夏威夷大島上的一座火山基拉韋(Kilauea)爆發了22年以上。馬拉松爆發只是使火山峰在火山群中脫穎而出的特徵之一。 Kilauea的熔岩經常走到大海中,在那裡它們造成高聳的蒸汽羽毛含量比大多數其他火山的熔岩更豐富。另外,基拉韋阿的地方很奇怪。大多數火山都位於地球構造板的邊緣附近,但基拉韋阿位於北太平洋,距離最近的板塊邊界3,000多公里。


Kilauea周圍也有地理特質。它與其他四個火山共享了大島,其中只有一座被認為是活躍的。夏威夷群島上的其他島嶼和淹沒的海底,全部由長期休眠或滅絕的火山形成,沿著一條緊密的線向西北延伸3,500公里。在那裡,封口的單個文件在北部建立了60°的狗狗。島嶼和海山距離基拉韋阿(Kilauea)的岩石越大。
這座火山和海灣的糾察柵欄的明顯年代順序以及從各自熔岩的化學中剔除的證據,幾十年前,一些科學家推測,由於海殼支撐著他們的海角,島上的島嶼是在地球地面上異常熱點的北部。
正如這些地質學家所看到的那樣,現在在基拉韋阿(Kilauea)下的熱點是由一個被稱為地幔羽流的上升區域產生的,它間歇性地刺穿了地球的外殼吹風風格。發生這種情況時,新的火山形成。隨著移動地殼將活的火山從底層羽流的固定岩石或岩漿的固定來源遠離時,火山特徵處於休眠狀態。同時,移動的構造板帶來了羽毛狀上以前不受影響的地殼區域,而火山活動的新鮮區域則在那裡建造新島嶼。
由於熱點位於地球深處,因此開發地幔假說的研究人員很難說服懷疑的同事。可以肯定的是,羽毛可能無法解釋每個火山島和海拔的每個火山島(請參閱下面的“彎曲和拉伸”)。然而,現在,研究人員正在進行對地震波的複雜分析,這些波浪在夏威夷下方以及其他一些火山活動區域內的地幔深處傳播。結果是有力的證據表明,李子是雕刻地球火山的主要參與者。
關於岩漿如何在地球內部流動的詳細數學模型表明,李子可以採取許多形狀,而不僅僅是大多數研究人員所設想的蘑菇斑點。此外,模擬表明,具有獨特化學成分的羽流材料區域在漫長而緩慢的地球表面過程中可以保持完整 - 這一發現是由於最近300萬年從夏威夷火山爆發的最近對熔岩的分析所帶來的。
深處
我們星球的大部分1,500或如此活躍的火山都位於俯衝帶附近,地球的構造板之一刮下了另一個,然後駛入地幔的上層。那一層,熔融岩石在壓力下緩慢滲出的數百萬次與海平面大氣所施加的岩石一樣大,就在地球5到70公里厚的外殼下方。當俯衝板達到數十公里的深度時,其一些成分融化,擴展到較小的密度,然後滲透到地殼上層板中的裂縫或其他弱點。當那塊熔融的岩石刺穿地面時,火山爆發了。
地幔羽的火山的發展與俯衝區弟兄的發展不同。燃料燃料的岩石不是從地幔的上游升起的,而是來自地球地幔和位於其下面的熔融鐵層之間的邊界。這個邊界處於約2900公里的深度,紐約和丹佛之間的距離。
地幔中的對流慢慢地從核心傳輸到地球表面巨大的熱量,該熱量可能高達5,000°C。想想一個帶有熔岩燈的球形,其熱源在中心。
印第安納州西拉斐特市普渡大學的地球物理學家斯科特·金說,隨著岩漿在下地幔的溫暖,其性質也會改變。材料擴展,變得越來越少,流動越來越容易。
每年只有幾厘米的速度,浮力比平均水平的材料的浮力較高。當羽流到達由地殼形成的天花板時,它變成了熱點並為火山活動燃料。
地幔上升的羽流與周圍的冷卻材料之間的密度差使科學家可以區分兩者。普林斯頓大學的地球物理學家拉夫·蒙特利(Raffaella Montelli)說,例如,地震海浪在穿越低密度岩石時會放慢腳步。她和她的同事們使用大地震產生的振動來探測地球內部,這是醫生使用超聲檢查患者內部組織的方式。
