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하와이 핫스팟

Hawaii hotspot
하와이 핫스팟
Raised-relief map of the Pacific basin, showing seamounts and islands trailing the Hawai’i hotspot in a long line terminating near the Kamchatka Peninsula in Russia
하와이의 바시메트리 – 황제의 해마운트 체인에 의해 생성된 긴 화산 체인을 보여주는 것으로, 하와이에서 시작하여 알류티안 해구에서 끝난다.
A diagram illustrates the hotspot area of the crust in cross-section and states that the motion of the overtopping Pacific Plate in the lithosphere expands the plume head in the asthenosphere by dragging it.
지구 표면이 핫스팟을 넘어 이동하는 것을 보여주는 다이어그램
나라미국
주하와이
지역북태평양
좌표18°55′N 155°16′W/18.92°N 155.27°W/18.92; -155.27좌표: 18°55′N 155°16′W/18.92°N 155.27°W / 18.92; -155.27—Loihi Seamount, 실제 핫스팟은 남동쪽으로 약 40km(25mi)에 위치한다.

하와이의 핫스팟은 북태평양의 하와이 제도라는 이름 붙여진 이름 앞에 위치한 화산이다.세계에서 가장 잘 알려져 있고 집중적으로 연구된 핫스팟 중 하나인 하와이 플룸은 주로 해저 화산 산맥인 6,200km(3,900mi)의 하와이-엠페러 해마운트 체인을 만든 책임이 있다.[1][2]이 화산들 중 4개가 활동 중이며, 2개는 휴면 중이다; 123개 이상의 화산들이 멸종했고, 대부분은 현재 환초나 해산으로 보존되어 있다.이 사슬은 하와이 섬 남쪽에서 러시아 동부 해안 근처의 알류티안 해구 가장자리까지 뻗어 있다.

대부분의 화산이 지각 판 경계에서 지질학적 활동에 의해 생성되는 반면, 하와이의 핫스팟은 판 경계에서 멀리 떨어져 있다.존 투조 윌슨에 의해 1963년에 처음 제안된 고전적인 핫스팟 이론은 하나의 고정된 맨틀 플룸이 화산을 건설한다고 제안한다. 그 때 태평양 판의 움직임에 의해 근원으로부터 단절된 화산은 점점 더 활동적이지 않게 되고 결국 수백만년에 걸쳐 해수면 아래로 침식된다.이 이론에 따르면, 황제와 하와이 사슬 부분이 만나는 60도 가까이 굽은 것은 태평양 판의 급격한 이동에 의한 것이었다.2003년, 이러한 불규칙성에 대한 새로운 조사로 인해 이동형 핫스팟 이론이 제안되었는데, 핫스팟은 고정된 것이 아니라 이동형 핫스팟 이론이며, 4700만년 된 굴곡은 판의 움직임보다는 핫스팟의 움직임의 변화에 의한 것임을 시사하였다.

고대 하와이 사람들은 섬들을 따라 어업 탐험을 진행하면서 북쪽으로 화산의 증가하는 나이와 풍화 상태를 가장 먼저 인식했다.하와이 화산의 변덕스러운 상태와 바다와의 끊임없는 전투는 화산의 신 펠레를 형상화한 하와이 신화의 주요 요소였다.유럽인들이 섬에 도착한 후, 1880–1881년에 제임스 드와이트 다나는 핫스팟의 화산들에 대한 최초의 공식적인 지질학적 연구를 지휘했고, 원주민들이 오랫동안 관찰한 관계를 확인했다.하와이 화산 관측소는 1912년 화산학자 토마스 자가르가 이 섬에 대한 지속적인 과학적 관측을 시작함으로써 설립되었다.1970년대에는 하와이 해저의 복잡한 지질학에 대한 더 많은 정보를 얻기 위해 지도 제작 프로젝트가 시작되었다.

그 후 핫스팟은 단층 촬영되어 폭 500~600km(310~370mi)와 깊이 2,000km(1,200mi)로 나타났으며, 올리빈과 가넷 기반 연구에서는 마그마 챔버가 약 1,500°C(2,730°F)로 나타났다.적어도 8천 5백만 년 동안의 활동에서, 핫스팟은 약 75만3 km (180,000 cu mi)의 암석을 만들어냈다.체인의 표류율은 시간이 지남에 따라 서서히 증가하여, 각 개별 화산이 활화산하는 시간이 7,600만년 된 디트로이트 해산의 1,800만년에서 100만년 된 코할라의 90만년 미만으로 감소하였고, 반면에 분출량은 연간 0.01km3(0.002 cu mi)에서 아브이로 증가하였다.0.21km3(0.050 cu mi).전반적으로, 이것은 더 활동적이지만 빠르게 침묵하고 밀접하게 간격을 두고 있는 화산으로 향하는 경향을 야기했다. 즉, 핫스팟의 가까운 쪽에 있는 화산이 서로 겹쳐지면서(하와이 섬과 고대 마우이 누이와 같은 상부 구조물을 형성하고), 황제 해산의 가장 오래된 해산은 200km(120mi) 떨어져 있다.

이론들

참고 항목:핫스팟(지질학), 하와이안 – 황제 해산 체인 및 하와이 화산 진화

텍토닉 플레이트는 일반적으로 판 경계에서 변형과 화산에 초점을 맞춘다.그러나, 하와이 핫스팟은 가장 가까운 판 경계로부터 3,200 킬로미터(1,988 mi) 이상 떨어져 있다;[1] 1963년에 그것을 연구하는 동안, 캐나다의 지구 물리학자 J. 투조 윌슨은 이러한 화산 지대를 정규 조건으로부터 지금까지 설명하기 위해 핫스팟 이론을 제안했는데,[3] 이 이론은 그 이후 널리 받아들여지게 되었다.[4]

윌슨의 고정 핫스팟 이론

Global map labeled Crustal Age with callouts for specific areas of interest. There is an overall pattern of younger crust in the East Pacific and younger in the West.
해저 확산에 의해 만들어진 지각의 나이를 나타내는 빨간색에서 파란색으로 구분된 지도. 2는 핫스팟 트레일의 구부러진 위치를 나타내며, 하와이 핫스팟의 현재 위치를 가리키는 3점이다.

Wilson은 맨틀 대류가 지구 표면 아래에 작고 뜨겁고 부력이 있는 상류층을 만들어 낼 것을 제안했다; 이러한 열 활동적인 맨틀 플룸은 마그마를 공급하고, 마그마는 화산 활동을 오래 지속할 수 있다고 제안했다.이 "중간판" 화산은 처음에는 해산으로, 나중에는 완전한 화산섬으로, 상대적으로 특징 없는 해저로부터 솟아오르는 봉우리를 만든다.국부 지각판(Hawaii 핫스팟의 경우, 태평양 판)은 플룸에 영향을 주지 않고 화산을 운반하면서 점차적으로 핫스팟 위를 지나간다.수십만 년 동안, 개별 화산에 대한 마그마 공급은 서서히 중단되어 결국 화산의 멸종을 초래한다.더 이상 침식을 제압할 만큼 활력이 없어, 화산은 다시 한번 해산이 되어 파도 밑으로 서서히 물러난다.그 순환이 계속되면서 새로운 화산 중심지가 지각층을 뚫고, 화산섬이 새롭게 생겨난다.그 과정은 맨틀 플룸 자체가 붕괴될 때까지 계속된다.[1]

이러한 성장과 거주지의 순환은 수백만년에 걸쳐 화산을 한데 묶어 화산섬과 해저에 걸쳐 화산재들의 흔적을 남긴다.윌슨의 이론에 따르면, 하와이 화산은 점차적으로 나이가 들고 핫스팟으로부터 멀어질수록 점점 침식되어야 하는데, 이것은 쉽게 관찰할 수 있다; 하와이 주요 섬에서 가장 오래된 바위인 카우아찌는 약 550만 년 된 것이며 깊게 침식된 반면, 하와이 섬의 바위는 비교적 젊은 0이다.700만년 이하의 나이로, 새로운 용암이 현재 핫스팟의 중심지인 Khlauea에서 끊임없이 분출한다.[1][5]그의 이론의 또 다른 결과는 체인의 길이와 방향은 태평양 판의 이동 방향과 속도를 기록하는 역할을 한다는 것이다.하와이 트레일의 주요 특징은 길이가 4천만년에서 5천만년 된 구간에서 60도의 "깜짝" 굽힘이며, 윌슨의 이론에 따르면, 이것은 판 방향의 주요한 변화를 보여주는 증거로서, 태평양 판의 서쪽 경계선의 많은 부분을 따라 전도를 시작했을 것이다.[6]이론의 이 부분은 최근에 도전을 받고 있으며, 그 굴곡은 핫스팟 자체의 움직임 때문이라고 볼 수도 있을 것이다.[7]

지구 물리학자들은 핫스팟이 지구 깊숙한 곳의 두 가지 주요 경계 중 하나에서 발생한다고 믿는다. 즉, 맨틀 대류층과 비융화층 사이의 하단 맨틀에 있는 얕은 경계면 또는 두께가 약 200km(120mi)인 더 깊은 D"("D 이중 프라임")"과 핵심 맨틀 경계 바로 위에서 발생한다고 한다.맨틀 플룸은 온열기 하층부가 냉각기 상부층의 일부를 가열할 때 인터페이스에서 시작될 것이다.[8]이러한 상층의 가열, 부력, 덜 가시적인 부분은 열팽창으로 인해 밀도가 낮아지고, 레일리-테일러 불안정성으로 표면 쪽으로 상승하게 된다.[8]맨틀 플룸이 암석권의 밑바닥에 도달하면 플룸은 그것을 가열하여 용융을 발생시킨다.그리고 나서 이 마그마는 용암으로 분출되는 표면으로 나아간다.[9]

핫 스팟 이론의 타당성에 대한 논쟁이 일반적으로 하와이 제도와 인근 지역의 특징은 꾸준히 나이 경과에:맥도날드 핫 스팟, Austral–Marshall 제도 해저 산열의 오솔길에 위치한;[11] 다른 태평양 발생 지역 남동쪽으로 위한 딱딱한까지의 같은age-progressed 이어 비슷한 굴곡[10]본부orthwest고정된 상대적 위치에서,[12][13] 그리고 맨틀 플룸을 증명하는 중심-망틀 경계에서 온도 증가를 보여주는 하와이의 지진학 연구.[14]

얕은 핫스팟 가설

지구 내부 구조 컷어웨이

또 다른 가설은 녹는 이상이 암석권 확장의 결과로 형성되어 기존의 용융이 표면으로 올라오게 한다는 것이다.이러한 녹는 이상을 보통 "핫스팟"이라고 부르지만, 얕은 근원의 가설 하에서는 그 밑에 깔린 맨틀이 비정상적으로 뜨겁지는 않다.황제-하와이 해산 체인의 경우, 천황 해산 체인이 형성되기 시작한 ~ 80 Ma로 태평양 판 경계 체계가 매우 달랐다.사슬이 이제 알류티안 참호에 예속된 퍼지는 능선(태평양-쿨라 능선)에서 시작됐다는 증거가 있다.[15]용해 추출의 중심지는 산등성이를 벗어나 플레이트 내부로 옮겨갔으며, 화산 자취도 그 뒤에 남겨두었을 것이다.이 이동은 플레이트의 이 부분이 수축 스트레스를 수용하기 위해 연장되었기 때문에 일어났을 수 있다.따라서, 녹는 탈출의 장수 지역이 지속될 수 있었다.이 가설을 지지하는 사람들은 지진 단층 연구들에서 볼 수 있는 파동형 이상 징후는 하부 맨틀에서 발생하는 열원으로 신뢰성 있게 해석될 수 없다고 주장한다.[16][17]

이동 핫스팟 이론

윌슨 이론에서 가장 도전적인 요소는 핫스팟이 정말로 위에 놓인 지각 판에 상대적으로 고정되어 있는가 하는 것이다.1963년까지 과학자들이 수집한 드릴 샘플은 백악기 후기 및 초기 고생대 에라스(81-47 Mya) 기간 동안 매년 약 4cm(1.6in)의 비교적 빠른 속도로 핫스팟이 표류했을 수 있음을 시사한다.[18] 이에 비해 대서양 중턱 능선은 연간 2.5cm(1.0)의 비율로 퍼져 있다.[1]1987년, 피터 몰나르와 조안 스톡이 발표한 연구는 핫스팟이 대서양에 상대적으로 움직인다는 것을 발견했지만, 그들은 핫스팟 자체의 그것보다는 북미와 태평양 플레이트의 상대적인 움직임의 결과로 해석했다.[19][20]

2001년 세계 해류를 연구하기 위한 국제적인 연구 노력인 해양 시추 프로그램(이후 통합 해양 시추 프로그램에 병합)은 물에 잠긴 네 곳의 황제 해산에서 용암 표본을 채취하기 위해 연구선 JOIDS Resolution(JOIDS 결의안)에 탑승한 두 달간의 탐험에 자금을 지원했다.이 프로젝트는 디트로이트, 닌토쿠,[21][22] 코코 해산을 뚫었는데, 모두 체인의 북서쪽 끝, 가장 오래된 구역이다.그리고 나서 이 용암 샘플들은 2003년에 실험되었고, 이동성 하와이 핫스팟과 그 움직임의 변화를 굴곡의 원인으로 제시했다.[7][23]수석 과학자 존 타두노는 내셔널 지오그래픽에 이렇게 말했다.

하와이 굴곡은 큰 접시가 어떻게 움직임을 빠르게 변화시킬 수 있는지를 보여주는 전형적인 예로 사용되었다.당신은 하와이의 도표를 찾을 수 있다 – 황제의 굴곡은 저 밖에 있는 지질학 교과서에 소개되어 있다.정말 눈길을 끄는 것이라고 말했다.[23]

큰 변화에도 불구하고 방향의 변화는 결코 자기 굴절, 파괴 구역 방향 또는 판 재구성에 의해 기록되지 않았으며, 또한 대륙 충돌이 체인에 그렇게 뚜렷한 굴곡을 만들 만큼 충분히 빠르게 일어날 수도 없었다.[24]구부러진 부분이 태평양 판의 방향 변화에 따른 것인지 여부를 시험하기 위해 과학자들은 용암 표본의 지질화학성을 분석하여 언제 어디서 형성되었는지를 알아냈다.나이는 칼륨과 아르곤의 방사성 동위 원소의 방사선 연대에 의해 결정되었다.연구원들은 화산이 8100만년에서 4500만년 전에 형성되었다고 추정했다.타르두노와 그의 팀은 자성 광물 자석을 위해 바위를 분석하여 화산이 형성되는 곳을 알아냈다.화산 폭발로 인한 뜨거운 용암이 식는 동안, 자석 내의 작은 알갱이는 지구의 자기장과 일치하고, 바위가 굳으면 제자리에 고정된다.연구원들은 자석 내에 있는 곡물의 방향을 측정함으로써 화산이 형성되는 위도를 확인할 수 있었다.엷은 자석학자들은 하와이 핫스팟이 역사상 어느 때 남쪽으로 떠내려갔으며, 4700만년 전 핫스팟의 남하 움직임이 크게 느려져 아마도 완전히 멈추었을 것이라고 결론지었다.[21][23]

학문의 역사

고대 하와이인

참고 항목:펠레(디티), 할레마수마수, 하와이 신화

북서쪽으로 이동하면서 하와이 섬들이 더 오래되었을 가능성은 유럽인들이 도착하기 훨씬 전에 고대 하와이 사람들에 의해 의심되었다.항해 중에, 하와이 사람들은 침식, 토양 형성, 초목의 차이를 알아챘고, 북서쪽 섬(니시하우와 카우에이치)이 남동쪽 섬(마우이와 하와이)보다 더 오래되었다고 추론할 수 있었다.[1]이 사상은 화산의 하와이 여신 펠레의 전설을 통해 대대로 전해져 내려왔다.

펠레는 여신인 하우메아(Haumea) 또는 히나(Hina)에게서 태어났으며, 그는 모든 하와이 신들과 여신들처럼 최고 존재인 파파(Papa) 또는 지구 어머니(Earth Mother)와 와케아(Wakea), 즉 하늘 아버지(Sky Father)[25]: 63 [26]에서 내려왔다.신화에 따르면 펠레는 원래 카우아이에서 살았는데, 이때 바다의 여신인 언니 나마카가 남편을 유혹한다고 공격했다.펠레는 남동쪽으로 오아후 섬으로 도망쳤다.나마카에 의해 다시 피신하도록 강요당하자 펠레는 남동쪽으로 마우이로 이주하여 마침내 하와이로 이주해 갔고, 그 곳에서는 여전히 킬라우에아 정상에서 할레마누마우마에 살고 있다.그곳에서 그녀는 무사했다. 왜냐하면 화산의 비탈이 너무 높아서 나마카의 거센 파도조차도 그녀에게 닿을 수 없었기 때문이다.화산섬과 바다의 파동 사이의 영원한 투쟁을 암시하는 펠레의 신화적 비행은 섬의 연령이 남동쪽으로 감소한다는 지질학적 증거와 일치한다.[1][18]

현대학

The Hawaiian islands with attention called to topographic highs, Bouguer gravity anomalies, locus of shield volcanoes, and areas of closed low. Two and sometimes three parallel paths of volcanic loci are shown trailing the hotspot for thousands of miles.
로아와 키아의 화산 흐름은 수천 마일이나 굽이치는 평행한 길을 따라간다.

이 화산의 가장 초기 기록 관측자 중 3명은 1794년 스코틀랜드 과학자 아르키발트 멘지스,[27] 1825년 제임스 맥레이,[28] 1834년 데이비드 더글러스였다.정상에 오르는 것 만으로도 위압적이었다.멘지스는 마우나 로아 등정에 세 번의 시도를 했고, 더글라스는 마우나 케아 산비탈에서 사망했다.미국 탐험대는 1840–1841년에 그 섬을 연구하는데 수개월을 보냈다.[29]미국 지질학자 제임스 드와이트 다이나는 그 탐험에 나섰는데, 찰스 윌크스 중위가 중력을 측정하기 위해 진자를 끌고 마우나로아 정상까지 가는 수백 명의 팀을 이끄는 데 대부분의 시간을 보냈다.다이나는 수십 년간 직접 관찰할 수 있는 티투스 쿤 선교사와 함께 지냈다.[30]다이나는 1852년에 짧은 논문을 발표했다.[31]

다이나는 하와이 제도의 기원에 대해 여전히 관심을 갖고 1880년과 1881년에 더욱 심도 있는 연구를 지휘했다.그는 이 섬들의 침식 정도 차이를 관찰함으로써 섬의 연령이 가장 남동쪽 섬과의 거리에 따라 증가했음을 확인했다.그는 또한 태평양의 다른 많은 섬 체인점들이 남동쪽에서 북서쪽으로 비슷한 연령의 증가를 보였다고 제안했다.다나는 하와이 사슬이 뚜렷하지만 평행하게 구부러지는 경로를 따라 위치한 두 개의 화산 가닥으로 이루어져 있다고 결론지었다.그는 두 가지 두드러진 트렌드에 대해 '로아'와 '케아'라는 용어를 만들었다.Kea 경향은 Khlauea, Mauna Kea, Kohala, Haleakala, West Maui의 화산을 포함한다.로아 트렌드에는 로이시, 마우나로아, 후알라라이, 카호졸라위, 라나시, 웨스트몰로카이 등이 있다.다이나는 하와이 제도의 정렬이 주요 화산지대를 따라 지역화된 화산 활동을 반영할 것을 제안했다.다이나의 "위대한 자유" 이론은 20세기 중반까지 그 이후의 연구를 위한 가설의 역할을 했다.[24]

다나의 일은 지질학자 C의 1884년 탐험에 이은 것이었다. 다이나의 사상을 다듬고 확장시킨 E. 더튼.가장 주목할 만한 것은, 더튼은 하와이 섬이 실제로 다섯 개의 화산을 가지고 있다는 것을 입증한 반면, 다나는 세 개의 화산을 세었다.다이나가 원래 쿠라우에아를 마우나 로아의 측면 통풍구로, 코할라를 마우나 케아의 일부로 여겼기 때문이다.더튼은 다나의 관찰 중 다른 것들도 다듬었고, 다나 역시 구별을 지적했음에도 불구하고 'a'a와 '파회형 라바'의 이름을 붙인 것으로 인정받고 있다.더튼의 탐험에 자극을 받은 다나는 1887년에 돌아왔고, 그의 탐험에 대한 많은 이야기를 미국 과학 저널에 실었다.1890년에 그는 그 날의 가장 상세한 원고를 발표했는데, 이 원고는 수십 년 동안 하와이 화산학의 결정적인 지침으로 남아 있었다.1909년에 W.T. 브리검의 "킬라우에아와 마우나 로아의 화산"과 C.H.의 "하와이와 그 화산"에 관한 두 권의 주요 책이 출판되었다.히치콕.[32]: 154–155

1912년에 지질학자 토마스 자가르는 하와이 화산 천문대를 설립했다.이 시설은 1919년 국립해양대기청이, 1924년 미국 지질조사국(USGS)이 인수해 하와이 섬에서 지속적인 화산 관측의 시작을 알렸다.다음 세기는 많은 최고 과학자들의 기여로 점철된 철저한 조사의 기간이었다.최초의 완전한 진화 모델은 USGS 지질학자 및 수문학자 해롤드 T에 의해 1946년에 처음 공식화되었다.스턴스.그 이후 진보(예: 개선된 암석 데이트 방법 및 잠수함 화산 단계)는 이전에 제한된 관찰 영역을 연구할 수 있게 되었다.[32]: 157 [33]

1970년대에 하와이 해저는 선박 기반 음파 탐지기를 사용하여 지도화되었다.계산된 SYNBAPS(Synthetic Bathymetric Profiling System)[34] 데이터는 선박 기반 수중 음파 탐지 측정 사이의 간격을 메웠다.[35][36]1994년부터 1998년까지[37]일본해양과학기술원(JAMSTEC)은 하와이를 상세하게 지도하고 해저면을 연구하여 세계 최고의 해양 특성으로 손꼽혔다.USGS와 다른 기관들과 협력한 JAMSTEC 프로젝트는 유인 잠수함을 채용하고, 원격으로 수중 차량을 운행하며, 시료를 준설하고, 코어 시료를 채취했다.[38]Simrad EM300 멀티빔 측면 스캐닝 소나 시스템은 욕실 측정과 백스캐터 데이터를 수집했다.[37]

특성.

포지션

하와이 핫스팟은 지진 단층 촬영으로 이미징되었으며, 폭은 500–600 km(310–370 mi)로 추정된다.[39][40]단층 촬영 이미지에는 1,500km(930mi) 깊이까지 확장된 얇은 저속도가 표시되며, 2,000km(1,200mi) 깊이에서 코어-망틀 경계까지 확장된 대형 저속도와 연결된다.이러한 낮은 지진 속도 구역은 종종 더 뜨겁고 부력적인 맨틀 재질을 나타내며, 하단 맨틀에서 발원하는 플룸과 상부 맨틀의 플룸 재질 연못과 일치한다.플룸의 출처와 연관된 저속도는 하와이 북쪽인데, 플룸이 어느 정도 기울어져 있고 맨틀 흐름에 의해 남쪽으로 꺾여 있음을 보여준다.[41]우라늄 붕괴 시리즈 병균 데이터는 용해 구역의 활성 흐름 영역이 베이스에서 220 ± 40 km (137 ± 25 mi) km, 상단 맨틀 업웰링에서 280 ± 40 km (174 ± 25 mi)이며 단층 측정과 일치한다는 것을 보여주었다.[42]

온도

간접 연구 결과 마그마 챔버는 해양 암석권의 백악기 암석의 추정 깊이와 일치하는 지하 약 90–100 킬로미터(56–62 mi)에 위치한다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 마그마의 상승을 막음으로써 마그마 챔버가 녹는 뚜껑 역할을 한다는 것을 나타낼 수 있다.마그마의 원래 온도는 용암에서 가넷의 녹는점을 실험하고 용암을 조절하여 올리빈 열화를 일으키는 방법으로 두 가지 방법으로 발견되었다.두 USGS 테스트 모두 약 1,500 °C(2,730 °F)에서 온도를 확인하는 것으로 보인다. 비교했을 때, 중간 산등성이 현무암의 추정 온도는 약 1,325 °C(2,417 °F)이다.[43]

하와이 스웰 주변의 표면 열 흐름 이상은 10mW/m의2 순서에 불과해 미국 대륙 범위인 25~150mW/m에2 훨씬 못 미친다.[44][45][46]이것은 맨틀에 있는 뜨겁고 부력 있는 플룸의 고전적인 모델에게는 예상치 못한 일이다.그러나 다른 플럼은 매우 가변적인 표면 열량을 나타내며, 이러한 변동성은 핫스팟 위의 지각에서 발생하는 열수액 흐름 때문일 수 있다는 것이 밝혀졌다.이 유체 흐름은 지각의 열을 교묘하게 제거하며, 따라서 측정된 전도성 열 흐름은 실제 표면 열량보다 낮다.[45]하와이 스웰을 가로지르는 낮은 열은 그것이 부력이 있는 지각이나 상부 암석권에 의해 지지되는 것이 아니라, 오히려 "동적 지형"이라고 알려진 메커니즘을 통해 표면을 상승하게[44] 하는 상승하는 뜨거운 (그리고 따라서 덜 민감한) 맨틀 플룸에 의해 지지된다는 것을 나타낸다.

