Супервулканы.





 1. Введение.

К супервулканам принято относить вулканы, которые извергли более 1000 км3 вулканического материала. Это значительно больше, чем извергли любые вулканы в историческом прошлом.

Как правило, супервулканы образуются в случае, когда магма не имеет свободный выход на поверхность Земли. За счет этого накапливается очень большой магматический очаг и с такими напряжениями, которые уже невозможно сдерживать Земной коре. Подобные условия создаются над Горячими континентальными точками Земли (пример – Йеллоустоун) или на конвергентных границах плит (например, Тоба).

Выделяют шесть известных супервулканов:

Кальдера Тоба (Toba), Индонезия, остров Суматра; 

Кальдера Йеллоустоун (Yellowstone), Северная Америка; 

– Кальдера Лонг-Велли (Long Valley), Калифорния;

– Таупо (Taupo), Новая Зеландия;

– Кальдера Вэллис (Valles or Jemez), Нью Мексико, США;

– Кальдера Аира (Aira), Япония.

Для количественной оценки силы извержения разработана (C.A. Newhall, S. Self, 1982) Шкала вулканических извержений (VEI – Volcanic Explosivity Index). Расчет показателя базируется на объеме извергнутых продуктов и высоте столба пепла. Диапазон изменения: от нуля — для извержений, с объёмом выбросов менее 10 тыс. м³ (104 м³), до восьми — для извержений, выбрасывающих в атмосферу более 1000 км³ (1012 м³) пепла и высотой столба пепла более 25 км. Извержения с показателем VEI 6 баллов и более могут вызывать эффект вулканической зимы — заметного похолодания в планетарном масштабе.

Шкала вулканических извержений.

Шкала вулканических извержений.

Рассмотрим два, наиболее значительных супервулкана – Тоба  и Йеллоустоун.

2. Кальдера Тоба.

 Кальдера Тоба, в настоящее время представлено озером Тоба на острове Суматра в Индонезии. Длина кальдеры 100 км, ширина 30 км. Высота озера 900 метров от уровня моря.
 
 
 

Кальдера Тоба

Кальдера Тоба

Кальдера Тоба – наиболее крупная Четвертичная кальдера, сформированная в процессе четырех основных плейстоценовых извержений, начавшихся 1.2 млн лет назад. Наиболее позднее извержение, представленное Молодыми Тоба Туфами (YTT – Young Toba Tuff), произошло примерно 74 тыс. лет назад. Объем этого извержения достигает 2500-3000 км3 , что позволяет отнести вулкан Тоба к крупнейшему из известных супервулканов.

Подробнее об извержениях, представленных в настоящее время единым комплексом кальдеры Тоба, можно ознакомиться здесь.

Анализ гравитационных аномалий в редукции Буге выявил отрицательные (до – 75 мГал) значения, приуроченные к кальдере Тоба.

Аномалии силы тяжести в редукции Буге для Кальдеры Тоба.

Аномалии силы тяжести в редукции Буге для Кальдеры Тоба.

Аномалия может быть объяснена наличием тела туфов, мощностью 2.5 км и уменьшением плотности на 500 kg/m3  в верхних 5 километрах разреза. Альтернативное объяснение – аномалия создается магматическим телом с сечением порядка 10км х10км, залегающим на глубине 15 км и с избыточной плотностью -650 kg/m3 .

Данные сейсмической томографии на продольных волнах позволяют представить уточненное распределение очагов землетрясений, приуроченных к кальдере Тоба, а также  пути флюидов и частично расплавленного вещества под кальдерой.

Сейсмотомографический разрез по профилю, пересекающему кальдеру Тоба.

Сейсмотомографический разрез по профилю, пересекающему кальдеру Тоба.

3. Кальдера Йеллоустоун.




Кальдера Йеллоустоун – крупнейшая вулканическая система Северной Америки.

Кальдера Йеллоустоун. Вид из космоса.

Кальдера Йеллоустоун. Вид из космоса.

Современная кальдера была сформирована извержением 1тыс. км3 вулканического вещества, произошедшим 640 тыс. лет назад. Это извержение сформировало кратер глубиной порядка 1 км и размерами 84км х 45км. Наиболее мощное извержение 2.45 тыс. км3 вулканических продуктов произошло 2.1 млн. лет назад. Это извержение сформировало Island Park кальдеру Йеллоустоунского вулканического комплекса.

Масштаб Йеллоустонского супервулкана таков, что он отчетливо проявляется поднятием диаметром в 500 км на карте Геоида.   

Йеллоустоунская аномалия Геоида.

Йеллоустоунская аномалия Геоида.

В тепловом поле Йеллоустонское плато проявляется аномальным тепловым потоком, превышающим в 30-40 раз среднее значение по Североамериканскому континенту.

