Tektonika desek

Plate Tectonics a havajské hot spot



Znovu publikován od Erupce havajských sopek - minulost, současnost a budoucnostRobert Tilling, Christina Heliker a Donald SwansonObecný geologický průzkum USA 117.

Mapa Tichého oceánu: Mapa tichomořské pánve ukazující umístění řetězce havajských hřebenů a císařů hřebenů a aleutského příkopu. Základní mapa z této dynamické planety.

Původ havajských ostrovů

Havajské ostrovy jsou vrcholky gigantických sopečných hor vytvořených nespočetnými erupcemi tekuté lávy během několika milionů let; nějaká věž více než 30 000 stop nad mořem. Tyto sopečné vrcholy stoupající nad hladinu oceánu představují pouze nepatrnou, viditelnou část obrovského podmořského hřebene, havajského hřebenového řetězu hřebene-císaře, složeného z více než 80 velkých sopek.

Sopka Mauna Kea na ostrově Havaj má nadmořskou výšku 13 796 stop. Avšak základna ostrova začíná asi 18 000 stop pod hladinou moře. Pokud by byl ostrov Havaj považován za „horu“, byl by nejvyšší na světě a porazil Mount Everest o více než 1000 stop. Další informace.

Tento rozsah se táhne napříč Tichým oceánem od havajských ostrovů po aleutský příkop. Samotná délka havajského segmentu Ridge, mezi ostrovem Hawai'i a ostrovem Midway na severozápad, je asi 1600 km, zhruba vzdálenost od Washingtonu, D.C., do Denveru v Coloradu. Množství lávy, které propuklo, aby vytvořilo tento obrovský hřeben, asi 186 000 kubických mil, je více než dost na pokrytí státu Kalifornie vrstvou o tloušťce 1 míle.

Typy hranic desek: Blokové diagramy divergentních, konvergentních a transformačních hranic desek.

Plate Tectonics a havajské hot spot

Na počátku šedesátých let se související koncepce „šíření mořského dna“ a „tektoniky talířů“ objevily jako silné nové hypotézy, které geologové použili k interpretaci rysů a pohybů povrchové vrstvy Země. Podle tektonické teorie desek se tuhá vnější vrstva Země, neboli „litosféra“, skládá z asi desítek desek nebo desek, z nichž každá je v průměru 50 až 100 mil. Tyto talíře se pohybují relativně k sobě při průměrné rychlosti několika palců za rok, tak rychle, jak rostou lidské nehty. Vědci rozpoznávají tři běžné typy hranic mezi těmito pohyblivými deskami (viz schémata):

(1) Divergentní hranice

Sousední desky se od sebe oddělují, například na středoatlantickém hřebeni, který odděluje severní a jižní Ameriku od platní Eurasie a Afriky. Toto roztažení způsobuje „šíření mořského dna“, protože nový materiál z podkladové méně tuhé vrstvy nebo „astenosféry“ vyplňuje trhliny a přidává se k těmto oceánským talířům. Viz: Výuka o hranicích divergentních desek.

(2) Konvergentní hranice

Dvě desky se pohybují směrem k sobě a jedna je tažena dolů (nebo „tlumena“) pod druhou. Hranice konvergentních desek se také nazývají „subduction zóny“ a jsou typizovány aleutským příkopem, kde je Pacific Plate pod Severoamerickou destičkou tlumena. Mount St. Helens (jihozápadní Washington) a Mount Fuji (Japonsko) jsou vynikajícími příklady sopek subduction zóny vytvořených podél hranic konvergentních desek. Viz: Výuka o hranicích konvergentních desek.

(3) Transformační hranice

Jedna deska se posouvá vodorovně za druhou. Nejznámějším příkladem je poruchová zóna San Andreas Fault Zone v Kalifornii, která označuje hranici mezi tichomořskými a severoamerickými deskami. Viz: Výuka o hranicích transformačních desek.

Tektonické desky a aktivní sopky světa: Nejaktivnější sopky se nacházejí podél hranic tektonických desek Země nebo v jejich blízkosti. Havajské sopky se však vyskytují uprostřed Tichého oceánu a jsou tvořeny vulkanismem nad havajským „horkým místem“ (viz text). Zde jsou zobrazeny pouze některé z více než 500 aktivních sopek Země (červené trojúhelníky). Obrázek USGS. Klikni pro zvětšení.

Zemětřesení a sopky na hranicích desek

Téměř všechna zemětřesení a aktivní sopky na světě se vyskytují podél nebo v blízkosti hraničních desek Země. Proč se tedy havajské sopky nacházejí uprostřed Tichého oceánu, více než 2 000 mil od nejbližší hranice s jakoukoli jinou tektonickou deskou? Zastáncové deskové tektoniky zpočátku neměli vysvětlení výskytu sopek v interiérech desek („intraplate“ vulkanismus).

Hypotéza „Hot Spot“

Pak v roce 1963 poskytl kanadský geofyzik J. Tuzo Wilson geniální vysvětlení v rámci tektoniky desek navržením hypotézy „hot spot“. Wilsonova hypotéza se začala široce přijímat, protože dobře souhlasí s mnoha vědeckými údaji o lineárních sopečných ostrovních řetězcích v Tichém oceánu obecně - a zejména o havajských ostrovech.

