인트라플라즘 화산학

Intraplate volcanism

화산내(intraplate planism)는 지각판의 여백에서 일어나는 화산이다. 대부분의 화산활동은 플레이트 여백에서 이루어지며, 지질학자들 사이에서는 이 활동이 플레이트구조론 이론에 의해 잘 설명된다는 데 폭넓은 공감대가 형성되어 있다. 그러나 접시 안의 화산활동의 기원은 여전히 논란거리로 남아 있다.

메커니즘

발화 내 화산성을 설명하기 위해 제안된 메커니즘에는 맨틀 플룸, 지각판 내 비강성 운동(판 모델) 및 충격 사건이 포함된다. 서로 다른 메커니즘이 판간 화산학의 다른 사례들을 설명해줄 것 같다.[1]

플룸 모형

맨틀의 냉각 공정에서 발생하는 슈퍼플룸(LVZ=저속도 영역)[2]

맨틀 플룸은 지구 맨틀 내에서 비정상적으로 뜨거운 암석의 대류 메커니즘이다. 플룸 헤드는 부분적으로 얕은 깊이에 도달하면 녹기 때문에, 종종 하와이나 아이슬란드와 같은 화산폭발 지점과 데칸과 시베리아 함정과 같은 거대한 화성 지방의 원인으로 플룸이 언급된다. 그러한 화산 지역은 지각판 경계에서 멀리 떨어져 있는 반면, 다른 지역은 판 경계 근처에 있는 비정상적으로 많은 양의 화산을 나타낸다.

맨틀 플럼에 대한 가설은 미니 플럼과 맥동 플럼과 같은 변종 명제를 유도하는 점진적인 가설-엘러베이션을 요구해왔다.[3]

개념

맨틀 플럼은 1963년[4][non-primary source needed] J. Tuzo Wilson에 의해 처음 제안되었고 1971년 W. Jason Morgan에 의해 추가로 개발되었다. 맨틀 플룸은 뜨거운 암석이 중심-망틀 경계에서 핵으로[clarification needed] 만들어지고 지구의 맨틀을 통해 상승하여 지각의 디아피르가 되는 곳에 존재하는 것으로 추정된다.[5] 특히 맨틀 플럼은 서로 상대적으로 고정되어 있고 중심-망틀 경계에 고정되어 있다는 개념은 하와이-엠페로어 해마운트 사슬과 같은 일부 핫 스폿에서 확장된 오래된 화산의 시간 진행 사슬에 대한 자연스러운 설명을 제공할 것이다. 단, 광자기 데이터는 맨틀 플럼이 LLSVP([6]Large Low Shear Velocity)와 연관될 수 있으며 이동을 할 수 있음을 보여준다.[7]

크게 독립된 두 가지 대류 과정이 제안된다.

  • 판구조론과 관련된 넓은 대류 흐름은 주로 암석권의 차가운 판이 맨틀 아천권으로 다시 가라앉는 것에 의해 추진된다.
  • 좁고 상승하는 기둥에서 열을 위로 운반하는 코어-골재 경계를 가로질러 열 교환에 의해 구동되며 판 운동에 독립적으로 가정된 맨틀 플룸.

플룸 가설은 1970년대 초 작은 액체로 채워진 탱크에서 시행된 실험실 실험을 사용하여 연구되었다.[8] 그러한 방식으로 생산된 열 또는 구성 유체 역학적 플럼은 훨씬 더 큰 가상 맨틀 플럼의 모델로 제시되었다. 이러한 실험을 바탕으로 맨틀 플럼은 이제 플룸의 상단과 그 기저부를 연결하는 길고 얇은 도관과 플룸이 상승함에 따라 크기가 확장되는 구근 헤드의 두 부분으로 가정된다. 전체적인 구조는 버섯을 닮았다고 여겨진다. 열성 플룸의 전구 헤드는 뜨거운 물질이 도관을 통해 위로 이동하기 때문에 플룸 자체보다 주변을 통해 상승하기 때문에 형성된다. 1980년대 후반과 1990년대 초반, 열 모델에 대한 실험에서 전구 헤드가 팽창하면서 인접한 맨틀의 일부가 머리로 들어갈 수 있다는 것을 보여주었다.

버섯 맨틀 플럼의 크기와 발생은 Tan과 Thorpe가 개발한 일시적인 불안정 이론으로 쉽게 예측할 수 있다.[9][10] 이 이론은 약[clarification needed] 2 Gyr인 반면, 주기 시간은 약 2 Gyr인 반면, 코어 맨틀 열유속은2 약 830Myr의 임계 시간을[clarification needed] 갖는 약 2000km 지름의 머리의 버섯 모양의 맨틀 플럼을 예측한다.[11] 맨틀 플럼의 수는 약 17개로 예측된다.

플룸 헤드가 암석권의 기지와 마주쳤을 때, 그것은 이 장벽에 대해 평평하게 펴질 것으로 예상되며, 대량의 현무암 마그마를 형성하기 위해 광범위한 감압 용융을 겪을 것으로 예상된다. 그러면 그것은 표면으로 폭발할 수 있다. 수치 모델링은 용해와 분화가 수백만 년에 걸쳐 일어날 것이라고 예측한다.[12] 이러한 폭발은 훨씬 짧은 시간(1백만 년 미만)에 걸쳐 많은 폭발이 일어나지만 홍수 현무암과 연관되어 왔다. 인도의 데칸 함정, 아시아의 시베리아 함정, 남아공과 남극 대륙의 카루-페라르 바살트/돌레르테이트, 남아메리카와 아프리카의 파라나와 에텐데카 함정(이전에는 남대서양 개방으로 분리된 단일 주), 북아메리카의 콜롬비아 강 바살트 등이 그 예다. 바다의 홍수 현무암은 해양 고원으로 알려져 있으며, 서태평양의 온통 자바 고원과 인도양의 케르겔렌 고원을 포함한다.

플룸 헤드를 코어-망틀 경계에 연결하기 위해 가정된 좁은 수직 파이프 또는 도관은 종종 "핫스팟"이라고 불리는 고정된 위치에 마그마의 연속적인 공급을 제공하는 것으로 간주된다. 지각판(지질권)이 이 핫스팟 위로 이동하면서 고정관로에서 표면으로 마그마가 분출하면 판의 움직임과 평행하는 화산 체인이 형성될 것으로 예상된다.[13] 태평양에 있는 하와이 제도 체인이 그 유형이다. 이 사슬의 화산 지점이 시간이 지남에 따라 고정되지 않았다는 사실이 최근에 밝혀졌고, 따라서 그것은 원래 제안된 주요 특징을 나타내지 않는 많은 유형의 사례들의 모임에 가입했다.[14]

대륙 홍수 현무의 분출은 종종 대륙의 강탈과 붕괴와 관련이 있다. 이것은 맨틀 플룸이 대륙의 강탈과 해양 분지의 형성에 기여한다는 가설을 낳았다. 대안적인 '플레이트 모델'의 맥락에서 대륙붕괴는 판구조론에 불가결한 과정이며, 그것이 시작되면 자연스런 결과로 대규모 화산활동이 일어난다.[15]

현재의 맨틀 플룸 이론은 지구 내부의 물질과 에너지가 두 가지 뚜렷한 모드로 표면 지각과 교환된다는 것이다: 상부 맨틀 대류에 의해 구동되는 지배적이고 일정한 상태의 판구조적 정권과 간헐적으로 지배되는 구두점화된 맨틀이 플룸 대류에 의해 구동되는 체제.[5] 이 두 번째 정권은, 종종 불연속적이긴 하지만, 산악 건설과[16] 대륙붕에 주기적으로 중요하다.[17]