Современная геологическая жизнь супервулкана проявляется в непрерывных поднятиях и опусканиях дневной поверхности, обусловленных изменением давления в магматическом очаге. Амплитуда вертикальных движений достигает 20 см в год.

Диаграмма Йеллоустонской Кальдеры.

Диаграмма Йеллоустонской Кальдеры.

Йеллоустон является континентальной Горячей точкой . Если быть точнее, то территория Йеллоустонского парка располагается в настоящее время над мантийной горячей точкой, что и послужило причиной супервулканической деятельности. Движение Североамериканской тектонической плиты над этой мантийной горячей точкой отчетливо прослеживается за последние 15 млн. лет.  

След Горячей точки на поверхности Североамериканской плиты.

След Горячей точки на поверхности Североамериканской плиты.

 Сейсмическая активность Йеллоустонского региона весьма высока. Ежедневно регистрируются тысячи очень слабых землетрясений. Задокументировано шесть землетрясений магнитудой выше 6. В 1959 году произошло землетрясение магнитудой 7.5. В период с 1983г по настоящее время фиксируются цепочки ощутимых землетрясений (магнитудой до 2.7), называемых штормами, так как они происходят в короткие промежутки времени. Например в январе 2010 года было зарегистрировано более 250 землетрясений всего за 2 дня.  

Данные сейсмической томографии на продольных и поперечных волнах позволяют выделить низкоскоростную область (понижение скорости до 1% для продольных волн и до 2% для поперечных волн). Аномальная область простирается вглубь до транзитной зоны (~660km).  

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глубинные мантийные томографические срезы под Йеллоустонской Кальдерой (YW) и сопредельными регионами.

Глубинные мантийные томографические срезы под Йеллоустонской Кальдерой (YW) и сопредельными регионами.

 

  Источники информации.

  1. Humphreys, E.D., Dueker, K.G., Schutt, D.L., and Smith, R.B., 2000, Beneath Yellowstone: Evaluating plume and nonplume models using teleseismic images of the upper mantle: GSA Today, v. 10, no. 12, p. 1–7.

2. Koulakov I, Yudistira T, Luehr B.-G., (2009) P, S velocity and VP/VS ratio beneath the Toba caldera complex (Northern Sumatra) from local earthquake tomography., Geophys. J. Int. 177, p. 1121-1139, doi: 10.1111/j.1365-246X.2009.04114.x

 

3. McCaffrey R., Wark D A , Roeckere S. W.(2001) Distribution of magma beneath the Toba caldera complex, north Sumatra, Indonesia, constraned by three-dimensional P wave velocities, seismicity, and gravity data., Geochemistry Geophysics Geosystems (2001), Volume: 2, Issue: 4, Pages: doi: 2000GC000096

 4. Montelli, R., G. Nolet, F. A. Dahlen, and G. Masters (2006), A catalogue of deep mantle plumes: New results from finitefrequency tomography, Geochem. Geophys. Geosyst., 7.

 5. Nataf H.-C. (2000) Seismic imaging of mantle plumes. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2000. v. 28, p. 391–417.

 

6. Smith, B., M. Jordan, B. Steinberger, C. Puskas, J. Farrell, G. Waite, S. Husen, R.J. O’Connell and E. Klingele (2009), Geodynamics of the Yellowstone hotspot and mantle plume: Seismic and GPS imaging, kinematics and mantle flow, J. Volcanol. Geoth. Res., 188, 26-56

7. Websites:

http://en.wikipedia.org/wiki/Lake_Toba

http://www.volcano.si.edu/world/volcano.cfm?vnum=0601-09

http://en.wikipedia.org/wiki/Yellowstone_National_Park

 http://en.wikipedia.org/wiki/Yellowstone_Caldera

 

 

About Олег Якупов

Я отношусь к той категории советских людей, которых называют "Ташкентскими русскими". Это эндемики, сохранившие в окружении инородной культуры своеобразную русскую, еще дореволюционную культуру, и прежде всего, язык. А так же впитавших в себя много хорошего из окружавшей нас по жизни восточной культуры. Еще нас называют "Совками". Но это относится не только к бывшим жителям гостеприимного Ташкента, но к жителям всего Советского Союза, сформировавшимся, как личности, во времена Советского Союза. Многих из нас судьба разбросала по всему Земному шару. Нам не хватает привычного общения. Наши дети и внуки, помимо своей воли, становятся "иностранцами". Блог – это то место, где я смогу выговориться, а если повезет, то и поговорить с людьми моего поколения. Спасибо Интернету, он предоставляет нам такую возможность.
This entry was posted in 2011, Верхняя мантия Земли, Виртуальная Земля., Вулканизм and tagged , , , , , , , , , , , , , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply