Despre Hot Spots / Pete Fierbinţi

          Complexitatea vulcanismului la nivel global este recunoscutӑ de cercetӑtori, dar şi de oamenii de rȃnd. Locuitorii din apropierea vulcanilor le-au simţit de atȃtea ori puterea nimicitoare.


Fig.1. Erupţie vulcanicӑ hawaiianӑ



          Introducere
          În general, distribuţia spaţialӑ a manifestӑrilor vulcanice este în strȃnsӑ legӑturӑ cu rӑspȃndirea fracturilor din Litosferӑ. În fig.2 harta prezintӑ delimitӑrile dintre plӑcile tectonice. Dungile albe reprezintӑ crӑpӑturile ce fragmenteazӑ Litosfera în mai multe compartimente, de mӑrimi variabile, denumite plӑci tectonice. Acestea se deplaseazӑ unele faţӑ de celelalte cu viteze de cȃţiva milimetri sau centimetri pe an, deplasarea lor fiind generatӑ de mişcӑrile materiei din Astenosferӑ (învelişul de sub Litosferӑ) sub forma celulelor de convecţie. Harta ilustreazӑ limitele plӑcilor tectonice, fie cӑ acestea se apropie una faţӑ de cealaltӑ (contact de tip subducţie), fie cӑ se îndepӑrteazӑ (contact de tip rift) sau cӑ se deplaseazӑ translaţional (contact de tip transformant).
Fig.2. Litosfera fragmentatӑ în plӑci tectonice.

          Fig.3. Extinderea spaţialӑ a vulcanilor.

          Dupӑ cum se poate observa în fig.3, rӑspȃndirea ariilor vulcanice (cu roşu) se suprapune aproape total peste crӑpӑturile litosferei. În mod logic, manifestӑrile vulcanice au loc la marginea plӑcilor tectonice, unde litosfera este crӑpatӑ iar materialele din adȃncuri pot pӑtrunde spre suprafaţӑ. Originea magmelor (care devin ulterior lave) poate fi fixatӑ la adȃncimi relativ mici (în Litosferӑ şi Astenosferӑ).





Fig.4. Tipuri de contact între plӑcile tectonice:
           rift, subducţie, transformant
           (Sursa: Geology.ohio-state.edu)



          De pildӑ, dupӑ cum se poate observa în fig.5, existӑ 3 situaţii ale contactului de tip convergenţӑ (subducţie – coliziune):
-contact de tip placӑ oceanicӑ – placӑ continentalӑ
-contact de tip placӑ oceanicӑ – placӑ oceanicӑ
-contact de tip placӑ continentalӑ – placӑ continentalӑ

 
Fig.5. Variantele contactului dintre plӑci la convergenţa acestora. Click pentru a mӑri. (Sursa: Geology.ohio-state.edu)

         În primele douӑ dintre acestea este generat şi fenomenul vulcanic. Stressul tectonic şi forţa de frecare dintre plӑci lichefiazӑ rocile formȃndu-se magmele ce pӑtrund spre suprafaţӑ prin crӑpӑturile scoarţei, ascensiune favorizatӑ de presiunile uriaşe. (Pentru a înţelege mai bine vulcanismul din ariile rift şi subducţie, click aici).




          Pe suprafaţa Globului existӑ însӑ foarte multe aparate vulcanice stinse şi active al cӑror mod de formare nu are legӑturӑ cu mecanismele de la contactul dintre plӑcile tectonice. Majoritatea se aflӑ în interiorul plӑcilor, departe de marile fracturi ale scoarţei. Erau considerate la început “anomalii”, ulterior geneza lor fiind pusӑ pe seama unor “pete fierbinţi” (hot spots).

          Ce sunt petele fierbinţi?
          Oamenii de ştiinţӑ ajung la concluzia cӑ acest vulcanism “anormal” este alimentat de coloane de materie topitӑ, provenitӑ din Mantaua inferioarӑ. Dacӑ vulcanismul tipic îşi are originile în Astenosferӑ şi Mantaua superioarӑ, adicӑ la adȃncimi de ordinul zecilor şi, mai rar, sutelor de kilometri, rӑdӑcinile vulcanismului “hot spots” pot ajunge pȃnӑ la 2900 km, la limita dintre Mantaua inferioarӑ şi Nucleul extern lichid.
          Aceste coloane de materie se nasc în mantaua internӑ, unde valori ale temperaturii ating 2000˚C, ascensiunea lor fiind favorizatӑ de scӑderea presiunii din adȃncuri spre suprafaţӑ.



