Магелланові гори (тихий океан) - інформаційний ресурс - що таке Гайот

Плосковершінние підводні гори - Гайот є згаслі вулкани, вершини яких зрізані абразією. Плоскі вершини гайотов розташовуються на глибині до 2500 м. У тропічній зоні Гайот нерідко увінчані кораловими рифами. Найбільше гайотов зустрічається в Тихому та Індійському океанах.

Гайот були так названі на честь американського географа Арнольда Гюйо (Arnold Henry Guyot) (1807-1884). Термін був введений в 1965 році за пропозицією професора Гаррі Хеммонд Хесса - американського геолога, який зробив великий внесок у вивчення геології океану і в розробку теорії тектоніки літосферних плит. Хесс пояснює походження гайотов зануренням древніх вулканічних островів, вершини яких були зрізані абразією у поверхні океану (Hess, 1946). Однак ще раніше Чарльзом Дарвіном після дослідження коралових атолів в Тихому океані була запропонована гіпотеза їх освіти, яка практично визначила існування на морському дні гайотов (Darwin, 1842). І хоча Дарвін відомий, перш за все, як еволюціоніст, його геологічна гіпотеза, передбачила утворення гайотов, за 150 років практично не була спростована.

Гайот є вулканотектонические структури, основу яких складено толеітових і лужними базальтами другого шару океанічної земної кори. Перекрито вони осадовими утвореннями першого шару, серед яких особливо розвинені рифогенними вапняки. Для гайотов Тихого океану характерно розвиток таких корисних копалин, як залізомарганцевих корки і фосфорити. Формування гайотов в результаті еволюції рельєфу вулканічних островів визначається їх поступовим зануренням.

В ході занурення вулканічного острова його берега, які на початковому етапі є відносно рівні схили щитового вулкана центрального типу, що йдуть на глибину без всякого перегину профілю, на рівні урізу починають піддаватися процесам абразії. Безперервний відносний підйом рівня моря супроводжується постійною активізацією процесу абразії і формуванням Бенча з Кліфом. В ході поступового занурення вулканічного підстави на підводних схилах утворюються абразійно-акумулятивні тераси.

Вплив екзогенних факторів на рельєф вулканічного острова крім хвильової абразії включає в себе поверхневе вивітрювання, просідання карбонатних споруд під впливом карстових явищ, гравітаційно-зсувні процеси на надводних і підводних схилах. На ранніх етапах істотне руйнування вулкана виробляють вторинні експлозівние виверження. Збільшення ступеня ерозійно-тектонічного і абразионного руйнування первинного вулканічного масиву проявляється в поступовому формуванні ерозійно-тектонічних депресій, збільшенні чохла вулканогенно-осадових порід і, в цілому, призводить до «зрізання» і вирівнюванню вершини вулканічного острова.
В екваторіальній-тропічному поясі розвитку ріфостроітелей відбувається формування рифогених споруд, яке вписується в класичну теорію Чарльза Дарвіна про формування коралових рифів на основі занурюється вулканічного острова. Дарвін звернув увагу на зв'язок між основними типами коралових споруд. Він писав: «... Близьке подібність у формі, розмірах, будові і відносному положенні, що спостерігається між береговими та кільцевими бар'єрними рифами, а також між цими останніми і атолами, є неминучий результат перетворення рифів одного класу в рифи іншого класу під час опускання» (Дарвін , 1936, стор. 364). Так як найбільш інтенсивне зростання коралів приурочений до зовнішнього краю рифу, то спочатку виникає окаймляющий (берегової) риф. У міру занурення підстави він переходить в бар'єрний. А після остаточного занурення острова на місці його зрізаної вершини залишається лагуна, оточена кільцевим рифом, тобто виникає атол (рис. 1)

Рифоутворюючі є організми, здатні витягувати карбонат кальцію з морської води і будувати вапняний скелет, а також здатні створювати колонії, тобто жити на скелети відмерлих особин. Світ ріфостроітелей дуже багатий. Крім рифоутворюючих коралів (Acropora, Porites, Favia і ін.) У створенні рифа беруть участь вапняні водорості (Lithothamniun, Lithophylum і ін.), Товстостінні молюски (Tridacna і ін.), Форамініфери, їжаки та інші групи, що мають вапняний скелет.

