Наше новое исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, посвященное древней цепи австралийских вулканов, помогает изменить наше представление о вулканизме "горячих точек".

Возможно, вы удивитесь, узнав, что в восточной Австралии расположена самая длинная на Земле цепь континентальных вулканов "горячих точек". Эти вулканы извергались в течение последних 35 миллионов лет (от 1 до 7 миллионов лет каждый), когда австралийский континент перемещался над областью тепла (горячей точкой) внутри планеты, также известной как стационарная тепловая аномалия или мантийный плюм.

Но, судя по всему, со временем австралийская горячая точка ослабла. И мы обнаружили, что внутренняя структура вулканов и их извержения изменились в результате этого. Наши новые результаты показывают, что сила горячих точек оказывает ключевое влияние на эволюцию внутренней структуры вулканов, а также на их местоположение и продолжительность жизни.

Горячие точки изменяют поверхность Земли

Вулканы горячих точек могут производить очень большие объемы лавы и играют важную роль в эволюции Земли и ее атмосферы. Сегодня к числу известных активных вулканов горячих точек относятся Гавайские вулканы в Тихом океане и Канарские острова в Атлантическом океане. Они известны как океанические островные вулканы.

Австралийская цепь горячих точек позволяет взглянуть на ситуацию с континентальной точки зрения и охватить жизненный цикл горячей точки - уникальная возможность лучше понять, как работают вулканы горячих точек, почему они извергаются и как они эволюционируют со временем.

Мы обнаружили, что сила горячего пятна и поступление магмы контролируют продолжительность, состав и взрывную силу вулканов на поверхности. Примерно 35-27 миллионов лет назад раннее австралийское горячее пятно было сильным и породило огромные, долгоживущие вулканы по всему Квинсленду, где магма (расплавленная порода) шла прямым путем к поверхности.

Напротив, более поздние (20-6 миллионов лет назад) вулканы Нового Южного Уэльса меньше по размеру и имели более короткое время жизни, что говорит о том, что со временем горячая точка потеряла силу. Интересно, что сокращение запасов магмы сделало ее путь к поверхности более сложным, с большим количеством остановок (магматических камер) и более взрывными извержениями.

Переломный момент наступил в потрясающем вулканическом ландшафте Твид-Воллумбин (гора Уорнинг), который сформировался 21-24 миллиона лет назад на современной границе между Квинслендом и Новым Южным Уэльсом.

Тайное путешествие магмы

Чтобы узнать, как магма путешествовала внутри вулкана и какие остановки она делала на пути к извержению, мы проанализировали вулканические кристаллы. Это маленькие герои, которые добираются до поверхности. Состоящие в основном из силикатных минералов, таких как оливин, пироксен и плагиоклаз, кристаллы растут в кишках вулкана при высокой температуре и регистрируют то, что происходит перед началом извержений.

Эти кристаллы довольно просты в северных вулканах, таких как Бакленд в Квинсленде, что означает, что они проходят через несколько простых магматических камер. Напротив, кристаллы становятся очень сложными в южных вулканах, таких как Нандевар и Варрумбунгл в Новом Южном Уэльсе, что означает, что они прошли сложный путь через множество оживленных магматических камер - множество остановок.

Важно отметить, что когда магма останавливается в камере, она остывает и становится более вязкой и трудноизвергаемой - как холодная зубная паста вместо горячего кофе. Этой густой, ленивой магме может понадобиться новая, более горячая магма (с кофеином!), чтобы прийти и подтолкнуть ее к извержению.

Если это произойдет, газы, запертые в более холодной магме, не смогут выйти наружу, поскольку магма настолько плотная. Это приводит к повышению давления, которое в конечном итоге взрывается, как взболтанная бутылка шипучего напитка - взрывное извержение вулкана.

Особые часы

Холодные и застывшие потоки лавы, которые мы видим в виде вулканических пород, содержат специальные часы - радиоактивные химические элементы медленно распадаются на стабильные дочерние продукты, которые накапливаются и увеличиваются в концентрации с течением времени.

Прелесть этого процесса в том, что мы знаем, как быстро он происходит. Измеряя соотношение радиоактивного элемента и его стабильного дочернего продукта, мы можем рассчитать возраст вулканической породы. Измеряя возраст каждого потока лавы от основания до вершины вулкана, мы можем определить время его жизни.

Наше исследование показывает значимость австралийских вулканов, даже если они в основном потухли, для лучшего понимания извержений, которые определили эволюцию нашей планеты. Мы демонстрируем фундаментальную роль силы горячих точек и поступления магмы на ландшафт Земли, а также стили извержений и время жизни вулканов.

Этот прорыв позволяет визуализировать внутреннюю структуру вулканов горячих точек и их эволюцию, что уникально легко доступно в древнем, открытом австралийском ландшафте.