Кіріспе
Төменгі профильді жанартаулар әдетте толығымен сұйық лава ағындарынан қалыптасады. Қалқан тәрізді жанартау – жерде жатқан қалқанға ұқсас төменгі пішінімен ерекшеленетін жанартау түрі. Олардың пайда болуына жоғары сұйық (төмен тұтқырлықты) лаваның атылуы себеп, ол лава қалыңдығы аз және қашыққа жететін ағындар түзеді, бұл стратожанартаулардан шығатын тұтқыр лавадан өзгеше. Ұзаққа созылған жанартаулық белсенділіктің нәтижесінде лаваның кең жапырақтары бірте-бірте жиналып, қалқан тәрізді жанартаудың ерекше пішінін қалыптастырады. Қалқан тәрізді жанартаулар сұйық, кремнийі аз лава тасты планета бетіне жеткен кез келген жерде кездеседі. Дегенмен, олар көбінесе ыстық нүктелермен немесе құрлықтық жарылымдық вулканизммен байланысты мұхит аралдарындағы вулканизмге тән. Оларға Мауна-Лоа сияқты Жердегі ең ірі белсенді жанартаулар кіреді. Күн жүйесіндегі басқа планеталарда да алып қалқан тәрізді жанартаулар табылады, мысалы, Марстағы Олимп тауы және Венерадағы Сапа Монсы.
A shield volcano is a type of volcano named for its low profile, resembling a shield lying on the ground. It is formed by the eruption of highly fluid (low viscosity) lava, which travels farther and forms thinner flows than the more viscous lava erupted from a stratovolcano. Repeated eruptions result in the steady accumulation of broad sheets of lava, building up the shield volcano's distinctive form. Shield volcanoes are found wherever fluid, low silica lava reaches the surface of a rocky planet. However, they are most characteristic of ocean island volcanism associated with hot spots or with continental rift volcanism. They include the largest active volcanoes on Earth, such as Mauna Loa. Giant shield volcanoes are found on other planets of the Solar System, including Olympus Mons on Mars and Sapas Mons on Venus.
Этимология
"Қалқан жанартауы" термині 1888 жылы австриялық геолог Эдуард Сусс ұсынған және 1910 жылға дейін ағылшын тіліне тікелей аударма ретінде (калькирленген) енген неміс тіліндегі Schildvulkan терминінен бастау алады.
Құрылымы
Қалқанды жанартаулар құрылымдық пішінімен басқа үш негізгі жанартау типінен – стратовулкандардан, лавалық күмбездерден және шөгінді конустардан – ерекшеленеді, бұл олардың ерекше магмалық құрамының нәтижесі. Бұл төрт түрдің ішінде қалқанды жанартаулар ең аз тұтқыр лаваларды шығарады. Стратовулкандар мен лавалық күмбездер өте тұтқыр ағындардың өнімі болса, шөгінді конустар жарылыспен шығатын тефрадан құралған. Ал қалқанды жанартаулар өте сұйық лаваның жұмсақ эффузиялық ағындарынан пайда болады, бұл уақыт өте кең, көлбеу «қалқанды» пішінге айналады. Фельсикалық қалқанға мысал – Британдық Колумбиядағы (Канада) Илгачуз жотасы. Қалқанды жанартаулар әлемнің әртүрлі аймақтарында кездесетін кең лавалық платолар мен су тасқынынан пайда болған базальттарға ұқсас. Бұл сызықтық жарылыс жарықтары бойында пайда болатын құрылымдар, олар қалқанды жанартаулардан анық атылу орталығының болмауымен ерекшеленеді. Әлемдегі ең үлкен құрлықтағы жанартаудың шыңы – Мауна-Лоа, теңіз деңгейінен жоғары орналасқан. Оның негізі 60 мильден (97 км) астам кеңдікте жатыр және шамамен базальттан тұрады деп есептеледі. Жанартаудың теңіз түбінен биіктігін және құлдырауын ескерсек, Мауна-Лоаның атылу тарихының басынан бергі «нағыз» биіктігі Эверест тауынан кем емес. 2013 жылы Хьюстон университетінің Уильям Сейгер басқарыған командасы Тамұ массивін – өте ірі, сөнген су асты жанартауын тапты, оның ауданы барлық бұрын белгілі жанартаулардан