Вулканическая дуга
( Вулканическая дуга также известная как магматическая дуга) [ 1 ] : 6.2 ) — пояс вулканов , образовавшийся над погружающейся океанической тектонической плитой , [ 2 ] с ремнем, расположенным в форме дуги, если смотреть сверху. Вулканические дуги обычно параллельны океаническому желобу , причем дуга расположена дальше от погружающейся плиты, чем желоб. Океаническая плита насыщена водой, преимущественно в виде водных минералов — слюд , амфиболов , серпентинов . По мере того как океаническая плита погружается, она подвергается возрастанию давления и температуры с увеличением глубины. Тепло и давление разрушают водные минералы в плите, высвобождая воду в вышележащую мантию. Летучие вещества, такие как вода, резко понижают температуру плавления мантии , заставляя часть мантии плавиться и образовывать магму на глубине под доминирующей плитой. Магма поднимается, образуя дугу вулканов, параллельную зоне субдукции.
Вулканические дуги отличаются от вулканических цепей, образовавшихся над горячими точками в середине тектонической плиты. Вулканы часто образуются один за другим по мере движения плиты над горячей точкой, и поэтому вулканы прогрессируют от одного конца цепи к другому. Гавайские острова образуют типичную цепочку горячих точек: более старые острова находятся на северо-западе, а сам остров Гавайи, которому всего 400 000 лет, находится на юго-восточном конце цепи над горячей точкой. Вулканические дуги обычно не имеют такой простой возрастной структуры.
Существует два типа вулканических дуг:
- внутриокеанические дуги (примитивные дуги) образуются, когда океаническая кора погружается под другую океаническую кору на соседней плите, создавая вулканическую островную дугу .
- Континентальные дуги образуются, когда океаническая кора погружается под континентальную кору на соседней плите, образуя дугообразный горный пояс .
В некоторых ситуациях одна зона субдукции может иметь оба аспекта по своей длине: часть плиты погружается под континент, а часть - под прилегающую океаническую кору. Алеутские острова и прилегающий к ним полуостров Аляска Примером такой зоны субдукции являются .
Активный фронт вулканической дуги — пояс, где вулканизм в данный момент времени развивается . Активные фронты могут перемещаться во времени (миллионы лет), меняя как расстояние от океанического желоба, так и ширину.
Тектоническая обстановка
[ редактировать ]Вулканическая дуга является частью дугово-траншейного комплекса , который представляет собой часть зоны субдукции , видимой на поверхности Земли. Зона субдукции — это место, где тектоническая плита, состоящая из относительно тонкой и плотной океанической литосферы, погружается в мантию Земли под менее плотную перекрывающую плиту. Основная плита может быть либо другой океанической плитой, либо континентальной плитой. Погружающаяся плита, или плита , погружается в мантию под углом, так что образуется клин мантии . между плитой и перекрывающей плитой [ 1 ] : 5
Граница между погружающейся плитой и надвигающейся плитой совпадает с глубоким и узким океаническим желобом . Эта траншея создается гравитационным притяжением относительно плотной погружающейся плиты, тянущей передний край плиты вниз. [ 3 ] : 44–45 Множественные землетрясения происходят внутри погружающейся плиты с сейсмическими гипоцентрами, расположенными на увеличивающейся глубине под островной дугой: эти землетрясения определяют зоны Вадати-Беньоффа . [ 3 ] : 33 Вулканическая дуга образуется на доминирующей плите над точкой, где погружающаяся плита достигает глубины примерно 120 километров (75 миль). [ 4 ] и представляет собой зону вулканической активности шириной от 50 до 200 километров (от 31 до 124 миль). [ 5 ]
Форма вулканической дуги обычно выпуклая в сторону погружающейся плиты. Это следствие сферической геометрии Земли. Погружающаяся пластина ведет себя как гибкая тонкая сферическая оболочка, и такую оболочку можно согнуть вниз на угол θ, не разрывая и не сморщивая, только по окружности, радиус которой равен θ/2. Это означает, что дуги, где погружающаяся плита опускается под меньшим углом, будут более сильно изогнуты. Выдающиеся дуги, плиты которых погружаются под углом около 45 градусов, такие как Курильские острова , Алеутские острова и Зондская дуга , имеют радиус от 20 до 22 градусов. [ 6 ]
