Как образовались цепи вулканов

По всей земной поверхности на протяжении тысячи километров протянулись цепочки вулканов. Образование их связано с движением литосферных плит над восходящими из недр мантии мощными потоками.

Сложно представить себе, что безмятежные Мальдивы, Маврикий и архипелаг Чагос имеют общее происхождение с действующим вулканом Питон-де-ла-Фурнез (Вершина печи)  на острове Реюньон. Тем не менее этот маленький остров с огромным действующим вулканом — последнее звено цепи вулканических гор длиной более 5 тыс. км, которая начинается в Индии на плато Декан.

Похожие цепочки встречаются и в других районах суши и моря. У большинства из них на одном конце располагаются действующие вулканы, а на другом – уснувшие или потухшие, –  словно вулканическая активность перемещалась из одного конца цепочки в другой. Самая живописная цепь вулканов на Земле тянется по северной части Тихого океана от южной оконечности Камчатки  до Гавайских островов.

Это гирлянда подводных вулканов и вулканических островов достигает в длину более 6 тыс. километров и разделена на два  участка: Императорский хребет, тянущийся с севера на юг, и Гавайский хребет, вытянутый в юго-восточном направлении.

На этой линии располагается около 100 потухших вулканов. Лишь на юго-восточной оконечности острова Гавайи находится самый молодой и самый активный из действующих вулканов планеты — Килауэа. Извержения вулканов начались где-то около 80 млн лет назад на севере, а затем, по-видимому, перемещались к югу. Хотя в действительности здесь смещалась не зона вулканической активности, а Тихоокеанская литосферная плита, которая постепенно перемещалась, вначале к северу, а затем к северо-востоку, над определенными точками мантии. Эти неподвижные участки, непрерывно поставляющие магму из недр земной мантии, называют «горячими точками».

Паяльная лампа в недрах Земли

Представьте себе направленную вверх паяльную лампу и горизонтальный лист металла над ней. Если постепенно перемещать этот лист над пламенем в горизонтальной плоскости, он будет нагреваться в некоторой области, размер которой зависит от диаметра и температуры пламени, скорости движения листа и теплопроводности металла. Положение нагретой области будет постепенно меняться в зависимости от характера движения листа, а самый горячий участок будет располагаться непосредственно над пламенем.

Примерно это и происходит с литосферной плитой, когда она движется над «горячей точкой». Нагретый участок земной коры отмечается вулканами. Для Императорско-Гавайской цепи «горячая точка» располагается в настоящее время под островом Гавайи. Но он не пробудет здесь долго, поскольку Тихоокеанская плита продолжает свой путь на северо-восток со скоростью около пяти сантиметров в год.

Потоки в глубине мантии

На глубине от 100 до 200 км от земной поверхности располагается астеносфера – верхний слой мантии, сложенный в основном перидотитом. Сочетание температуры и давления в этом слое придает ему определенную пластичность, обеспечивая материалу возможность деформироваться без разрыва и способность перемещаться в любом направлении. Поскольку температура нижней части астеносферы (около 2300°С) намного выше, чем в верхней (где она достигает лишь 1300°С), то в ней возникают конвекционные потоки. Более нагретый материал, находящийся в нижней части астеносферы, устремляется вверх к более холодным слоям, а менее нагретые потоки верхней части погружаются в мантию.

Благодаря высокой вязкости скорость этих потоков невелика (они движутся от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров в год). «Горячие точки» — один из типов конвекционных потоков, движущихся в астеносфере. Продолжительность их существования составляет несколько десятков миллионов лет.

Гигантские раскаленные колонны

Прожигающие земную кору раскаленные струи мантийного вещества похожи на огромные столбы диаметром в сотни километров. Они поднимаются преимущественно из нижних слоев астеносферы. Однако, как показано на диаграмме слева, самые мощные струи, по-видимому, образуются еще глубже, вблизи от земного ядра, на глубине около 2900 км. Когда струи достигают жесткой литосферы (на глубине около 100 км от поверхности), они растекаются в форме грибной шляпки, диаметр которой может превышать 1000 км.

Участвующие в этом движении породы мантии подвергаются сильной декомпрессии, из-за чего частично плавятся. Расплавленный материал просачивается сквозь нерасплавленные породы и, поднявшись по трещинам в земной коре на поверхность, извергается в форме лавы. Вот почему каждая «горячая точка» может быть причиной вулканизма на участках, удаленных друг от друга даже на сотни километров. Вулканический район Гавайев диаметром около 200 км включает не только крупные действующие вулканы острова, но также и расположенный от него к югу подводный вулкан Лоихи.