жизни, т.к. CO2 тяжелее воздуха и оседает в котловинах, но, тем не менее, небольшие объемы газа используют для терапевтических целей.
Также выделяют термальные источники - такие, температура воды которых больше средней годовой температуры данной местности. Это предполагает поступление тепла из недр. Температура может быть очень разнообразной и даже доходить до точки кипения. Наиболее известными горячими источники на острове Биг Айленд являются Похойки и Ахалануи. Стоит отметить, что вода из них по химическому составу близка к источникам, находящимся в Исландии, например, как в «Голубой Лагуне» недалеко от Рейкьявика [12, стр. 4].
Термальные источники содержат много растворенных элементов или поглощенных газов и нередко являются еще и минеральными. Наиболее известный на Большом острове – Малама-Ки. Он расположен в южной части острова, горячие термальные воды там выходят на поверхность в прибрежной зоне и подогревают морскую воду. На острове Мауи на склоне горы Халеакала в бассейне реки Охео есть озера, каскадом спускающиеся в океан. Эти термальные озера имеют лечебные свойства, так как растворенные горячие воды из недр Халеакалы богаты минералами.
3.4. Денудация вулканических образований
В историческое время зарегистрировано много случаев появления новых вулканических островов при извержениях подводных вулканов. После образования они, как и любая положительная форма рельефа, подвергаются постоянному разрушению из-за действия экзогенных факторов.
Немалой ролью обладает ветер, скорость которого возрастает с высотой и в вершинных частях достигает большой силы. Вулканические породы обладают большой проницаемостью для воды, соответственно, «разрозненная» вода не может производить размыв. Но вот против эродирующего действия собравшейся в сравнительно мощную струю воды уже не может устоять даже такая твердая масса породы. Также влияние оказывает морской прибой, очень энергично разрушая породы до полного их размытия. Если остров-вулкан или группа вулканов имеет значительные размеры, то формируются чрезвычайно крутые внешние склоны.
Немногочисленные долины представляют собой узкие и глубокие каньоны с крутыми, отвесными стенами. По мере дальнейшего вырабатывания гидрографической сети лавовое плато подвергается эрозионному расчленению и распадается на меньшие плато, ограниченные крутыми обрывами [6, с. 413].
Из-за действия всей совокупности эндогенных, а также экзогенных факторов образовался каньон Ваймеа на о. Кауаи, называемый также «Великий тихоокеанский каньон» (рис. 22). Восточные склоны острова являются одним из самых дождливых мест на Земле, что привело к разливу реки Ваймеа и способствовало водной эрозии горы Ваиалеале.
Рис. 22. Долина реки Ваймеа (фотография автора).
Заключение
На основании проведенного исследования, можно сделать следующие выводы:
1. Гавайские острова образовались из-за перемещения Тихоокеанской литосферной плиты над особым суперплюмом. При движении с юго-востока на северо-запад наблюдается последовательная смена геологического возраста. Самый молодой активный вулкан Килауэа находится на Биг Айленде, далее на Мауи расположен спящий вулкан Халеакала, лавовых полей почти нет. Северо-западнее на острове Оаху признаки вулканической деятельности отсутствуют, на Кауаи преобладают экзогенные процессы, наблюдается обилие растительности и животного мира.
2. Для щитовых вулканов Гавайского типа свойственно наличие: серии террас, кальдер обрушивания, лавовых озер (кальдера Килауэа), шлаковых конусов (кратер Килауэа Ики), паразитических конусов (на вулкане Мауна Кеа).
3. В Гавайской вулканической провинции основными типами лавы являются: аа-лава, пахоэ-хоэ, подушечная лава. Существует механизм перемещения лавы на большие расстояния: поверхность быстро остывает, превращаясь в твердую корку, но внутри жидкий поток продолжает течь.
4. Формы пирокластических выбросов своеобразны на Гавайях, но их названия узнаваемы во всем мире («волосы Пеле», «слезы Пеле», «водоросли Пеле»).
5. Широкое распространение на островах имеют поствулканические явления, включающие выходы газов и термальные источники. Совокупность эндогенных и экзогенных факторов привела к формированию удивительного по красоте каньона Ваймеа.
Краткий анализ этого региона сформировал во мне желание дальнейшего изучения вулканической деятельности в других частях мира (например, в Индонезии и Исландии).
Список литературы
1. Ауф дем Кампе, Йорн. В самое пекло // Гео. — 2013. — № 03 (180). — С. 42—55.
2. Комаровский М.Е. Общая геология: Курс лекций. – Мн.: БГУ, 2013.
3. Святловский А.Е. Морфологическая вулканология. М.:Недра, 1982. -256с.
4. Святловский А.Е. Региональная вулканология. М.:Недра, 1975. -224с.
5. Святловский А.Е. Структурная вулканология. М.:Недра, 1971. – 232с.
