Вулканические острова Гавайи представляют собой самый молодой конец горной цепи возрастом 80 миллионов лет и длиной примерно 6000 километров на земле Тихого океана. Так называемая Гавайско-Императорская цепь, состоящая из десятков вулканов, хорошо известна своим своеобразным изгибом в 60 градусов. Причина этого изгиба активно обсуждалась на протяжении десятилетий. Одним из объяснений является резкое изменение движения Тихоокеанской тектонической плиты, противоположная модель утверждает дрейф на юг мантийного плюма, который является источником цепи с момента ее начала 80 миллионов лет назад. По-видимому, оба процесса играют важную роль, показывает новое исследование в Nature Communications, опубликованное группой ученых из Университета Осло, Немецкого исследовательского центра геонаук GFZ Potsdam и Утрехтского университета.
Многие вулканические океанические острова образованы столбчатыми горячими апвеллингами, называемыми мантийными плюмами, которые берут свое начало около 3000-километрового основания мантии Земли. На мантийные плюмы мало влияют поверхностные движения тектонических плит, которые медленно перемещаются по ним. Следовательно, длинные линейные цепочки вулканов, образованных плюмами, которые становятся все старше и старше по мере удаления от активных горячих точек, можно проследить на сотни и тысячи километров. В тропе гавайских горячих точек Гавайские острова являются самыми молодыми в цепочке, которая простирается почти на 6 000 км до подводной горы Детройт в северо-западной части Тихого океана, где вулканизм произошел около 80 миллионов лет назад. Беспрецедентный изгиб в 60 градусов характеризует Цепь Гавайско-Императорская, разделяя ее на старую Императорскую Цепь и более молодую Гавайскую Цепь. Изгиб датирован 47 млн лет назад.
«Конечной причиной образования Гавайско-Императорской излучины (HEB) было заметное изменение движения Тихоокеанской плиты в 47 млн лет назад», - говорит ведущий автор нового исследования Тронд Торсвик из Университета Осло и в настоящее время приглашенный исследователь в GFZ. Команда подтверждает гипотезу американского геофизика Джейсона Моргана, высказанную еще в начале 1970-х годов. «Но все не так просто, как предполагалось сорок лет назад», - говорит Торсвик.
Джейсон Морган был первым, кто использовал горячие точки в качестве системы отсчета для глобального движения плит. В его модели мантийные плюмы, проявляющиеся в виде горячих точек на поверхности, считались закрепленными в мантии, а Гавайско-Императорский изгиб объяснялся простым изменением направления движения Тихоокеанской плиты. Но с 1980-х годов его модель пластины с фиксированными точками доступа стала вызовом.
«С конца 1990-х стало ясно, что горячие точки не полностью исправлены», - говорит Бернхард Стейнбергер из GFZ, один из соавторов статьи. Сейчас это общепринято, добавляет он, и модели течения мантии предсказывают, что гавайская горячая точка медленно дрейфует на юг. «Но в некоторых недавних исследованиях утверждается, что быстрое движение горячей точки на юг до 47 млн лет назад может объяснить формирование изгиба, не требуя изменения движения Тихоокеанской плиты», - говорит он.«Такой сценарий стал привлекательным, потому что геология плит, окружающих Тихий океан, не показывает четких доказательств изменения движения Тихоокеанской плиты».
Новое исследование ясно показывает, почему это просто не работает. Это потребовало бы нереально высокой скорости движения горячих точек, около 42 см в год, что было бы намного быстрее, чем средняя скорость тектонических плит. Более того, это будет означать, что цепь Императора была создана всего за пять миллионов лет, а Детройтской подводной горе должно быть всего 52 миллиона лет. Это предсказание явно опровергнуто зарегистрированным возрастом острова Детройт-Симаунт около 80 млн лет назад.
«В качестве альтернативы более медленное движение горячей точки в направлении ЗЮЗ может объяснить как геометрию, так и возраст цепи Императора», - говорит Стейнбергер. Однако такое направление движения не согласуется с моделями мантийной конвекции.
«Наша статья является хорошим примером того, как очень простое моделирование кинематики плит и горячих точек может быть использовано для изучения возможных геодинамических сценариев формирования Гавайско-Императорской излучины, а какие нет», - говорится в сообщении. Павел Дубровин из Университета Осло, еще один соавтор статьи.«Мы не можем избежать вывода, что изгиб на 60 градусов в основном вызван изменением направления движения Тихоокеанской плиты». Тем не менее, необходимо некоторое движение шлейфа на юг, иначе цепь Гавайско-Императорская была бы примерно на 800 километров короче.
«Объяснение геометрии, длины и возраста цепочки Гавайи-Император требует как изменения направления движения плит, так и движения горячей точки», - утверждает Торсвик. «Если после более чем двух десятилетий обсуждения конечных участников сценариев изменения движения плит по сравнению с дрейфом горячих точек геофизики смогут согласиться с тем, что ни один из двух не является удовлетворительным, тогда мы сможем двигаться вперед и ответить на более интересный вопрос: что на самом деле вызвало изменение движения Тихоокеанской плиты примерно 47 миллионов лет назад? Надеюсь, ответ на этот вопрос будет получен не позже, чем через 40 лет, добавляет он.