әлдеқайда үлкен. Дегенмен, жанартаудың көлемі әлі расталмаған. Бастапқыда Тамұ массиві қалқанды жанартау деп есептелгенімен, Сангер және оның әріптестері 2019 жылы Тамұ массивінің қалқанды жанартау емес екенін мойындады. Қалқанды жанартаулар әдетте 2°-3° көлбеумен еңіске ие, биіктік артқан сайын тіктеп (шамамен 10°-қа жетеді), содан кейін шыңына жақын жазықтала отырып, жалпы жоғары қарай иіліс пішіндес құрайды. Бұл еңіс сипаттамалары лаваның қалыптасу жасына байланысты, Гавай аралдары мысалында, жасы ұлғайған сайын тіктеп кетеді, себебі кейінгі лавалар сілтілірек болып, қалың ағындармен, шыңнан аз қашықтықта ағады. Олардың биіктігі енінің 1/20 бөлігін құрайды. «Типикалық» қалқанды жанартаудың пішіні әлемдік масштабта көп өзгермейді, бірақ олардың мөлшері мен морфологиялық ерекшеліктерінде аймақтық айырмашылықтар бар. Калифорния мен Орегондағы қалқанды жанартаулардың диаметрі мен биіктігін өлшеуге болады. Рифтік аймақтар қалқанды жанартауларда кең таралған, ал басқа жанартау түрлерінде сирек кездесетін ерекшелік. Гавай жанартауларының үлкен, орталықтандырылған пішіні, кіші, симметриялық исландтық құрбыларынан өзгеше.
Rift zones are a prevalent feature on shield volcanoes that is rare on other volcanic types. The large, decentralized shape of Hawaiian volcanoes as compared to their smaller, symmetrical Icelandic cousins
Эрупция сипаттамалары
Қазіргі кезде қалқандық жанартаудың атқылау сипаты туралы белгілі болғандардың көпшілігі Гавай аралдарының жанартауларын зерттеуден алынған. Олар ғылыми тұрғыдан қолжетімді болғандықтан, барлық қалқандардың ішінде ең көп зерттелгендері болып табылады. Арал, қалқандық жанартауларға тән, баяу қозғалатын, эффузивті атқылауларға есімін берген. Бұл атқылаулар – вулкандық құбылыстардың ең жарылғыш емес түрі, төмен газды құрамы бар, өте сұйық базальтты лавалардың эффузивті шығарылуымен сипатталады. Бұл лавалар қатаңдамас бұрын, басқа атқылау түрлеріне қарағанда әлдеқайда ұзақ қашықтыққа жүзеді, өте кең, бірақ салыстырмалы түрде жұқа магмалық қабаттарды құрайды. Мұндай лаваның аз көлемі ұзақ жылдар бойы жиналып, есейген қалқандық жанартаудың ерекше төмен, кең пішінін қалыптастырады. Басқа атқылау түрлерінен айырмашылығы, Гавай атқылаулары көбінесе орталықтандырылмаған жарылымдардан басталады, үлкен "оттың пердесімен" басталып, тез тоқтап, жанартаудың жарылым аймақтарындағы белгілі бір жерлерге шоғырланады. Ал орталық кратерлердегі атқылаулар көбінесе жүздеген метр немесе одан да биікке жететін үлкен лава фонтандары (үнемі және эпизодтық) түрінде болады. Лава фонтандарынан шашыраған бөлшектер әдетте жерге тигенше ауада суынады, нәтижесінде күлді шөгінділер жиналады; бірақ ауа пирокластарға тым толы болғанда, олар қоршаған ортаның ыстығынан жеткілікті түрде суына алмайды және әлі де ыстық күйінде жерге тиіп, шашыраңқы конустарды құрайды. Атқылау қарқыны жеткілікті болса, тіпті лава ағындары да пайда болуы мүмкін. Гавай атқылаулары көбінесе өте ұзаққа созылады; Килауэаның кратері Пуу-Ооо 1983 жылдың 3 қаңтарынан 2018 жылдың сәуіріне дейін үздіксіз атқылаған. Көптеген қалқандық жанартаулар көлемдік тұрғыдан толығымен гавай және базальттық шығу тегін болғанымен, олар сирек ғана осылай болады. Аляскадағы Врангел тауы және Мексикадағы Кофре де Пероте сияқты кейбір жанартаулар тарихи магматикалық атқылау сипаттамаларындағы үлкен өзгерістер, оларды нақты санатқа жатқызуды қиындатады; Де Перотетің геологиялық зерттеуі тіпті "жантаюға ұқсас құрама қалқан" терминін ұсынуға