Подводный вулкан Протектор и хребет Протектор в Южной Сандвичевой дуге.

Введение

Подводный вулкан к северо-западу от острова Заводовски в Южно-Сандвичевых островах.

Площадь Protector Shoal – самая мелкая точка хребта Protector Seamounts, группы подводных вулканов в Южном океане. Они являются частью островной дуги Южный Сандвич, вулканической дуги, которая сформировала Южные Сандвичевы острова. Площадь Protector Shoal достигает глубины ниже уровня моря и является частью более крупной группы подводных гор, образовавшихся на вершине более крупного хребта. Некоторые из этих подводных гор несут следы секторных обрушений, а на вершине одной из них расположены вложенные кальдеры. Подводная гора извергалась в 1962 году, предположительно в марте, и выбросила большое количество пемзы, которую океанические течения разнесли вокруг Антарктиды. Пемза, связанная с этим извержением, была обнаружена на побережьях различных островов вблизи или в Южном океане, таких как Австралия и Новая Зеландия. Пемза, происходящая из этого извержения, была найдена даже на Гавайях. После этого извержений не было, но продолжается сейсмическая активность и подводные гидротермальные выбросы.

География и геоморфология

Протекторские морские горы – это хребет, простирающийся с востока на запад, на глубине примерно к северо-западу от острова Заводовский. Они расположены на северном конце Южных Сандвичевых островов – длинной цепи из одиннадцати островов, вытянутой с севера на юг, на восточной окраине моря Скотия. С севера на юг в неё входят остров Заводовский, остров Лесков, остров Високой, остров Канделемас, остров Видикация, остров Сондерс, остров Монтагу, остров Бристоль и Южный Туле (остров Кук, остров Беллинсгаузен, остров Тьюл); они небольшие, лишены растительности и сильно оледенены. Подводные вулканы находятся на каждом конце цепи: Протектор – на северном, Нельсон и Кемп – на южном. Подводная гора была известна еще до извержения 1962 года, но название получила только после него. Северные склоны общего хребта имеют небольшой уклон и изрезаны многочисленными разломами, связанными с процессом субдукции. Южные склоны менее ровные и более крутые. К северу от хребта расположен Бассейн Биско – широкая впадина. Изначально его интерпретировали как кальдеру или след обрушения сектора, но, по-видимому, он имеет тектоническое происхождение. Бассейн Нимрода – еще одна тектоническая депрессия. Юго-восточное продолжение хребта соединяет риф Протектор с островом Заводовский. Вершина хребта увенчана примерно семью отчетливыми подводными горами, которые в литературе обозначаются как: Тула ("PS1"), Биско ("PS2"), "PS3", риф Протектор ("PS4"), Эндюранс ("PS5"), JCR ("PS6") и Квест ("PS7"). Названия отсылают к названиям кораблей. Еще одна подводная гора, Скорсби, была обнаружена к западу от Квеста. Подводные горы имеют размеры небольших стратовулканов, высотой около 300 м, и поднимаются примерно на несколько сотен метров ниже уровня моря. Самая мелкая точка цепи – риф Протектор, который достигает глубины ниже уровня моря. Первоначально считалось, что "риф Протектор" – это глубокая подводная гора; впоследствии название было присвоено самой мелкой подводной горе. Эта подводная гора изрезана широким следом обрушения, образованным оползнем, спустившимся к югу-юго-востоку. Еще один оползень зафиксирован на северо-западном склоне. К северо-западу от рифа Протектор находится обширный Нимродский банк, на глубине. У JCR также имеется след обрушения. Квест пересечен двумя широкими вложенными кальдерами, раскрывающимися на юго-западе, с максимальной глубиной около 100 м. Объем кальдер достигает примерно кубических метров. Купола лавы и потоки лавы, вероятно, от моногенетических вулканов, были обнаружены к югу от JCR и к западу от Нимродского банка. Погружения к Квесту и рифу Протектор выявили морское дно, покрытое гравием, отложениями, талусом и вулканическими блоками размером до метра. Некоторые участки песчаные, другие – каменистые или гравийные, а на Протекторе и Скорсби есть скальные выступы.

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

На востоке от Южных Сандвичевых островов Южноамериканская плита погружается под Сандвичеву плиту со скоростью около , увеличивающейся к югу. Эта субдукция является причиной вулканизма Южно-Сандвической дуги. Океаническая кора под дугой молода, всего около 8–10 миллионов лет, и образовалась на хребте Скотиа, расположенном к западу от Южных Сандвичевых островов. Это молодая вулканическая дуга, которая производит преимущественно базальтовые породы, формируя высокие вулканические образования. На северном крае дуги возраст погруженной океанической коры составляет около 76 миллионов лет. Под отмелью Protector Shoal в опускающейся южноамериканской плите наблюдается разлом, простирающийся с востока на запад. Флюиды, поднимающиеся по разлому, могут усиливать образование магмы под подводным вулканом.

Состав

В защитном рифе извергался риолит или риодацит с включениями андезита. Это единственное известное проявление риолита на Южных Сандвичевых островах. Фенокристами являются амфибол, аугит, диопсид, ильменит, ортопироксен, плагиоклаз, кварц и магнетит, содержащий титан. Породам свойственен толеитовый состав с низким содержанием калия, типичный для Южных Сандвичевых островов. Пумицы, поднятые со склона Protector Shoal, по-видимому, относятся к четырем различным группам, основанным на содержании микроэлементов, и, судя по всему, не образовались друг из друга. Они могли сформироваться в результате частичного плавления или фракционной кристаллизации пород коры, лежащей в основании Protector Shoal. Породы коры, вероятнее всего, являются продуктом вулканизма островной дуги, а не спрединга на хребте Скотиа, хотя последний вариант исключать нельзя. Расплавы, образовавшиеся из субдуцированных осадочных пород, не принимали участия в формировании магм Protector Shoal.