화학, 열 흐름 및 용해
플룸 형성을 위한 가능한 메커니즘인 Rayleigh-Taylor 불안정성의 단일 "손가락"에 대한 유체역학적 시뮬레이션.[18] 순서의 세 번째와 네 번째 프레임에서 플룸은 "무스룸 캡"을 형성한다. 중심은 다이어그램의 맨 위에 있고 지각은 맨 아래에 있다는 점에 유의하십시오.
참고 항목: 레일리-테일러 불안정
상부(3) 및 하부(5) 맨틀, D″ 레이어(6) 및 외측(7) 및 내측(9) 코어의 위치를 보여주는 접지 단면

핫스팟에서 발견되는 기저암의 화학적 및 동위원소 구성은 중간-지점 기저석과 미묘하게 다르다.[19] OIB(Ocean Island basalts, OIBs)라고도 불리는 이러한 기저귀는 방사선 발생 및 안정적 동위원소 구성으로 분석된다. 방사선 유발 동위원소 시스템에서 원래 유도된 물질은 맨틀 구성 요소라고 불리는 분산 추세를 생성한다.[20] 식별된 맨틀 구성 요소는 DMM(해양중부 능선 현무암(MORB) 맨틀), HIMU(높은 U/Pb-비율 맨틀), EM1(농축 맨틀 1) EM2(농축 맨틀 2) 및 FOZO(초점 구역)[21][22]이다. 이 지질학적 서명은 맨틀 선원에 서브덕티드 슬래브와 대륙 퇴적물과 같은 지표면 근방의 재료가 혼합되어 발생한다. 이를 두고 두 가지 해석이 대립하고 있다. 맨틀 플럼의 맥락에서, 표면 가까이 있는 물질은 서브덕팅 슬래브에 의해 코어-망틀 경계까지 운반되었고, 플럼에 의해 표면 위로 다시 운송된 것으로 가정된다. 판 가설의 맥락에서, 하위 유도 물질은 대부분 얕은 맨틀에서 다시 순환되고 거기서 화산으로 두드려진다.

Fe와 같은 안정적인 동위원소는 봉기 물질이 녹는 동안 경험하는 과정을 추적하는 데 사용된다.[23]

해저 지각, 암석권 및 침전물을 전도구역을 통해 처리하면 움직이지 않는 미량 원소(예: K, Rb, Th)로부터 수용성 미량 원소(예: Ti, Nb, Ta)를 분리하여 움직이지 않는 원소를 해양 슬래브(섬 아크 화산의 지각에 수용성 원소가 추가된다)에서 집중시킨다. 지진 단층 촬영은 해저 650km 깊이의 맨틀 전환 구역의 바닥까지 해저로 가라앉는 것을 보여준다. 더 큰 깊이로의 전도는 확실하지 않지만, 약 1,500 km 깊이에서 중간-망틀 깊이까지 가라앉을 수 있다는 증거가 있다.

맨틀 플럼의 출처는 3,000 km 깊이에서 코어-망틀 경계로 가정된다.[24] 노심-망토 경계를 가로지르는 물질적 운송이 거의 없기 때문에 이 경계 위와 아래에 단열 구배와 함께 전도에 의한 열 전달이 일어나야 한다. 코어-망틀 경계는 강한 열(온도) 불연속이다. 코어의 온도는 상층 맨틀의 온도보다 대략 섭씨 1,000도 더 높다. 깃털은 맨틀의 밑부분이 뜨거워지고 부력이 증가함에 따라 상승하는 것으로 가정된다.

플럼은 맨틀을 통해 상승하고 압축 해빙에 의해 천체권의 얕은 깊이에 도달하면서 부분적으로 녹기 시작하는 것으로 가정된다. 이것은 많은 양의 마그마를 만들 것이다. 플룸 가설은 이 용융이 표면으로 올라가고 분출하여 "핫 스폿"을 형성한다고 가정한다.

하단 맨틀과 코어

계산된 지구의 온도 대 깊이. 점선 곡선: 레이어드 맨틀 대류, 솔리드 곡선: 전체 맨틀 대류.[25]

깊은(1000km) 맨틀에 존재하는 것으로 알려진 가장 두드러진 열 대비는 2900km의 코어-망틀 경계선에 있다. 맨틀 플럼은 원래 그들의 표면 표현으로 추측되는 "핫 스폿"이 서로 상대적으로 고정된 것으로 생각되었기 때문에 이 층에서 솟아오르도록 가정되었다. 이것은 플럼이 지각 판의 움직임에 반응하여 빠르게 흐르는 것으로 생각되는 얕은 천체권 아래에서 공급될 것을 요구하였다. 깊은 지구에는 다른 알려진 주요 열경계층이 없기 때문에, 코어-망틀 경계가 유일한 후보였다.

맨틀의 밑부분은 지구의 지진학적 하위분할인 D″층으로 알려져 있다. 그것은 위에 있는 맨틀과 구성적으로 구별되는 것으로 보이며 부분 용융을 포함할 수 있다.

두 개의 매우 넓고 큰 저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저-저- 깃털이 표면이나 가장자리에서 솟아오른다고 가정한다.[26] 그들의 낮은 지진속도는 화학적 이질성에 의해 야기된 높은 밀도에 기인한다는 것이 최근 밝혀졌음에도 불구하고, 상대적으로 그들이 뜨겁다는 것을 암시하는 것으로 생각되었다.[27][28]

이론의 증거

맨틀 플럼을 지지하는 다양한 증거들이 인용되었다. 관찰이 이루어진 후 맨틀 플럼의 가정된 특성을 다시 정의하려는 경향이 있어, 지지에 해당하는 것에 대해 약간의 혼란이 있다.[3]

이 이론을 뒷받침하기 위해 인용된 몇 가지 공통적이고 기본적인 증거는 선형 화산 체인, 고귀한 가스, 지구물리학적 이상, 지구화학 등이다.

선형 화산 체인

하와이-엠페러 해마운트 체인의 연령-진보적 분포는 고정된 깊은 망토가 상부 맨틀로 상승하여 부분적으로 녹으며 판이 고정된 플럼 선원에 비해 머리 위로 이동함에 따라 화산 체인이 형성되는 결과로 설명되어 왔다.[24] 그 밖에 레유니온, 샤고스-라카디브 능선, 루이빌 능선, 90 이스트 능선, 케르겔렌, 트리스탄, 옐로우스톤 등 시간 진보적인 화산 사슬이 뒤쪽에 있는 "핫 스폿"이 있다.

플룸 가설의 본질적인 측면은 지질학적 시간 내내 "핫 스팟"과 그들의 화산 자국이 서로 상대적으로 고정되어 있다는 것이다. 위에서 열거한 사슬이 시간 진보적이라는 증거가 있는 반면에, 서로에 대해 고정되어 있지 않다는 것이 증명되었다. 이것의 가장 주목할 만한 예는 하와이 시스템의 오래된 부분인 황제 체인으로, 화산 활동이 지리적 위치의 판을 통해 이동하면서 형성되었다.[14]

가정된 많은 "핫 스폿"들 또한 아이슬란드, 갈라파고스, 아조레스와 같은 시간 진행형 화산 자국이 부족하다. 가설의 예측과 관측 사이의 불일치는 일반적으로 "망토 바람", "다리 포획", "다리 탈출" 및 플룸 물질의 측면 흐름과 같은 보조 프로세스에 의해 설명된다.