움직임

하와이 화산은 일년에 약 5-10 센티미터의 비율로 핫스팟에서 북서쪽으로 떠다닌다.[18]이 핫스팟은 황제 체인에 비해 800km(497mi) 정도 남쪽으로 이동했다.[24]창백한 자기장 연구는 고체화 당시 암석에 배어 있던 지구 자기장의 변화에 근거하여 이러한 결론을 지지하며,[47] 이러한 해산이 오늘날의 하와이보다 높은 위도에서 형성되었음을 보여준다.구부러지기 전 핫스팟은 연간 약 7cm(2.8인치)의 이동률을 보였고, 구부러진 시점에 이동 속도는 연간 약 9cm(3.5인치)로 바뀌었다.[24]해양굴착프로그램은 표류에 대한 현재의 대부분의 지식을 제공했다.2001년[48] 탐험대는 여섯 개의 해산을 뚫고 표본을 시험하여 원래 위도, 즉 핫스팟의 표류 패턴의 특성과 속도를 총체적으로 파악했다.[49]

연이은 각 화산은 플룸에 능동적으로 부착되는 시간을 덜 보낸다.황제와 하와이 화산의 가장 어린 라바와 가장 오래된 라바 사이의 큰 차이는 핫스팟의 속도가 증가하고 있다는 것을 보여준다.예를 들어, 하와이 섬에서 가장 오래된 화산인 코할라는 100만 년이고, 가장 오래된 화산 중 하나인 디트로이트 해마운트는 1800만 년 이상의 화산 활동을 경험했던 반면, 12만 년 전에 마지막으로 분출되었다.[22]

알류티안 해구 가장자리에 자리 잡은 이 체인에서 가장 오래된 화산인 메이지 시마운트는 8500만년 전에 형성되었다.[50]태평양 판이 유라시아 판 아래로 미끄러지면서 현재의 속도에서 해산은 몇 백만 년 안에 파괴될 것이다.그 이후 유라시아판 아래 해산 체인이 서브덕팅되었는지, 그 핫스팟이 메이지 해산보다 오래된 해산이 플레이트 마진에 의해 파괴되어 왔는지 알 수 없다.또한 알류티안 해구 근처에서 일어난 충돌로 인해 태평양 판의 속도가 바뀌었을 가능성이 있으며, 핫스팟 체인의 굴곡을 설명하며, 이러한 특징들 사이의 관계는 여전히 조사되고 있다.[24][51]

마그마

푸우 '오오오'에 있는 용암분수, 킬라우에아의 옆구리에 있는 화산콘.푸우 '오오'는 세계에서 가장 활발한 화산 중 하나로 1983년 1월 3일부터 2018년 4월까지 거의 지속적으로 분출되었다.

스트론튬-니오비움-팔라듐 원소 비율 분석에 따라 화산의 마그마의 구성이 크게 달라졌다.황제 시마운트는 적어도 4천 6백만 년 동안 활동했으며 백악기 시대의 가장 오래된 용암으로 이어졌고, 그 사슬의 하와이 부분을 따라 3천 9백만 년의 활동으로 총 8천 5백만 년의 역사가 이어졌다.데이터는 알칼리성(초기 단계) 라바와 톨레아틱(후기 단계) 라바에 존재하는 스트론튬 양의 수직적 가변성을 보여준다.조직적인 증가세가 꺾일 때 급격히 둔화된다.[50]

Hotspot에 의해 생성된 거의 모든 마그마는 화성 현무암이다; 화산은 거의 이것 또는 비슷한 구성의 구성으로 구성되지만 강한 결점을 가진 Gabbro와 diabase이다.네팔리나이트와 같은 다른 화성암들은 소량으로 존재한다; 이것들은 종종 디트로이트 해마운트의 오래된 화산들에서 발생한다.[50]대부분의 폭발은 현무성 마그마가 태평양 유역 주위에서 화려하고 위험한 폭발을 일으키는 안데시틱 마그마와 같이 더 많은 폭발의 특징인 마그마보다 점성이 낮기 때문에 콧물이 흐른다.[7]화산은 몇 가지 폭발 범주에 속한다.하와이 화산들은 "하와이안식"이라고 불린다.하와이의 용암은 분화구에서 쏟아져 나와 비탈길을 따라 흘러내려 에이커의 땅을 덮고 바다를 새로운 땅으로 대체하면서, 이글거리는 녹은 바위의 긴 물줄기를 형성한다.[52]

분출 빈도와 규모

Bathymetric rendering of the Hawaiian island chain showing greater depths as blue, shallower depths as red, and exposed land as gray. The main island is the tallest, the ones in the middle sit on a raised plateau, and three more islands sit separately at the west end of the chain. A series of small elevation bumps (seamounts) sit south of the main landmass.
역사적인 용암이 붉은색으로 표시된 하와이 남동부의 배시메트리 및 지형

용암 유량이 증가하고 있다는 중요한 증거가 있다.지난 600만 년 동안 그들은 그 어느 때보다도 훨씬 더 높았고, 매년 0.095 km3 (0.023 cu mi) 이상이었다.지난 백만 년 동안의 평균은 0.21 km3 (0.050 cu mi)로 훨씬 더 높다.이에 비해 중간 산등성이의 평균 생산률은 1,000km(621mi)마다 0.02km3(0.0048 cu mi) 정도 된다.황제 해산 체인의 평균 속도는 연간 약 0.01 입방 킬로미터(0.0024 cu mi)이다.그 비율은 핫스팟의 생애 초기 5백만년 정도 동안 거의 0이었다.하와이 사슬의 평균 용암 생산률은 연간 0.017km3(0.0041 cu mi)로 더 높다.[24]이 핫스팟은 모두 75만 입방 킬로미터(18만 cu mi)의 용암을 만들어 냈는데, 이는 캘리포니아를 1.5 킬로미터(1 mi) 두께의 층으로 덮을 수 있을 만큼 충분하다.[5][18][53][54][55]