Мал. 1. Схема освіти атола по теорії Чарльза Дарвіна
(По Зейболд, Бергер, 1984)

Для нормального розвитку ріфостроітелей і формування коралових рифів необхідні певні умови: 1) висока температура морської води (не нижче 20 °); 2) невеликі глибини (в середньому до 40-50 м); 3) нормальна солоність (близько 35 ‰) і чистота морської води (прозорість, насиченість киснем); 4) скелясте дно. Тому освіту атолів відбувається переважно в екваторіальній-тропічному поясі.

Спочатку острів, який представляє собою щитовий вулкан, перетворюється процесами ерозії і абразії. З плином часу, в результаті поселення і розвитку ріфостроітелей на мілководній майданчику, навколишнього вулканічний острів, відбувається формування окаймляющего рифа, що безпосередньо примикає до суші. В ході подальшого занурення розміри островів скорочуються, а самі вони перетворюються в зруйновану кальдеру або еродованих вулканічне ядро, оточене лагуною і кільцем бар'єрного рифа. Триваюче занурення вулканічного підстави, з перетворенням його в підводний структуру, призводить до формування атолів, які представляють собою коралові острови, що оточують лагуну, в якій можливий розвиток внутрілагунних рифів. Оскільки рифоутворюючі корали процвітають лише на дуже обмеженій глибині в перші десятки метрів, подальше занурення атола тягне за собою відмирання ріфостроітелей, що супроводжується утворенням рифогених вапняків і накопиченням товщі вулканогенно-осадових відкладень, що призводить до формування підводної гори з плоскою вершиною - Гайот.

Причини вертикальних рухів земної кори за часів Дарвіна були невідомі, і тільки пізніше теорія тектоніки літосферних плит дозволила запропонувати ряд гіпотез, що пояснюють ендогенні фактори, що визначають процеси утворення підводних вулканів і еволюції їх рельєфу при утворенні гайотов.

Перший етап цього процесу полягає безпосередньо у формуванні на дні океану склепінних підняттів, лінійних ланцюгів підводних гір і підводних гір, що утворюють ізометричні кластери. Другий етап полягає в тектонічному зануренні вулканічної споруди, яке включає в себе дві складові: занурення, пов'язане з виниклою в процесі виверження ізостатичного навантаженням, і поступове занурення покрівлі несучої літосфери.

Згідно сучасним теоріям «плюмовой магматизму» і «гарячих точок» формування лінійних ланцюгів підводних гір і вулканотектонические підняттів, в межах яких найбільш поширені Гайот Тихого океану, пов'язано з проявом активності плюмов - розігрітих мантійних мас з позитивною плавучістю, що піднімаються з глибин ядро-мантія ( Morgan, 1971). Плюм формують на земній поверхні області підвищеної, тривалої вулканічної активності. В результаті переміщення літосферних плит над зафіксованими в просторі «гарячими точками» мантії, діючі вулкани відмирають, утворюючи на поверхні Землі протяжні асейсмічнимі хребти або ланцюга вулканічних будівель, для яких характерне поступове збільшення віку в міру віддалення від області сучасного вулканізму (рис. 2).

Мал. 2. Схема освіти підводних гір з теорії "гарячої точки".

Основними трьома ознаками прояви активності мантійного плюму, визнаними більшістю дослідників, є симетричне підняття-звід ( «swell») в межах океанічної плити, прояв лужного магматизму і незалежність вулканізму від поверхневих розривних структур океанічної плити.

Під впливом підйомної сили плюмов океанічна кора згинається симетрично щодо центру підйому, а на дні океану, в результаті прояви вулканічної активності, формуються великі позитивні структури діаметром кілька сот кілометрів (рис. 3, варіанти 5, 6).

