Островные дуги - это длинные цепи действующих вулканов с интенсивной сейсмической активностью, обнаруженные вдоль границ сходящихся тектонических плит (таких как Огненное кольцо ). Большинство островных дуг берет свое начало в океанической коре и возникло в результате погружения литосферы в мантию вдоль зоны субдукции . Они являются основным способом достижения континентального роста. [1]
Островные дуги могут быть активными или неактивными в зависимости от их сейсмичности и наличия вулканов . Активные дуги - это хребты недавних вулканов с связанной с ними глубинной сейсмической зоной. Они также обладают отчетливой изогнутой формой, цепочкой действующих или недавно потухших вулканов, глубоководным желобом и большой отрицательной аномалией Буге на выпуклой стороне вулканической дуги. Небольшая положительная аномалия силы тяжести, связанная с вулканическими дугами , интерпретировалась многими авторами как результат присутствия плотных вулканических пород под дугой. В то время как неактивные дуги представляют собой цепь островов, которая содержит более старые вулканические и вулканокластические породы . [2]
Изогнутая форма многих вулканических цепей и угол нисходящей литосферы связаны. [3] Если океаническая часть плиты представлена дном океана на выпуклой стороне дуги, и если зона изгиба возникает под подводным желобом , то отклоненная часть плиты приблизительно совпадает с зоной Бениоффа под ним. большинство дуг.
Место расположения
Большинство современных островных дуг расположены вблизи окраин континентов (в основном на северных и западных окраинах Тихого океана). Однако никакие прямые свидетельства изнутри дуг не показывают, что они всегда существовали в своем нынешнем положении по отношению к континентам, хотя свидетельства некоторых континентальных окраин предполагают, что некоторые дуги могли мигрировать к континентам в течение позднего мезозоя или раннего кайнозоя . [2]
Движение островных дуг к континенту могло бы быть возможным, если бы в какой-то момент древние зоны Бениоффа опустились бы к нынешнему океану, а не к континенту, как в большинстве современных дуг. Это приведет к потере дна океана между дугой и континентом и, как следствие, к миграции дуги во время эпизодов спрединга. [2]
В зонах разломов , в которых некоторые активные островные дуги заканчиваются могут быть интерпретированы с точки зрения тектоники плит , как в результате перемещения вдоль преобразования неисправностей , [4] [5] , которые являются пластины поля , где кора не является ни потребляются , ни сгенерированные. Таким образом, нынешнее расположение этих неактивных цепочек островов связано с нынешним строением литосферных плит. Однако их вулканическая история, которая указывает на то, что они являются фрагментами более старых островных дуг, не обязательно связана с нынешним строением плит и может быть обусловлена различиями в положении краев плит в прошлом.
Тектоническая формация
Понимание источника тепла, вызывающего плавление мантии, было спорной проблемой. Исследователи полагали, что тепло создается за счет трения в верхней части плиты. Однако это маловероятно, потому что вязкость астеносферы уменьшается с повышением температуры, и при температурах, необходимых для частичного плавления, астеносфера будет иметь настолько низкую вязкость, что сдвиговое плавление не может произойти. [6]
В настоящее время считается, что вода действует как основной агент, который вызывает частичное таяние под дугами. Было показано, что количество воды, присутствующей в опускающейся плите, связано с температурой плавления мантии. [7] Чем больше воды присутствует, тем сильнее понижается температура плавления мантии. Эта вода высвобождается во время преобразования минералов по мере увеличения давления, причем минерал, несущий большую часть воды, является серпентинитом .
Эти метаморфические минеральные реакции вызывают обезвоживание верхней части плиты по мере того, как гидратированная плита опускается. К нему также передается тепло из окружающей астеносферы. Когда тепло передается к плите, устанавливаются температурные градиенты, так что астеносфера в непосредственной близости от плиты становится более холодной и вязкой, чем окружающие области, особенно вблизи верхней части плиты. Эта более вязкая астеносфера затем тянется вниз вместе со слоем, заставляя менее вязкую мантию течь позади нее. Считается, что именно взаимодействие этой опускающейся мантии с водными флюидами, поднимающимися из опускающейся плиты, вызывает частичное плавление мантии, когда она пересекает влажный солидус. [8] Кроме того, некоторые расплавы могут быть результатом подъема горячего материала мантии в мантийный клин. [9] Если горячий материал поднимается достаточно быстро, чтобы терять мало тепла, снижение давления может вызвать сброс давления или частичное плавление при декомпрессии.
