Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Как устроена наша Земля?

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 150 RSS
←   Апрель 2015   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
30.04.2015
10:30:10
10:30:17


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://www.olegyakupov.com
Открыта: 05-10-2010

Автор
olegtrf

Статистика

150 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Как устроена наша Земля? Йеллоустоунский Супервулкан - Кальдера. Горячая Точка Земли.


Олег Якупов Signes Горячая точка. Атолл. Горячая точка. Гаваи.
  ГЛАВНАЯ   НАЗАД

Йеллоустоунский Супервулкан - Кальдера. Горячая Точка Земли.

Содержание.

1. Введение. 2. Йеллоустонская аномалия Геоида. 3. Региональный Тепловой Поток.
4. Современная активность супервулкана. 5. Горячая Точка Земли. 6. Сейсмическая активность.
7. Внутренняя структура. Сейсмическая томография.
Ссылки на использованные материалы. Облако тегов.


1. Введение.



Йеллоустоунская Кальдера - величайшая вулканическая система  не только Северной Америки, но и всей Земли. Это так называемый "Супервулкан", потому что кальдера была сформирована в результате мошнейших вулканических извержений взрывного типа.
Современная кальдера была создана катастрофическим извержением, произошедшим 640 000 лет назад. Было извержено 1000 кубических километров пепла, камня и и других пирокластических материалов. Извержение продуцировало кратер глубиной около одного км  и площадью 84 км на 45 км, заполненны туфовой лавой. Наиболее крупное из известных извержений произошло 2.1 млн лет назад. Оно извергло 2450 кубических километра вулканического материала, известного как Гекльберри Ридж туфовая формация  кальдеры Island Park. Меньшее по объему извержение выбрасило 280 куб км материала 1.2 млн лет назад, чформировавшее  туфы Mesa Falls кальдеры Henry Fork.
Последующее незначительное извержение произошло 160 000 лет назад. Оно сформировало относительно небольшую кальдеру, которая является западным ответвление Йеллоустоункого вулканического озера . Позже произошло два небольших цикла извержений, последний из которых завершился около 70 тыс. лет назад, Извержение заполнило большую часть кальдеры толстым слоем лавовых потоков.
Каждый извержение является частью эрупционного цикла, и происходит благодаря обвалу свода частично истощающегося магматического очага. Это обрушение кровли очага и создает кратер, названный кальдера. При этом выбрасывается огромное количество вулканического материала, как правило, через трещины, окружающие кальдеру. Время между последними тремя катастрофическими извержениями в  Йеллоустоне варьирует в диапазоне от 600 тыс. до 900 тыс. лет.
Инжир. 2. Йеллоустоун находится на вершине трех пересекающихся кальдеры.
Рис.2. Йеллоустоун находится на вершине трех пересекающихся кальдер.

К началу

2. Йеллоустонская аномалия Геоида.



На карте геоида для Северной Америки, к Йеллоустоунскому региону приурочен топографический свод шириной ~ 500 км.
Инжир. 3. Гравитационные подписи Йеллоустоун глобальных горячих точках.
Рис. 3. Гравитационная аномалия Йеллоустоунской глобальной горячей точки.

К началу
3. Региональный Тепловой Поток.


В среднем поток региональный тепловой поток для Snake River Plain ~ 150 mWm-2, что примерно на 30% выше, чем для Basin-Range на юге и в три раза выше, чем фоновый тепловой поток для Скалистых гор на востоке. Но чрезвычайно высокий тепловой поток величиной ~ 2000 mWm-2 Йеллоустоунского плато более чем в 30-40 раз превышает средний тепловой поток на континентах. Около 25% общего теплового потока генерируется магматическим очагом в земной коре, который, в свою очередь, подпитывается магмой из мантийного Йеллоустоунского плюма. В пределах Йеллоустоуна тепловой поток варьирует, потому что его величина зависит от локальных конвективных потоков гидротерм и приповерхностных перемещений магмы.
Инжир. 4. Тепловой поток из Йеллоустоун и реки Снейк равнины.
Рис. 4. (a) Тепловой поток для Йеллоустоуна и равнины Снейк-Ривер относительно среднего значения ~ 150 mWm-2; (b) диапазон изменения теплового потока~ 200 mWm-2; (с) очень высокий тепловой поток в районе Йеллоустоунского озера (диапазон от ~ 100 до 30000 mWm-2.

