板块构造与夏威夷热点

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作者: Laura McKinney
创建日期: 8 四月 2021
更新日期: 26 四月 2024
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48 夏威夷群岛的形成 宇宙学&天文学 可汗学院
视频: 48 夏威夷群岛的形成 宇宙学&天文学 可汗学院

内容


太平洋盆地地图: 太平洋盆地地图,显示了夏威夷山脊-皇帝海山链和阿留申海沟的位置。 “此动态星球”的基本地图。


夏威夷群岛的起源

夏威夷群岛是几百万年来无数次熔岩喷发形成的巨大火山山的顶端;一些塔在海底之上30,000英尺以上。这些上升到海面之上的火山峰仅代表巨大的海底山脊的细小可见部分,即夏威夷山脊-皇帝海山链,由80多个大型火山组成。

该范围横跨太平洋海底,从夏威夷群岛到阿留申海沟。仅夏威夷脊山脉段的长度,就在夏威夷岛和中途岛之间,向西北延伸,约1600英里,大约是从华盛顿特区到科罗拉多州丹佛的距离。形成此巨大山脊的熔岩喷出量约为186,000立方英里,足以覆盖1英里厚的加利福尼亚州。



板边界的类型: 发散,收敛和变换板边界的框图。

板块构造与夏威夷热点

在1960年代初期,“海底扩散”和“板块构造”的相关概念作为地质学家用来解释地球表层特征和运动的强有力的新假设而出现。根据板块构造理论,地球的刚性外层或“岩石圈”由大约十几个平板或板块组成,每个板块或板块平均厚度为50到100英里。这些平板以每年几英寸的平均速度彼此相对移动,大约与人类指甲的生长速度一样快。科学家们认识到这些移动板之间的三种常见边界类型(见图):

(1)分界线

相邻的板块拉开,例如在中大西洋海脊,将北美和南美板块与欧亚大陆板块和非洲板块分隔开。这种拉开会导致“海底扩散”,因为来自底层刚性较低的层(或“软流圈”)的新材料填充了裂缝并增加了这些海洋板块。请参阅:关于发散板边界的教学。

(2)收敛边界

两块板相互靠近,一个板在另一个板的下方向下拖动(或“俯冲”)。会聚板块边界也称为“俯冲带”,以阿留申海沟为代表,阿留申海沟是太平洋板块在北美板块之下被俯冲的地方。圣海伦斯山(华盛顿西南)和富士山(日本)是沿会聚板块边界形成的俯冲带火山的绝佳例子。请参阅:关于收敛板边界的教学。

(3)变换边界

一块板水平滑过另一块。最著名的例子是加利福尼亚地震多发的圣安德烈亚斯断层带,它标志着太平洋板块与北美板块之间的边界。请参阅:关于变换板边界的教学。




世界的构造板块和活火山: 最活跃的火山位于沿地球移动的构造板块的边界附近。然而,夏威夷火山发生在太平洋板块的中部,是由夏威夷“热点”上的火山作用形成的(见正文)。这里仅显示地球上500多个活火山中的一些(红色三角形)。 USGS图片。点击放大。

板块边界的地震和火山

世界上几乎所有的地震和活火山都沿着或靠近地球移动板块的边界发生。那么,为什么夏威夷火山位于太平洋板块的中部,距与任何其他构造板块的最近边界相距2000多英里呢?板块构造的支持者起初没有解释板块内部火山的发生(“板内”火山作用)。

“热点”假说

然后在1963年,加拿大地球物理学家J. Tuzo Wilson通过提出“热点”假说,在板块构造学的框架内提供了巧妙的解释。威尔逊的假设已被广泛接受,因为它与关于太平洋,尤其是夏威夷群岛的线性火山岛链的许多科学数据非常吻合。

热点有多深?