6. Щукин И.С. Общая геоморфология. В 3 тт. Т. 2. М.: МГУ, 1964. - 564 с.
7. Juvik J. O., Paradise T.R., Juvik S. P. Student atlas of Hawaii. - Honolulu: University of Hawaii Press, 2013. – 47 p
8. Juvik S. P. Atlas of Hawaii. 3rd Edition. - Honolulu: University of Hawaii Press, 1998. - 333p
9. Cook M., Orr K.. Discover Hawai'i's Volcanoes: Birth by Fire. Hong Kong: Island Heritage Publishing, 2015. – 48p
10. Tenbruggencate J. Hawaii, Land of Volcanoes. Taiwan: Mutual publishing, 2014. – 102 p.
11. Wilson, J. T. A Possible Origin of the Hawaiian Islands // Canadian Journal of Physics, 1969. — 863—870 р.
12. Woodruff , J.L. Geothermal Spas in Hawaii: A New Tourist Industry? - University of Hawaii, Honolulu: Hawaii Natural Energy Institute, 1987 – 71p.
Электронные ресурсы:
13. Статья из Википедии - URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Извержение_вулкана (дата обращения: 25.01.2017)
14. Лава Пахоэ-хоэ - URL: http://www.oldearth.org/curriculum/geology/geology_chapter_11.html (дата обращения: 10.04.2017)
15. Музей Томаса Джаггара – URL: https://www.nps.gov/havo/planyourvisit/jaggar_museum.html (дата обращения: 01.03.2017)
16. «Водоросли Пеле» - URL: https://www.newscientist.com/gallery/lava-shapes/ (дата обращения: 15.12.2016)
17. Карта Гавайских островов – URL: https://www.lib.utexas.edu/maps/hawaii.html (дата обращения: 20.03.2017)
18. U.S. Geological Survey – URL: https://hvo.wr.usgs.gov/ (дата обращения: 25. 01.2017)
Крикуновой Александры Игоревны.
Научный руководитель:
к. г. н., доцент Волкова Т. М.
Санкт-Петербург
Содержание
Введение. 3
Глава 1. Физико-географическое описание района. 4
Глава 2. Геологическое строение. 8
2.1. Теория плюмов. Формирование Гавайских островов. 8
2.2. Общая характеристика гавайского типа вулканической деятельности. 11
2.3. Лавовые потоки и покровы.. 12
2.4. Пирокластические продукты извержений. 16
Глава 3. Формирующие и рельефообразующие процессы, созданные вулканической деятельностью. 19
3.1. Кальдеры и кратеры.. 19
3.2. Шлаковые и паразитические конусы.. 23
3.3. Поствулканические явления. 24
3.4. Денудация вулканических образований. 25
Заключение. 27
Список литературы. 28
Введение
Гавайская вулканическая провинция как область современных действующих вулканов представляет собой яркое проявление эндогенных процессов, доступных непосредственному наблюдению. Этот регион давно пользуется научно-исследовательским интересом.
Актуальность исследования Гавайских вулканов очень высока, ведь от их активности прямо зависит равновесие биосферы не только этого архипелага, но и всей Земли. Гавайские вулканы настолько велики и мощны, что их деятельность носит планетарный масштаб.
Гавайские острова представляют особый интерес для меня, потому что это одно из немногих мест, где можно воочию наблюдать как «дышит» Земля, как из ее недр поднимается горячая магма, как мирно соседствуют тропические джунгли и черные лавовые плато. В ходе поездки в феврале 2017 г. я посетила 4 главных острова региона – Кауаи, Оаху, Мауи и Биг Айленд. Во время путешествия я наблюдала лавовое озеро в кальдере Килауэа, прошлась внутри лавовой трубки, пролетала на вертолете над каньоном Ваймеа и горячей лавой, текущей в океан. Я опускалась в море к коралловому рифу, смотрела в телескопы на звезды в обсерватории на высоте 4 тысячи метров на горе Мауна Кеа, участвовала в экскурсии с геологом по дну кратера Килауэ Ики, побывала на фумарольных полях. Все поствулканические явления, включающие выходы газов и термальные источники, имеют широкое распространение на островах.
Основной целью работы является анализ геологических факторов, формирующих вулканы и процессы вулканизма на Гавайских островах, на основании литературы, интернет-источников и личных впечатлений.
Задачами исследования являются:
- Описание геологических закономерностей формирования островов
- Анализ особенностей главных вулканов региона и их продуктов извержений
- Рассмотрение поствулканических процессов и экзогенного воздействия на вулканические постройки
Объектом исследования являются Гавайские острова, а предметом - вулканические аппараты островов и процессы,с ними связанные.
Основными литературными источниками послужили издания Гавайского университета (Atlas of Hawaii, Geothermal Spas in Hawaii), а также второй том «Общей геоморфологии» Щукина И.С.