На субдуцирующей стороне островной дуги находится глубокая и узкая океаническая впадина, которая является следом на поверхности Земли границы между нисходящей и доминирующей плитами. Эта траншея создается нисходящим гравитационным притяжением относительно плотной погружающей пластины на переднем крае пластины. Вдоль этой границы субдукции происходят множественные землетрясения с сейсмическими гипоцентрами, расположенными на увеличивающейся глубине под островной дугой: эти землетрясения определяют зону Бениоффа . [10] [11]
Островные дуги могут образовываться во внутриокеанских условиях или из фрагментов континентальной коры, которые мигрировали от прилегающих континентальных массивов суши, или у связанных с субдукцией вулканов, действующих на окраинах континентов.
Функции
Ниже приведены некоторые общие особенности большинства островных дуг.
Передняя дуга : эта область включает желоб, аккреционную призму и бассейн передней дуги. Имеется бугорок из траншеи на стороне океана, обращенной к океану (например, Барбадос на Малых Антильских островах). Между преддуговым гребнем и островной дугой образуется преддуговая впадина; это область ненарушенного плоского осадконакопления.
Траншеи : это самые глубокие части океанических бассейнов; самая глубокая из них - Марианская впадина (примерно 11 000 м или 36 000 футов). Они образованы изгибом океанической литосферы, развивающейся на океанской стороне островных дуг.
Обратно-дуговый бассейн : они также называются окраинными морями и образуются на внутренней вогнутой стороне островных дуг, ограниченных задуговыми хребтами. Они развиваются в ответ на тектонику растяжения из-за рифтинга существующей островной дуги.
Зона Бениоффа или зона Вадати-Бениофф : это плоскость, которая опускается под доминирующую плиту, где происходит интенсивная вулканическая активность, которая определяется местоположением сейсмических событий ниже дуги. Землетрясения происходят от поверхности до глубины ~ 660 км. Падение зон Бениоффа колеблется от 30 ° до почти вертикального. [12]
Океанский бассейн может образовываться между окраиной материка и островными дугами на вогнутой стороне дуги. У этих бассейнов кора либо океаническая, либо промежуточная между нормальной океанической корой и корой, типичной для континентов; тепловой поток в бассейнах выше, чем в обычных континентальных или океанических областях. [2]
Некоторые дуги, такие как Алеутские острова, переходят латерально в континентальный шельф на вогнутой стороне дуги [13], в то время как большинство дуг отделены от континентальной коры.
Движение между двумя литосферными плитами объясняет основные особенности активных островных дуг. Островная дуга и небольшой океанический бассейн расположены на вышележащей плите, которая встречается с нисходящей плитой, содержащей нормальную океаническую кору вдоль зоны Бениоффа. Резкий изгиб океанической плиты вниз образует желоб. [14]
Вулканические породы в островной дуге
Обычно существует три вулканических серии, из которых сформированы типы вулканических пород, встречающихся в островных дугах: [15] [16]
- В толеитовые серии - андезитобазальты и андезиты .
- Известково-щелочной серии - андезиты.
- Щелочная серия - подгруппы щелочных базальтов и редких, очень высококалиевых (т. Е. Шошонитовых ) лав.
