Санкт-Петербургский государственный университет
Институт наук о Земле
Кафедра геоморфологии
Гавайская вулканическая провинция
Курсовая работа студента
2 курса дневного отделения
Крикуновой Александры Игоревны.
Научный руководитель:
к. г. н., доцент Волкова Т. М.
Санкт-Петербург
2017
Содержание
Введение 2
Глава 1. Физико-географическое описание района 3
Глава 2. Геологическое строение 2.1. Теория плюмов. Формирование Гавайских островов 7
2.2. Общая характеристика гавайского типа вулканической деятельности 10
2.3. Лавовые потоки и покровы 12
2.4. Пирокластические продукты извержений 16
Глава 3. Формирующие и рельефообразующие процессы, созданные вулканической деятельностью 19
3.1. Кальдеры и кратеры 19
3.2. Шлаковые и паразитические конусы 23
3.3. Поствулканические явления 24
3.4. Денудация вулканических образований 25
Заключение 27
Список литературы 28
Введение
Гавайская вулканическая провинция как область современных действующих вулканов представляет собой яркое проявление эндогенных процессов, доступных непосредственному наблюдению. Этот регион давно пользуется научно-исследовательским интересом.
Актуальность исследования Гавайских вулканов очень высока, ведь от их активности прямо зависит равновесие биосферы не только этого архипелага, но и всей Земли. Гавайские вулканы настолько велики и мощны, что их деятельность носит планетарный масштаб.
Гавайские острова представляют особый интерес для меня, потому что это одно из немногих мест, где можно воочию наблюдать как «дышит» Земля, как из ее недр поднимается горячая магма, как мирно соседствуют тропические джунгли и черные лавовые плато. В ходе поездки в феврале 2017 г. я посетила 4 главных острова региона – Кауаи, Оаху, Мауи и Биг Айленд. Во время путешествия я наблюдала лавовое озеро в кальдере Килауэа, прошлась внутри лавовой трубки, пролетала на вертолете над каньоном Ваймеа и горячей лавой, текущей в океан. Я опускалась в море к коралловому рифу, смотрела в телескопы на звезды в обсерватории на высоте 4 тысячи метров на горе Мауна Кеа, участвовала в экскурсии с геологом по дну кратера Килауэ Ики, побывала на фумарольных полях. Все поствулканические явления, включающие выходы газов и термальные источники, имеют широкое распространение на островах.
Основной целью работы является анализ геологических факторов, формирующих вулканы и процессы вулканизма на Гавайских островах, на основании литературы, интернет-источников и личных впечатлений.
Задачами исследования являются:
Описание геологических закономерностей формирования островов
Анализ особенностей главных вулканов региона и их продуктов извержений
Рассмотрение поствулканических процессов и экзогенного воздействия на вулканические постройки
Объектом исследования являются Гавайские острова, а предметом - вулканические аппараты островов и процессы, с ними связанные.
Основными литературными источниками послужили издания Гавайского университета (Atlas of Hawaii, Geothermal Spas in Hawaii), а также второй том «Общей геоморфологии» Щукина И.С.
Глава 1. Физико-географическое описание района
Гавайскими островами называют архипелаг, состоящий более чем из 120 островов, атоллов, рифов, скал, расположенных в центральной части Тихого океана, примерно, на 20° северной широты и 157° западной долготы. Общая площадь суши составляет 16 640 км², при этом основная ее часть сосредоточена на 8 островах (Гавайи, Мауи, Кахоолаве, Ланаи, Молокаи, Оаху, Кауаи и Ниихау) [8]. Гавайи являются пятидесятым штатом США, отделенным от континентальной части страны двумя тысячами морских миль или 3700 километрами, что делает его одним из самых изолированных участков суши на Земле. Архипелаг имеет протяженность не менее 2500 км с севера-запада на юго-восток. Свое название он получил от названия крупнейшего острова – Гавайи, называемого также Биг Айленд во избежание путаницы. Самым экономически развитым является остров Оаху, где располагается столица штата – Гонолулу (рис.1).
Рис. 1. Карта Гавайских островов. "Национальный атлас Соединенных Штатов Америки" [18].
Гавайский архипелаг образован вулканической деятельностью, начавшейся более 70 миллионов лет назад и продолжающейся до сих пор, в основном на острове Биг Айленд. Вулканами называются геологические образования над каналами и трещинами в земной коре, по которым из недр выводятся на поверхность различные продукты извержений (жидкие, твердые, газообразные). Вулканизм является планетарным процессом, имеющим большое значение в формировании земной коры; известно, что больше 75% земной поверхности покрыто продуктами вулканической деятельности [3].
