题目(中) 夏威夷火山因与其地质地貌状况综述
  (英) Reviews of the Formation of Hawaii Islands’ Volcanoes and Geological Landform Conditions
姓名与学号      平帆 **********   
指导教师              章凤奇       
年级与专业    2012级农业资源与环境
所在学院            环境与资源学院  
夏威夷岛火山因与其地质地貌状况综述
平帆
(浙江大学 环境与资源学院,杭州)
摘要:本文根据现有资料,对夏威夷火山岛成因诸多假设进行探讨简述夏威夷主要火山岛上地质地貌状况,并对现今Kilauea夏威夷型喷发海底火山滑坡等火山构造带来的自然灾害性地质活动进行探讨。
关键词:夏威夷岛;火山;地质地貌地幔柱。
Reviews of the Formation of Hawaii Islands’ Volcanoes and Geological Landform Conditions
PING Fan
(Zhejiang University, College of Environmental and Resource Sciences, Hangzhou)
Abstract: According to the data, several hypotheses about the formation of the Hawaiian Islands’ volcanic chain will be mentioned. This paper briefly describes main volcanic geology conditions on the island. Then it explores geological disaster happening on the Hawaii and Kilauea in Hawaii, whose eruption and submarine volcano landslide cause grave consequences on the local and the world.
Key words: Hawaii Islands; Volcano; Geologic Feature; Mantle Plume
1引言
夏威夷地处于太平洋中部,是由由西至南东延伸2400千米19座较大岛屿其他
小岛组成的岛本身是北太平洋长约6000千米海底火山链的一部分。[1]火山链东起夏威夷岛,北至勘察加的明治海山东侧,熔岩总体积在100万立方千米左右。东段夏威夷海岭呈西走,西段则在中途岛转折后呈南北走向。[2]
夏威夷岛中面积较大的有夏威夷岛(Hawaii)、考岛(Kauai)、毛伊岛(Maui)等,其中夏威夷岛最大。夏威夷岛上拥有世界上最活跃的火山之一——基拉韦厄火山(Kilauea),至今仍处于第二阶段运动状态。
2火山形成原因与假设
2.1地幔柱
太平洋板块上的夏威夷岛年龄由西北方向东南方向递减。西部最北端年龄7500-8000万年;转折处的中途岛则降至4310万年,到了西段Niihau岛,其年龄只有600万年,最东端夏威夷岛的火山目前仍在喷发。如果单单经典板块构造理论是无法解释的,原因是该理论只能解释板块交接处的作用,而不能解释太平洋板块内部岩浆活动。1963年,Wilson提出了热点假说来试图解释夏威夷-天皇海山岛链形成原因[3]即运动的
太平洋漂过固定的热点后形成连续的、阶梯状的火山。随后,Morgan发展了热点学说,并提出了地幔柱假说
1:地幔柱假说解释夏威夷火山岛链形成过程)
地质热力作用是盆地发育演化和改造的主要因素,随着研究深入,大陆垂向热力作用及其热力构造陆续被发现,其中地幔热柱是热力构造中非常重要类型[4]Morgan认为,热点是下地幔圆柱状地幔柱在地表的表现,这个热点在8000万年中一直处于活动之中。热点涌出地幔柱,熔融了软流层上部的岩石圈,形成了一个窗口,岩浆由此喷出冷却、堆积,最终形成了火山岛。[5]
随后太平洋板块移动,但是热点固定不动,窗口与地幔柱脱离后便重新闭合,这样一来其上的火山无岩浆喷出而熄灭而新移动到热点上方的太平洋板块又被熔融,形成新的火山岛。最终这些火山岛组合起来就形成了现在的夏威夷岛。这也就解释了为何夏威夷-天皇海山岛链的火山年龄阶梯型分布
热点-地幔柱假说不仅很好的解释了夏威夷岛链火山的成因,同时也使岛链印证了太平洋板块的运动轨迹,说明板块是着北方移动的。
2.2热岩区假说
对于上述观点,发表在Science上一篇论文提出了质疑:相关证据表明,夏威夷岛链的海床下方存在一个巨大的热岩区,夏威夷火山的热源正是来源于该热岩区而非地幔柱[6]
地质学家表示,经过对20年地震数据的分析,他们在夏威夷地区正下方发现了一个800英里宽的热岩区。麻省理工学院地质学家R.D. van der Hils表示,虽然最新的地质发现,并不能排除夏威夷岛链其他一些火山下方有地幔柱,但可以确定的是地幔柱的主要源头并不是在夏威夷岛链的正下方 [6]
地震X线断层摄影术利用地震波穿行时发出的声音和回声探测地幔柱或者热区,但夏威夷下方的地幔测绘难度极大,因为这一地区距离大型地震传感器网路太远。相比之下,研究对于历年来地震数据的分析反倒有更为惊人的结果。