Эта вулканическая серия связана с возрастом зоны субдукции и глубиной. Толеитовая магматическая серия хорошо представлена над молодыми зонами субдукции, образованными магмой с относительно небольшой глубины. Известково-щелочная и щелочная серии видны в зрелых зонах субдукции и связаны с магмой больших глубин. Андезит и андезибазальт являются наиболее распространенными вулканическими породами в островной дуге, что указывает на известково-щелочные магмы. Некоторые островные дуги имеют распределенные вулканические серии, что можно увидеть в системе японской островной дуги, где вулканические породы меняются от толеитовых - известково-щелочных до щелочных по мере удаления от желоба. [15]
В дуговом магматизме участвуют несколько процессов, которые приводят к появлению большого спектра встречающихся составов пород. Эти процессы включают, помимо прочего, перемешивание магмы, фракционирование, изменение глубины и степени частичного плавления и ассимиляции. Следовательно, три вулканические серии приводят к широкому диапазону состава горных пород и не соответствуют абсолютным типам магмы или областям источников. [6]
Список современных островных дуг
Островная дуга | Страна | Траншея | Бассейн или окраинное море | Плата замещения | Подводящая плита |
---|---|---|---|---|---|
Алеутские острова | Соединенные Штаты | Алеутский желоб | Берингово море | Североамериканская плита | Тихоокеанская плита |
Курильские острова | Россия | Курило-Камчатский желоб | Охотское море | Североамериканская плита | Тихоокеанская плита |
Японский архипелаг | Япония | Японский желоб、Нанкайский желоб | Японское море | Североамериканская плита, Евразийская плита | Тихоокеанская плита, плита Филиппинского моря |
Острова Рюкю | Япония | Рюкю желоб | Восточно-Китайское море ( Окинавский прогиб ) | Евразийская плита | Плита Филиппинского моря |
Филиппинские острова | Филиппины | Филиппинский желоб | Южно-Китайское море , море Целебес | Евразийская плита | Плита Филиппинского моря |
Зондская арка | Индонезия | Явский желоб | Яванское море , море Флореса | Евразийская плита | Австралийская тарелка |
Андаманские и Никобарские острова | Индия | Северный Яванский желоб | Андаманское море | Евразийская плита | Индо-австралийская плита |
Идзу и острова Бонин (Огасавара острова) | Япония | Желоб Идзу – Огасавара | Плита Филиппинского моря | Тихоокеанская плита | |
Марианские острова | Соединенные Штаты | Марианская впадина | Плита Филиппинского моря | Тихоокеанская плита | |
Архипелаг Бисмарка | Папуа - Новая Гвинея | Траншея Новой Британии | Тихоокеанская плита | Австралийская тарелка | |
Соломоновы Острова (архипелаг) | Соломоновы острова | Сан-Кристобаль Тренч | Тихоокеанская плита | Австралийская тарелка | |
Новые Гебриды | Вануату | Желоб Новых Гебридских островов | Тихоокеанская плита | Австралийская тарелка | |
Острова Тонга | Тонга | Желоб Тонги | Австралийская тарелка | Тихоокеанская плита | |
Антильские острова | Желоб Пуэрто-Рико | Карибский бассейн | Карибская плита | Североамериканская плита, Южноамериканская плита | |
Южные Сандвичевы острова | Британская заморская территория | Южный сэндвич-желоб | Море Скотия | Тарелка Скотия | Южноамериканская плита |
Эгейская или эллинская дуга | Греция | Восточно-Средиземноморский желоб | Эгейское море | Плита Эгейского моря или Греческая плита | Африканская плита |
Южно-Эгейская вулканическая дуга | Греция | Восточно-Средиземноморский желоб | Эгейское море | Плита Эгейского моря или Греческая плита | Африканская плита |
Примеры древних островных дуг
В некоторых местах были обнаружены остатки бывших островных дуг. В таблице ниже указаны некоторые из них.
Островная дуга | Страна | Судьба |
---|---|---|
Chaitenia | Чили, Аргентина | Аккреция в Патагонии в девоне . [17] |
Островные острова | Канада, Соединенные Штаты | Аккреция в Северной Америке в меловом периоде . |
Межгорные острова | Канада, Соединенные Штаты | Аккреция в Северной Америке в юрском периоде . |
Смотрите также
- Обратно-дуговая ванна
- Высокий остров
- Вулканическая дуга
Рекомендации
- Перейти ↑ Taylor, SR (1967). «Происхождение и рост континентов». Тектонофизика . 4 (1): 17–34. Bibcode : 1967Tectp ... 4 ... 17T . DOI : 10.1016 / 0040-1951 (67) 90056-X . ISSN 0040-1951 .
- ^ а б в г Митчелл, Эндрю Х .; Чтение, Гарольд Г. (1971). «Эволюция островных дуг». Журнал геологии . 79 (3): 253–284. Bibcode : 1971JG ..... 79..253M . DOI : 10.1086 / 627627 . ISSN 0022-1376 .
- ^ Франк, ФК (1968). «Кривизна островных дуг» . Природа . 220 (5165): 363. Bibcode : 1968Natur.220..363F . DOI : 10.1038 / 220363a0 . ISSN 0028-0836 .
- ^ УИЛСОН, Дж. ТУЗО (1965). «Новый класс разломов и их влияние на континентальный дрейф». Природа . 207 (4995): 343–347. Bibcode : 1965Natur.207..343W . DOI : 10.1038 / 207343a0 . ISSN 0028-0836 .