通過分析地震脈衝傳播的地震波的模式,地震學家稱之為p波,蒙特利(Montelli)的群體在全球地幔中確定了32個廣闊的區域,在世界範圍內,地震波的傳播速度比平均平均水平慢。科學家得出結論,這些低密度岩漿的區域是地幔羽。
其中六個地區 - 位於南大西洋的升天島下方,北大西洋的亞速爾群島和加那利群島,伊斯特島,塔希提島和太平洋的薩摩亞,都顯然將其一直延伸到核心掩體邊界。基於p波的其他所謂羽毛圖像,例如太平洋庫克島下方的羽毛,印度洋的凱格倫島以及大西洋上的佛得角群島,深度越來越大。
地質學家隨後轉向S波 - 一種地震振動,它會慢慢傳播,並通過岩石傳輸剪切力。蒙特利(Montelli)去年12月在美國地球物理聯盟的秋季會議上報導,分析表明,這些羽毛也擴展到了核心掩體邊界。
蒙特利說,令人驚訝的是,基於地震波的地震圖像的畫廊表明,某些單獨的羽毛在地球表面的幾個地區的燃料火山活動。很久以前,據稱創建了升天島的羽流的分支也在聖海倫娜島上刺了火山(拿破崙在流亡中度過了6年)到東南1,200公里。同樣,現在在亞速爾群島和金絲雀群島(相距約1,600 km的北大西洋上的架架)為火山活動加油的羽流,顯然是從單個軀幹上分支的,地幔深度為1,450公里。
在幾個地區,例如印尼島島南部的南部或澳大利亞東北的珊瑚海,P-Wave和S-Wave圖像顯示出寬闊的羽毛狀特徵,從地幔的底部升起,但僅延伸到地球表面的一半。蒙特利說,這些特徵可能是製造的熱點,地下是火山的地下風光。
硬證據
在1960年代,科學家首先想到了lum羽,因為浮石的長圓柱會逐漸變平並擴散成蘑菇形狀,因為熔融質量通過地幔升起。但是,新的計算機模擬表明李子可以採用各種輪廓。
巴黎地球物理學研究所的Cinzia G. Farnetani說,在大多數先前的地幔羽流模型中,熔融岩石的粘度和浮力僅取決於溫度的變化。但是她和她的同事耶魯大學的亨利·塞繆爾(Henri Samuel)最近開發了一種模型,該模型還根據其化學成分調整了羽狀密度。這很重要,因為隨著羽毛在地幔中升高,周圍的壓力減少了。然後,羽流的礦物質可以結晶。這會改變熔融混合物的密度和粘度,在此過程中釋放或吸收熱量。
Farnetani和Samuel在模擬海盆大小的大小尺寸時,追踪了羽毛升起的羽毛運動的運動,該羽毛在構造板板下方,每年以6秒的速度沿著速度延伸。在某些情況下,在其模擬地幔底部的熔融岩石的大區域形成了600公里寬的斑點,這些斑點泡泡到上覆的構造板上,在那裡它們在地殼中融化了孔,並觸發了大量的火山活動。
在其他情況下,模擬的羽流的浮力不足以克服隨著熔融岩石升高而發生的礦物學變化。因此,大部分羽流在地幔的中層停滯不前,最終升到外殼的小指是狹窄的,只產生了一個薄弱的熱點。研究人員在4月16日描述了他們的發現地球物理研究信。
以前,科學家們猜測,羽流的內部區域由最低地幔的熔融岩石組成,外層包括羽流上升時從較高地幔區域拖動的材料。這可以解釋彼此附近的羽流火山如何用不同的化學成分噴出熔岩。
但是使用Farnetani和Samuel的新模型的模擬結果表明,由於從地幔底部冒泡的大量材料中的化學異質性,可能會出現這種差異。 Farnetani說,在這些較低的深度處掃入羽狀物的單個粘性材料的地球會像拉Taffy一樣向上延伸,因為羽流的升起,但不會與鄰近的地球群混合在一起。