개별 화산 사이의 거리가 줄어들었다.화산이 더 빨리 북쪽으로 떠다니고 활동 시간이 줄어들었지만, 훨씬 더 큰 현대적인 분출의 부피가 더 긴밀하게 간격을 두고 있는 화산을 만들어 냈고, 그 중 많은 화산이 겹치면서 하와이 섬이나 고대 마우이 누이 같은 상부 구조물을 형성하고 있다.한편 천황진의 많은 화산들은 100km(62mi) 또는 200km(124mi)까지 떨어져 있다.[54][55]

지형과 지오이드

하와이 황제 해산 사슬의 상세한 지형학적 분석 결과, 핫스팟이 지형적 고지의 중심으로서 나타나며, 그 고도는 핫스팟으로부터 거리에 따라 떨어진다.가장 급격한 고도 감소와 지형과 지형의 높이 사이의 가장 높은 비율은 사슬의 동남부를 넘어, 특히 몰로카이와 머레이 골절 지대의 교차점에 있는 핫스팟과의 거리에 따라 떨어진다.가장 유력한 설명은 두 구역 사이의 지역이 대부분의 체인보다 재가열되기 쉽다는 것이다.또 다른 가능한 설명은 핫스폿 강도가 시간이 지남에 따라 부풀어 오르고 가라앉는다는 것이다.[36]

1953년 로버트 S. 디에츠와 그의 동료들은 먼저 그 멋있는 행동을 확인했다.그 원인이 근친상간이라고 주장되었다.이후 작업은 하부 암석권 내에서 재가열로 인한 지각 상승으로 이어졌다.그러나, 감지된 열 흐름의 부족뿐만 아니라 팽창 아래의 정상적인 지진 활동은 과학자들이 열기와 부력 맨틀 플룸의 움직임이 섬 주변의 높은 표면 지형을 지지하는 동적인 지형을 원인으로 제시하게 했다.[44]하와이의 팽창을 이해하는 것은 핫스팟 연구, 섬 형성, 그리고 내면의 지구에 중요한 영향을 미친다.[36]

지진도

하와이 핫스팟은 매우 활동적인 지진 지역으로 매년 하와이 섬과 근처에서 수천 건의 지진이 발생한다.대부분은 너무 작아서 사람들이 느낄 수 없지만, 어떤 것들은 경미하게 또는 중간 정도의 황폐화를 초래할 정도로 충분히 크다.[56]가장 파괴적인 지진은 1868년 4월 2일 리히터 규모 7.9의 지진이었다.[57]파할라에서 북쪽으로 5m(8.0km) 떨어진 마우나로아에서 산사태가 발생해 31명이 숨졌다.쓰나미가 46명의 목숨을 앗아갔다.푸날루루, 누놀레, 가와아, 호누아포, 케우우우 상륙지 등의 마을들은 심각한 피해를 입었다.보도에 따르면 쓰나미는 코코넛 나무의 꼭대기를 18m 높이까지 굴렀고 일부 지역에서는 400m(45m) 떨어진 내륙에 도달했다고 한다.[58]

화산

주요 기사:하와이 화산 목록 - 황제 해산

8천 5백만 년의 역사를 통해 하와이 핫스팟은 최소한 129개의 화산을 만들어 냈는데, 그 중 123개 이상은 사화산, 해산, 환원화산이며, 그 중 4개는 활화산, 2개는 휴화산이다.[22][49][59]그들은 세 가지 범주로 구성될 수 있다: 미국 하와이 주의 대부분을 구성하고 현대 화산 활동의 장소인 하와이 군도, 산호 환초, 멸종된 섬, 환초 섬으로 구성된 노스웨스턴 하와이 군도, 그리고 그 이후 침식되어 가라앉은 황제 시마운트.바다와 떨어져 해산과 가이오트가 된다.[60]

화산 특성

참고 항목:실드 화산
쿨라우에아의 동부 균열 지대

하와이 화산은 잦은 균열 분출과 그 큰 크기(수천 입방 킬로미터의 부피), 거칠고 분산된 모양 등이 특징이다.균열 지대는 이 화산들에서 두드러진 특징이며, 겉으로 보기에 임의로 보이는 화산 구조를 설명한다.[61]하와이 체인에서 가장 높은 산인 마우나 케아는 평균 해발 4,205미터(13,796피트) 위로 솟아 있다.해저의 기슭에서 측정된 이 산은 해발 1만203미터(3만3474피트)로 세계에서 가장 높은 산이다. 에베레스트 산은 해발 8848미터(2만9029피트)로 높이 솟아 있다.[62]하와이는 수많은 해산으로 둘러싸여 있지만, 핫스팟과 화산과는 관련이 없는 것으로 밝혀졌다.[38]킬라우에아는 1983년 이후 작은 화산콘인 푸아수 ʻōo를 통해 지속적으로 분출되어 화산학자와 관광객 모두에게 명소가 되었다.[63]

