Подводные горы и останцы: формирование, изучение и опасности

Введение

Гора, поднимающаяся со дна океана, которая не достигает поверхности воды – активные подводные горы.

Подводная гора – это крупная подводная форма рельефа, возвышающаяся со дна океана, но не достигающая поверхности воды (уровня моря), и, следовательно, не являющаяся островом, островком или скалой. Подводные горы обычно формируются из потухших вулканов, резко поднимающихся со дна океана на высоту. Океанографы определяют их как самостоятельные образования, возвышающиеся как минимум над дном океана, как правило, конической формы. Вершины часто находятся на глубине от сотен до тысяч метров под поверхностью и, следовательно, относятся к глубоководью. В процессе своей геологической эволюции самые крупные подводные горы могут достигать морской поверхности, где волновое воздействие разрушает вершину, образуя плоскую поверхность. После опускания и погружения под морскую поверхность такие плоские вершины называются "гуйотами" или "столовыми горами". На сегодняшний день картографировано 9951 подводная гора и 283 гуйота общей площадью, но лишь немногие из них были детально изучены учеными. Подводные горы и гуйоты наиболее распространены в северной части Тихого океана и следуют характерной схеме эволюции: извержение, наращивание, оседание и эрозия. В последние годы наблюдались несколько активных подводных гор, например, Камаэхуаканалоа (ранее Лоихи) на Гавайских островах. Благодаря своему обилию подводные горы являются одними из самых распространенных морских экосистем в мире. Взаимодействие подводных гор с подводными течениями, а также их возвышенное положение в воде привлекают планктон, кораллы, рыбу и морских млекопитающих. Этот эффект агрегации отмечен в коммерческом рыболовстве, и многие подводные горы поддерживают обширные рыбные промыслы. Существуют опасения по поводу негативного воздействия рыболовства на экосистемы подводных гор, а также задокументированы случаи сокращения запасов, например, у морского окуня (Hoplostethus atlanticus). 95% экологического ущерба наносится донным тралением, которое уничтожает целые экосистемы на подводных горах. Из-за их большого количества многие подводные горы еще предстоит должным образом изучить и картографировать. Батиметрия и спутниковая альтиметрия – две технологии, направленные на восполнение этого пробела. Имелись случаи столкновений военных кораблей с некартированными подводными горами; например, подводная гора Мьюрфилд названа в честь корабля, который налетел на нее в 1973 году. Однако наибольшую опасность представляют обрушения склонов подводных гор: с возрастом экструзии, просачивающиеся в горы, оказывают давление на их бока, вызывая оползни, способные генерировать массивные цунами.

A seamount is a large submarine landform that rises from the ocean floor without reaching the water surface (sea level), and thus is not an island, islet, or cliff rock. Seamounts are typically formed from extinct volcanoes that rise abruptly and are usually found rising from the seafloor to in height. They are defined by oceanographers as independent features that rise to at least above the seafloor, characteristically of conical form. The peaks are often found hundreds to thousands of meters below the surface, and are therefore considered to be within the deep sea. During their evolution over geologic time, the largest seamounts may reach the sea surface where wave action erodes the summit to form a flat surface. After they have subsided and sunk below the sea surface such flat top seamounts are called "guyots" or "tablemounts". of which 9,951 seamounts and 283 guyots, covering a total area of , have been mapped but only a few have been studied in detail by scientists. Seamounts and guyots are most abundant in the North Pacific Ocean, and follow a distinctive evolutionary pattern of eruption, build up, subsidence and erosion. In recent years, several active seamounts have been observed, for example Kamaʻehuakanaloa (formerly Lōʻihi) in the Hawaiian Islands. Because of their abundance, seamounts are one of the most common marine ecosystems in the world. Interactions between seamounts and underwater currents, as well as their elevated position in the water, attract plankton, corals, fish, and marine mammals alike. Their aggregational effect has been noted by the commercial fishing industry, and many seamounts support extensive fisheries. There are ongoing concerns on the negative impact of fishing on seamount ecosystems, and well documented cases of stock decline, for example with the orange roughy (Hoplostethus atlanticus). 95% of ecological damage is done by bottom trawling, which scrapes whole ecosystems off seamounts. Because of their large numbers, many seamounts remain to be properly studied, and even mapped. Bathymetry and satellite altimetry are two technologies working to close the gap. There have been instances where naval vessels have collided with uncharted seamounts; for example, Muirfield Seamount is named after the ship that struck it in 1973. However, the greatest danger from seamounts are flank collapses; as they get older, extrusions seeping in the seamounts put pressure on their sides, causing landslides that have the potential to generate massive tsunamis.