노블 가스 및 기타 동위원소
주요 기사: 헬륨-3

헬륨-3는 빅뱅에서 형성된 원시 동위원소다. 아주 적은 양이 생산되고, 그 이후 다른 과정들에 의해 지구에 더해진 것은 거의 없다.[29] 헬륨-4는 원시 성분을 포함하지만 우라늄과 토륨 등 원소의 자연방사성 붕괴에 의해서도 생성된다. 시간이 지남에 따라, 상층 대기의 헬륨은 우주로 사라진다. 그러므로 지구는 헬륨에서 점차적으로 고갈되어 가고, 그는 지금과 같이 대체되지 않는다. 그 결과 지구에서의 그/4그 비율은 시간이 지남에 따라 줄어들었다.

비정상적으로 높은 "핫 스팟"이 전부는 아니지만 일부에서 관찰되었다.4 맨틀 플룸 이론에서 이것은 원래의 높은 He/4He 비율이 지질학적 시간 동안 보존된 하단 맨틀의 깊고 원시적인 저장소를 두드리는 것으로 설명된다.[30] 판 가설의 맥락에서, 높은 비율은 얕은 맨틀에 있는 오래된 물질의 보존에 의해 설명된다. 고대, 높은 He/4He 비율은 U나 Th가 부족한 재료에서 특히 쉽게 보존될 수 있기 때문에 시간이 지남에 따라 추가되지 않았다. 올리빈과 두나이트는 둘 다 부배향 지각에서 발견되는 물질로, 이런 종류의 물질이다.[29]

오스뮴과 같은 다른 원소들은 해양섬의 기저귀에서 지구핵근처에서 발생하는 물질의 추적기라고 제안되어 왔다. 그러나 아직까지는 이에 대한 결정적인 증거가 부족하다.[31]

지구물리학적 이상
맨틀(빨간색)에서 솟아오르는 마그마와 함께 지구의 암석권(노란색)을 통과하는 단면을 보여주는 다이어그램. 지각은 플룸에 상대적으로 움직여서 트랙을 만들 수 있다.

플룸 가설은 그것들과 연관될 것으로 예측되는 지구물리학적 변칙들을 찾아내어 시험되었다. 여기에는 열, 지진 및 고도 이상 현상이 포함된다. 열변형은 "핫스팟"이라는 용어에 내재되어 있다. 그것들은 표면 열 흐름, 암석학, 지진학 등 다양한 방법으로 측정될 수 있다. 열 이상 현상은 지진파의 속도에서 이상 현상을 일으키지만 불행히도 구성과 부분 용해 역시 그러하다. 그 결과, 파도 속도는 단순하고 직접적인 온도 측정에 사용될 수 없지만, 보다 정교한 접근법을 취해야 한다.

지진 이상 현상은 지진파가 지구를 통해 이동함에 따라 파동 속도의 변화를 지도화함으로써 확인된다. 고온 맨틀 플룸은 낮은 온도에서 유사한 물질에 비해 지진파 속도가 낮을 것으로 예측된다. 부분 용해 흔적을 포함하는 맨틀 소재(예를 들어, 용해점이 낮아지거나 Fe가 풍부해짐)도 지진파 속도가 낮으며 이러한 영향은 온도보다 강하다. 따라서 "핫 스폿" 아래의 비정상적으로 뜨거운 맨틀을 나타내기 위해 비정상적으로 낮은 파동 속도를 취했지만, 이러한 해석은 모호하다.[3] 플럼이 제안된 지역의 변화를 찾기 위해 사용되는 가장 일반적으로 인용되는 지진파 속도 영상은 지진 단층 촬영에서 비롯된다. 이 방법은 지진계 네트워크를 사용하여 맨틀 전체에서 지진파 속도의 변동을 3차원 영상으로 구성하는 것을 포함한다.[32]

대형 지진에 의해 발생하는 지진파는 지구 표면 아래의 구조물을 광선 경로를 따라 결정할 수 있게 한다. 1000km 이상 이동한 지진파(말단파라고도 함)는 지구 맨틀의 넓은 지역을 이미지화하는 데 사용될 수 있다. 하지만 그들은 또한 해상도가 제한되어 있고 지름이 최소 수백 킬로미터인 구조물만 감지할 수 있다.

지진 단층 촬영 이미지는 지구의 맨틀에 있는 많은 맨틀 플럼에 대한 증거로 인용되어 왔다.[33] 그러나 이미징된 구조물들이 신뢰성 있게 해결되는지, 그리고 그것들이 뜨겁고 솟아오르는 암석의 기둥에 해당하는지에 대해서는 활발한 논의가 진행 중이다.[34]

맨틀 플룸 가설은 플룸 헤드가 암석권의 기지를 침범할 때 돔 지형적 상승이 발생할 것이라고 예측한다. 이러한 종류의 상승은 약 5천 4백만년 전 북대서양 연안에 일어났다. 일부 과학자들은 유라시아의 붕괴와 북대서양의 개방을 초래한 것으로 가정된 맨틀 플룸과 이것을 연계시켰으며, 현재 아이슬란드에 근거를 두고 있다고 제안하고 있다. 그러나 현재의 연구는 상승의 시간 이력이 예상보다 훨씬 짧다는 것을 보여주었다. 따라서 이 관측치가 맨틀 플룸 가설을 얼마나 강력하게 지지하는지 명확하지 않다.

지구화학

해양섬에서 발견되는 바살트는 지구화학적으로 중간 산등성이에서 발견되는 것과 전도에 관련된 화산(섬 아크 바살트)과 구별된다. '오션 섬 현무암'은 또한 작은 해산과 큰 해산의 바다 전체에서 발견되는 현무암과 유사하다(바다 표면 위로 떠오르지 않은 해저의 폭발로 인해 형성되는 것으로 생각됨). 그것들은 또한 구성적으로 대륙의 내부(예: 스네이크 강 평원)에서 발견되는 몇몇 기저귀와 비슷하다.

주요 요소에서 해양섬 기저귀는 일반적으로 유사한 마그네슘(Mg) 함량의 중간 산등성이 기저귀보다 철(Fe)과 티타늄(Ti)이 더 높다. 미량 원소에서는 일반적으로 중간 산등성이의 기저부보다 가벼운 희토류 원소에서 더 농축된다. 섬 아크 기저귀에 비해 대양 섬 기저귀는 알루미나(AlO23)가 낮고 움직이지 않는 미량 원소(예: Ti, Nb, Ta)가 높다.

이러한 차이는 해양 지각과 맨틀 암석권의 전도에 발생하는 과정으로부터 발생한다. 해양 지각(그리고 밑의 맨틀)은 일반적으로 해저의 다양한 각도로 수분을 공급하게 되는데, 일부는 해저 풍화 작용의 결과로서, 일부는 그것이 원래 형성된 중간-해양-리지 볏 근처의 열수 순환에 반응한다. 해양 지각과 기초 암석권 서브덕트로서 물은 수용성 원소 및 미량 원소와 함께 탈수 반응에 의해 방출된다. 이 농축된 액체는 위로 돌출된 맨틀 쐐기를 메타소마하기 위해 상승하고 섬 아크 기저부의 형성을 이끈다. 서브덕팅 슬래브는 이러한 물-이동 요소(예: K, Rb, Th, Pb)에서 고갈되므로, 중간-해양 능선과 섬 아치 둘 다에 비해 물-이동 요소가 아닌 요소(예: Ti, Nb, Ta)에서 상대적으로 농축된다.