威尔逊认为,夏威夷皇帝链的独特线性形状反映了太平洋板块在“深”和“固定”热点上的渐进运动。近年来,科学家一直在争论夏威夷和其他地球热点的实际深度。它们是否仅在岩石圈以下延伸了几百英里?还是它们向下延伸了数千英里,也许一直延伸到地球的核心-地幔边界?

热点会移动吗?

同样,尽管科学家普遍认为热点相对于快速移动的上覆板是固定的,但最近的一些研究表明,热点可以在地质时间内缓慢迁移。无论如何,夏威夷热点会部分地融化覆盖的太平洋板块下方的区域,从而产生孤立的小块熔岩(岩浆)。岩浆斑点不如周围的坚固岩石那么稠密,聚集在一起并通过结构薄弱的区域浮起,最终像熔岩一样喷发到海底,从而形成火山。

夏威夷皇帝链

在大约7,000万年的时间里,岩浆形成,喷发和太平洋板块在固定热点上连续运动的综合过程,使火山的痕迹留在了海底,现在我们称之为夏威夷皇帝链。以前,在夏威夷岛西北约2200英里处,链条上的一个急剧弯曲被解释为板块运动方向的重大变化,大约在43-45百万年前(马),这是由包围该弯曲的火山年代所暗示的。 。


但是,最近的研究表明,随着热点向南移动,直到固定在45 Ma左右,北部区域(Emperor Chain)才形成。此后,向西北方向的板块运动占了上风,导致在热点的“下游”形成了夏威夷山脊。

夏威夷热点: 沿夏威夷岛链的剖视图,显示推断的地幔柱羽流已为压倒太平洋板块的夏威夷热点提供了营养。每个岛上最古老的火山的地质年龄(Ma =数百万年前)向西北逐渐变老,这与夏威夷山脊-皇帝海山链起源的热点模型一致。改写自USGS乔尔·E·罗宾逊(Joel E. Robinson)在Simkin等人的“ This Dynamic Planet”地图中的图片,2006年。

Loihi Seamount: 夏威夷大岛南部海岸附近的一座活泼海底火山。知识共享图片由Kmusser提供。点击放大。

岛屿时代

夏威夷岛是该链条中最东南,最年轻的岛屿。夏威夷岛的最东南部目前位于热点上方,仍在利用岩浆源为其活跃的火山供食。夏威夷岛南海岸外的活海火山LöihiSeamount可能标志着热点东南边缘的岩浆形成区的开始。除了毛伊岛外,其他夏威夷群岛已向西北移动到了热点之外,它们随后被从持续的岩浆源中切断,不再具有火山活动性。

从各夏威夷群岛从西北(最古老)到东南(最年轻)的主要熔岩流年龄(以百万年为单位)可以很好地说明这些岛屿从其起源点到热点的逐渐向西北方向漂移:考艾岛(Kauai)为5.6至3.8;瓦胡岛3.4-2.2;莫洛凯岛1.8至1.3;毛伊岛,从1.3到0.8;夏威夷不到0.7,并且还在增长。

即使仅就夏威夷岛而言,其五座火山的相对年龄也符合热点理论(参见地图,第3页)。位于该岛西北角的Kohala是最古老的岛屿,大约在12万年前就停止了喷发活动。第二古老的是冒纳凯阿火山(Mauna Kea),该火山爆发于大约4000年前。接下来是Hualälai,在书面历史中只有一次喷发(1800-1801)。最后,在过去的两个世纪中,莫纳罗亚峰(Mauna Loa)和基拉韦厄(Kïlauea)都屡屡活跃。因为它生长在莫纳罗亚火山的东南侧,所以基耶鲁厄比其大邻居年轻。

夏威夷热点地区的规模尚不为人所知,但它可能足够大,可以容纳并养活目前活跃的莫纳罗亚火山,基拉韦厄火山,洛伊希火山,以及可能的Hualälai和Haleakalä火山。一些科学家估计,夏威夷热点约宽200英里,其垂直通道要狭窄得多,可将岩浆喂给各个火山。