Йеллоустонский парк – горячая точка на суше Земли

Гейзер в Йеллоустонской кальдере

Введение

Йеллоустонский национальный Парк (Yellowstone National Park) находится в США на территории трех штатов Вайоминг, Айдахо и Монтана. Йеллоустонский национальный Парк – первый в мире национальный парк основанный в 1872 году. Парк расположен в районе северо-восточного окончания долины Snake River. Долина Snake River имеет форму большой U-образной дуги, простирающейся сквозь горы, от Бойсе (Boise), штат Айдахо на 640 км к западу. На территории Йеллоустонского парка остались следы огромной кальдеры от гигантского вулкана, извергавшегося 600 тысяч лет назад.

Йеллоустонский парк – это крупнейшая континентальная горячая точка Земли

Горячая точка Земли – это понятие возникло во второй половине прошлого века, для объяснения природы очень интересных геологических образований на поверхности Земли. Йеллоустонская кальдера как раз и относится к этой чрезвычайно важной и интересной особенности Земли. Необходимо сказать несколько слов о том, что же такое “Горячая точка Земли”.




Что такое горячая точка Земли

Геологическая горячая точка (hot-spot) – это крупный район Земли (на континенте или в океане), в пределах которого с определенной закономерностью во времени и в пространстве, проявлялась вулканическая активность. Понятие “Горячая точка” было введено для объяснения внутриплитного (океанического и континентального) магматизма, с учётом теории тектоники плит. Сегодня считается, что горячие точки возникают над разогретыми мантийными потоками, или плюмами, идущими от ядра Земли.
Благодаря вулканизму горячих точек, формировались многие континентальные вулканические провинции, а также вулканические острова и архипелаги, находящиеся на океанической коре. Один из наиболее ярких примеров горячей точки внутри континета – Йеллоустонская горячая точка, а не менее яркими классическими примерами океанических горячих точек, являются – цепочка Гавайских островов, а также Исландская горячая точка.

Гавайская горячая точка
Гавайская горячая точка

Гавайская горячая точка расположена в северной части Тихого океана и является одной из наиболее известных и хорошо изученных горячих точек в мире. Цепочка вулканических островов характеризуется несколькими яркими свойствами, и одно из них – это закономерное увеличение возраста вулканических пород островов архипелага, по мере удаления их от современного действующего вулкана, на острове Гавайи. Еще одна уникальная особенность цепочки Гавайских островов – резкий изгиб этой цепочки на север ,в районе вулканического острова, образовавшегося 47 миллионов лет. С точки зрения тектоники плит, образование излома объясняется резким изменением движения Тихоокеанской плиты. Другое объяснение излома цепочки островов, возникло сравнительно недавно, когда был обнаружен так называемый “Мантийный ветер“. Плюм, подымающийся с границы Ядро – Мантия к поверхности Земли, может “перехватываться” и искривляться мантийным ветром.

Мантийный ветер – это условное и очень образное название движения больших масс мантийного вещества, в результате глобальной конвекции (Круговорот мантийного вещества за счет разницы температур на разных глубинах).

Мантийный ветер
Мантийный ветер

Йеллоустонская континентальная горячая точка

Йеллоустонская горячая точка расположена в Северной Америке. Мантийный плюм служит источником энергии для формирования Йеллоустонской кальдеры. Движение Северо-Американской плиты относительно мантийного плюма, сформировал цепочку континентальных вулканов (затухших), расположенных в пределах Плато Снейк-Ривер. Изгиб этой цепочки напоминает изгиб цепочки Гавайских островов.
Под Йеллоустонской кальдерой, непосредственно в самых верхах верхней мантии и в низах земной коры, обнаружен огромный очаг расплавленной породы, которая движется в сторону дневной поверхности.
Существует две основные причины образования Йеллоустонской горячей точки:
1. Огромный мантийный плюм, подымающийся вверх, от границы между мантией и ядром Земли, расположенный под Йеллоустонским парком.
2. Движение (дрейф) Северо – Американской континентальной плиты, на которой расположен Йеллоустонский парк.
В настоящее время, горячий мантийный плюм расположен под Йеллоустонским парком. Именно поэтому, Йеллоустон это не только континентальная горячая точка, но и один из крупнейших живых супервулканов на Земле, извержение которого возможно в любое время.
На рисунке показано, как перемещалась Северо-Американская плита ,относительно глубинного плюма под ней. На протяжении миллионов лет, Северо-Американская континентальная плита сдвигалась относительно плюма, а он раз за разом “прожигал” новые кальдеры, вызывая очередные извержения вулканов. Эти огромные в прошлом вулканы, образуют след перемещения плиты, отразившийся на поверхности Земли, в виде U-образной по форме долины ,Snake River.

Мантийный плюм под Йеллоустонcкой горячей точкой
Мантийный плюм под Йеллоустонcкой горячей точкой

На рисунке ниже показан тот же мантийный плюм в разрезе, до глубины 2500 километров, то есть до границы с Внешним ядром Земли. Именно на уровне этой границы зарождаются крупнейшие мантийные плюмы.
Современные исследования обнаружили гигантские скопления горячего вещества, на границе между ядром Земли и нижней мантией. Эти скопления, по современным представлениям и являются корнями мантийных плюмов.
Изображение плюма получено с помощью сейсмической томографии. Сейсмическая томография – это аналог обычной медицинской томографии, но вместо ренгеновских волн, используются упругие волны от сильных землетрясений. Ну и, конечно же, масштаб иной. Земной шар значительно больше, чем голова человека, которая исследуется в медицинской томографии.

