Кіріспе

Жанартау белсенділігіне ықпал ететін және Исландия үстіртін және аралын қалыптастырған ыстық нүкте.

Исландия ыстық нүктесі – Исландия үстіртін және Исландия аралын қалыптастырған жоғары жанартау белсенділігіне ішінара жауапты ыстық нүкте. Ол Исландияның геологиялық деформациясын түсінуге ықпал етеді. Исландия әлемдегі ең белсенді жанартау аймақтарының бірі болып табылады, жарылыстар шамамен үш жылда бір рет орын алады (20-шы және 21-ші ғасырда 2010 жылға дейін Исландияда және оның айналасында 45 жанартау жарылысы болды). Жазбалардағы бар лавалардың үштен бір бөлігі Исландияның лава атылуларынан пайда болған. Белгілі жарылыстар 934 жылы Катланың жарылысы Элджаны (әлемдегі ең үлкен базальттық жарылыс), 1783 жылы Лаки (әлемдегі екінші ірі) және мұздықтардың астында бірнеше жарылыстар болды, олар құлдыраған мұздық жарылыстарын тудырды, соңғысы 2010 жылы Эйяфьялайокуль жарылысынан кейін. Исландияның Еуразиялық және Солтүстік Америка тақталарының бір-бірінен алыстаған Орта Атлант қырқасының үстінде орналасуы осы қарқынды жанартаулық белсенділікке ішінара жауапты, бірақ Исландияның неге айтарлықтай арал екенін түсіндіру үшін қосымша себеп қажет, ал қырқаның қалған бөлігі негізінен теңіз деңгейінен төмен таулардан тұрады. Айналасындағы мантияға қарағанда температурасы жоғары аймақ болғанымен, ыстық нүктеде судың концентрациясы жоғары деп есептеледі. Магмадағы судың болуы балқу температурасын төмендетеді, бұл да Исландия вулканизмін күшейтуде рөл атқарады.

Себеп-салдарлық байланыстар теориясы

Ыстық нүкте терең мантия қалыңдығынан туындаған ба, әлде одан әлдеқайда жақын тереңдікте пайда болған ба деген мәселе бойынша пікірталас жалғасуда. Фолгер және авторлар тобы Исландия қалыңдығы мантияның өтпелі қабатына ғана жетеді деп санайды, сондықтан ол Гавайиден басқа көзден келмейді. Бірақ Бижваард пен Спакман Исландия қалыңдығы мантияға жетеді, демек Гавайимен бірдей көзден туындағандығын айтады. Гавай аралдары тізбегі мен Император теңіз таулары Тынық мұхиты тақтасының Гавай Ыстық нүктесі үстінен қозғалуынан пайда болған уақыт бойынша дамыған жанартаулық ізді анық көрсетеді, бірақ мұндай із Исландияда байқалмайды. Гримсвоттен жанартауынан Суртсиге дейінгі сызық Еуразиялық тақтаның, ал Гримсвоттеннен Рейкьянес жанартау белдеуіне дейінгі сызық Солтүстік Америка тақтасының қозғалысын көрсетеді деп ұсынылған.

