Оңтүстік Сандвич аралдарының жанындағы су асты жанартаулары мен Protector Shoal

Кіріспе

Оңтүстік Сандвич аралдарындағы Заводовский аралының солтүстік-батысындағы су асты жанартауы.

Протектор таяздығы – Оңтүстік мұхитындағы су асты жанартауларының тобы – Протектор теңіз тауларының ең шалқақ нүктесі. Олар Оңтүстік Сандвич аралдарының пайда болуына себеп болған жанартаулық доғаның бір бөлігі болып табылады. Протектор таяздығы теңіз деңгейінен бірнеше метр төмен түседі және үлкен қырқаның үстінде қалыптасқан ірі теңіз таулары тобының бөлігі болып табылады. Бұл теңіз тауларының кейбіреулерінде секторлардың құлау іздері байқалады, ал біреуінің үстінде біріне ілініп жатқан кальдералар бар. Теңіз тауы 1962 жылы, шамамен наурыз айында атқылап, Антарктида төңірегіндегі мұхит ағындарымен тараған үлкен пемза сал тудырды. Австралия және Жаңа Зеландия сияқты Оңтүстік мұхитының жанындағы немесе оның ішіндегі аралдардың жағалауларында Protector Shoal пемзасы табылды. Бұл жарылыстан пайда болған пемза Гавайиге дейін жеткен. Содан бері жаңа жарылыстар болған жоқ, бірақ сейсмикалық белсенділік пен су асты гидротермалық шығарулар жалғасуда.

География және геоморфология

Қорғаушы теңіз таулары – Заводовский аралының солтүстік-батысындағы шамамен тереңдікте шығыс-батыс бағытында созылатын жота. Олар Оңтүстік Сандвич аралдарының солтүстік шетінде, Шотландия теңізінің шығыс жиегінде орналасқан, он бір аралдан тұратын солтүстік-оңтүстік бағытындағы тізбек құрайды. Солтүстіктен оңтүстікке қарай бұл аралдарға Заводовский аралы, Лесков аралы, Високой аралы, Candlemas аралы, Vindication аралы, Saunders аралы, Montagu аралы, Бристоль аралы және Оңтүстік Туле (Bellingshausen аралы, Кук аралы, Туле аралы) кіреді; олар кішкентай, өсімдік жамылғысы жоқ және күшті мұздықпен жабылған. Тізбектің екі шетінде су асты жанартаулары орналасқан: солтүстікте Протектор, оңтүстікте Нельсон және Кемп. Бұл теңіз тауы 1962 жылғы жарылыстан бұрыннан белгілі болған, бірақ жарылыстан кейін ғана атау алған. Ортақ жотаның солтүстік беткейлерінің көлбеуі аз және субдукция процесімен байланысты көптеген жарылымдармен тілінген. Оңтүстік беткейлері тегіс емес және тік. Жотаның солтүстігінде кең шығанақ – Биско бассейні орналасқан. Бұл жер бастапқыда кальдера немесе секторлық құлаудың іздері деп жорылған, бірақ тектоникалық пайда болуы мүмкін екені анықталды. Нимрод алабы да тектоникалық шұңқыр болып табылады. Жотаның оңтүстік-шығысқа қарай созылған бөлігі Protector Shoal-ды Заводовский аралымен байланыстырады. Жотаның үстінде әдебиетте былай аталған жеті ерекше теңіз тауы орналасқан: Тула ("PS1"), Biscoe ("PS2"), "PS3", Protector Shoal ("PS4"), Endurance ("PS5"), JCR ("PS6") және Quest ("PS7"). Атаулары кемелердің аттарымен байланысты. Quest-тің батысында Скорсби атты тағы бір теңіз тауы табылды. Теңіз тауларының мөлшері шағын стратовулкандарға ұқсас, биіктігі шамамен метрге жетеді және теңіз деңгейінен бірнеше жүз метрге көтеріледі. Тізбектегі ең шалқақ нүкте – Protector Shoal, ол теңіз деңгейінен төмен тереңдікке жетеді. Бастапқыда "Протектор шолы" терең теңіз тауы деп есептелген, бірақ кейіннен бұл атау ең шалқақ теңіз тауына берілді. Бұл теңіз тауы оңтүстік-оңтүстік-шығысқа қарай құлаған құлаудан пайда болған кең ойыспен тілінген. Солтүстік-батыс жағында да құлау байқалады. Protector Shoal-дың солтүстік-батысында тереңдікте кең Нимрод жағалауы орналасқан. JCR-де де құлаудың іздері бар. Quest екі кең, бірімен бірі байланысқан кальдералармен тілінген, олар оңтүстік-батысқа қарай бұзылған, ең терең жері метрге жетеді. Кальдераның көлемі шамамен құрайды. JCR-дің оңтүстігінде және Нимрод жағалауының батысында, мүмкін моногенетикалық жанартаулардан шыққан лава күмбездері мен лава ағындары орналасқан. Quest және Protector Shoal-ға жасалған су асты экспедициялары теңіз түбінде шағыл, шөгінділер, талус және метрге дейін жететін жанартау блоктары бар екенін көрсетті. Кейбір аймақтар құмды, ал кейбіреулері блокты немесе қиыршық тасты, ал Протектор және Скорсбиде тас тіктеп тұрған жерлер бар.