дейін барды. Көптеген есейген қалқандық жанартаулардың беткейінде тефра шығарылымдарының нәтижесінде пайдалған бірнеше кратерлер бар, олар жанартаудағы қазіргі және бұрынғы белсенді жерлердің белгілері болып табылады. Гавай қалқандық жанартаулары ешқандай плита шекарасына жақын орналасқан емес; осы арал тізбегінің жанартаулық белсенділігі мұхиттық плитаның ыстық нүкте деп аталатын магманың көтерілуіне байланысты таралады. Миллиондаған жылдар бойы континенттерді жылжытатын тектоникалық қозғалыс теңіз түбінде ұзын жанартау іздерін жасайды. Гавай және Галапагос қалқандары, сондай-ақ оларға ұқсас ыстық нүктелік қалқандар мұхит аралдары базальтынан құралған. Олардың лаваларында натрий, калий және алюминийдің жоғары деңгейі бар. Лава түтіктері – лаваның қатаюынан пайда болған үңгір тәрізді жанартау жолдары. Бұл құрылымдар лаваның таралуына көмектеседі, өйткені түтіктің қабырғалары лаваны оқшаулайды. Лава түтіктері қалқандық жанартау қызметінің үлкен бөлігін құрауы мүмкін; мысалы, Килауэа құрайтын лаваның шамамен 58% лава түтіктерінен келеді.
Гавайи императоры теңіздегі тау тізбегі
Әлемдегі ең ірі және ең танымал қалқан тәрізді жанартау тізбегі – Гавайи-Император теңіз асты тауларының тізбегі, Тынық мұхитындағы ыстық нүктелік жанартаулардың тізбегі. Бұл жанартаулар өсу және жойылудың ерекше эволюциялық үлгісін көрсетеді. Тізбекте кем дегенде 43 ірі жанартау бар, ал тізбектің соңғы нүктесіндегі Мэйдзи теңіз тауы Курил-Камчатка шұңқырының жанында 85 миллион жыл бұрын пайда болған. Тізбектің ең жас бөлігі – Гавайи, ондағы жанартаулар жиі жарылыстармен, олардың үлкен көлемімен (мыңдаған км³ көлемде) және олардың бұдыраңқы, орталықтандырылмаған пішінімен сипатталады. Риф аймақтары осы жанартаулардың ерекше ерекшелігі болып табылады және олардың көрінетін ретсіз жанартау құрылымын түсіндіреді. Тізбекке теңіз деңгейінен жоғары көтерілген және су астына, жер қыртысына дейін жететін Мауна-Лоа қалқан тәрізді жанартауы кіреді, оның көлемі шамамен таудың тас түзілімдерінен тұрады. Галапагос аралдары Галапагос платформасы деп аталатын үлкен лавалық үстіртте орналасқан. Бұл платформа аралдардың түбінде шамамен тереңдігі бар су кеңістігін жасайды, олардың диаметрі 280 км-ге жетеді. Cerro Azul – Исабела аралының оңтүстік-батыс бөлігіндегі қалқан тәрізді жанартау және Галапагоста ең белсенділерінің бірі, соңғы жарылысы 2008 жылдың мамыр және маусым айларында болған. Китодағы Ұлттық политехникалық мектептің Геофизика институтында сейсмологтар мен вулканологтардың халықаралық тобы жұмыс істейді, олардың міндеті – Анд жанартау белдеміндегі және Галапагос аралдарындағы Эквадордың көптеген белсенді жанартауларын бақылау. La Cumbre – Фернандина аралында 2009 жылдың 11 сәуірінен бері атқылап жатқан белсенді қалқан тәрізді жанартау. Галапагос аралдары осындай үлкен тізбек үшін геологиялық жағынан жас, ал олардың риф аймақтарының үлгісі екі бағыттың бірін ұстанады: солтүстік-солтүстік-батыс және шығыс-батыс. Галапагос қалқандарының лавасының құрамы Гавайи жанартауларына ұқсас. Қызығы, олар көптеген ыстық нүктелермен байланысты вулкандық "сызықты" құрамайды. Бұл жағдайда олар жалғыз емес, Солтүстік Тынық мұхитындағы Кобб-Эйкелберг теңіз тауларының тізбегі де осындай шектелген тізбектің мысалы болып табылады. Сонымен қатар, жанартаулардың арасындағы жасқа қатысты нақты үлгі жоқ, бұл күрделі, ретсіз пайда болу үлгісін көрсетеді. Аралдардың қалай пайда болғаны әлі де геологиялық жұмбақ болып табылады, бірақ бірнеше теориялар ұсынылған.