Мантиялық тұман теориясы

Исландиялық мантийлік шұңқыры – Исландияның астындағы Жер мантиясындағы қалыптан тыс ыстық тау жыныстарының жоғары көтерілуі. Оның пайда болуы мантияның терең қабаттарында, мүмкін жер ядросы мен мантияның шекарасында жатыр деп саналады. Сейсмикалық зерттеулер мұндай құрылымды анықтады ма, жоқ па, туралы пікірлер қарама-қайшы. Осы тұжырымдама бойынша, Исландияның вулканизмі осы шұңқырымен байланысты, W. Джейсон Морганның теориясына сәйкес. Исландияның астында мантиялық шұңқыр бар деп есептеледі, оның ыстық нүктесі жер бетіндегі көрінісі саналады, ал шұңқырдың болуы тақталардың айырылуынан туындаған вулканизмді күшейтеді. Сонымен қатар, Гренландия мен Норвегиянің құрлық шеттеріндегі су тасқыны базальттары, Рейкьянес қырқасы сегменттерінің таралу бағытына қатысты көлбеу орналасуы, және Оңтүстік Эгир мен Колбейнси қырқалары бойындағы магмалық қабықтың жоғары қалыңдығы осы шұңқыр мен Орта Атлантика қырқасының өзара әрекеттесуінің нәтижесі болуы мүмкін. Шұңқырдың түбі өте тар, шамамен жер бетінен төмен қарай, мүмкін жер ядросы мен мантияның шекарасына дейін созылады, ал шұңқыр басы диаметрінен әлдеқайда үлкен болуы мүмкін. Теңіз тауларының уақыт бойынша қалыптасқан іздерінің жоқтығы континенттік айырылғаннан кейін ~15 млн жыл (миллион жыл) бойы қалың Гренландия кратонының астында шұңқырдың орналасқандығымен және оның пайда болуынан кейін Солтүстік Атлантиканың орталық бөлігіне шұңқыр материалдарының енуімен байланысты болуы мүмкін. Бұл Солтүстік Атлантиканың палеоценнің соңы мен эоценнің басында ашылуымен сәйкес келеді, бұл шұңқырдың пайда болуы Солтүстік Атлантика құрлығының ыдырауына себеп болған және оған ықпал еткен болуы мүмкін деген болжамдарға әкелді. Шұңқыр гипотезасы бойынша, вулканизм бастапқыда қалың континенттік литосфераның астында, содан кейін рифтілеу кезінде өсіп келе жатқан мұхит алабының литосферасының астындағы ыстық шұңқыр материалдарының ағынынан туындады. Осы кездегі шұңқырдың нақты орны ғалымдар арасында дау тудырады, сондай-ақ шұңқыр осы кезде ғана терең мантиядан көтерілді ме, әлде ол әлдеқайда көне және Солтүстік Гренландиядағы ежелгі вулканизмге, Эльсмир аралындағы және Арктикадағы Альфа қырқасына да жауапты ма, деген мәселе де әлі шешілмеген. Эоцен кезінде Гренландияның шығысына қарай Солтүстік Атлантика ашылғанда, Солтүстік Америка мен Еуразия бір-бірінен алыстады; Орта Атлантика қырқасы мұхиттық таралу орталығы және орта мұхиттық қырқалардың су астындағы вулканизм жүйесінің бір бөлігі ретінде қалыптасты. Бастапқы шұңқыр басы бірнеше мың шақырым диаметрде болуы мүмкін, және ол қазіргі мұхит алабының екі жағында да жанартаулық жыныстарды жарып, Солтүстік Атлантиканың магмалық провинциясын құрады. Кейбір геологтар Исландия шұңқыры Солтүстік Атлантиканың ашылуы кезінде литосфера мен астеносфераның тығыздығының өзгеруіне байланысты Скандинавия тауларының палеогендік көтерілуіне себеп болуы мүмкін деп санайды. Оңтүстікке қарай Англияның бор жазықтарының палеогендік көтерілуі, нәтижесінде Субпалеогендік бет пайда болды, сонымен қатар Исландия шұңқырымен байланыстырылады. Батыс Исландияда жойылған қырқа бар, бұл шұңқыр уақыт өте шығысқа қарай жылған деген теорияны қолдайды. Исландияның ең көне қабығы 20 миллион жылдан астам, және ол Вестфирд (Vestfirðir) аймағындағы ежелгі мұхиттық таралу орталығында қалыптасқан. Исландиядағы тақта шекараларының қайта ұйымдастырылуы да микропластиналар тектоникасымен байланысты.