해양 섬 기저귀는 또한 물 이동 원소에 비해 움직이지 않는 원소들이 상대적으로 풍부하다. 이것과 다른 관찰은 해저 섬 기저부의 뚜렷한 지질학적 서명이 하위 유도 슬래브 재료의 구성요소의 포함에서 비롯됨을 나타내는 것으로 해석되었다. 이것은 맨틀에서 재활용된 것이 틀림없고, 다시 녹아서 라바에 편입된 것이 분명했다. 플룸 가설의 맥락에서, 서브덕티드 슬래브는 코어-망틀 경계까지 서브덕션된 것으로 가정하고, 상승 플럼에서 표면 위로 다시 운반된다. 판 가설에서 슬래브는 맨틀 윗부분을 구성하는 수백 킬로미터 위쪽의 얕은 깊이에서 재활용된 것으로 가정한다. 그러나 플레이트 가설은 얕은 천체권의 지질학적 용해(즉, 중간-해양 능선 기저부)와 해양섬 기저부의 동위원소 구성과 일관성이 없다.

지진학

2015년에는 273회의 대지진 데이터를 바탕으로 연구진이 전체 파형 단층촬영을 기반으로 모델을 작성해 300만 시간의 슈퍼컴퓨터 시간을 요구하기도 했다.[35] 계산상의 한계로 인해, 고주파 데이터는 여전히 사용할 수 없었고, 지진 데이터는 대부분의 해저에서 사용할 수 없었다.[35] 그럼에도 불구하고, 주변 바위보다 400도 더 뜨거운 수직 깃털은 핏케언, 맥도날드, 사모아, 타히티, 마르키타, 갈라파고스, 케이프 베르데, 카나리 핫스팟을 포함한 많은 핫스팟 아래에서 시각화되었다.[36] 그들은 코어-망틀 경계(2900km 깊이)에서 거의 수직으로 확장되어 1000km에서 피복 및 휨 층까지 가능했다.[35] 이들은 600~800km의 넓이로 현대 모델에서 기대되는 폭의 3배가 넘었기 때문에 검출이 가능했다.[35] 이 깃털들 중 많은 것들이 아프리카와 태평양 아래에 있는 크고 낮은 저성층 지방에 있는 반면, 옐로우스톤과 같은 일부 핫스팟은 모델의 맨틀 특징과 덜 관련이 있었다.[37]

예상치 못한 크기의 플럼은 그들이 핵에서 표면으로 44테라와트의 지구 내부 열 흐름의 대부분을 수행할 가능성을 열어두고 있으며, 하단 맨틀의 대류가 전혀 예상한 것보다 적다는 것을 의미한다. 깃털과 주변의 맨틀 사이에 속도를 늦추고 넓히는 구성적 차이가 있을 수 있다.[35]

제안된 맨틀 플룸 위치

최근 한 그룹이 제안한 플럼 위치의 예.[38] 그림: 파울러(2010)[3]

많은 다른 지역들이 맨틀 플룸에 의해 지지된다고 제안되어 왔고, 과학자들은 최종적인 리스트에 동의할 수 없다. 몇몇 과학자들은 수십 개의 플럼이 존재한다고 주장하는 반면,[38] 다른 과학자들은 존재하지 않는다고 주장한다.[3] 그 이론은 하와이 화산 시스템에서 영감을 얻었다. 하와이는 태평양의 중심에 있는 거대한 화산 건물로, 어떠한 판 경계에서도 멀리 떨어져 있다. 섬과 해산의 정기적, 시간적 진보적 사슬은 피상적으로 플룸 이론에 잘 들어맞는다. 그러나 다른 곳에는 극단적인 것이 존재하지 않기 때문에 지구상에서는 거의 유일무이한 것이다. 플룸 위치의 두 번째 유력한 후보는 종종 아이슬란드라고 언급되지만, 플룸 가설의 반대자들에 따르면, 그 거대한 성질은 대서양 중부의 확산 센터를 따라 플레이트 지각력에 의해 설명될 수 있다.

맨틀 플룸은 홍수 현무암의 근원으로 제시되어 왔다.[39][40] 현무암질 magmas의 이러한 몹시 빨리, 대규모 폭발이 주기적으로 땅과 해양 plateaus의 데칸 Traps,[41]Gondwana,[43]의 시베리아 Traps[42]은 Karoo-Ferrar 홍수 basalts고 알려진 가장 큰 대륙 홍수 현무암, 중앙 대서양 magmat 같은 바다와 같이, 모르게 대륙 홍수 현무암 지역을 형성하고 있습니다.ic 지방 (캠프)[44]

많은 대륙 홍수 현무암 사건은 대륙 강탈과 일치한다.[45] 이것은 평형을 지향하는 체계와 일치한다: 물질이 맨틀 플룸에서 상승함에 따라 다른 물질들이 맨틀 속으로 빨려 들어가면서, 탈출을 일으킨다.[45]

판 이론

맨틀 플럼의 깊숙한 곳에서의 가설은 그러한 모든 화산을 설명하는 것으로 보편적으로 받아들여지지 않는다. 그것은 미니 깃털과 맥동 플럼과 같은 변종 명제를 유도하는 점진적인 가설 선도를 요구해 왔다. 특이한 화산 지역에 대한 또 다른 가설은 판 이론이다. 이것은 마그마가 암석권의 확장이 허락하는 맨틀에서 지구 표면으로 수동적으로 유출되고, 대부분의 화산을 지각 내 확장으로 인한 판상 경계로부터 멀리 떨어진 판상 구조 공정에 귀속시킬 것을 제안한다.[3]

판 이론의 도식. 중청색: 암석권, 연청색/녹색: 불균형 상부 맨틀, 노란색: 하부 맨틀, 주황색/빨간색: 코어 맨틀 경계. 암석권의 확장은 기존의 용해(빨간색)가 상승하도록 한다.[46]

판 이론은 표면적으로 변칙적으로 보이는 지구상의 모든 화산 활동을 판구조론의 작동 탓으로 돌린다. 플레이트 이론에 따르면, 화산의 주된 원인은 암석권의 확장이다. 암석권의 확장은 암석권 응력장의 기능이다. 주어진 시간에 화산활동의 전지구적 분포는 동시대의 암석권 응력장을 반영하며, 화산의 공간적, 시간적 분포의 변화는 스트레스 영역의 변화를 반영한다. 스트레스 영역의 진화를 지배하는 주요 요인은 다음과 같다.

  1. 플레이트 경계 구성의 변경.
  2. 수직 운동.
  3. 열수축.
지층 재활용의 경쟁 모델과 보조 슬래브의 운명에 대한 그림. 플룸 가설은 깊은 서브전도(오른쪽)를 유발하는 반면 플레이트 가설은 얕은 서브전도(왼쪽)에 초점을 맞춘다.

2000년대 초반부터 맨틀 플럼에 대한 증거의 상태와 임시 가설의 확산에 대한 불만은 돈 엘 앤더슨, 길리언 파울러, 워렌 B가 이끄는 다수의 지질학자들을 몰아붙였다. 해밀턴, 상층 맨틀과 그 이상의 얕은 공정에 근거한 넓은 대안을 제안하는 것으로, 매시즘의 원동력으로 판구조학을 강조한다.[47]

판 가설은 "열성" 화산이 지하의 천체권으로부터 수동적으로 용융되는 것을 허용하는 암석권의 확장에서 비롯된다는 것을 암시한다. 따라서 플레이트 가설은 화산성을 중심-망토 경계에서 발생하는 활성 과정이 아니라 플레이트 구조론과 연관된 얕고 지표면에 가까운 공정으로 귀속시키기 때문에 플룸 가설의 개념적 역이다.