The Protector Seamounts are a east west trending ridge at depth about northwest of Zavodovski Island. They lie at the northern end of the South Sandwich Islands, a long north south trending chain of eleven islands at the eastern margin of the Scotia Sea. From north to south they include Zavodovski Island, Leskov Island, Visokoi Island, Candlemas Island Vindication Island, Saunders Island, Montagu Island, Bristol Island and Southern Thule (Bellingshausen Island Cook Island Thule Island); they are small, lack vegetation and are heavily glaciated. Submarine volcanoes lie at each end of the chain: Protector at the northern, Nelson and Kemp at the southern. The seamount was already known before the 1962 eruption, but received a name only after the eruption. The northern slopes of the common ridge have a low gradient and are cut by numerous faults associated with the subduction process. The southern slopes are less regular and steeper. Bisco Basin, a wide embayment, lies north of the ridge. It was originally interpreted as a caldera or a sector collapse scar, but appears to be of tectonic origin. The Nimrod Basin is another tectonic depression. A southeastward extension of the ridge joins Protector Shoal with Zavodovski Island. The ridge is topped by about seven distinct seamounts that are referred to in the literature as: Tula ("PS1"), Biscoe ("PS2"), "PS3", Protector Shoal ("PS4"), Endurance ("PS5"), JCR ("PS6") and Quest ("PS7"). The names refer to ships. Another seamount, Scoresby, was discovered west of Quest. The seamounts have the sizes of small stratovolcanoes, with heights of about , and rise to about a few hundred metres below sea level. The shallowest point of the chain is Protector Shoal which reaches a depth of below sea level. Initially it was thought that "Protector Shoal" was a deep seamount; subsequently the name was attributed to the shallowest seamount. This seamount is cut by a wide slump scar, formed by a collapse that descended to the south southeast. Another slump is identified on the northwestern side. Northwest of Protector Shoal is the broad Nimrod Bank, at depth. JCR also features a collapse scar. Quest is cut by two and wide nested calderas that are breached to the southwest, with a maximum depth of The caldera volume reaches about Lava domes and lava flows, probably from monogenetic volcanoes, have been emplaced south of JCR and west of Nimrod Bank. Dives on to Quest and Protector Shoal have found a seafloor covered with gravel, sediments, talus and volcanic blocks that reach metre sizes. Some areas are sandy, others blocky or gravelly and there are rocky outcrops at Protector and Scoresby.

Геология

Оңтүстік Сандвич аралдарының шығысында Оңтүстік Америка тақтасы Сандвич тақтасының астына шамамен жылдамдықпен еніп (субдукцияланады), оның жылдамдығы оңтүстіске қарай артады. Бұл субдукция Оңтүстік Сандвич доғасының вулканизмiне себепшi. Доғаның астындағы мұхиттық қабық жас, шамамен 8–10 миллион жылдық, және Оңтүстік Сандвич аралдарының батысындағы Скотия таралма жотасында қалыптасқан. Бұл негізінен базальтты тау жыныстарын құрайтын, биік жанартаулық үйінділер жасайтын жас жанартаулық доға. Доғаның солтүстік жиегінде субдукцияланған мұхиттық қабықтың жасы шамамен 76 миллион жылды құрайды. Протектор сайының астында Оңтүстік Американың төмен қарай батып бара жатқан плитасы шығыс-батыс бағытында жарылысқа ұшыраған. Осы жарылыстан жоғары көтерілетін сұйықтықтар теңіз төңірегіндегі балқыманың пайда болуын күшейтуі мүмкін.

Құрамы

Қорғаушы шолынан риолит немесе риодацит атылып шықты, құрамында андезит кірікпелері бар. Бұл Оңтүстік Сандвич аралдарында риолиттің жалғыз белгілі кездесуі. Фенокристерге амфибол, аугит, диопсид, илменит, ортопироксен, плагиоклаз, кварц және титан қосылған магнит жатады. Тау жыныстары Оңтүстік Сандвич аралдарында жиі кездесетін калийге кедей толеиттік топты көрсетеді. Қорғаушы шоалының оңтүстік беткейінен алынған пумистердің құрамындағы іздік элементтерге сүйене отырып, төрт ерекше топқа бөлінеді, олар бір-бірінен туындаған сияқты көрінбейді. Олардың барлығы Қорғаушы шолының астындағы қыртыс жыныстарының ішінара балқыуы немесе фракциялық кристалдануы нәтижесінде пайда болған болуы мүмкін. Қыртыс жыныстары, Скотия қыртысында таралудың орнына, аралдық вулканизмнің өнімі болуы ықтимал, бірақ соңғы мүмкіндік толығымен жоққа шығарылмайды. Субдукцияланған шөгінділерден пайда болған балқымалар Қорғаушы шолы магмасының қалыптасуында ешқандай рөл атқармады.