Мантийный плюм под Йеллоустонской кальдерой
Мантийный плюм под Йеллоустонской кальдерой

 Йеллоустон – это крупнейший супервулкан

Прошлое извержение вулкана оставило на территории Йеллоустонского парка огромную кальдеру. Схематический разрез этой кальдеры приведен на рисунке ниже, на котором показано, что под Йеллоустонским парком, на глубине порядка 100 километров, расположен огромный резервуар с полурасплавленной магмой, готовой при случае, превратиться в самый грандиозный вулкан на континенте – в супервулкан. Этот магматический резервуар пополняется за счёт раскалённого вещества мантийного плюма, берущего своё начало на глубине более 2000 километров, в районе границы, между нижней мантией и внешним ядром Земли.

Схематический разрез Йеллоустонской калдеры
Схематический разрез Йеллоустонской калдеры

Разогретая до 1600 °C горная порода, поднимаясь ближе к поверхности Земли, расплавляется в магму, что приводит к образованию гейзеров и грязевых котлов. В разрезе, магматический резервуар представляет собой многокилометровый (свыше 600 км) столб с боковыми вздутиями. Два верхних ответвления этого резервуара находятся непосредственно под территорией Йеллоустонского национального парка. Эти ответвления образуют магматический очаг, кровля которого расположена на глубине около 8 километров, под поверхностью Земли. Температура расплава внутри магматического резервуара превышает 800 °C.
Контуры кратера Йеллоустонского супервулкана были обнаружены на спутниковых снимках в 1960-х годах.

Хронология извержений Йеллоустонского супервулкана

Насчитывается до трёх гигантских извержений Йеллоустонского супервулкана, которые ясно отмечены в геологической истории Земли. Эти извержения произошли в отрезок времени, когда район  Йеллоустонского супервулкана располагался и продолжает располагаться в наше время над глубинным мантийным плюмом.
Первое гигантское извержениe супервулкана произошло 2,1 миллионов лет назад и сформировало кальдеру, Айленд-Парк, а также образовало туфовые отложения Хаклберри-Ридж. Тогда, от взрывов распадались горные цепи, выбросы поднялись на высоту 50 км – до верхней границы стратосферы. Вулканический пепел покрыл более четверти территории Северной Америки. Катаклизм такого масштаба может быть сравнён с извержением супервулкана Тоба, около 75 тыс. лет назад, когда было выброшено около 2800 км³ магмы (при первом извержении Йеллоустона объём выброса составил 2500 км³).
Второе извержение супервулкана, значительно менее грандиозное, чем первое, произошло 1,3 миллионов лет назад. Объём выбросов проснувшегося Йеллоустонского супервулкана, составил 280 км³. В результате, сформировалась крупная кальдера, Хенрис-Форк.
Третье извержение супервулкана произошло 640 тыс. лет назад. Извержение было вдвое слабее первого. В результате извержения, вершина вулкана провалилась, образовав кальдеру – огромную круглую впадину с длиной окружности 150 км, существующую до нашего времени. Извержение сформировало туфовые отложения, Лава-Крик.

Кальдеры Айленд-Парк, Хенрис-Форк, Йеллоустон
Кальдеры Айленд-Парк, Хенрис-Форк, Йеллоустон

 Йеллоустонский парк в наше время

Приповерхностный резервуар с раскаленной горной породой, в любой момент может превратиться в магму. Но в настоящее время, он подогревает подземные воды, обеспечивая подъем из глубин Земли паров воды (гейзеров), сероводорода и углекислоты.
Существование этого резервуара разогретого вещества является причиной того, что Йеллоустонский парк отличается необычной природой. В парке много гейзеров, озер, особенные флора и фауна. Многие участки земли внутри кальдеры, в буквальном смысле кипят от извергающихся газов и паров воды. В Йеллоустоуне сосредоточено более половины всех геотермальных источников планеты (до 10 тысяч) и две трети всех гейзеров мира (около 3 тысяч). Гейзеры и кипящие источники постоянно меняют своё местонахождение, часто начинают бить новые гейзеры в лесах, на берегах озер и рек.

Кипящий источник и Гейзер
Кипящий источник и Гейзер

Видео: Йеллоустонский мантийный плюм

Заключение

В настоящее время, стало очевидно, что Йеллоустоунский супервулкан жив. И готов извергнуть очередную порцию раскаленного вещества при благоприятных условиях. Главное – давление внутри очага. Если давление уменьшится до определённого уровня, например, за счет образования трещин, то может начаться грандиозное извержение. По мнению некоторых учёных, Йеллоустонский супервулкан уже “просыпается”. А так как это мнение невозможно “скрыть”, то население Америки уже в наше время живёт в напряжённом ожидании этого извержения.
Но, если учесть длительность геологического времени и протяженность человеческой жизни, то понятие “скорого” (с геологической точки зрения) извержения внушает человечеству надежду. В настоящее время, становится очевидным, что естественные процессы, даже геологические, можно ускорить антропоморфным путем, то есть руками людей, поэтому широкое распространение получили страшилки о том, что якобы проектируется специальное, смертоносное оружие для того, чтобы погубить США – это оружие, которое спровоцирует извержение Йеллоустонского супервулкана. У этого оружия есть даже специальное название – “Тектоническое оружие”.

Зоя Бомзе.