암석권의 확장은 판구조론과 관련된 공정에서 기인한다. 이 과정들은 지구의 화산활동의 대부분이 일어나는 중간 산등성이에서 잘 이해된다. 판 자체가 내부에서 변형된다는 것은 덜 일반적으로 인식되며, 변형이 확장적인 지역에서 화산 활동을 허용할 수 있다. 잘 알려진 예로는 미국 서부의 분지 및 레인지 주, 동아프리카 리프트 계곡, 라인 그라벤 등이 있다. 이 가설에서 마그마의 가변 부피는 온도 차이보다는 화학적 구성의 변화(더 쉽게 용해되는 맨틀 물질에 해당하는 많은 양의 화산)에 기인한다.

판 가설은 일반적으로 깊은 맨틀 대류 및 부유물의 존재를 부인하지는 않지만, 지구의 맨틀의 대부분에 걸쳐 있는 주상 수직적 특징의 관점에서, 이러한 과정이 맨틀 플럼을 초래하지 않으며, 대량의 열을 운반하고 표면 화산에 기여한다는 것을 주장한다.[3]: 277

판 가설의 산하에, 표면화산의 허용에 기여할 수 있는 다음의 하위 과정이 인정된다.[3]

  • 대륙붕괴;
  • 중간 산등성이의 다산성;
  • 플레이트 경계 접합부의 화산성 향상
  • 소규모 대기권 대류
  • 해양 내 확장
  • 슬래브 찢김 및 분리;
  • 얕은 맨틀 대류
  • 구조 불연속부의 급격한 측면 응력 변화
  • 대륙 내 연장
  • 치명적인 암석권 얇아짐;
  • 대기권 하위는 연못을 녹이고 배수한다.

암석권 확장은 지각과 맨틀에 존재하는 용융이 표면으로 빠져나갈 수 있게 한다. 만약 연장이 심하고 암석권이 상승할 정도로 암석권을 강타한다면, 감압 업웰링에 의해 추가적인 용융이 발생한다.

플레이트 이론의 주요 장점은 판구조론을 지구 화산에 대한 하나의 통일된 설명으로 확장시켜 피상적으로 예외적으로 보이는 화산 활동의 예를 수용하도록 고안된 외부 가설을 제기할 필요를 분산시킨다는 것이다.[46][48][49][50][51]

판 이론의 기원

1960년대 후반과 1970년대에 개발된 판구조론은 지구의 대부분의 화산 활동에 대해 우아한 설명을 제공했다. 판이 떨어져 움직이는 경계선 확산에서, 천체권은 압축을 풀고 녹아 새로운 해양 지각층을 형성한다. 서브전도 영역에서, 해양 지각의 슬래브는 맨틀에 가라앉고, 탈수되며, 용해 온도를 낮추고 화산 호와 백아크 확장을 일으키는 휘발성 물질을 방출한다. 그러나 몇몇 화산성들은 이 단순한 그림과 맞지 않으며 전통적으로 비플레이트 지각적 설명이 필요한 예외적인 사례로 여겨져 왔다.

1960년대 초 판구조학이 발달하기 직전에 캐나다의 지구물리학자 존 투조 윌슨은 안정적인 맨틀 대류 세포 중심에서 비교적 정지된 핫스팟 위로 해저의 이동으로부터 화산섬의 사슬이 형성된다고 제안했다.[52] 1970년대 초 윌슨의 사상은 미국의 지구물리학자 W. 제이슨 모건(Jason Morgan)에 의해 되살아났다. 일부 화산 지역에 필요한 것 같은 마그마의 장수 공급을 설명하기 위해 모건은 가설을 수정하여 그 근원을 열경계층으로 옮겼다. 판에 비해 일부 화산원의 고정성이 인식되었기 때문에, 그는 이 열 경계는 판이 타는 대류 상부 맨틀보다 더 깊으며 표면 아래 3,000km의 코어-망틀 경계선에 위치할 것을 제안했다. 그는 좁은 대류 전류가 이 열경계의 고정점에서 상승하여 비정상적으로 뜨거운 물질을 표면으로 운반하는 도관을 형성할 것을 제안했다.[53][54]

맨틀 플룸 이론인 이 이론은 20세기 나머지 기간 동안 명백한 화산 이상에 대한 지배적인 설명이 되었다.[55][56] 그러나 그 가설을 시험하는 것은 난관에 봉착해 있다. 플룸 이론의 중심 테뉴는 용해원이 주변 맨틀보다 상당히 뜨겁기 때문에 가장 직접적인 테스트는 마그마의 근원 온도를 측정하는 것이다. 이것은 마그마스의 유전체가 극도로 복잡하기 때문에, 페트롤로지나 지질화학으로부터 신뢰할 수 없는 온도에 이르는 추론을 낳기 때문에 어렵다.[57] 선원 온도에 대한 추가적인 제약을 제공하기 위해 사용되는 지진 데이터는 매우 모호하다.[58] 이 외에도, 플룸 이론에 대한 몇 가지 예측은 맨틀 플럼에 의해 지지된다고 알려진 많은 장소에서 성공하지 못했고, 또한 그 [59][57]가설을 의심하는 상당한 이론적 이유들이 있다.[60][61]

앞서 언급한 이슈들은 미국의 지구물리학자 돈 L. 앤더슨과 영국의 지구물리학자 길시언 R이 이끄는 점점 더 많은 지구과학자들에게 영감을 주었다. 판구조론으로는 쉽게 설명되지 않는 화산 활동에 대한 다른 설명들을 추구하기 위한 파울러. 또 다른 외부 이론을 도입하기 보다는, 이러한 설명들은 본질적으로 판구조론의 범위를 이전에 그것의 소관이 아닌 것으로 생각되었던 화산 활동을 수용할 수 있는 방식으로 확장시킨다. 여기서 기본적인 판구조적 모델에 대한 핵심적인 수정은 판이 강직하다는 가정을 완화하는 것이다. 이는 암석권의 확장이 판 경계뿐만 아니라 판 내부 전체에서 발생한다는 것을 암시하는데, 이는 이론적으로나 경험적으로 잘 뒷받침되는 현상이다.[49][50]

지난 20년 동안 판 이론은 응집력 있는 연구 프로그램으로 발전하여 많은 추종자들을 끌어 모으고, 지구 과학의 몇 가지 하위 학문의 연구자들을 점령했다. 그것은 또한 여러 국제 회의와 많은 동료 검토 논문들의 초점이 되어 왔으며 미국 지질학회가 편집한 두 권의 책과[62][63] 교과서의 주제였다.[57]

2003년부터 플레이트 이론의 논의와 발전은 더럼대(영국) 주최 웹사이트인 mantleplumes.org에 의해 육성되어 왔으며, 이는 다양한 전문분야에서 활동하는 지구과학자들의 기여로 이루어진 주요 국제 포럼이다.

암석권 확장

전지구적 규모의 암석권 확장은 플레이트 운동 회로의 비공개의 필수적인 결과로서 추가적인 저속 확산 경계와 동일하다. 연장은 주로 다음의 세 가지 과정에서 비롯된다.