Одночасно запропоновано механізми утворення вулканотектонические підняттів в ході прогинання плит літосфери і ізостатичного компенсації прогину зверху за рахунок накопичення опадів (рис. 3, варіанти 1, 2, 3), а також в результаті появи магматичних вогнищ підвищеної щільності (рис. 3, варіант 4) . Розглянуті варіанти розрізняються механізмом релаксації плит літосфери - її спалюванням, розтягуванням, флексурообразним вигином. Формування вулканотектонические підняття є повільним - м / млн. років - механізмом підняття океанічної кори і розташованих на ній вулканічних будівель.

Геоморфологічні дослідження вказують на існування вторинних етапів вулканічної активізації в міру еволюції споруди. З'являються кальдери обвалення і вибуху, на вершині Гайот і його схилах фіксуються вторинні вулканічні конуси. Оцінки часу життя вулканічної системи за активністю на сучасних океанічних островах (Канарський архіпелаг, о-в Реюньон, Гаваї) свідчать про активність вулканічних систем цих островів протягом декількох десятків млн. Років.

Визначальним рельєфоутворюючих фактором при формуванні гайотов є поступове занурення вулканічних гір. Згідно фізики описуваних явищ, процес занурення може включати в себе дві складові: занурення, пов'язане з виниклою в процесі виверження ізостатичного навантаженням і поступове занурення покрівлі несучої літосфери.

У школі західних дослідників геодинаміки підводного вулканізму поширений підхід, який визначає стан ізостатичного рівноваги вулканічної споруди по висоті гори і віком, а відповідно, потужності літосфери (Smith, 1988; Watts et al. 1985). Модель регіональної ізостатичного компенсації заснована на вигині пружною літосфери і встановлює відношення (ratio - R) між гравіметричної аномалією (gravity - G) і висотою (topography - T) - GTR - підводної гори (рис. 5).

Наслідком цієї залежності є інша емпіричне правило, що зв'язує висоту гори з віком плит літосфери.

Вперше рівняння, що визначає граничну висоту підводної гори як функцію потужності несучої плити, було запропоновано А.М. Городницький (1985), і для островів воно мало вигляд

де Hv - висота вулкана, Hl - потужність літосфери, ρl - щільність літосфери (3.3 г / см 3), ρb - щільність базальтової магми (2.9 г / см 3), ρw - щільність води (1.0 г / см 3), h - глибина дна біля підніжжя вулкана.

Після підстановки чисельних значень рівняння набирає вигляду

При розгляді цієї залежності приймається до уваги вік плит літосфери на момент формування на ній вулкана, і обчислюється цей параметр - Δage - як різниця між віком несучої літосфери і віком гори.
Слід підкреслити, що розглянуті варіанти зміни відносної висоти вулканічної гори пов'язані з процесами, що відбуваються незалежно від горизонтального переміщення несучої плити літосфери, і накладаються на генеральну закономірність зміни глибини океанічного дна пропорційно її віку.

Провести кількісну оцінку вкладу, який вносить в процес занурення вулканічної гори приріст глибини покрівлі несучої літосфери при збільшенні її віку, можна завдяки існуванню добре розробленої теоретичної бази дослідження геодинаміки океанських літосферних плит.

Відповідно до кристаллизационной моделлю новоутворення океанської літосфери рівень її поверхні в міру збільшення потужності, що росте з плином часу, повинен послідовно знижуватися (Сорохтин, 1974; Parker, Oldenburg, 1973).

Глибина океану пов'язана з його віком генеральної залежність

де h - глибина океану в км, t - вік океанічної плити в млн. років, а й b - коефіцієнти рівняння (рис. 7).

Згідно з оцінками А.М. Городницького (1985), заснованим на умови рівності гидростатических тисків під плитами літосфери в астеносфері, залежність середньої величини збільшення глибини дна від його віку має такий вигляд

(Δh - в кілометрах, t - в млн. Років).

Саме горизонтальне переміщення несучої плити літосфери в даний час визнається основним механізмом зміни положення вулканічних гір щодо рівня моря.
Таким чином, розвиток великих палеовулканов океанічних гірських масивів тропічної зони океанів включає наступні етапи: підводний вулкан - надводний вулкан - вулканічний острів - підводна гора. При формуванні гайотов, вони завершують побудовану еволюційну ланцюжок, представляючи собою морфологічний тип підводного гори з плоскою вершиною.