Вулканическая дуга

( Вулканическая дуга также известная как магматическая дуга [ 1 ] : 6.2 ) - это ремень вулканов , образованный над субдуктирующей океанической тектонической пластиной , [ 2 ] с ремнем, расположенным в форме дуги, как видно сверху. Вулканические дуги обычно параллельны океаническим траншеи , а дуга расположена дальше от субдуктивной пластины, чем траншея. Океаническая пластина насыщена водой, в основном в форме гидрированных минералов, таких как слюда , амфиболы и змеины . Поскольку океаническая пластина субдулирован, она подвергается увеличению давления и температуры с увеличением глубины. Тепло и давление разрушают водовородные минералы в тарелке, выпуская воду в вышележащую мантию. Летучие вещества, такие как вода, резко опускают температуру плавления мантии , заставляя некоторых мантии растопить и образовывать магму на глубине под переходящей пластиной. Магма поднимается, чтобы сформировать дугу вулканов, параллельно зоне субдукции.
Вулканические дуги отличаются от вулканических цепей, образованных над горячими точками в середине тектонической пластины. Вулканы часто образуют один за другим, когда тарелка перемещается по горячей точке, и поэтому вулканы прогрессируют в возрасте от одного конца цепи к другому. Гавайские острова образуют типичную цепочку горячих точек со старыми островами на северо -запад и самого острова Гавайи, которой всего 400 000 лет, в юго -восточной части цепи над горячей точкой. Вулканические дуги, как правило, не демонстрируют такого простого возраста.
Есть два типа вулканических дуг:
- Внутренние дуги (примитивные дуги) образуются, когда океаническая кора подсухи под другой океанической корочкой на соседней пластине, создавая вулканическую островную дугу .
- Континентальные дуги образуются, когда субддукты океанической коры под континентальной корочкой на соседней тарелке, создавая дугообразную горное ремень .
В некоторых ситуациях одна зона субдукции может показывать оба аспекта по ее длине, как часть субддуктов пластины под континентом и части под смежной океанической корой. Алеутские острова и прилегающий Аляскинский полуостров являются примером такой зоны субдукции.
Активным фронтом вулканической дуги является ремень, где вулканизм развивается в определенное время. Активные фронты могут двигаться с течением времени (миллионы лет), изменяя дистанцию от океанической траншеи , а также их ширину.
Тектоническая настройка
[ редактировать ]Вулканическая дуга является частью дугового комплекса , который является частью зоны субдукции , которая виден на поверхности Земли. Зона субдукции - это то, где тектоническая пластина, состоящая из относительно тонкой, плотной океанической литосферы, опускается в мантию Земли под менее плотной переходящей пластиной. Переходящая тарелка может быть либо другой океанической пластиной, либо континентальной тарелкой. Субдуктивная пластина, или плита , опускается в мантию под углом, так что есть клин . между плитой и переходящей тарелкой [ 1 ] : 5
Граница между субдуктирующей пластиной и переходящей пластиной совпадает с глубоким и узким океаническим траншем . Эта траншея создается гравитационным притяжением относительно плотной субдуктивной пластины, потягивающей передний край пластины вниз. [ 3 ] : 44–45 Многочисленные землетрясения встречаются в субдуктивной плите с сейсмическими гипоцентрами, расположенными на увеличивающейся глубине под островной дугой: эти землетрясения определяют зоны Вадати -Бениоффа . [ 3 ] : 33 Вулканическая дуга образуется на переходящей пластине над точкой, где субдуктивная пластина достигает глубины примерно 120 километров (75 миль) [ 4 ] и является зоной вулканической активности от 50 до 200 километров (31 и 124 миль) в ширину. [ 5 ]
Форма вулканической дуги обычно выпуклой к субдуктивной пластине. Это является следствием сферической геометрии Земли. Подсудирующая пластина ведет себя как гибкая тонкая сферическая оболочка, и такая оболочка согнулась вниз по углу θ, без разрыва и морщин, только на круге, радиус которого составляет θ/2. Это означает, что дуги, где субдуктивная плита спускается под более мелким углом, будут более тесно изогнутыми. Выдающиеся дуги, чьи плиты подразделивают примерно на 45 градусов, такие как острова Курил , Алеутские острова и дуга Сунды , имеют радиус от 20 до 22 градусов. [ 6 ]