Субдукцияланған мұхит пластинасы

Осы модельдердің біріне сәйкес, бұрынғы мұхиттың су астына шөгіп кеткен тақтасының үлкен бөлігі бірнеше жүз миллион жыл бойы жоғарғы мантияда сақталып қалған, ал оның мұхиттық қабығы қазір күшті балқу процесін және байқалатын вулканизмді қоздырады. Дегенмен, бұл конвекция механизмы, Солтүстік Атлантикадағы қалыптасқан жағдайлар мен таралу жылдамдығын ескергенде, жеткілікті күшті болмауы мүмкін, сондай-ақ ол байқалған геоид аномалиясын түсіндіруге қарапайым жауап бермейді.

Геофизикалық және геохимиялық бақылаулар

Жердің терең ішкі құрылымы туралы ақпарат геофизикалық және геохимиялық әдістер арқылы ғана жанама жолмен алынуы мүмкін. Болжамдалған мантиалық қалыңдықтарды зерттеу үшін гравиметриялық, геоидтік және әсіресе сейсмологиялық әдістер, сондай-ақ шығарылған лавалардың геохимиялық талдауы өте тиімді болып табылды. Геодинамикалық процестердің сандық модельдері осы байқауларды үйлестіріп, тұтас жалпы картинаны жасауға тырысады.

Сейсмология

Жердің ішкі құрылымдарын бейнелеудің маңызды әдісі – сейсмикалық томография, осы арқылы зерттеліп отырған аймақ мүмкіндігінше көп бағыттан жер сілкіністерінен туындайтын сейсмикалық толқындармен "жарықтандырылады"; осы толқындар сейсмометрлер желісімен тіркеледі. Желінің мөлшері сенімді бейнелеуге болатын аймақтың көлемін анықтайды. Исландиялық мантиалық қауырсынының зерттеуі үшін жаһандық және аймақтық томография қолданылды; алғашқысында бүкіл әлемдегі станциялардан алынған деректерді пайдаланып, бүкіл мантия салыстырмалы түрде төмен ажыратымдылықпен бейнеленеді, екіншісінде Исландиядағы тығыз желі мантияны тереңдікке дейін жоғары ажыратымдылықпен бейнелейді. 1990 және 2000 жылдардағы аймақтық зерттеулер Исландияның астында сейсмикалық толқындардың жылдамдығының төмендеу аномалиясы бар екенін көрсетті, бірақ оның мантияның өтпелі аймағынан тереңге қарай жалғасатыны туралы пікірлер қақтығысқа толы. Сейсмикалық толқындардың жылдамдығы P толқындары үшін 3%-ға дейін және S толқындары үшін 4%-тан астам төмендейді. Бұл мәндер мантияның ішінара балқуының шағын пайыздық үлесімен, жоғары магний құрамымен немесе жоғары температурамен сәйкес келеді. Байқалатын жылдамдық төмендеуіне қандай фактордың себепкер екенін нақты анықтау мүмкін емес.