Jak hluboké jsou horká místa?

Podle Wilsona výrazný lineární tvar havajsko-císařského řetězce odráží postupný pohyb pacifické desky nad „hlubokým“ a „fixním“ horkým místem. V posledních letech vědci diskutovali o skutečné hloubce havajských a jiných horkých míst Země. Rozkládají se jen pár stovek mil pod litosférou? Nebo se rozprostírají tisíce kilometrů, snad až k hranici Země-plášť?

Pohybují se Hot Spots?

Také, zatímco vědci obecně souhlasí s tím, že horká místa jsou fixována v poloze relativně k rychle se pohybujícím převažujícím talířům, některé nedávné studie ukázaly, že horká místa mohou pomalu migrovat v průběhu geologického času. V každém případě havajské horké místo částečně roztaví oblast těsně pod převládající pacifickou deskou a vytváří malé izolované kuličky roztavené horniny (magma). Méně husté než okolní pevná skála, magma kuličky se spojují a vznášejí se strukturálně slabými zónami a nakonec vybuchují jako láva na dně oceánu a staví sopky.

Havajsko-císařský řetěz

Po dobu asi 70 milionů let opustily kombinované procesy tvorby magmatu, erupce a nepřetržitého pohybu Pacifikového talíře po stacionárním horkém místě stopu sopek přes oceánské dno, které nyní nazýváme Havajsko-císařským řetězcem. Ostrý ohyb v řetězci asi 2 200 mil severozápadně od ostrova Hawai'i byl dříve interpretován jako zásadní změna směru pohybu talířů kolem 43–45 miliónů let (Ma), jak naznačují věky bracaningu sopek ohyb.

Nedávné studie však naznačují, že severní segment (císařský řetězec) vznikl, když se horká skvrna pohybovala na jih až do doby 45 ma, když byla pevná. Poté převládal pohyb talířů na severozápadě, což vedlo ke vzniku havajského hřebene „po proudu“ od hotspotu.

Havajské horké místo: Výřez podél havajského ostrovního řetězce ukazující odvozený plášť pláště, který napájel havajské horké místo na převládající pacifické desce. Geologické věky nejstarší sopky na každém ostrově (před Ma = miliony let) jsou postupně starší na severozápad, což odpovídá modelu hot spot pro vznik havajského řetězu hřebenů hřebenů a císařů. Upraveno z obrázku Joela E. Robinsona, USGS, na mapě „The Dynamic Dynamic Planet“ Simkina a dalších, 2006.

Loihi Seamount: Aktivní podmořská sopka u jižního pobřeží Velkého ostrova Hawai'i. Obrázek Creative Commons od Kmusser. Klikni pro zvětšení.

Věk ostrovů

Ostrov Hawai'i je nejjižnější a nejmladší ostrov v řetězci. Nejvýchodnější část ostrova Hawai'i v současné době překrývá horké místo a stále využívá zdroje magmatu, aby krmila aktivní sopky. Lö'ihi Seamount, aktivní podmořská sopka u jižního pobřeží ostrova Hawai'i, může znamenat začátek zóny formování magmatu na jihovýchodním okraji horkého bodu. S možnou výjimkou Maui se další havajské ostrovy posunuly severozápadně za horké místo - postupně byly odříznuty od zdroje magmatu a již nejsou vulkanicky aktivní.

Progresivní severozápadní drift ostrovů od jejich původního bodu přes horké místo je dobře patrný ve věku hlavních toků lávy na různých havajských ostrovech od severozápadu (nejstaršího) k jihovýchodu (nejmladšího), uváděných v milionech let: Ni 'ihau a Kaua'i, 5,6 až 3,8; O'ahu, 3,4 až 2,2; Moloka'i, 1,8 až 1,3; Maui, 1,3 až 0,8; a Hawai'i, méně než 0,7 a stále rostou.

Dokonce i pro samotný ostrov Hawai'i je relativní věk pěti sopek slučitelný s teorií hot-spot (viz mapa, strana 3). Kohala, v severozápadním rohu ostrova, je nejstarší a ukončila eruptivní činnost asi před 120 000 lety. Druhým nejstarším je Mauna Kea, který naposledy vypukl asi před 4 000 lety; další je Hualälai, který měl v písemné historii pouze jednu erupci (1800–1801). A konečně, Mauna Loa i Kïlauea byly v posledních dvou stoletích energicky a opakovaně aktivní. Protože to roste na jihovýchodním křídle Mauna Loa, Kïlauea je věřil být mladší než jeho obrovský soused.

Velikost havajského horkého místa není dobře známa, ale pravděpodobně je dostatečně velká, aby obsáhla a nakrmila v současnosti aktivní sopky Mauna Loa, Kïlauea, Lö'hi a případně také Hualälai a Haleakalä. Někteří vědci odhadují, že havajské horké místo je asi 200 mil napříč, s mnohem užšími svislými průchody, které přivádějí magma k jednotlivým sopkám.