Климат және экология

Аймақтағы климат полярлық, жиі қар мен дауылдар болады; орташа жылдық температуралар шамамен 0 градусқа жуық. Балық аулау Қорғаушы теңіз тауларының айналасында жүзеге асырылады, бірақ 2012 жылы Оңтүстік Джорджия және Оңтүстік Сандвич аралдарының теңіз қорғалатын аймағы құрылғаннан және 2022 жылдан бастап барлық түбіне балық аулауға тыйым салатын Бентостық жабық аймақтан шектелген. Квест, Скорсби және Протектор Шоал суға батыру кезінде зерттелген. Бриозойлар, криноидтар, әртүрлі сегіз қыртыстылар, серпулид құрттар, губкалар және теңіз жұлдыздары ашық жартастарды мекендейді. Анемондар, жұмсақ жұлдыздар және кейбір губкалар басқа жануарлардың үстінде немесе ішінде тіршілік етеді. Холотуриялар, сыңар балықтар, теңіз кірпілері, креветкелер және қабылдақтар фаунаны толықтырады. Protector Shoal-дың үстінде макробалдырлар тығыз ормандарды құрайды.

Бұрынғы атылу

Жанартаулық белсенділік жастық лавалар мен лава ағындарын қалыптастырды, олар тефрамен және жанартаулардан эрозияға ұшыраған материалдармен жабылған. Квест кальдералары 1962 жылғы жарылыс сияқты су астындағы жарылыс кезінде пайда болған болуы мүмкін. Тула, Биско және шығыстағы "PS3" ескірек орталықтар болып көрінеді, ал Квесттен алынған тау жыныстары көнеленіп кеткендей көрінеді. Нимрод Банкі салыстырмалы түрде жақында пайда болған, ал дренаждар мен пемза үлгілеріндегі түсетін тастардың жоқтығы Қорғаушы Шоалдың көп бөлігі 10 000 жылдан кем екенін көрсетеді. 1962 жылғы жарылыс - тіркелген жалғыз жарылыс. Протектор Шоалындағы жиі және беткі сейсмикалық белсенділік жарылыстан кейін де жалғасты, және бұл жаңа жарылыстардың болуын көрсетеді. 1962 және 1964 жылдар аралығында батиметриялық өзгерістердің ешқандай дәлелі табылған жоқ. Болашақтағы жарылыстар аралдың пайда болуына әкелуі мүмкін. Қазіргі уақытта гидротермальдық шығару бар, ол Квест кальдерасына, Протектор Шоалына және Скорсби тауына батқан кезде температура аномалиялары арқылы анықталады. Квест кальдерасында микробтық төсемелер кальдера жиегіндегі шығару түтіктерінің айналасын мекендейді, бірақ ерекше шығарумен байланысты фауна жоқ. Протектордағы жылу аномалиялары құлаудың нәтижесінде пайда болған жараның кішкентай бөлігінде шоғырланған, шығару орындары анықталған жоқ.