Fig.6. Structura internӑ a Pӑmȃntului. Click pentru a mӑri. (Sursa: Terra, enciclopedia completӑ a planetei noastre – coordonator James F. Luhr)





          Jeturile de materie ("plume-uri") traverseazӑ deci Astenosfera şi Litosfera ieşind la suprafaţӑ în acelaşi punct static, care nu migreazӑ odatӑ cu mişcarea lentӑ a plӑcii. Practic, hot spot dӑ naştere unui vulcan care se stinge odatӑ cu deplasarea plӑcii (deci cu scoaterea vulcanului din influenţa petei fierbinţi). Apoi creeazӑ un alt vulcan care are acceaşi soartӑ, de-a lungul milioanelor de ani rezultȃnd şiruri cu vulcani de la cel mai vechi (stins) şi erodat pȃnӑ la cel mai nou (deseori activ).
          Definite adesea ca locaţii vulcanice din interiorul plӑcilor, sau ca locaţii cu vulcanism excesiv din lungul contactelor divergente dintre plӑci inexplicabil prin teoria plӑcilor tectonice, “petele fierbinţi” se identificӑ cu topiturile anormale ale mantalei superioare (Jonathan T. Hagstrum,2005). Au fost avansate numeroase modele pentru a explica modul de formare. Totuşi, în ultimele decade, originea petelor fierbinţi şi a provinciilor lor vulcanice extinse au fost atribuite topiturilor din mantaua inferioarӑ (Jonathan T. Hagstrum,2005).

Fig.7. Secţiune schematicӑ cu dinamica internӑ a Pӑmȃntului. Se pot identifica trei tipuri de hot spot: primul evidenţiazӑ un flux unitar de materie provenitӑ de la limita dintre miezul extern şi mantaua inferioarӑ (2900 km); al doilea tip are aceeaşi origine adȃncӑ dar se prezintӑ sub formӑ de supercelule; iar al treilea, mai rar, ar avea origini la limita litosferei, foarte aproape de suprafaţӑ. (Sursa: V. Courtillot et al, 2002)


          Geofizicianul canadian J.Tuzo Wilson (link) a venit în 1963 cu o idee ingenioasӑ, care a rӑmas cunoscutӑ drept “Teoria petelor fierbinţi”. El explica vulcanismul din interiorul plӑcilor tectonice, cum este cel din Hawaii în interiorul plӑcii pacifice, prin existenţa unor “plume-uri termice” originare adȃnc în manta, care strӑpung Astenosfera şi Litosfera generȃnd vulcani departe de limitele plӑcii. Mai mult, poziţionarea staţionarӑ a hot spot – urilor coroboratӑ cu driftul plӑcii explicӑ foarte bine existenţa şirului de vulcani, de la cel mai vechi în NV – Kauai cu roci de 5,5 mil. ani la insula cea mai nouӑ în SE – Hawaii cu roci de 0,7 mil. ani. Aici, activitatea vulcanicӑ activӑ creeazӑ continuu roci, presupunȃndu-se cӑ hot spot-ul se aflӑ în prezent sub ea.








Fig.8.Concepţia lui T. Wilson privind mişcarea plӑcii pacifice peste “hot spot-ul hawaiian” ce a dus la formarea şirului de insule vulcanice. (Sursa: Pubs.usgs.gov)







Fig.9. Tot vulcanismul hot spot explicӑ prezenţa unor conuri vulcanice stinse şi erodate (teşite), cunoscute sub numele de “guyot”. Guyoţii sunt foşti vulcani pe care driftul plӑcii i-a scos din influenţa plume-ului. Se aflӑ la “capӑtul bӑtrȃn” al şirului montan şi, de multe ori, constituie suportul atolilor (aşa cum sunt insulele vulcano-coraligene din Pacific).







          Identificarea petelor fierbinţi
          V. Courtillot et al. (2002) (link) stabileşte cȃteva criterii în funcţie de care se pot identifica petele fierbinţi, cum ar fi: prezenţa unui lanţ montan a cӑrui vȃrstӑ scade de la un capӑt la celӑlalt; existenţa rocilor bazaltice (originare din lave fluide); cu o concentraţie cȃt mai ridicatӑ în izotopii 3 şi 4 de heliu (ce le atestӑ originea adȃncӑ în interiorul Terrei); De asemenea, viteza de propagare a undelor seismice S (de forfecare) în manta (sub spaţiul respectiv) sӑ fie cȃt mai micӑ. Dacӑ fluiditatea mantalei este mai ridicatӑ (adicӑ undele seismice sunt încetinite sau absorbite), atunci materialul este îndeajuns de topit (valori foarte mari ale temperaturii) pentru a constitui o “patӑ fierbinte”.
          Astfel, autorul identificӑ, în funcţie de criteriile sale, 49 de pete fierbinţi cu potenţialӑ origine adȃncӑ. Dintre acestea amintim: Afar, Ascension, Australia E, Azore, Bermuda, Canare, Capul Verde, Comore, Darfur, Eifel, Hawaii, Islanda, Pitcairn, Reunion, St Helena, Samoa, Yellowstone.