  1. 플레이트 경계 구성의 변경. 이는 판과 경계의 형성 또는 소멸과 슬래브 롤백(참호의 해양 이동을 유발하는 서브덕팅 슬래브의 수직 침하)을 포함한 다양한 프로세스에서 발생할 수 있다.
  2. 하층 지각과 맨틀 암석권의 박리 및 빙하의 침식, 발열 또는 녹음에 따른 이소스타틱 조정으로 인한 수직 운동.
  3. 태평양과 같은 큰 판에 걸쳐 가장 많은 양을 합친 열수축.

구조체의 대륙 균열 구역(예를 들어, 동 아프리카 리프트) 흩어진 해양성 판의 경계(예를 들어, 아이슬란드)[64][65]back-arc 현실적인 지역, 해양성 back-arc와 같이(예를 들어, 분지와 산맥도는 미국 서부에서)대륙(예를 포함한 다양한 확장에 이러한 과정들로 인한 매니는 마누스 Basin에 파푸아 뉴기니 앞바다 비스마르크 해, 전방 아크 지역(예: 서태평양)[66] 및 암석권 대기권 해석이 진행 중인 대륙 지역(예: 뉴질랜드)[67]

대륙붕괴는 샅샅이 뒤지는 것으로 시작된다. 연장이 지속되고 천체권 상승으로부터 마그마에 의해 완전히 보상될 때, 해양 지각은 형성되고, 균열은 확산되는 판 경계선이 된다. 만약 연장이 격리되고 순간적인 경우 그것은 속성으로 분류된다. 강탈은 해양 지각과 대륙 지각 모두에서 발생할 수 있으며, 경계 확산에서 볼 수 있는 경계에 접근하는 소량에서 양까지 다양하다. 모든 것이 마법을 일으킬 수 있다.[51]

북동 대서양에서는 다양한 확장 양식이 보인다. 대륙붕괴는 고생대 후기에서 시작되었고 백악기 후기와 팔레오세 초기에는 치명적인 불안정이 뒤따랐다. 후자는 유럽 전역으로 확장된 알파인 슬래브의 롤백에 의해 야기되었을 가능성이 있다. 이아페투스해가 420ma에 닫혔던 기존의 약점지대인 칼레도니아 수막에서 더 심한 강탈이 일어났다. 연장이 국지화되면서 54Ma 전후로 해양 지각의 형성이 시작되었고, 아이슬란드 전역에서는 확산 연장이 지속되었다.[68]

일부 견과내 회전은 본질적으로 실패한 대륙붕괴 축이며, 이들 중 일부는 플레이트 경계와 함께 3중 접합을 형성한다. 예를 들어 동아프리카 균열은 홍해와 아덴만과 3중 접점을 형성하는데, 이 두 곳이 모두 해저 확산 단계로 발전했다. 마찬가지로, 중미 균열은 아마존 크라톤을 1.1 Ga 전후로 Laurentia로부터 분리시킨 3분의 1과 함께 3중 접점의 두 팔을 구성한다.[69]

암석권의 확장에 따른 다양한 화산 활동이 미국 서부 전역에서 일어났다. 캐스케이드 화산은 브리티시 컬럼비아에서 북부 캘리포니아까지 이어지는 역아크 화산 체인이다. 백아크 연장은 분지 및 레인지 주(州)에서 동쪽으로 계속되고 있으며, 소규모 화산 활동이 지역 전역에 분포하고 있다.

태평양 판은 지구 표면의 약 3분의 1을 덮고 있는 지구상에서 가장 큰 지각 판이다. 암석권의 열수축으로 인해 상당한 연장 및 전단변형을 겪는다. 쿡-호주 체인, 마르케사와 소사이어티 제도, 투아모투 군도, 푸카와 부카푸카 능선, 핏케른 섬 등 화산성들로 가득한 지역인 [70]사모아와 부활절 마이크로플레이트 사이의 지역에서 전단변형이 가장 크다.

마그마 소스

암석권 확장의 주어진 영역에서 침입하거나 분출되는 마그마의 부피는 (1) 지각과 맨틀에 존재하는 용융의 가용성과 (2) 감압 업웰링에 의해 공급되는 추가 용융의 양이라는 두 가지 변수에 따라 달라진다. 후자는 (a) 암석권 두께, (b) 확장량, (c) 선원의 융통성 및 온도의 세 가지 요소에 의존한다.

지각과 맨틀 양쪽에 모두 풍부한 사전 용융이 있다. 지각에서, 용해는 더 깊은 곳에 의해 먹이는 얕은 저수지의 활화산 아래에 저장된다. 천체권에서는 소량의 부분 용융이 지각판의 움직임에 윤활 역할을 하는 약한 층을 제공하는 것으로 생각된다. 기존의 용융이 존재한다는 것은 카메룬이나 핏케언-감비어 화산선과 같이 암석권의 확장이 미미한 지역에서도 마그니시가 발생할 수 있다는 것을 의미한다.[51]

천체권의 감압으로 인한 마그마 형성률은 천체권이 얼마나 상승할 수 있느냐에 달려 있으며, 이는 결국 암석권의 두께에 달려 있다. 수치적 모델링으로 볼 때 가장 큰 홍수 현무에서 용융의 형성은 그것의 전위와 동시에 이루어질 수 없다는 것이 명백하다.[71] 이는 용융이 더 긴 기간에 걸쳐 형성되고, 암석권-아스테르권 경계에 위치한 저장소에 저장되며, 암석권 확장에 의해 방출된다는 것을 의미한다. 많은 양의 마그마가 암석권의 기초에 저장되어 있다는 것은 짐바브웨의 그레이트 다이크나 남아프리카의 부시벨드 이그네우스 콤플렉스와 같은 큰 마그마틱 지방의 관찰에서 비롯된다. 그곳에서, 두꺼운 암석권은 대량의 마그네시즘 동안 그대로 남아 있었기 때문에, 필요한 규모에 맞는 감압은 배제할 수 있어, 대량의 마그마가 미리 배출되었을 것임을 암시한다.[72]

만약 확장이 심하고 암석권의 현저한 묽음을 초래한다면, 천체권은 얕은 깊이까지 상승하여 감압융을 유도하고 더 많은 양의 용융을 발생시킬 수 있다. 암석권이 얇은 오션 중간 능선에서는 감압 업웰링(upwelling upwelling)이 약간의 마그니시(magic rate)를 만들어 낸다. 또한 같은 과정은 천천히 연장되는 대륙붕괴 또는 그 근방에 소량 마그니시를 발생시킬 수 있다. 대륙 아래, 암석권은 최대 200 km 두께다. 만약 이 두꺼운 암석권이 심각하고 지속적인 확장을 겪게 되면, 그것은 파열될 수 있고, 수 백 킬로미터 길이의 축을 따라 수천만 입방 킬로미터의 용융을 발생시키면서, 암석권은 표면까지 잘 올라갈 수 있다. 예를 들어, 이것은 북대서양 개방 중에 판게아 암석권의 기지에서 표면으로 천체권이 상승했을 때 일어났다.[51]

예

경질 판구조론의 맥락에서 변칙적이라고 생각되는 대부분의 화산성들은 이제 판 이론을 사용하여 설명되었다.[63][62] 이런 종류의 화산 활동의 유형 예로는 아이슬란드, 옐로스톤, 하와이 등이 있다. 아이슬란드는 플레이트 경계선에 위치한 화산 변칙의 유형이다. 옐로우스톤은 서쪽으로는 동부 스네이크 강 평원과 함께 대륙 내 화산 이상 현상의 유형이다. 하와이는 관련 하와이 엠페러 해운트 체인과 함께 오션 내 화산 이상 현상의 유형이다.[57]

아이슬란드
북동 대서양의 지역 지도. 색상으로 표시된 배시메트리, 회색으로 표시된 육상 지형. RR: 레이크야네스 리지; KR: 콜빈지 리지; JMMC: 얀 마옌 마이크로콘티넨트; AR: 애기리지 리지; FI: 패로 제도. 붉은 선: 칼레도니아 오로젠의 경계와 관련된 추력들이 젊은 대서양으로 외삽되는 곳에 충돌했다.[65]

아이슬란드는 북동 대서양에 있는 중간 산등성이에 높이 1km, 450x300km의 기저귀 보호막이다. 그것은 100개가 넘는 활화산 또는 사화산으로 구성되어 있으며, 지구 과학자들에 의해 수십 년 동안 광범위하게 연구되어 왔다.