1962 жылғы атылу

1962 жылдың 14 наурызында HMS Protector (A146) кемесінің тікұшағы Високой маңында, бірнеше күн бұрын болған жарылыстан пайда болған пемзалық салға кездесті. Кеме солтүстікке қарай Zavodovski-ге беттегенде, ірі пемза блоктарына толы тығыз салдан өтті. Пемза екі топқа бөлінді: көпіршіктерге толы ақ түсті және көпіршіктер аз сұр түсті, олардың химиялық құрамы шамалы ерекшеленеді. Ірі пемза блоктары сындырылғанда күкірт иісі сезіледі. Пемзаның жалпы көлемі шамамен құрады, бұл шамамен магмадан пайда болған, кальдераның қалыптасуына жеткіліксіз көлем. Бұл жарылыс Protector Shoal айналасындағы теңіз фаунасын қырып салған болуы мүмкін. 1962 жылдың 5 наурызында Protector Shoal-да тіркелген жер сілкінісі осы жарылыспен байланысты болуы да, болмауы да мүмкін. Жер сілкінісінің ошағы Protector қыратының солтүстік бөлігінде орналасқан. Осы жер сілкінісінің болуы, пемзалық салдың орналасуы, тереңдігі аз таудың болуы және оның тас түрлерінің пемзаға ұқсастығы салдың Protector Shoal-дан шыққандығын анықтауға мүмкіндік берді. Пемза Антарктиканы айналатын Антарктикалық айналма ағыс (ААА) арқылы 500 км-ден астам қашықтыққа тарады, содан кейін Оңтүстік Атлантика, Оңтүстік Тынық мұхиты және Оңтүстік Үнді мұхитына жетті. Үлкен блоктардың жылдам қозғалуына желдің көмегі тиді. Пемза 1963 немесе 1964 жылдары Жаңа Зеландияға, 1963 немесе 1964 жылдары Тасманияға, 1964 жылы Викторияға және Батыс Австралияға, 1965 жылы Оңтүстік Австралияға жетті. Пемза Оңтүстік мұхитында бес жылдан астам сақталды және әлемге тарады. Кейбір пемзалар Гумбольдт ағысымен Хуан-Фернандес аралдарына (1965 ж.) және Солтүстік Экваторлық ағыспен Гавайиге жетті. Гавайиде алынған пемза үлгісінің нәтижесінде, Гавайидегі пемзаның шамамен 72% Protector Shoal-дан келгені анықталды, бұл Christmas Island-та Protector Shoal пемзасының өте сирек кездесуіне байланысты үлгі алу қатесі болуы мүмкін. Protector Shoal пемзасының табылуы мүмкін деген болжам бар Bouvet, Фолкленд аралдары, Хирд аралы, Кергелен, Маккуари аралы, Марион аралы және Оңтүстік Джорджияда. Protector Shoal-дан алынған пемза үлгілері Оңтүстік Шетланд аралдарындағы Ливингстон аралынан және Оңтүстік Американың төңірегіндегі Tierra del Fuego-дағы Рио Буэнодан табылды. Олар ААА арқылы Антарктиканы айналып келгеннен кейін осы жерлерге жетті және аталған аймақтардың жағажайларында кең таралған. Ірі пемза блоктары организмдермен қоныстанып, олардың таралуына көмектеседі. Кейбір пемзалар құрлыққа шыққаннан кейін қайтадан суға түсіп, қайтадан орналасты, ал басқаларын құстар жұтып қойды, олардың асқазанынан табылды.

On 14 March 1962 the helicopter of the HMS Protector (A146) encountered a pumice raft around Visokoi, which had probably erupted a few days before. The ship progressed through a denser raft with larger pumice blocks as it sailed north towards and past Zavodovski. The raft consisted of many streams of pumice blocks and covered an area exceeding Pumice blocks reached sizes of Similar pumices were dredged from the top of Protector Shoal. The pumices have been classified in two groups, a white bubble rich one and a grey bubble poor one, with slightly distinct chemical compositions. Larger pumice blocks smelled of sulfur when they were broken open. The total volume of the pumice was about , derived from about of magma, insufficient to cause caldera formation. The eruption may have decimated the submarine fauna around Protector Shoal. An earthquake recorded at Protector Shoal on 5 March 1962 may or may not be associated with the eruption. Its epicentre was located just north of the middle portion of the Protector ridge. The occurrence of this earthquake, the position of the pumice raft, the presence of a shallow seamount and the similarity between its rocks and the pumice led to the recognition that the pumice raft had originated at Protector Shoal. The pumice was carried around Antarctica by the Antarctic Circumpolar Current (ACC) for distances exceeding , and from there into the South Atlantic, South Pacific and South Indian Ocean. Wind aided in the movement of the larger blocks, which thus advanced more quickly. The pumice reached New Zealand in 1963 or 1964, Tasmania in 1963 or 1964, Victoria and Western Australia in 1964, Southern Australia in 1965. The pumice persisted in the Southern Ocean for more than five years and eventually spread worldwide. Some pumices were captured by the Humboldt Current, getting washed up on Juan Fernandez Islands in 1965, and further into the North Equatorial Current, eventually arriving in Hawaii. A sample of Hawaiian pumice demonstrated that almost 72% of Hawaiian pumices come from Protector Shoal, which was attributed to a sampling issue as Christmas Island has very few Protector Shoal pumices. Other localities with tentative findings of Protector Shoal pumices are Bouvet, the Falklands, Heard Island, Kerguelen, Macquarie Island, Marion Island and South Georgia. Pumice samples derived from Protector Shoal have been recovered from Livingstone Island in the South Shetland Islands and Rio Bueno on Tierra del Fuego at the tip of South America, where they arrived after being carried around Antarctica by the ACC, and are a conspicuous feature of the beaches there. Large pumice blocks can be colonized by organisms and thus aid their spread. Some pumices after stranding were floated again and thus redeposited, others were picked up and swallowed by birds, being found in their stomachs.