К началу

4. Современная активность.



Геологи внимательно отслеживают колебания поверхности Йеллоустоунского плато, которые измеряются, в среднем, величиной в 1,5 см в год, и являются индикатором изменения давления внутри магматического очага.Движение вверх ложа Йеллоустонской кальдеры почти на 7,6 см каждый год в период между 2004 и 2008 годами, более чем в три раза превышает, подобные движения, наблюдаемые с 1923 года.
Инжир. 5. Схема Йеллоустоун кальдеры.
Рис. 5. Схема Йеллоустоунской кальдеры.

К концу 2009 года, поднятие поверхности кальдеры значительно замедлилось и, казалось, остановилось. В январе 2010 года, Геологическая служба США заявила, что "что поднятие Йеллоустоунской Кальдеры существенно замедлилось", подъем продолжается, но более медленными темпами.
Инжир. 6. Деформации земной коры в Йеллоустонском плато с Точное нивелирование и GPS наблюдений.
Рис. 6. Деформация земной коры Йеллоустонского плато по данным сверхточного нивелирования и GPS наблюдений. Цветом представлено вертикальное движение (в мм) измеряемое относительно (а) данных нивелирования в период между 1923 и 1987 годов (мм); (b) - (d) наблюдений GPS, проведенных между 1987 и 2003 годами Красные кружочками обозначены пункты GPS налюдений, желтыми кружочками обозначены постоянные GPS станций, стрелками показано направление движения поверхности относмтельно стабильной части Северной Америке. На схемах (b), (c), (d) представлены результаты для различных периодов наблюдения за  поднятием и опусканием поверхности кальдеры.

К началу

5. Йеллоустонская Горячая Точка Земли.


Йеллоустон - это северо-восточное окончание долины Snake River. Это долина имеет форму большой U-образной дуги простирающейся сквозь горы, от Бойсе (Boise), штат Айдахо на 640 км к западу. Эта особенность рельефа трассирует перемещение Североамериканской плиты, происходящее в течение последних 17 млн лет. На сврем пути тектоническая перемещается над стационарной мантийной горячей точкой. Ландшафт современного Йеллоустонского национального парка является самым последним проявлением на поверхности Земли воздействия подкоровой горячей точки.
Источник самой Йеллоустоунской горячей точки в настоящее время не совсем понятен. Некоторые геологи предполагают, что Йеллоустонская горячая точка зародилась благодаря взаимодействию литосфере и верхнемантийной конвекцией. Другие геологи отдают предпочтение глубинному мантийному плюму. Причина в разногласиях частично связана с неожиданным зарождением горячей точки в геологическом прошлом этой территории, не нашедщей отражения в геологической летописи. Так же не до конца понятно происхождение Колумбийских базальтовых покровой, зародившихся примерно в то же геологическое время.
Комплексирование геофизических и геологических данных показывает, что Йеллоустоунская горячая точка зародилсь в результате взаимодействия мантийного плюма,  с дрейфующей над ней Североамериканской плиты. Этот процесс преобразовал континентальную литосферу магматическими и тектоническими процессами и создал за 16-17 млн лет, 700-километровую по протяженности Йеллоустонскую (YSRP - Yellowstone-Snake River Plain) кремниевую вулканическую систему.
Инжир. 7. Путь Йеллоустоун горячая точка в течение последних 15 миллионов лет.
Рис. 7. След Йеллоустоунской горячей точки за последние 15 миллионов лет. Большая стрелка показывает направление движения Северо - Американской  плиты. Топографически пониженная область занимаемаядолиной Змеиной реки (Snake River Plain) представлена зеленым цветом. Области кислого вулканизма, содержащие вешество нескольких кальдерообразующих извержений, произошедших в последние 17 млн. лет, показаны на схеме желтым цветом. Площадь распространения базальтов Columbia River обозначена серым цветом. Красными точками показаны исторические эпицентры землетрясений M1.5 - 7,5, взятые из бюллетеней университета Юты. Чернымим линиями показаны ПОЗДНЕЧЕТВЕРТИЧНые разломы; Кайнозойские базальтовые дайки (возраст в Ма) показаны желтым и оранжевым цветами. Черной пунктирной линией обозначена граница, разделяющая области в которых соотношение изотопов 87Sr / 86Sr  больше и меньше 0,706, соответственно. Эта граница интерпретируется как граница, отделяющая континентальную литосферу на восток от океанической литосферы на западе. Тектоническая парабола, определяющая топографически приподнятую структуру с повышенной сейсмичностью и обрамляюшая YSRP, показана желтыми пунктирными линиями. The Newberry trend of silicic volcanism extends NW across southeast Oregon to the Newberry caldera (N).