Вулканические дуги делятся на те, в которых переходящая пластина является континентальной (дуги андского типа), и те, в которых переходящая пластина-океаническая (внутриоцеанская или примитивная дуга). Корка под дугой до два раза толщится, чем средняя континентальная или океаническая кора: кора под дугами андского типа составляет до 80 километров (50 миль), в то время как кора под внутриоооцеанскими дугами составляет от 20 до 35 километров (12 до. 22 мили) толщина. Как укорочение коры , так и магматическая подчиненная, способствуют утолщению коры. [ 1 ] : 6
Вулканические дуги характеризуются взрывчатым извержением магмы расчеты , хотя молодые дуги иногда извергаются толеитской магмой [ 7 ] и несколько дуг извергаются щелочная магма. [ 8 ] Магма для расчетов можно отличить от толеитской магмы, типичной для хребтов в среднем океане , с его более высоким алюминия и нижнего железа содержанием [ 9 ] : 143–146 и благодаря высоким содержанию крупно-ионных литофильных элементов, таких как калий , рубидий , цезий , стронций или барий , относительно элементов высокого поля, таких как цирконий , ниобий , хафний , редко-земные элементы (REE), Торий , уран или тантал . [ 10 ] Андесит особенно характерен для вулканических дуг, хотя иногда это также встречается в областях расширения коры. [ 11 ]
В рекорде породы вулканические дуги могут быть распознаны по их толстым последовательностям вулканической породы (образованной взрывным вулканизмом), смешанных с серо-мудрушками и мудрупными камнями , а также с их кальку-кальсолиновым составом. В более древних породах, которые испытывали метаморфизм и изменение их композиции ( метасоматизм ), калькуливые пород можно различить по их содержанию следовых элементов, которые мало влияют на изменения, такие как хром или титан , содержание чьего-то низкое в вулканической дуге Скалы. [ 7 ] Поскольку вулканическая порода легко выветривается и разрушается , старые вулканические дуги рассматриваются как плутонические породы , скалы, которые образовались под дугой (например, Сьерра -Невада батолит ), [ 12 ] или в осадочной записи как литические песчаники . [ 13 ] Парные метаморфические ремни , в которых ремень высокотемпературного метаморфизма низкого давления расположен параллельно ремню низкотемпературного метаморфизма высокого давления, сохраняет древний арховый комплекс, в котором высокотемрематный, низкое давление Пояс соответствует вулканической дуге. [ 7 ]
Петрология
[ редактировать ]В зоне субдукции потеря воды из субдуцированной плиты индуцирует частичное плавление переходящей мантии и генерирует магмут с низкой плотностью, калькуляционную магму , которая плавно поднимается, чтобы вторгаться и экструдировать через литосферу первичной пластины. Большая часть воды, переносимой вниз по плите, содержится в водных (несущими) минералах, таких как слюда , амфибол или серпентинитные минералы. Вода теряется из субдуцированной пластины, когда температура и давление становятся достаточными для разрушения этих минералов и высвобождения их содержания воды. Вода поднимается в клин мантии, покрывающей плиту, и снижает точку плавления мантийной скалы до точки, где генерируется магма. [ 1 ] : 5.3
Хотя существует широкое согласие по общему механизму, исследования продолжаются по объяснению сфокусированного вулканизма вдоль узкой дуги на некотором расстоянии от траншеи. [ 1 ] : 4.2 [ 14 ] Расстояние от траншеи до вулканической дуги больше для плитов, субдуцирующих под более мелким углом, и это говорит о том, что генерация магмы происходит, когда плита достигла критической глубины для разрушения обильного водного минерала. Это приведет к восходящему «водному занавесу», которая учитывает сфокусированный вулканизм вдоль вулканической дуги. Тем не менее, некоторые модели предполагают, что вода непрерывно выделяется из плиты с мелких глубин до 70 до 300 километров (от 43 до 186 миль), и большая часть воды, выделяемой на мелководье [ 1 ] : 4.2.42 Согласно одной модели, только от 18 до 37 процентов содержания воды высвобождается на достаточной глубине для производства дуговой магматизма. Затем вулканическая дуга интерпретируется как глубина, в которой степень таяния становится достаточно большой, чтобы позволить магме отделиться от своей исходной породы. [ 5 ]