산사태

하와이 섬은 화산 붕괴로 인해 발생한 많은 산사태로 인해 융단이 깔렸다.배시메트릭 지도는 길이 20km(12mi) 이상의 섬 옆구리에 최소 70개의 대형 산사태가 발생했으며, 가장 긴 산사태는 길이 200km(120mi), 부피 5000km3(1200cu)가 넘는 것으로 나타났다.이러한 잔해 흐름은 두 가지 광범위한 범주로 분류될 수 있다: 슬럼프, 천천히 발원지를 평평하게 만드는 경사면 위의 집단 이동, 그리고 화산 비탈을 분쇄하고 그들의 비탈면을 지나 화산 파편을 흩뿌리는 더 큰 재앙의 잔해 눈사태.이 슬라이드들은 거대한 쓰나미와 지진, 화산재 균열, 그리고 근원에서 수백 마일 떨어진 곳에 흩어져 있는 잔해들을 야기시켰다.[64]

슬럼프는 화산의 깊숙한 곳까지 10km(6mi)까지 암석을 이동시켜 발생원인에 깊이 뿌리내리는 경향이 있다.새로 분출된 화산 물질의 질량에 의해 앞으로 밀려나면서 슬럼프는 천천히 앞으로 기어나오거나, 1868년과 1975년에 하와이 역사상 가장 큰 지진의 원인이 된 경주로 인해 앞으로 치솟을 수 있다.한편 잔해 눈사태는 더 얇고 길며, 머리에는 화산 원형극장이, 그 밑에는 험모크 지형으로 정의된다.빠르게 움직이는 눈사태는 수십 km 떨어진 곳에 10 km(6 mi) 블록을 실어 나르며 지역 물기둥을 어지럽히고 쓰나미를 일으켰다.이러한 사건의 증거는 많은 하와이 화산들의 비탈에 높은 해양 퇴적물의 형태로 존재하며 다이카쿠지 기요트나 디트로이트 해산과 같은 몇몇 황제 해산의 비탈을 손상시켰다.[64][22]

진화 및 건설

주요 기사:하와이 화산의 진화
Animation showing an intact volcano that gradually shrinks in size with some of the lava around its perimeter replaced by coral
화산의 침식과 침하, 그리고 그 주위에 산호초가 형성됨을 보여주는 애니메이션 시퀀스 - 결국 아톨라를 일으킨다.

하와이 화산들은 성장과 침식의 생활 주기를 잘 따르고 있다.새로운 화산이 형성된 후 용암 생산량은 점차 증가한다.높이와 활동 둘 다 화산이 50만년 정도 되었을 때 절정을 이루었다가 급격히 쇠퇴한다.결국 그것은 휴면 상태가 되고, 결국 멸종된다.그리고 나서 침식은 화산이 다시 해산이 될 때까지 화산을 풍화시킨다.[60]

이 수명주기는 여러 단계로 구성된다.1단계는 잠수함 프리실드 단계로 현재 로지히 시마운트만으로 대표된다.이 단계 동안, 화산은 점점 더 빈번해지는 분출을 통해 높이 쌓인다.바다의 압력은 폭발을 막는다.차가운 물은 용암을 빠르게 굳혀 수중 화산 활동의 전형적인 베개 용암을 만들어낸다.[60][65]

해산이 천천히 자라면서 방패 단계를 거친다.그것은 물에 잠긴 동안 칼데라와 같은 많은 성숙한 모습을 형성한다.정상은 결국 수면 위를 침범하고, 화산이 폭발적 하위 단계로 진입하면서 용암과 바닷물은 '전투'를 벌인다.이 발전 단계는 폭발성 증기 분출구로 대표된다.이 단계는 대부분 화산재를 생성하는데, 이는 파도가 용암을 축축하게 한 결과물이다.[60]용암과 바다 사이의 이러한 갈등은 하와이 신화에 영향을 미친다.[25]: 8–11

화산은 일단 물에서 벗어날 수 있을 만큼 충분히 높으면 아해리 아상 속으로 들어간다.현재 이 화산은 약 50만 년 동안 수면 위 높이의 95%를 차지하고 있다.그 후 폭발은 훨씬 덜 폭발적이 된다.이 단계에서 방출되는 용암은 파회(Pahoeo)와 and아(ʻaʻa)를 모두 포함하는 경우가 많으며, 현재 활동 중인 하와이 화산인 마우나 로아(Mauna Loa)와 크라우에아(Khlauea)가 이 단계에 있다.하와이 용암은 종종 흐리고, 막히고, 느리고, 상대적으로 예측하기 쉽다; USGS는 용암이 가장 잘 달리는 곳을 추적하고, 용암을 볼 수 있는 관광지를 유지하고 있다.[60][66]

아해성 단계 후, 화산은 침하와 침식을 포함한 일련의 방패 후 단계로 진입하여 아톨이 되고 결국 해산이 된다.태평양 판이 그것을 20 °C(68 °F)의 열대지방 밖으로 옮기면, 암초는 대부분 소멸하고, 이 멸종된 화산은 전세계적으로 약 1만 개의 불모지 해산 중 하나가 된다.[60][67]모든 황제 해산은 죽은 화산이다.

참고 항목

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