Исландия
Атлант мұхитының ортасында, Атлант түбегіндегі тектоникалық тақталар шекарасында орналасқан Исландияда әртүрлі типтегі шамамен 130 жанартау бар. Олар толеиттік оливин немесе пикриттік базальттен құралған. Толеиттік қалқандар пикриттік қалқандарға қарағанда көбірек кеңейіп, жазық болады. Олар басқа қалқандық жанартаулардағы кальдераның өсуі мен жойылу үлгісін қайталай бермейді; кальдералар пайда болуы мүмкін, бірақ көбінесе жойылмайды. Африкадағы ең белсенді қалқандық жанартау – Ньямурагира. Бұл жанартаудағы жарылыстар көбінесе үлкен шыңдағы кальдераның ішінде немесе жанартаудың беткейіндегі көптеген жарықтар мен тефрон конустарында болады. Соңғы ғасырдағы лава ағындары шыңнан гөрі беткейлерге көбірек таралып, тіпті Киву көліне дейін жеткен. Эфиопиядағы Эрта-Але – тағы бір белсенді қалқандық жанартау және әлемдегі тұрақты лава көлі бар сирек орындардың бірі. Ол кем дегенде 1967 жылдан бері, ал мүмкін 1906 жылдан бері белсенді. Сондай-ақ Кениядағы Марсабит тауы да бар.
Жерден тыс қалқандық жанартаулар
Қалқандық жанартаулар Жермен ғана шектелмейді, олар Марста, Венерада және Юпитердің Ай Айода да табылды. Марстың қалқандық жанартаулары Жердегі қалқандық жанартауларға өте ұқсас. Екі планетада да олардың беткейлері көлбеу, орталық құрылымы бойындағы құлап жатқан кратерлері бар және өте аққан лавалардан тұрғызылған. Марстағы жанартаулық нысандар 1976–1979 жылдардағы «Викинг» миссиясы кезінде егжей-тегжейлі зерттелгенге дейін көп бұрын байқалған. Марстағы және Жердегі жанартаулардың арасындағы басты айырмашылық – олардың мөлшері; Марстағы жанартаулардың биіктігі 23 километрге (14 миль) дейін, ал диаметрі 595 километрге (370 миль) дейін жетеді, бұл 10 километр (6 миль) биіктігі және 119 километр (74 миль) ені бар Гавай қалқандарынан әлдеқайда үлкен. Олардың ең биігі – Олимп тауы – Күн жүйесіндегі кез келген планетадағы ең биік тау болып табылады. Венерада 150-ден астам қалқандық жанартау бар, олар Жердегілерге қарағанда әлдеқайда жалпақ, бетінің ауданы үлкен, кейбіреулерінің диаметрі 700 километрден асады. Олардың көпшілігі ұзақ уақыттан бері сөніп қалғанмен, «Венера Экспресс» ғарыш станциясының бақылауларына сүйене отырып, олардың көптегені әлі де белсенді болуы мүмкін деген болжам бар.