Теперь известно, что субдуктивная плита может быть расположена где -то от 60 до 173 километров (от 37 до 107 миль) ниже вулканической дуги, а не единственную характерную глубину около 120 километров (75 миль), что требует более сложных моделей дуги. магматизм. Например, вода, выделяемая из плиты на умеренной глубине, может реагировать с амфиболами минералами в нижней части мантийного клина для получения богатого водой хлоритом . Эта богатая хлоритом мантийная скала затем тянут вниз поднуцирующей плитой и в конечном итоге ломается, чтобы стать источником магматизма дуги. [ 4 ] Расположение дуги зависит от угла и скорости субдукции, которые определяют, где распадаются водные минералы и где высвобождаемая вода снижает температуру плавления надлежащего мантийного клина достаточно для таяния. [ 15 ]
Расположение вулканической дуги может быть определена присутствием прохладного мелкого угла на кончике мантийного клина, где мантийная скала охлаждается как наверху, так и плитой. Мало того, что прохладный мелкий угол подавляет таяние, но и высокая жесткость препятствует восхождению любой образованной магмы. Дуговое вулканизм происходит, когда плита спускается из -под прохладного мелкого угла, позволяя генерировать магму и подниматься через более теплую, менее жесткую мантийную скалу. [ 14 ]
Магма может генерироваться по широкому участку, но сфокусирована в узкой вулканической дуге с помощью проницаемости барьера у основания соответствующей пластины. Численное моделирование предполагает, что кристаллизация восходящей магмы создает этот барьер, в результате чего оставшаяся магма объединяется в узкую полосу на вершине барьера. Эта узкая полоса соответствует вышележащей вулканической дуге. [ 16 ]
Примеры
[ редактировать ]

Двумя классическими примерами океанских островов являются Марианские острова в западной части Тихого океана и меньшие антильсы в Западном Атлантическом океане. Каскадная вулканическая дуга в Западной Северной Америке и Андах вдоль западного края Южной Америки - примеры континентальных вулканических дуг. Лучшие примеры вулканических дуг с обоими наборами характеристик - в северной части Тихого океана: алеутская дуга, состоящая из и расширение алеутского хребта на Аляски их , алеутских островов Полуостров .
Континентальные дуги
[ редактировать ]- Каскадная вулканическая дуга
- Аляска полуостров и алеутский диапазон
- Камчатка
- Анды
- Вулканическая дуга Центральной Америки
Островные дуги
[ редактировать ]Тихий океан
[ редактировать ]- Алеутские острова
- Kuril Islands
- Северо -Восточная Япония
- Японский архипелаг, включая острова Рюкю,
- Izu-Bonin-Mariana Arc :
- Лусон вулканическая дуга
- Филиппины
- Тонга и Кермадек Острова
- Соломонские острова
Индийский океан
[ редактировать ]- Андаманские и Никобарские острова
- Ментавар Острова
- Сунда дуга
- Острова Танимбар и Кай
- Острова Маскарен
Средиземноморье
[ редактировать ]Атлантический океан
[ редактировать ]Древние островные дуги
[ редактировать ]Смотрите также
[ редактировать ]- Бассейн на заднем воздухе
- Островная дуга
- Метаморфизм зоны субдукции
- Вулканическое поле
- Вулканический остров
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Стерн, Роберт Дж. (Декабрь 2002 г.). «Зоны субдукции» . Отзывы геофизики . 40 (4): 3–1–3–38. Bibcode : 2002rvgeo..40.1012S . doi : 10.1029/2001rg000108 . S2CID 15347100 .
- ^ «Определение вулканической дуги из словаря геологии» . Получено 2014-11-01 .
- ^ Jump up to: а беременный Лоури, Уильям; Фихтнер, Андреас (2020). Основы геофизики (третье изд.). Кембридж, Великобритания: издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-108-71697-0 .
- ^ Jump up to: а беременный Гроув, т; Чаттерджи, н; Парман, S; Medard, E (15 сентября 2006 г.). «Влияние H 2 O на таяние мантийного клина». Земля и планетарные научные письма . 249 (1–2): 74–89. Bibcode : 2006e & psl.249 ... 74G . doi : 10.1016/j.epsl.2006.06.043 .
- ^ Jump up to: а беременный Шмидт, Макс У.; Поли, Стефано (ноябрь 1998). «Экспериментально основанные на водных бюджетах на обезвоживающие плиты и последствия для генерации дуговой магмы». Земля и планетарные научные письма . 163 (1–4): 361–379. BIBCODE : 1998E & PSL.163..361S . doi : 10.1016/s0012-821x (98) 00142-3 .