这些信号显示,在地下大约410英里的巨大不规则区域:一个盘状岩石区,温度比周围地区高出300至400摄氏度,距离大岛西部370英里至1000英里之间。研究小组认为这个地幔柱在上下地幔的交界处汇集,而后曲折地伸向岛下方的地壳,最后涌出岩浆供给夏威夷的诸多火山岛。这种假设有待进一步的证实。
3  地质地貌状况与特征
正是复杂的形成过程才使夏威夷岛拥有如此复杂的地质地貌状况。
3.1  火山地质演化
夏威夷岛上大多火山在岩浆演化上是规律的。一般经历四个阶段:
(1)碱性盾前阶段:这期间以下水碱性玄岩碧玄岩喷发为主;
(2)拉斑玄武岩岩盾阶段:该阶段大规模拉斑玄武岩喷发为主,形成露出棉絮状的火山盾地。之前学术界普遍认为夏威夷岛中Kauai岛是单层盾形火山,但事实上,Kauai火山岛结构十分复杂夏威夷岛下地壳中岩墙而复杂、成排的拉斑玄武岩火山通道从中部高原呈多方向放射状分布。声纳资料显示,Kauai岛以北、以东、以南2万多平方米的海底被几千立方千米的来自岛的火山岩屑崩塌物所覆盖。其他同位素探测资料也阐明Kauai岛至少由两层盾形火山组成,不同层位的火山具有不同的岩浆供应系统[7]
3)碱性盾后阶段:以碱性玄武岩和碱性粗安山岩喷发为主,喷发规模减小,火山运动减弱。
(4)碱性复苏阶段以小规模的火山管道喷溢特征,主要样式为霞石岩霞石黄长岩、夏威夷岩
这些火山以中心式喷发为主,平面上以偏圆形圆形为主。从火山口平面俯视,中部块状构造的熔岩状岩浆岩较多,结晶度较好,而边缘部分为流层状构造,玻璃质碎屑结构的岩石较多,粒度较细,古火山岩石地形抗风化能力强。以Mauna Loa和Mauna Kea火山口为代表,其锥体周围常见的有是有:玻辉橄熔岩流、拉斑玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩和凝灰岩。矿石方面的组成则高温斜长石、富钾斜长石透长石、高温石英硅氧化物为主[8]
3.2  地貌与地形特征
3.2.1 火山口地形特征
夏威夷岛上的火山是代活火山地形发育最为典型的,有圆丘式高山,这是古火山喷发留下的痕迹,岛上还有梯状丘陵,期间还伴有中心式喷发火山和从裂缝中冒蒸汽[1]上的火山岛以最东侧的夏威夷岛为最大,正在活动最高峰Mauna Kea位于
岛上的南部,它与北部暂停活动的Mauna Loa火山构成夏威夷岛的三角状。该岛南部的Mauna Loa海拔4171m,火山口直径约为5km这座火山从1859-1975年间异常活跃,喷发周期为3.7年,大规模喷发4最大的一次是1857年,熔岩流动为17km。
3.2.2 火山式海岸线
夏威夷岛海岸按类型分为火山和珊瑚形成的两大还按类型:火山海岸珊瑚海岸其中东部八大岛全都是火山的岛屿这些火山形成的海岸,由年代久远程度从新至老可分为:
(1)原火山裙式海岸以夏威夷岛最为典型
(2)过渡裙式和崩塌陡壁式海岸,它是一种混合类型,分布较为普遍;
(3)新构造沉陷所形成的的崩塌陡壁式的海岸,它以Niihau岛和Kahoolawe岛最为典型
3.2.3 火山流水海湾
夏威夷岛按成因也可分为火山流水造成的海湾和珊瑚形成的海湾。下面主要简述火山流
水造成的海湾。总体分来可归纳成六中形式:火山口崩塌湾、火山岛间夹湾、岛间-河口湾、沙堤泻湖湾、山间-湖泊湾和火山岛间连岛湾见图2)[8]
(图2)
龚建
4 当今灾害性地质活动与危机
如今夏威夷上的火山仍旧活跃,灾害性地质地貌活动频频发生且近几年来程度
逐渐加剧,对岛上的原住民和旅客构成了一定威胁。而且潜在大规模的火山运动甚至可能撼动整个西太平洋。
4.1  火山喷发
夏威夷岛上的Kilauea火山是唯一正在喷发的火山最高点海拔1248米,火山体积194000立方千米。其喷发类型属于温和夏威夷型喷发。当地夏威夷国家火山公园区域公路和绿地经常会被刚刚涌出的熔岩吞噬。其中岩浆转变为的绳熔岩表面十分光滑,还有余温熔浆在黑的熔岩壳下面继续流动,从火山口流出直至海岸线,大量熔岩海后瞬间被海水冷却,由红变黑期间放出大量蒸汽。有时也会发生爆炸,1992年11月24日的爆炸发生在沉降槽中开始阶段低能量的爆炸从爆炸源向上向外喷发出灼热的岩浆碎石约10米远。随后更大的爆炸发生时蒸汽喷泉和白灼岩浆从三角洲边缘的许多不同源头喷发,高度甚至60米,同时伴随有碎石雨降落到地面。
从1983年1月至今,Kilauea火山已进入能源喷发阶段。其中新的火山口Puu Oo所喷涌出的岩浆可达460米。到目前为止,该Puu Oo火山口喷发的岩浆覆盖了35.5平方英里的土地,包括18英里的高速公路和私人道路,破坏了181个居民区,当地造成了严重的经济损失。
于此同时,火山喷发出的岩浆也使夏威夷岛的面积增加了540英亩的新陆地,在岛东南部形成了全新的海岸线和黑沙滩[9]
4.2  地震海啸
夏威夷岛上大多数Tsunamis,发源于几千公里之外的阿拉斯加、堪察加半岛和南美洲的外海,之后海底断层引发了地震颤动引起的水波横越深海,其移动速度725km/s[10]如此以来,便会引起灾难性的海啸。在2006年的Kuril岛海啸中,边缘波被ADCP检测到沿着Oahu岛南部海岸线传播。随着传播时间延长,最大海平面高度出现所有频率的Tsunamis波叠加时刻[11]。而在另一个岸边峡谷里,海水上升至17米高,这次淹没了大部分的希洛和其他城市地区,死亡人数达150人