Климат и экология

Климат в регионе полярный, с частыми снегопадами и штормами; среднегодовая температура колеблется около 0°C. Рыболовство ведется в районе подводных гор Протектор, но было ограничено учреждением в 2012 году морской охраняемой зоны Южной Георгии и Южных Сандвичевых островов, а с 2022 года – Бентической закрытой зоны, запрещающей весь донный лов. Квест, Скорсби и отмель Протектор были исследованы в ходе погружений. Бриозои, криноиды, различные виды октакораллов, черви-серпулиды, губки и морские звезды колонизируют открытые скалы. Анемоны, офиуры и некоторые губки обитают на поверхности или внутри других животных. Голотурии, морские угри, морские ежи, креветки и крабы-пауки завершают состав фауны. На глубинах выше определенного уровня макроводоросли образуют густые заросли на отмели Протектор.

История извержения

Вулканическая активность сформировала подушечные лавы и потоки лавы, покрытые тефрой и материалом, вымытым из вулканов. Кальдеры Квеста могли образоваться в результате подводного извержения, подобного извержению 1962 года. Тула, Биско и "PS3" к востоку, по-видимому, являются более древними центрами, а породы из Квеста выглядят старыми. Банка Нимрод относительно моложе, и отсутствие обломков пород в пробах, взятых дреджем, и в образцах пемзы, указывает на то, что большая часть Protector Shoal образовалась менее 10 000 лет назад. Извержение 1962 года – единственное зафиксированное извержение. Частая мелкая сейсмичность на Protector Shoal продолжалась после извержения и может свидетельствовать о возобновлении извержений. Доказательств изменения батиметрии в период с 1962 по 1964 год не обнаружено. Будущие извержения могут привести к формированию острова. Наблюдается современная гидротермальная активность, о чем свидетельствуют температурные аномалии, зафиксированные при погружениях к кальдере Квест, Protector Shoal и подводному вулкану Scoresby. В кальдере Quest микробиологические маты колонизируют окрестности гидротермальных жерл на краю кальдеры, однако специфической фауны, связанной с гидротермальными источниками, не обнаружено. Тепловые аномалии на Protector сосредоточены в небольшом углублении в зоне обрушения, сами жерла не идентифицированы.

Взрыв 1962 года

14 марта 1962 года вертолет с корабля HMS Protector (A146) обнаружил скопление пемзы в районе острова Високой, извержение которого, вероятно, произошло несколько дней назад. Корабль прошел сквозь более плотное скопление с крупными пемзовыми блоками, направляясь на север к острову Заводовский и мимо него. Скопление состояло из множества потоков пемзовых блоков и занимало площадь, превышающую [укажите площадь]. Пемзовые блоки достигали размеров [укажите размеры]. Аналогичные образцы пемзы были подняты со дна Protector Shoal. Пемзы были классифицированы на две группы: белые, богатые пузырьками, и серые, с малым количеством пузырьков, с незначительными различиями в химическом составе. При разрушении крупные пемзовые блоки издавали запах серы. Общий объем пемзы составил около [укажите объем], образовавшейся из примерно [укажите объем] магмы, чего недостаточно для формирования кальдеры. Извержение могло привести к гибели подводной фауны в районе Protector Shoal. Землетрясение, зарегистрированное на Protector Shoal 5 марта 1962 года, могло быть связано с извержением. Его эпицентр располагался к северу от центральной части хребта Протектора. Сочетание данных о землетрясении, положении скопления пемзы, наличии неглубокого подводного возвышения и сходстве состава его пород с пемзой позволило установить, что скопление пемзы образовалось на Protector Shoal. Пемза была разнесена вокруг Антарктиды Антарктическим циркумполярным течением (ACC) на расстояния, превышающие [укажите расстояние], а затем попала в Южную Атлантику, Южный Тихий и Южный Индийский океаны. Ветер способствовал перемещению более крупных блоков, что позволяло им двигаться быстрее. Пемза достигла Новой Зеландии в 1963 или 1964 году, Тасмании в 1963 или 1964 году, штатов Виктория и Западная Австралия в 1964 году, Южной Австралии в 1965 году. Пемза сохранялась в Южном океане более пяти лет и в конечном итоге распространилась по всему миру. Некоторые образцы пемзы были захвачены течением Гумбольдта и вынесены к островам Хуан-Фернандес в 1965 году, а затем попали в Северо-Экваториальное течение и достигли Гавайских островов. Анализ образца гавайской пемзы показал, что почти 72% гавайской пемзы происходит с Protector Shoal, что, вероятно, связано с погрешностью отбора проб, поскольку на острове Рождества пемзы с Protector Shoal встречается очень мало. Другие места, где были обнаружены образцы пемзы, предположительно с Protector Shoal, включают острова Буве, Фолклендские (Мальвинские) острова, остров Хёрд, Кергелен, остров Маккуори, остров Марион и Южную Георгию. Образцы пемзы, происходящие с Protector Shoal, были найдены на острове Ливингстон в Южных Шетландских островах и в Рио-Буэно на Огненной Земле, на южной оконечности Южной Америки, куда они попали, будучи разнесенными ACC вокруг Антарктиды, и являются характерной особенностью местных пляжей. Крупные пемзовые блоки могут колонизироваться организмами, способствуя их распространению. Некоторые образцы пемзы, после выброса на берег, снова оказывались в воде и повторно откладывались, другие были подобраны и проглочены птицами, и обнаружены в их желудках.

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.