- ^ Фрэнк, ФК (октябрь 1968 г.). «Кривизна островных дуг» . Природа . 220 (5165): 363. Bibcode : 1968nater.220..363f . doi : 10.1038/220363A0 . S2CID 4190851 .
- ^ Jump up to: а беременный в Гарсия, М (ноябрь 1978 г.). «Критерии идентификации древних вулканических дуг». Земля-наука обзоров . 14 (2): 147–165. Bibcode : 1978esrv ... 14..147g . doi : 10.1016/0012-8252 (78) 90002-8 .
- ^ Box, Stephen E.; Цветок, Мартин Ф.Дж. (10 апреля 1989 г.). «Введение в специальный раздел о магматизме щелочной дуги» . Журнал геофизических исследований: твердая земля . 94 (B4): 4467–4468. Bibcode : 1989jgr .... 94.4467b . doi : 10.1029/jb094ib04p04467 .
- ^ Philpotts, Энтони Р.; Ague, Jay J. (2009). Принципы магматической и метаморфической петрологии (2 -е изд.). Кембридж, Великобритания: издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521880060 .
- ^ Пирс, JA; Peate, DW (1995). «Тектонические последствия композиции вулканических дуг магмы» . Ежегодный обзор земли и планетарных наук . 23 : 251–286. Bibcode : 1995areps..23..251p . doi : 10.1146/annurev.ea.23.050195.001343 . Получено 2 августа 2022 года .
- ^ Шет, Хету С.; Торрес-Альварадо, Игнасио С.; Верма, Сурендра П. (август 2002 г.). «Что такое серия« кальки-калькалиновая скала »?». Международный обзор геологии . 44 (8): 686–701. Bibcode : 2002IGRV ... 44..686S . doi : 10.2747/0020-6814.44.8.686 . S2CID 129795855 .
- ^ Degraaff Proppress, Кэтлин; Клеменс-Нотт, Дайан; Барт, Эндрю П.; Геведон, Мишель (1 октября 2019 г.). «Обзор магматизма Сьерра-Невада с использованием геохимии с трассировкой с трассировкой в Великой долине: вид с предплечья» . Литосфера . 11 (5): 603–619. Bibcode : 2019lsphe..11..603d . doi : 10.1130/l1059.1 . HDL : 1805/23804 . S2CID 195809083 .
- ^ Colquhoun, GP; Фергюссон, кл; Тай, SC (май 1999). «Происхождение ранних палеозойских песчаников, Юго -Восточная Австралия, часть 2: Кратоник на переключение дуги». Осадочная геология . 125 (3–4): 153–163. Bibcode : 1999sedg..125..153c . doi : 10.1016/s0037-0738 (99) 00003-2 .
- ^ Jump up to: а беременный Перрин, Александр; Идет, Саския; Притулак, Джули; Ронденай, Стефан; Дэвис, Д. Родри (ноябрь 2018 г.). «Температура мантийного клина и их потенциальное отношение к расположению вулканической дуги» . Земля и планетарные научные письма . 501 : 67–77. Bibcode : 2018e & psl.501 ... 67p . doi : 10.1016/j.epsl.2018.08.011 . HDL : 1885/202822 . S2CID 134125257 .
- ^ Гроув, TL; До, CB; Lev, E.; Чаттерджи, н.; Медард Э. (4 июня 2009 г.). «Кинематические переменные и водный транспорт контролируют образование и расположение дуговых вулканов». Природа . 459 (7247): 694–697. Bibcode : 2009natur.459..694G . doi : 10.1038/nature08044 . PMID 19494913 . S2CID 4379126 .
- ^ Ха, Гоун; Montési, Laurent GJ; Чжу, Венлу (декабрь 2020 г.). «Распрокат, фокусируясь вдоль барьеров проницаемости в зонах субдукции и расположение вулканических дуг». Геохимия, геофизика, геосистемы . 21 (12). Bibcode : 2020GGG .... 2109253H . doi : 10.1029/2020GC009253 . S2CID 228906388 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Зона субдукции архив вулканизма 2018-12-29 на машине Wayback
- Тектоника и вулканы Японии Архивировали 2016-03-03 на The Wayback Machine
- USGS: остров-аарк, океанические и континентальные вулканы