아이슬란드는 북동 대서양에 대한 더 넓은 구조와 지각 역사의 맥락에서 이해되어야 한다. 북동 대서양은 신생대 초반에 형성되었는데, 그 때, 광범위한 강탈 기간 후, 판게아가 해체되기 시작하면서 그린란드가 유라시아에서 분리되었다. 아이슬란드 현 위치의 북쪽에, 분열 축은 칼레도니아 수경을 따라 남쪽으로 전파되었다. 남쪽으로는 이별 축이 북쪽으로 전파되었다. 두 축은 동서로 약 100km, 남북으로 약 300km 떨어져 있었다. 두 축이 완전히 해저로 확산되었을 때, 두 변곡 사이의 100x300 km 대륙 지역은 북쪽 방향의 여러 균열 축을 따라 확산 연장과 전단 과정을 거친 아이슬란드 마이크로 대륙을 형성했고, 늘어난 대륙 지각에 기저핵 라바를 심었다. 이러한 형태의 확장은 종종 멸종되고 새로운 것으로 대체되는 평행 균열 지대에 걸쳐 지속된다.[65]

이 모델은 지역의 몇 가지 뚜렷한 특성을 설명한다.

  1. 그린란드에서 파로 제도에 이르는 아해안 육교의 지속성은 북동 대서양에 약 1,000km의 폭에 부서졌고, 그 중 오래된 부분들은 현재 얕은 잠수함 능선을 형성하고 있다.
  2. 남북으로 뻗어나가는 능선의 불안정성과 디커플링. 북쪽으로 애기르 능선은 마 31-28년경 멸종되었고, 서쪽 약 400km 지점의 콜베인시 능선으로 연장선이 이전되었다. 남쪽으로 레이캬네스 능선에서는 약 1,600만 년 동안 능선 타격에 수직으로 펼쳐져 있던 끝에 연장의 방향이 바뀌었고, 이후 능선 변환 시스템이 되어 동쪽으로 이동하였다.
  3. 그린란드-아이슬랜드-파로 리지 아래에 있는 지각의 특성. 이곳의 지각은 대부분 30~40km 두께다. 낮은 지진파 속도와 고밀도의 조합은 두꺼운 해양 지각으로 분류되며 대신 마그마 인플레 대륙 지각임을 나타낸다. 이것은 아이슬란드가 구조적으로 새로운 해양 능선의 지속적인 전파에 내성이 있었던 대륙 지각의 지속적인 확장의 결과라는 것을 암시한다. 그 결과 대륙 확장은 예외적으로 오랜 기간 지속되었고, 아직 진정한 대양 확산에 길을 내주지 않았다. 용해 생산량은 약 10km 두께의 해양 지각층을 생산하는 인접 중해양 능선과 유사하지만, 아이슬란드 하에서는 해양 지각층을 형성하기 보다는 늘어난 대륙 지각 위에 용해된다.
  4. 규산과 중간 10% 정도인 아이슬란드의 특이한 암석학 및 지질화학은, 대륙 지각의 실리콘 동화 또는 오염을 거친 카루와 데칸과 같은 홍수 기저선과 비슷한 지질화학이다.[65]
옐로우스톤
분지 및 범위 결함, 기저 및 운율을 보여주는 미국 북서부의 지질 지도 <17 Ma. 파란색 선은 동부 스네이크 강 평원을 가로지르는 규산 화산의 대략적인 나이 윤곽과 오레곤 중심부에 반대 방향으로 실리콘 화산을 전파하는 동시대적 경향을 나타낸다.[73]

옐로우스톤과 서쪽의 동방 스네이크 강 평야는 점차 동쪽으로 젊어지는 거대한 실리콘 칼데라 화산으로 이루어져 있으며, 현재 와이오밍 북서부의 옐로우스톤 칼데라가 정점을 이루고 있다. 그러나 벨트는 시간 진행을 보이지 않는 기저성 라바로 덮여 있다. 대륙의 내륙에 위치하여 광범위하게 연구되어 왔지만, 연구는 주로 맨틀의 깊은 곳에 있는 근원을 찾는 것을 목적으로 하는 지진학 및 지질 화학으로 구성되었다. 이 방법들은 화산활동이 얕은 깊이의 과정과 연관되어 있다는 판 이론을 개발하는 데 적합하지 않다.

아이슬란드와 마찬가지로 옐로우스톤-동부 스네이크 강 평야 지역의 화산도 그 넓은 지질학적 맥락에서 이해되어야 한다. 미국 서부의 지각 역사는 17년경부터 시작된 북미판 아래의 동태평양 상승의 전도에 의해 크게 영향을 받는다. 미국 서부의 지각에서 전단 유도 연장까지의 판경계의 변화. 이것은 콜롬비아 강 바살트 그룹이 250km 길이의 둑을 통해 폭발하여 지층을 수 킬로미터 넓힌 것을 시작으로 광범위한 화산 활동을 일으켰다. 그 후, 분지와 산맥 지방은 정상적인 단층을 통해 형성되었고, 특히 옐로우스톤-동쪽 뱀강 평원, 밸레스, 세인트 등 3개의 동서 지역에서 많은 분출을 동반한 산발적인 화산 활동을 일으켰다. 조지 화산지대. 옐로우스톤-동쪽 뱀강 평야 지역은 시간이 경과한 규산 화산 사슬과 지열 특성 때문에 특이하게 여겨진다.

그 화산의 규산 성분은 더 낮은 지각원을 나타낸다. 만약 화산 활동이 암석권의 확장에서 비롯되었다면, 지난 1700만년 동안 옐로우스톤-이스턴 스네이크 강 평원 지대를 따라 확장된 것이 분명했다.[74] 이것이 사실이라는 증거가 있다. 분지 및 레인지 지방의 확장을 나타내는 인근 정상 결함에 대한 가속 운동은 규산 화산의 이동과 동시에 동쪽으로 이동한다. 이는 극동 및 극서부의 분지 및 레인지 지방에서 가장 강력한 연장 구역을 찾아내고 중앙 500km에서는 거의 연장되지 않는 GPS 조사로부터 최근의 변형을 측정함으로써 입증된다.[75] 그러므로 옐로우스톤-동쪽 뱀강 평야 지대는 서쪽에서 동쪽으로 이주해 온 확장 지대를 반영하고 있을 것이다.[74] 이는 예를 들어 캘리포니아의 코소 온천과[76] 롱 밸리 칼데라에서와[77] 같이 미국 서부의 다른 곳에서도 유사한 확장형 실리콘 마그니시(silic magnism)에 의해 더욱 뒷받침된다.