Fig.10. Reprezentare schematicӑ a anomaliilor vitezei undelor seismice S. Geofizicienii analizeazӑ viteza de propagare a undelor S la diferite adȃncimi în manta pentru a descoperi acele anomalii (nuanţe de roşu) caracterizate prin viteze foarte mici, ce sugereazӑ o fluiditate crescutӑ a materiei (topituri), implicit temperaturi mai ridicate. De pildӑ, harta din dreapta sus aratӑ situaţia de la 600 km adȃncime (în manta). Se pot observa clar cȃteva pete fierbinţi: în centrul Saharei (sub M-ţii Ahaggar), aproape de coasta Africii: sub Madeira, Canare, Azore, Capul Verde. Cea mai clarӑ patӑ fierbinte apare sub Africa de Est, unde se pare cӑ un “plume” sub formӑ de super-celulӑ se înalţӑ din adȃncuri alimentȃnd vulcanismul din Marele Graben Est-African. (Sursa foto: Scott D. King, 2004, adaptat dupӑ King şi Ritsema,2000)





Fig.10. Hӑrţi ale vitezei undelor S (roşu-viteze mici, albastru-viteze mari) de la diferite adȃncimi sub I-le Hawaii. Acestea sugereazӑ cӑ “plume-ul” hawaiian ar putea avea rӑdӑcina la 2900km adȃncime. (Sursa: Donald J. DePaolo şi Michael Manga, 2003)

Fig.12. Rezultatul transpus în relief al petei fierbinţi Yellowstone – Columbia. Şirul de vulcani sugereazӑ driftul plӑcii nord-americane pe direcţia NE-SV.



          O teorie asupra formӑrii plume-urilor
          În loc de concluzie, încheiem cu o idee interesantӑ a lui Jonathan T. Hagstrum (2005) care observӑ o regulӑ privind distribuţia spaţialӑ a hot spot-urilor. Aproape fiecare patӑ fierbinte are o corespondentӑ la antipozi (vezi simetria în fig.7). Mai mult, petele fierbinţi – pereche au vȃrste apropiate (din punct de vedere geologic). Aceste similitudini nu ar fi doar o consecinţӑ a şansei, ci ar exista o legӑturӑ extrem de strȃnsӑ.
          De-a lungul istoriei geologice, în urma impacturilor catastrofale, numeroşi meteoriţi au creat craterele încӑ vizibile în ariile hot spot. Acestea ar putea explica formarea plume-urilor sub punctele de impact, ca efect al perturbaţiilor majore resimţite în manta. Undele seismice se focuseazӑ însӑ în punctul diametral opus al Terrei, determinȃnd apariţia “plume-ului geamӑn”.

Tabelul 1. Cȃteva exemple de “hot spots” pereche. (Sursa: Jonathan T. Hagstrum, 2005)

          Bibliografie
-Terra, enciclopedia completӑ a planetei noastre – coordonator James F. Luhr
-"Do plumes exist?". consultat la 4.12.2010
-Wilson, J. Tuzo (1963). "A possible origin of the Hawaiian Islands". Canadian Journal of Physics 41: 863–870.
-"Hotspots: Mantle thermal plumes". United States Geological Survey. 1999-05-05. consultat la 4.12.2010
-Hagstrum, Jonathan T. (2005-07-30). "Antipodal hotspots and bipolar catastrophes: Were oceanic large-body impacts the cause?". Earth and Planetary Science Letters (Elsevier B.V.), consultat la 4.12.2010
-Courtillot, V.; Davaille, A.; Besse, J.; Stock, J. (10 January 2003). "Three distinct types of hotspots in the Earth's mantle". Earth and Planetary Science Letters, consultat la 4.12.2010
-http://www.geology.ohio-state.edu/~vonfrese/gs100/lect27/, consultat la 4.12.2010
-King, D. Scott (2004),"Understanding the Edge-Driven Convection Hypothesis",  Department of Geosciences, Virginia Tec, consultat la 4.12.2010
- DePaolo, D. J., Manga, M. (9 MAY 2003) "Deep Origin of Hotspots— the Mantle Plume Model"

Autor: Tudose Ionuţ
Data: 06.12.2010

Un comentariu:

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...