Геохимия

Көптеген зерттеулер Исландия мен Солтүстік Атлантикадағы лавалардың геохимиялық сипаттамаларын қарастырды. Нәтижесінде алынған сурет бірнеше маңызды жағынан үйлесімді. Мысалы, мантиядағы вулканизмнің бастауы химиялық және петрологиялық тұрғыдан біртекті емес екендігі даусыз: ол тек перидотит, мантияның басты тау жынысы ғана емес, сонымен қатар эклогиттен де тұрады, ол субдукцияланған плиталардың базальтынан пайда болатын және перидотиттен қарағанда оңай балқитын тау жынысы. Соңғысының пайда болуы метаморфоздық, өте көне мұхиттық қабыққа байланысты деп есептеледі, ол бірнеше жүз миллион жыл бұрын мұхиттың субдукциясы кезінде мантияға батып, кейін мантияның тереңдігінен көтерілген. Исландиялық жанартаулықтардың макро және микроэлементтік құрамын зерттеулер көрсеткендей, қазіргі вулканизмнің бастауы орта мұхиттық базальттардың бастауынан әлдеқайда үлкен. Гелий, қорғасын, стронций, неодим және басқа да іздік элементтердің концентрациясының өзгеруі Исландияның құрамы Солтүстік Атлантиканың қалған бөлігінен ерекше екенін нақты көрсетеді. Мұның мысалы гелий-3 (3He) және гелий-4 (4He) изотоптарының арақатынасында байқалады. Гелий-3 пен гелий-4 арақатынасы – бұл жарылыстарға қатысқан мантияның тегін көрсететін маркер. Гелий-3 планеталық аккреция кезінде түсіріледі, сондықтан терең немесе төменгі мантиямен байланысты. Гелий-4 уран мен торийдің аталық изотоптарының ыдырауынан пайда болады. 3He/4He арақатынасының төмен болуы мантияның беткі қабатына байланысты орта мұхиттық базальттардың жарылыстарымен күшті байланысты, ал 3He/4He арақатынасының жоғары болуы мантияның терең қабатына байланысты мұхит аралдық базальттарымен байланысты. Исландияда 3He/4He арақатынасының жоғары және төмен мәндері кездеседі. Жоғары арақатынастар аралдың батыс бөлігімен, ал төмен арақатынастар – шығыс бөлігімен байланысты. Бұл арақатынастардың өзгеруі геофизикалық аномалиялармен және Исландиядан қашықтық артқан сайын осы және басқа геохимиялық сипаттамалардың төмендеуімен жақсы сәйкес келеді. Олардың жиынтығы композициялық аномалияның Рейкьянес қырқасы бойымен шамамен жететінін, ал Колбейнси қырқасы бойымен кем дегенде созылатынын көрсетеді. Қай элементтер қарастырылғанына және қамтылған аумақтың мөлшеріне байланысты, мантияның алты түрлі компонентін анықтауға болады, олардың барлығы бір жерде кездеспейді. Бұған қоса, кейбір зерттеулер көрсеткендей, мантия минералдарында еріген судың мөлшері Исландия аймағында орта мұхиттық қырқалардың бұзылмаған бөліктеріне қарағанда екі-алты есе жоғары, онда ол шамамен 150 миллионға тең. Лаваның бастауында осындай көп мөлшерде судың болуы оның балқу температурасын төмендетіп, берілген температурада өнімділігін арттыруы мүмкін. Бұдан басқа, бұл орта мұхиттық базальттарға қарағанда жоғары балқу температурасын тудырады. Сонымен қатар, мантианың қалыңдауы және қабықтың қалыңдауы шамамен 60 мГал (= 0,0006 м/с²) (еркін ауа) оң гравитациялық аномалияны тудырады.

Геодинамика

1990 жылдардың ортасынан бері мантия конвекциясының сандық геодинамикалық модельдері арқылы байқауларды түсіндіруге бірнеше әрекеттер жасалды. Бұл есептеулердің мақсаты, басқа нәрселермен қатар, сейсмологиялық және геохимиялық байқауларды түсіндіру үшін ұсынылған жұқа, ыстық шұңқырға қарағанда, жер қыртысының қалыңдығы, топографиясы және гравитациялық өріспен жақсы сәйкес келетін салыстырмалы түрде төмен температуралық аномалиясы бар кең шұңқырдың парадоксын шешу болды. Геотермиялық барометрия және оливин кристалдарындағы алюминийдің статистикалық талдауы зерттеушілерге осы кристалдардың қанша тереңдікте пайда болғанын және олардың жер бетіне жетуіне қанша уақыт кеткенін анықтауға мүмкіндік берді. Бұл жағдайда магма бастапқыда тереңдікте пайда болды. Магманың көтерілу жылдамдығы 0,02-0,1 м/с деп есептелді, сондықтан магма Мохо үзілісінен Исландия бетіне орташа есеппен 10 күнде жетеді, бұл бұрынғы есептеулерден жылдам.