К началу

6. Сейсмическая активность.


Инжир. 10. Сейсмическая структура под Йеллоустоун зыби.
Рис. 8. Сейсмичность Йеллоустоунского плато за 1975-2007 гг.

За современной сейсмической активностью в Йеллоустонском национальном парке в ежечасном режиме наблюдает Геологическая служба США (Earthquake Hazards Program). В районе Йеллоустонского парка ежегодно регистрируются тысячи мелких землетрясений. На фоне мелких землетрясений зарегистрировано шесть сильных землетрясений с магнитудой 6,0 и более, в том числе землетрясение с магнитудой 7,5. Это сильное землетрясение произошло в непосредственной близости от северо-западной границы парка в 1959 году. Землетрясение магнитудой 6,1 зарегистрировано в Йеллоустонском парке 30 июня 1975 года. В течение трех месяцев в 1985 года произошел рой из 3000 незначительных землетрясений в северо-западной части парка. Причиной этого роя землетрясений послужило незначительное проседание Йеллоустонской кальдеры. Начиная с 30 апреля 2007 года, в течение нескольких дне,й в Йеллоустонской кальдере произощло шестнадцать небольших землетрясений с магнитудой до 2,7. В период с 1983 года и по 2008 год было зарегистрировано 70 подобных роев землетрясений. В декабре 2008 года, в течение четырех дней, под Йеллоустонским озером произошло более 250. Самое сильное из них имело магнитуду 3,9. В январе 2010 года, более 250 землетрясений произошло в течение двух дней.
Инжир. 9. Максимальное фокусное глубины области Hebgen Lake-Йеллоустоун.
Рис. 9. Фокальная зона концентрации очагов землетрясений области Hebgen Lake - Йеллоустоун может быть хрупко-вязкой, температурной переходной зоной: (a) надежно определенные гипоцентры (красные точки) вдоль полосы, шириной 10 км; пунктирной линией показана осредненная глубина очагов землетрясений вдоль профиля. Эта глубина интерпретируется как изотерма~ 400°С. (b) Контурная карта осредненных глубин очагов землетрясений. На карте видно уменьшение глубины очагов землетрясений в кальдере. Подъем изотермы обусловлен повышением температуры под кальдерой.