Вулканические дуги подразделяются на те, у которых перекрывающая плита континентальная (дуги Андского типа), и те, у которых перекрывающая плита океаническая (внутриокеанические или примитивные дуги). Кора под дугой в два раза толще средней континентальной или океанической коры: толщина коры под дугами Андского типа составляет до 80 километров (50 миль), тогда как кора под внутриокеаническими дугами составляет от 20 до 35 километров (от 12 до 50 миль). 22 мили) толщиной. как укорочение коры , так и магматическое андерплитирование . Утолщению коры способствуют [ 1 ] : 6
Вулканические дуги характеризуются эксплозивными извержениями известково-щелочной магмы, хотя молодые дуги иногда извергают толеитовую магму. [ 7 ] и несколько дуг извергают щелочную магму. [ 8 ] Известково-щелочную магму можно отличить от толеитовой магмы, типичной для срединно-океанических хребтов , по более высокому содержанию алюминия и более низкому железа . содержанию [ 9 ] : 143–146 и высоким содержанием крупноионных литофильных элементов, таких как калий , рубидий , цезий , стронций или барий , по сравнению с элементами с высокой напряженностью поля, такими как цирконий , ниобий , гафний , редкоземельные элементы (РЗЭ), торий , уран или тантал . [ 10 ] Андезит особенно характерен для вулканических дуг, хотя иногда встречается и в областях растяжения земной коры. [ 11 ]
В летописи горных пород вулканические дуги можно распознать по мощным толщам вулканокластических пород (образованных в результате эксплозивного вулканизма) с прослоями граувакков и аргиллитов , а также по их известково-щелочному составу. В более древних породах, испытавших метаморфизм и изменение своего состава ( метасоматоз ), известково-щелочные породы можно выделить по содержанию мало подверженных изменениям микроэлементов, таких как хром или титан , содержание которых в вулканических дугах низкое. скалы. [ 7 ] Поскольку вулканические породы легко подвергаются выветриванию и эрозии , более старые вулканические дуги рассматриваются как плутонические породы , породы, которые образовались под дугой (например, Сьерра-Невада батолит ). [ 12 ] или в осадочной толще в виде каменных песчаников . [ 13 ] Парные метаморфические пояса , в которых пояс высокотемпературного, низкобарического метаморфизма расположен параллельно поясу низкотемпературного, высокобарического метаморфизма, сохраняют древний дугово-траншейный комплекс, в котором высокотемпературный, низкобарический метаморфизм пояс соответствует вулканической дуге. [ 7 ]
Петрология
[ редактировать ]В зоне субдукции потеря воды из субдуцированной плиты вызывает частичное плавление перекрывающей мантии и генерирует известково-щелочную магму низкой плотности, которая плавучесть поднимается, чтобы внедриться и вытесниться через литосферу перекрывающей плиты. Большая часть воды, переносимой плитой вниз, содержится в водных (водоносных) минералах, таких как слюда , амфибол или серпентинит . Вода теряется из погружаемой плиты, когда температура и давление становятся достаточными для разрушения этих минералов и высвобождения содержащейся в них воды. Вода поднимается в клин мантии, покрывающий плиту, и понижает температуру плавления мантийных пород до точки, при которой образуется магма. [ 1 ] : 5.3
Хотя существует широкое согласие относительно общего механизма, продолжаются исследования по объяснению фокусированного вулканизма вдоль узкой дуги на некотором расстоянии от траншеи. [ 1 ] : 4.2 [ 14 ] Расстояние от желоба до вулканической дуги больше для плит, погружающихся под меньшим углом, и это позволяет предположить, что генерация магмы происходит, когда плита достигает критической глубины для разрушения обильного водного минерала. Это создаст восходящую «водную завесу», которая отвечает за сосредоточенный вулканизм вдоль вулканической дуги. Однако некоторые модели предполагают, что вода непрерывно высвобождается из плиты с небольших глубин до 70–300 километров (от 43 до 186 миль), и большая часть воды, высвобождаемой на небольших глубинах, вызывает серпентинизацию вышележащего мантийного клина. [ 1 ] : 4.2.42 Согласно одной модели, только от 18 до 37 процентов содержащейся воды высвобождается на глубине, достаточной для возникновения дугового магматизма. Вулканическая дуга тогда интерпретируется как глубина, на которой степень плавления становится достаточно большой, чтобы позволить магме отделиться от исходной породы. [ 5 ]