옐로우스톤-동방 스네이크 강 평원의 전체 길이를 따라 동시에 연장함으로써 지속되는 기저 화산 현상은 1987년과 2003년 사이에 기록된 GPS 측정에서 명백하게 나타나는데, 이 측정은 그 지역의 북쪽과 남쪽 모두에 대한 확장을 기록한다.[78] 역사적 증대의 증거는 현무암 흐름을 담당하는 북서향의 제빙식 균열 구역에서 찾을 수 있다.[79] 아이슬란드의 유사한 화산 활동과 중부의 산등성이를 유추하면 연장 기간이 짧고 따라서 옐로우스톤-동부 스네이크 강 평원 지대의 기저 화산 활동이 장기간 활동하지 않는 기간 사이에 짧은 폭발로 발생한다는 것을 알 수 있다.[73]

하와이

하와이-황제 화산 체계는 연구하기 힘들기로 악명 높다. 주요 대륙 육지로부터 수천 킬로미터 떨어져 있고 깊은 바다로 둘러싸여 있으며, 해발고도 거의 없고, 두꺼운 현무암으로 덮여 있어 더 깊은 구조를 흐리게 한다. 지구 자기장 내 정상 극성의 비교적 긴 기간인 백악기 자기 정숙지대 내에 위치하기 때문에 암석권의 연령 변화는 정확하게 판단하기 어렵다. 보다 일반적으로 태평양의 지각역사를 재구성하는 것은 황제사슬이 시작된 산등성이를 포함한 초기 판과 판 경계선이 숭상되었기 때문에 문제가 있다. 이러한 문제들 때문에, 지구과학자들은 긍정적으로 시험될 수 있는 시스템 기원에 대한 완전히 발전된 이론을 아직 만들어내지 못하고 있다.

그러한 이론에 의해 설명되어야 하는 관찰은 다음과 같다.

  1. 하와이의 위치는 태평양 판의 거의 정확한 기하학적 중심지, 즉 주로 전도 지역으로 둘러싸인 서태평양과 주로 능선을 넓게 펼쳐 둘러싸인 동태평양을 나누는 선의 중간 지점에 있다.
  2. 용해량의 증가. 지난 5000만년 동안 용해 생산량은 연간 0.001km³에서 약 250km인 0.25km³으로 증가했다. 현재 빅아일랜드의 형성을 책임지는 마그니시의 비율은 겨우 200만 년 동안 가동되어 왔다.
  3. 약 5천만 년 동안 태평양 판의 지자기극과 기하학 둘 다에 상대적인 화산 중심부의 비이동.
  4. 60° "벤드"를 통해 황제 체인과 하와이 체인의 연속성. 후자는 화산 중심이 남남동쪽으로 이동하는 3천만년에 걸쳐 형성되었다. 하와이의 연쇄가 시작되면서 이민은 중단되었다. 60° 커브는 판 방향의 변화로 설명할 수 없다. 왜냐하면 그러한 변화는 발생하지 않았기 때문이다.[80][81]

멸종된 섬과 해산 주변에서 감지된 지역 열유동 이상이 없다는 것은 화산이 지역의 열적 특징이라는 것을 보여준다.[82] 판 이론에 따르면, 하와이-엠페러 시스템은 태평양 판의 확장 지역에서 형성되었다. 판의 연장은 판경계의 변형, 열수축, 등축 조정의 결과물이다. 연장은 80 마에 이르는 산등성이에서 시작되었다. 그 판의 스트레스장은 그 후 3천만 년 동안 진화했고, 확장 지역과 그에 따른 화산 활동이 남동쪽으로 이동하게 했다. 50 Ma 전후로 응력장이 안정되고 연장 부위가 거의 정지해 있었다. 그와 동시에 태평양 판의 북풍운동이 증가하였고, 이후 5천만년에 걸쳐 판이 역에 가까운 확장 지역을 가로질러 이동하면서 하와이 체인이 형성되었다.[51]

하와이-엠페러 시스템에서의 화산활동의 증가율은 지각과 맨틀에서의 용해 가능성을 반영한다. 황제 사슬에서 가장 오래된 화산은 젊은 층에 형성되었고, 따라서 얇고 해양적인 암석권에 형성되었다. 해저의 연령이 높아질수록 해산의 크기는 증가하는데, 이는 녹을 수 있는 가능성이 암석권의 두께에 따라 증가함을 나타낸다. 이는 감압 해빙이 이 역시 암석권의 두께와 함께 증가할 것으로 예상되기 때문에 기여할 수 있음을 시사한다. 지난 200만 년 동안 매시즘이 크게 증가했다는 것은 용해 가용성이 크게 증가했다는 것을 의미하며, 이는 더 큰 용해 저장고나 예외적으로 용해 가능 지역 중 하나가 사용 가능해진 것을 의미한다. 암석학 및 지질학 증거는 이 근원이 맨틀 암석보다 훨씬 더 많은 마그마 부피를 생산할 수 있는 용융성이 높은 물질인, 천체권의 오래된 변성 해양 지각일 수 있다는 것을 시사한다.[83][84]

충격 가설

이런 과정 외에도 금성에 아담스 분화구를 조성한 사건이나 캐나다 서드베리 이그누스 콤플렉스와 같은 충격 이벤트가 용해와 화산 현상을 일으킨 것으로 알려져 있다. 충격 가설에서, 일부 핫스폿 화산 지역은 더 얇은 해양 암석권을 관통할 수 있는 특정 대체 해양 충돌에 의해 유발될 수 있고, 홍수 현무암 화산성은 주요 충격 지점 반대편에 있는 대척점에 집중된 지진 에너지를 수렴하여 유발할 수 있다고 제안한다.[85] 충격에 의한 화산학은 적절하게 연구되지 않았으며, 핫스팟과 판구조론의 연구에 영향을 미치는 별도의 인과 범주의 지상 화산활동으로 구성되어 있다.

가설의 비교

1997년에 그것은 내진 단층촬영을 사용하여 표면에서 코어-망틀 경계까지 침투하는 영상 잠수 구조 슬래브를 사용할 수 있게 되었다.[86]

하와이 핫스팟의 경우, 초기 1971년에 제안된 바와 같이, 장기간에 걸친 지진 몸파 회절 단층 촬영은 맨틀 플룸이 책임이 있다는 증거를 제공했다.[87] 옐로우스톤 핫스팟의 경우, "우리는 옐로우스톤 핫스팟의 기원으로 하단 맨틀 플룸을 선호한다"[88][89]는 제임스 외 연구원의 결론에 따라 2011년부터 지진학적 증거가 플룸 모델을 지지하기 시작했다. 인접한 미국 전역에서 고해상도 지진 데이터를 수집하는 프로그램인 Earthscope를 통해 획득한 데이터는 옐로우스톤 기반 플룸의 수용을 가속화하고 있다.[90][91]

적어도 두 개의 깊은 맨틀 플럼이[which?] 코어-망틀 경계까지 상승한다는 강력한 증거가[clarification needed] 있지만, 다른 가설들이 기각될 수 있다는 확인은 다른 핫 스팟에 대해서도 유사한 단층촬영 증거를 요구할 수 있다.

참고 항목

  • 탈색(지질학) – 하부 대륙 지각과 맨틀 암석권이 상부 대륙 지각에서 이탈할 때 발생하는 과정
  • 에페이로제네틱 운동 – 긴 파장과 거의 접히지 않는 땅의 격변 또는 함몰
  • 오로니 – 산맥의 형성
  • 버네쇼트 – 크래톤 아래 깊은 곳에 가스가 축적되어 발생하는 가상의 화산 폭발 사건

참조

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추가 읽기

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