К началу

7. Внутренняя структура. Сейсмическая томография


Йеллоустоун явился первой континентальной Горячей точкой, для которой были организованы специальные полевые эксперименты. Томографическая реконструкция выявила уменьшение  скорости P-волн под кальдерой относительно средних значений на глубине порядка 100 км. Аномалия скорости достигает 15% и размер аномалии приблизительно равен 50-ти км в диаметре. Исследования были расширены на юго-запад (вкрест Snake River Plain). Результаты показывают 2% уменьшение скорости на глубиной 350 км. Исследования не подтвердили наличия обширной области пониженной скорости под литосферой, которая могла бы интерпретироваться как обширный магматический очаг разогретого вещества. Но была выявлена неширокая, трубообразная зона пониженных скоростей, простирающаяся до глубины 300 км (возможно и глубже).
Инжир. 10. Сейсмическая структура под Йеллоустоун зыби.
Рис. 10. 1. Области повышенного рельефа  (отмечены зеленым цветом) коррелитуют с областями развития местной сейсмичности (эпицентры местных землетрясений отмечены черными точками). Эти области поднятия образовались за счет подъема горячей точки.  
2. Результаты исследования глубинной структуры по данным о телесейсмических волнах, зарегистрированных региональными сейсмостанциями. Волны пересекают изучаемый объект - место предполагаемого расположения горячей точки:
(а)Земная кора, не имеет повышенную мощность под Snake River Plain (SRP) (Граница Мохо, показаная жирной линией, располагается на глубине порядка 40 км), несмотря на интрузию высокоскоростных базальтовых силлов в средней части земной коры (на схеме обозначены синим цветом) и частичное расплавленние подкорового вещества (на схеме обозначено желтым цветом).
(b) повышенные скорости в мантии (синий цвет) выявлены под топографически приподнятыми областями. Пониженные скорости в мантии (красный цвет) наблюдаются под депрессией SRP. Низкоскоростная область ограничена изолинией уменньшения скорости Р-волн в 1%);
(с) сплит SKS волны, указывающие на анизотропию скоростей в мантии  ориентацией оси повышенной скорости на юго-запад;
(d) оранжевым цветом выделены 410-км и 660-км переходные зоны в мантии. Вышеперечисленные особенности скоростной модели, позволяют сделать следующие выводы:
    (1) мантия находится примерно в равновесном, плавучем состоянии под всем свеллом (сводом);
    (2) верхние 200 км мантии частично расплавленны под SRP и обеднены базальтовой компонентой за пределами свода (swell);
    (3) верхний несколько сотен км мантии были "срезаны" при премещении плиты в Северовосточном - Югозападном направлении;
    (4) мантия под SRP аномально разогрета на уровне 660-км переходной зоны, немного охлаждена на уровен 410-км переходной зоны.

Инжир. 11. (а) трехмерный вид плюмов под Йеллоустоун (YW). Инжир. 11. (б) Те же сечения скоростной модели S-волны На рисунке 11а (справа) на горизонтальной плоскости.
Рис. 11. (а) Трехмерная сейсмотомографическая модель мантийного плюма под Bowie (BW), Juan de Fuca / Хуан-де-Фука (JC), Yellowstone / Йеллоустоун (YW), построенная по данным P-волн и S-волн. Полощадь горизонтальных сечений 400 на 400, и включает мантийных плюм. Пропорции вертикальной шкалы были преувеличена таким образом, чтобы избежать наложения изображений в сечениях. (b) Те же сечения скоростной модели S-волны но представленные на горизонтальной плоскости.