Теперь известно, что погружающаяся плита может располагаться на глубине от 60 до 173 километров (от 37 до 107 миль) ниже вулканической дуги, а не на единой характерной глубине около 120 километров (75 миль), что требует более сложных моделей дуги. магматизм. Например, вода, выброшенная из плиты на умеренных глубинах, могла вступить в реакцию с амфиболовыми минералами в нижней части мантийного клина с образованием богатого водой хлорита . Эта богатая хлоритом мантийная порода затем утягивается вниз погружающейся плитой и в конечном итоге разрушается, становясь источником дугового магматизма. [ 4 ] Расположение дуги зависит от угла и скорости субдукции, которые определяют, где разрушаются водные минералы и где высвободившаяся вода снижает температуру плавления вышележащего мантийного клина настолько, что она плавится. [ 15 ]
Местоположение вулканической дуги можно определить по наличию прохладного пологого угла на вершине мантийного клина, где мантийная порода охлаждается как перекрывающей плитой, так и плитой. Холодный неглубокий угол не только подавляет плавление, но и его высокая жесткость препятствует подъему любой образующейся магмы. Дуговой вулканизм происходит там, где плита спускается из-под прохладного неглубокого угла, позволяя магме генерироваться и подниматься через более теплые и менее жесткие мантийные породы. [ 14 ]
Магма может генерироваться на обширной территории, но фокусируется в узкой вулканической дуге из-за барьера проницаемости у основания перекрывающей плиты. Численное моделирование показывает, что кристаллизация поднимающейся магмы создает этот барьер, в результате чего оставшаяся магма скапливается в узкую полосу на вершине барьера. Эта узкая полоса соответствует вышележащей вулканической дуге. [ 16 ]
Примеры
[ редактировать ]
Двумя классическими примерами океанических островных дуг являются Марианские острова в западной части Тихого океана и Малые Антильские острова в западной части Атлантического океана. Каскадная вулканическая дуга на западе Северной Америки и Анды вдоль западной окраины Южной Америки являются примерами континентальных вулканических дуг. Лучшие примеры вулканических дуг с обоими наборами характеристик находятся в северной части Тихого океана: Алеутская дуга состоит из Алеутских островов и их продолжения Алеутского хребта на полуострове Аляска , а Курило-Камчатская дуга включает Курильские острова и южную Камчатку. Полуостров .
Континентальные дуги
[ редактировать ]- Каскадная вулканическая дуга
- Полуостров Аляска и Алеутский хребет
- Камчатка
- Анды
- Вулканическая дуга Центральной Америки
Островные дуги
[ редактировать ]Тихий океан
[ редактировать ]- Алеутские острова
- Kuril Islands
- Северо-восточная японская арка
- Японский архипелаг, включая острова Рюкю.
- Дуга Идзу-Бонин-Мариана :
- Вулканическая дуга Лусона
- Филиппины
- Тонга и Кермадек Острова
- Соломоновы Острова
Индийский океан
[ редактировать ]- Андаманские и Никобарские острова
- Ментавайские острова
- Зондская арка
- Острова Танимбар и Кай
- Маскаренские острова
Средиземноморский
[ редактировать ]Атлантический океан
[ редактировать ]Древние островные дуги
[ редактировать ]См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Стерн, Роберт Дж. (декабрь 2002 г.). «Зоны субдукции» . Обзоры геофизики . 40 (4): 3–1–3–38. Бибкод : 2002RvGeo..40.1012S . дои : 10.1029/2001RG000108 . S2CID 15347100 .
- ^ «Определение вулканической дуги из Геологического словаря» . Проверено 1 ноября 2014 г.
- ^ Jump up to: а б Лоури, Уильям; Фихтнер, Андреас (2020). Основы геофизики (Третье изд.). Кембридж, Соединенное Королевство: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-108-71697-0 .
- ^ Jump up to: а б Гроув, Т; Чаттерджи, Н.; Парман, С; Медард, Э. (15 сентября 2006 г.). «Влияние H 2 O на плавление мантийного клина». Письма о Земле и планетологии . 249 (1–2): 74–89. Бибкод : 2006E&PSL.249...74G . дои : 10.1016/j.epsl.2006.06.043 .
- ^ Jump up to: а б Шмидт, Макс В.; Поли, Стефано (ноябрь 1998 г.). «Экспериментально обоснованный водный баланс для обезвоживающих плит и последствия образования дуговой магмы». Письма о Земле и планетологии . 163 (1–4): 361–379. Бибкод : 1998E&PSL.163..361S . дои : 10.1016/S0012-821X(98)00142-3 .