Форма вулкана зависит от состава извергаемой им лавы; обычно рассматривают пять типов вулканов [1]:
Стратовулканы, или «слоистые вулканы». Периодически извергают лаву (вязкую и густую, быстро застывающую) и пирокластическое вещество — смесь горячего газа, пепла и раскалённых камней; в результате происходит чередование отложений на их конусе (остром, с вогнутыми склонами).
Щитовые вулканы. Образуются в результате многократных выбросов жидкой лавы. Эта форма характерна для вулканов, извергающих базальтовую лаву низкой вязкости: она длительное время вытекает как из центрального жерла, так и из боковых кратеров вулкана. Лава равномерно растекается на многие километры; постепенно из этих наслоений формируется широкий «щит» с пологими краями.
Шлаковые конусы. При извержении таких вулканов крупные фрагменты пористых шлаков нагромождаются вокруг кратера слоями в форме конуса, а мелкие фрагменты формируют у подножия покатые склоны; с каждым извержением вулкан становится всё выше (подробнее в пункте 3.2).
Купольные вулканы. Образуются, когда вязкая гранитная магма, поднимаясь из недр вулкана, не может стечь по склонам и застывает вверху, образуя купол. Она закупоривает его жерло, как пробка, которую со временем прорывают накопившиеся под куполом газы.
Сложные (смешанные, составные) вулканы. Образуется в результате нескольких извержений (иногда разных типов), происходивших при смещении жерла на небольшие расстояния, нарушающие правильную форму конуса.
Среди щитовых вулканов можно выделить два подтипа: исландские и гавайские.
Отличительными чертами исландских вулканов являются относительно небольшие размеры, наличие ясно выраженного кольцевого вала вокруг вершинного кратера и полное отсутствие следов извержений где-либо помимо этого центрального кратера. По сравнению с ними, Гавайские вулканы имеют большие размеры. Детальное строение вулканов этого типа рассмотрено в пункте 2.2.
На Мауи расположен щитовой вулкан Халеакала (с гавайского переводимый как «дом Солнца»), высотой около 3 тысяч метров. Он извергался последний раз в 1790 году, и многие ученые считают, что в будущем он может опять активизироваться [18].
На Биг Айленде расположен уникальный Гавайский вулканический национальный парк с самыми активными вулканами в мире (рис.3). Главный вулкан в этом парке - щитовой вулкан Мауна Лоа («длинная гора» с гавайского), высота которого составляет 4170 м. Вулкан действовал 33 раза с момента первого задокументированного извержения в 1843 году. Последняя активность наблюдалась в 1984, и, несомненно, он может пробудиться вновь. Мауна Лоа является самым большим вулканом по объему слагающих его пород [18]. Склоны обладают малым углом наклона, около 4-6° [5, с.193].
Другой, не менее известный щитовой вулкан Килауэа расположен рядом, практически на склоне громадной Мауна Лоа. Он имеет высоту примерно 1250 м, а основание уходит вглубь на 5 километров. Это самый молодой и активный вулкан Гавайев[18].
Вулкан Мауна Кеа («Белая гора») - является наивысшей точкой штата (4.205 м), а также самой высокой горой на Земле (11,3 км), если считать от основания в океане (рис.2).
Рис. 2 Сравнение относительных высот вулканов планет земной группы [3, с. 224].
Из-за вулканической активности на Гавайях очень часто происходят землетрясения, на берега Тихого океана обрушиваются цунами и штормы. Но, несмотря на это, Гавайские острова отличаются мягким и влажным климатом, круглый год температура практически постоянна. Дневная температура обычно находится в диапазоне от +27 °C в зимний период и +31 °C в летний. Основная часть островов входит в тропический (океанический) климатический пояс. Большую часть времени с северо-востока здесь дуют пассаты, соответственно, северные и восточные области каждого острова называются наветренными, а южные и западные склоны – подветренными. На о. Кауаи находится одно из наиболее влажных мест на Земле – гора Ваиалеале. За всю историю наблюдения с 1912 года на ее склонах в среднем выпадает 11684 мм осадков в виде дождя. Это объясняется тем, что массы воздуха, поднимающиеся вдоль по склону, в процессе движения вверх охлаждаются. Это приводит к конденсации влаги и последующему выпадению дождя в верхних горных отрогах. При переходе через вершину вулкана, воздух нагревается, конденсация останавливается, и результатом является редкий дождь на подветренной стороне [7, с. 22].
Обособленность островов способствовала развитию большого количества эндемиков, к примеру, деревьев Охиа, Хала, улиток, птиц Ииви [7, с. 28].
В целом, Гавайские острова представлены чрезвычайной выразительностью вулканических форм. Здесь есть захватывающие дух горные вершины с узкими высокими водопадами, предгорья с изобилием растительности, и есть голые, пустынные лавовые плато.