С геологической точки зрения, Йеллоустон - типичная горячая точка Земли, которая имеет возраст 16 миллионов лет. С отчетливо выраженной прогрессивно-возрастной, линейной вулканической цепью, и четко выраженным, топографически, протяженным сводом юго-западного простирания[Saltzer and Humphreys, 1997; Humphreys et al., 2000; Waite et al., 2006]. Она имеет высокий коэффициент (соотношение изотопов) 3He / 4He. Отсутствие глубокого, мантийного плюма под Йеллоустоунской горячей точкой на томографических моделях, построенных и по данным Р-волн (модель PRI-P05), и S-волн (модель PRI-S05) требует дальнейшего обсуждения и изучения. В верхней мантии скоротная аномалии значительно меньше по интенсивности, чем обширная область низких скоростей, которая простирается к югу от неё. Только модель PRI-S05 показывает аномалию 660-км переходной зоне, но глубже 1000 км в мантии низкоскоростной аномалии не обнаружено  Тестирование разрешения томографической модели  показывает, что мантиный плюм радиусом 200 км, в котором изменение скорости (контраст) 0,3%, должен быть видим при использование данной системы наблюдений. Но более мелкие и менне контрастные детали уже недоступны для наблюдения этой системой. Вполне вероятно, что это обстоятельство и является основной причиной различий между глобальными и региональными томографическими инверсиями, выпоненнми ранее (Saltzer and Humphreys [1997], Humphreys et al. [2000], Waite [2004], and Waite et al. [2006].). Кровля Йеллоустоунского плюма имеет радиус около 100 км и залегает на глубине 350 км. Неоднородность с подобными параметрами затруднительно изучать с помощью созданной системы наблюдений.Проведенные в 2006 году сейсмотомографические исследования (Waite et al. [2006]) Йеллоустонского региона Р-волнами и S-волнами дали согласованные между собой результаты. Исследования подтвердили наличие интенсивной аномалии пониженных скоростей в интервале глубин от 50 до 200 км, залегающей непосредственно под Йеллоустонской кальдерой и Snake River Plain на востоке.. Более слабая аномалия простирается примерно до глубины 400 км, отклоняясь при погужении на 300 км от вертикали в северо-западном направлении . Тело низко скоростной аномалии соседствует с телом высоко скоросной аномалии, что позволяет предположить о наличии нисходящий в глубь мантии ветви конвективной ячейки с относительно холодным и плотным веществом. Эти результаты интерпретируются следующим образом. Низкоскоростное тело -  это мантийный плюм, то есть поднимающийся вверх от переходной зоны в мантии относительно разогретй материал. Плюм создает условия для образования  конвекции в верхних 200-х км мантии, что, в свою очередь и объясняет долгоживущий вулканизм Йеллоустонской горячей точки.
Инжир. 12. P-волн ломтики возмущения скорости (% изменения от однородном фоне модели) от томографической инверсии телесейсмических данных для точки доступа Йеллоустоун.
Рис. 12. Сейсмотомографическая модель внутренней структуры Земли под Йеллоустонской горячей точкой. Пертурбации скорости P-волн (в % относительно однородной модели)  представлены серией горизонтальных срезов мантии на различных глубинах. Исходный набор данные состоял из площадных годографов телесейсмических P, PKIKP и PKiKP волн от 115 землетрясений, зарегистрированных на 85 станциях. На срезах пертурбация скорости продолных волн  представлена в % относительно стандартной скоростной модели. Области с относительным уменьшением скорости обозначены красным цветом, а увеличением - синим. Сечение изолиний: ± 0,5%, ± 1,0% и ± 1,5%. Отметим, что аномалия низких скоростей под Йеллоустоуном смещается на запад с увеличением глубины. Зона повышенных скоростней находится к востоку от Йеллоустона.  На сечениях 30 км и 330 км показаны две линии (А) и (В) по которым на рис.13 приведены вертикальные срезы (профиля a-a и b-b).

Инжир. 13. Двумерные сечения Йеллоустоун Р-волн аномалий низкой скорости.
Рис. 13. Двумерные вертикальные среза, линии которых показаны на рис. 12. Аномалия пониженной скорости прострается вглубь, по крайней мере, до 660 км вдоль профиля а-а, но не распространяется глубже 200 км под Йеллоустоуном вдоль профиля в-в. Йеллоустоун плато, помечено в верхней части обоих срезов (профилей) буквой «Y».

К началу



Ссылки на использованные материалы.

1. Humphreys, E.D., Dueker, K.G., Schutt, D.L., and Smith, R.B., (2000) Beneath Yellowstone: Evaluating plume and nonplume models using teleseismic images of the upper mantle: GSA Today, v. 10, no. 12, p. 1–7. 2. Montelli, R., G. Nolet, F.A. Dahlen, and G. Masters., (2006) A catalogue of deep mantle plumes: New results from finite-frequency tomography. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 7, Q11007, doi:10.1029/2006GC001248.
3. Nataf, H.C., (2000) Seismic imaging of mantle plumes. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 28:391–417.
4. Smith, B., M. Jordan, B. Steinberger, C. Puskas, J. Farrell, G. Waite, S. Husen, R.J. O'Connell and E. Klingele , (2009) Geodynamics of the Yellowstone hotspot and mantle plume: Seismic and GPS imaging, kinematics and mantle flow, J. Volcanol. Geoth. Res., 188, 26-56.
5. Websites:
- http://en.wikipedia.org/wiki/Yellowstone_National_Park
- http://en.wikipedia.org/wiki/Yellowstone_Caldera

К началу

Облако тегов.

Облако тегов.

К началу
В избранное