- ^ Франк, ФК (октябрь 1968 г.). «Кривизна островных дуг» . Природа . 220 (5165): 363. Бибкод : 1968Natur.220..363F . дои : 10.1038/220363a0 . S2CID 4190851 .
- ^ Jump up to: а б с Гарсия, М. (ноябрь 1978 г.). «Критерии идентификации древних вулканических дуг». Обзоры наук о Земле . 14 (2): 147–165. Бибкод : 1978ESRv...14..147G . дои : 10.1016/0012-8252(78)90002-8 .
- ^ Бокс, Стивен Э.; Флауэр, Мартин Ф.Дж. (10 апреля 1989 г.). «Введение в специальный раздел по щелочно-дуговому магматизму» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 94 (Б4): 4467–4468. Бибкод : 1989JGR....94.4467B . дои : 10.1029/JB094iB04p04467 .
- ^ Филпоттс, Энтони Р.; Аг, Джей Дж. (2009). Основы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521880060 .
- ^ Пирс, Дж.А.; Пит, Д.В. (1995). «Тектонические последствия состава магм вулканических дуг» . Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 23 : 251–286. Бибкод : 1995AREPS..23..251P . дои : 10.1146/annurev.ea.23.050195.001343 . Проверено 2 августа 2022 г.
- ^ Шет, Хету К.; Торрес-Альварадо, Игнасио С.; Верма, Сурендра П. (август 2002 г.). «Что такое «серия известково-щелочных камней»?». Международное геологическое обозрение . 44 (8): 686–701. Бибкод : 2002ИГРв...44..686С . дои : 10.2747/0020-6814.44.8.686 . S2CID 129795855 .
- ^ ДеГрааф Сурплесс, Кэтлин; Клеменс-Нотт, Дайан; Барт, Эндрю П.; Геведон, Мишель (1 октября 2019 г.). «Обзор магматизма Сьерра-Невады с использованием геохимии микроэлементов обломочного циркона Грейт-Вэлли: вид из преддуга» . Литосфера . 11 (5): 603–619. Бибкод : 2019Lsphe..11..603D . дои : 10.1130/L1059.1 . hdl : 1805/23804 . S2CID 195809083 .
- ^ Колкухун, врач общей практики; Фергюссон, CL; Тай, Южная Каролина (май 1999 г.). «Происхождение ранних палеозойских песчаников, юго-восток Австралии, Часть 2: переключение кратона на дугу». Осадочная геология . 125 (3–4): 153–163. Бибкод : 1999SedG..125..153C . дои : 10.1016/S0037-0738(99)00003-2 .
- ^ Jump up to: а б Перрен, Александр; Идет, Саския; Притулак, Юлия; Рондене, Стефан; Дэвис, Д. Родри (ноябрь 2018 г.). «Температуры мантийного клина и их потенциальная связь с расположением вулканической дуги» . Письма о Земле и планетологии . 501 : 67–77. Бибкод : 2018E&PSL.501...67P . дои : 10.1016/j.epsl.2018.08.011 . hdl : 1885/202822 . S2CID 134125257 .
- ^ Гроув, TL; Тилль, CB; Лев, Е.; Чаттерджи, Н.; Медар, Э. (4 июня 2009 г.). «Кинематические переменные и водный транспорт контролируют образование и расположение дуговых вулканов». Природа . 459 (7247): 694–697. Бибкод : 2009Natur.459..694G . дои : 10.1038/nature08044 . ПМИД 19494913 . S2CID 4379126 .
- ^ Ха, Гоын; Монтези, Лоран Дж. Ж.; Чжу, Вэньлу (декабрь 2020 г.). «Фокусировка расплава вдоль барьеров проницаемости в зонах субдукции и расположение вулканических дуг». Геохимия, геофизика, геосистемы . 21 (12). Бибкод : 2020GGG....2109253H . дои : 10.1029/2020GC009253 . S2CID 228906388 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Вулканизм зоны субдукции. Архивировано 29 декабря 2018 г. в Wayback Machine.
- Тектоника и вулканы Японии. Архивировано 3 марта 2016 г. в Wayback Machine.
- Геологическая служба США: островные дуги, океанические и континентальные вулканы
Виды базальтов |
|---|