最近,從夏威夷火山鑽探的新舊熔岩的樣本提供了現實世界中岩漿流的實例,這些岩石流在羽流中沒有混合在地球表面。兩到300萬年前,夏威夷熱點開始加油兩個密切間隔但平行的火山連鎖店,科學家將其稱為KEA和LOA連鎖店。
現已表明,高精度分析表明,火山的兩個鏈在化學上並不相似,而是,各種鉛同位素的比例明顯不同。
但是,在每個火山的鏈中,隨著時間的流逝,熔岩中的同位素比保持非常一致。例如,鉛同位素的比率和30萬年前Mauna Kea發出的熔岩的新近同位素的比率與今天從Kilauea流出的那些是無法區分的,Feigenson及其同事在4月14日的報告中報告自然。
費根森指出,這是有道理的,因為300,000年前,莫納·基亞(Mauna Kea)直接在現在是基拉韋阿(Kilauea)的熱點上方。在中間的時代,太平洋構造板的運動將Mauna Kea帶到西北約65公里。
Farnetani說,這些結果“非常令人興奮”,他們證實她和塞繆爾(Samuel)開發的地幔模型反映了現代和古老的熔岩中記錄的條件。
她指出,共同指出,羽狀模型,熔岩化學和地震圖像顯示了許多火山省的浮岩岩石區域“現在比以往任何時候都更令人信服的人確實存在地幔羽”。
彎曲和伸展
地幔李可能沒有創建所有太平洋海山
太平洋構造板位於熱點,燃燒著夏威夷群島的火山活動,並且仍在形成。該盤子以3500公里長的島嶼和數十種夏威夷西北地區的島嶼島嶼線和數十個淹沒的海峽逐漸穩定地向西北移動。但是,在到達日本的一半時,封口鏈中有60°彎道,甚至更老的海山線指向俄羅斯東海岸。這種方向表明,太平洋板塊先前幾乎直接向北移動。
從該扭結附近的海山收集的岩石樣品的年齡表明,大約4700萬年前,盤子突然轉向其目前的路徑。
南太平洋的幾個海底連鎖店大致平行於夏威夷海山鏈,它們也顯示了60°彎曲。由於這些南太平洋連鎖店像夏威夷同行一樣,位於太平洋構造板上,許多科學家都推測,基本的熱點造成了所有這些海拔。然而,對海底峰疏d的古代熔岩樣品的分析引起了人們對這一理論的懷疑。
Staudigel和他的同事Anthony AP Koppers使用了樣品中兩個氬同位素的比率來估計南太平洋海峽兩條線的岩石時代。位於澳大利亞東北部的吉爾伯特山脊和Tokelau海底下面的海殼已有1億年的歷史。相比之下,吉爾伯特山脊連鎖店彎道的拐角處的火山峰約為6700萬年,而Tokelau線的扭結附近的山峰大約在5700萬年前形成。
Staudigel說,這些年齡都不匹配夏威夷海山小徑的彎道的4,700萬年齡,這表明太平洋構造板塊突然轉彎並沒有同時引起夏威夷和南太平洋連鎖店的彎道。
更重要的是,移動熱點不太可能導致兩條南太平洋的海底小徑。來自吉爾伯特山脊海山的熔岩樣品的年齡表明,底層羽流將不得不以每年聞所未聞的13厘米速度在粘性地幔中移動,而夏威夷鏈以下的羽流估計為每年1 cm。
而且,相距僅幾百公里的羽毛將不得不同步持續數百萬年,但隨後在不同的時間減速並失去了蒸汽。 Staudigel說,這是不可能的。
相反,他和科普斯在2月11日推測科學這力量拉在太平洋構造板塊的西南部,可能已經將海殼延伸到了那裡,造成了易於火山的弱點。
Staudigel承認,沒有太多證據支持有關Gilbert Ridge和Tokelau seamounts如何形成的任何具體理論。但是,他指出:“這項研究的價值是……表明地幔羽不是解釋。”