- ^ Исакс, Брайан; Оливер, Джек; Сайкс, Линн Р. (1968-09-15). «Сейсмология и новая глобальная тектоника». Журнал геофизических исследований . 73 (18): 5855–5899. Bibcode : 1968JGR .... 73.5855I . DOI : 10,1029 / jb073i018p05855 . ISSN 0148-0227 .
- ^ а б Англия, Ричард В. (2009). "Филип Киари, Кейт А. Клепейс и Фредерик Дж. Вайн: Глобальная тектоника". Морские геофизические исследования . 30 (4): 293–294. Bibcode : 2009MarGR..30..293E . DOI : 10.1007 / s11001-010-9082-0 . ISSN 0025-3235 .
- ^ Столпер, Эдвард; Ньюман, Салли (1994). «Роль воды в петрогенезисе магм Марианской впадины». Письма о Земле и планетологии . 121 (3–4): 293–325. Bibcode : 1994E и PSL.121..293S . DOI : 10.1016 / 0012-821x (94) 90074-4 . ISSN 0012-821X .
- ^ Тацуми, Ёсиюки (1989-04-10). «Миграция флюидных фаз и генезис базальтовых магм в зонах субдукции». Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 94 (B4): 4697–4707. Bibcode : 1989JGR .... 94.4697T . DOI : 10.1029 / JB094iB04p04697 . ISSN 2156-2202 .
- ^ Сиссон, TW; Бронто, С. (1998). «Свидетельства таяния под давлением под магматическими дугами из базальта в Галунггунге, Индонезия». Природа . 391 (6670): 883–886. Bibcode : 1998Natur.391..883S . DOI : 10.1038 / 36087 . ISSN 0028-0836 .
- ^ Токсёз, М. Нафи (1975). «Субдукция литосферы». Scientific American . 233 (5): 88–98. Bibcode : 1975SciAm.233e..88T . DOI : 10.1038 / Scientificamerican1175-88 . ISSN 0036-8733 .
- ^ Хакер, Брэдли Р.; Павлин, Саймон М .; Аберс, Джеффри А .; Холлоуэй, Стивен Д. (2003). «Фабрика субдукции 2. Связаны ли землетрясения средней глубины в погружающихся плитах с реакциями метаморфического обезвоживания?». Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 108 (B1): 2030. Bibcode : 2003JGRB..108.2030H . DOI : 10.1029 / 2001jb001129 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Конди, Кент С. (1987), "Бениофф зона", Структурная геология и тектоника , Энциклопедия наук о Земле, Kluwer Academic Publishers, стр. 29-33 , DOI : 10.1007 / 3-540-31080-0_7 , ISBN 978-0442281250
- ^ Menard, HW (1967-06-15). «Переходные типы коры под бассейнами малых океанов». Журнал геофизических исследований . 72 (12): 3061–3073. Bibcode : 1967JGR .... 72.3061M . DOI : 10,1029 / jz072i012p03061 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Oxburgh, ER; Turcotte, DL (1970). «Тепловая структура островных дуг». Бюллетень Геологического общества Америки . 81 (6): 1665. DOI : 10.1130 / 0016-7606 (1970) 81 [1665: tsoia] 2.0.co; 2 . ISSN 0016-7606 .
- ^ а б Гилл, Дж. Б. (1982). «Андезиты: андезиты орогенного происхождения и родственные им породы». Geochimica et Cosmochimica Acta . 46 (12): 2688. DOI : 10,1016 / 0016-7037 (82) 90392-1 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Холл, А. (1982). "RS Thorpe, Editor. Андезиты: орогенные андезиты и родственные породы. Чичестер, Нью-Йорк, Брисбен, Торонто и Сингапур (John Wiley and Sons), 1982 г. xiii + 724 стр., 277 инжир. Цена 59 · 50 фунтов стерлингов". Минералогический журнал . 46 (341): 532–533. DOI : 10,1180 / minmag.1982.046.341.31 . ISSN 0026-461X .
- ^ Эрве, Франсиско ; Кальдерон, Маурисио; Фаннинг, Марк; Панкхерст, Роберт ; Рапела, Карлос В .; Кесада, Пауло (2018). «Вмещающие породы девонского магматизма в Северо-Патагонском массиве и Чайтении» . Андская геология . 45 (3): 301–317. DOI : 10,5027 / andgeoV45n3-3117 .