География

Подводные горы встречаются во всех океанических бассейнах мира, будучи чрезвычайно широко распространены как в пространстве, так и по возрасту. Подводная гора технически определяется как изолированное возвышение на высоту или более от окружающего морского дна, с ограниченной площадью вершины. Цепи подводных гор встречаются во всех трех основных океанических бассейнах, при этом в Тихом океане их наибольшее количество и протяженность. К ним относятся Гавайские (Императорские), Марианские, Гилбертские, Туамотуские и Австралийские горы (и островные группы) в северной части Тихого океана, а также хребты Луисвиля и Сала-и-Гомес в южной части Тихого океана. В Северной Атлантике горы Новой Англии простираются от восточного побережья Соединенных Штатов до срединно-океанического хребта. Крейг и Сэндвелл. В противном случае, подводные горы обычно не образуют отчетливых цепей в Индийском и Южном океанах, а их распределение выглядит более или менее случайным. Изолированные подводные горы и те, у которых нет явного вулканического происхождения, встречаются реже; примерами служат гора Боллонс, гора Эратосфен, гора Аксиальная и хребет Горринг. Если бы все известные подводные горы были собраны в одном месте, они образовали бы территорию размером с Европу. Их обилие делает их одними из самых распространенных и наименее изученных морских структур и биомов на Земле. Вулканы вблизи границ плит и срединно-океанических хребтов формируются в результате декомпрессионного плавления пород верхней мантии. Магма с меньшей плотностью поднимается через кору к поверхности. Вулканы, образованные вблизи или над зонами субдукции, возникают из-за того, что субдуцирующая тектоническая плита добавляет летучие вещества в перекрывающую плиту, снижая ее температуру плавления. Какой из этих двух процессов участвует в формировании подводной горы, оказывает глубокое влияние на состав ее извержений. Лавовые потоки из подводных гор срединно-океанических хребтов и границ плит в основном базальтовые (как толеитовые, так и щелочные), в то время как потоки из вулканов зон субдукции в основном щелочно-базальтовые. По сравнению с подводными горами срединно-океанических хребтов, подводные горы зон субдукции обычно содержат больше натрия, щелочей и летучих веществ, а также меньше магния, что приводит к более взрывным и вязким извержениям. В частности, вулканы океанических хребтов следуют определенной закономерности в отношении извергательной активности, впервые замеченной на Гавайских горах, но теперь показавшей, что этот процесс характерен для всех подводных гор типа океанических хребтов. На первом этапе из вулкана извергается базальт различных типов, вызванный различной степенью плавления мантии. На втором, наиболее активном этапе своей жизни, вулканы океанических хребтов извергают толеитовый или умеренно щелочной базальт в результате плавления большей площади в мантии. Завершают картину щелочные потоки на поздних стадиях извергательной истории, когда связь между подводной горой и ее источником вулканизма прерывается движением коры. Некоторые подводные горы также переживают кратковременный "омоложенный" период после перерыва в 1,5–10 миллионов лет, потоки которого сильно щелочные и производят много ксенолитов. Наиболее заметные лавовые потоки на подводных горах — это извергающиеся потоки, покрывающие их склоны, однако магматические интрузии в виде дамб и силлов также являются важной частью роста подводных гор. Наиболее распространенным типом потока является подушечная лава, названная так из-за своей характерной формы. Менее распространены листовые потоки, которые стекловидные и периферийные, и указывают на потоки большего масштаба. Вулканические осадочные породы преобладают на мелководных подводных горах. Они являются продуктами взрывной активности подводных гор, расположенных вблизи поверхности воды, а также могут образовываться в результате механического износа существующих вулканических пород. и гора Детройт; другие построены более круто, такие как гора Камаэхуаканалаоа и гора Боуи. Некоторые подводные горы также имеют карбонатную или осадочную шапку. Холмы — это изолированные возвышения высотой менее. Наконец, пинакли — это небольшие столбообразные подводные горы. Подводные горы служат средой обитания и нерестилищами для крупных животных, включая многочисленные виды рыб. Показано, что некоторые виды, в том числе черный орио (Allocyttus niger) и кардинал с черной полосой (Apogon nigrofasciatus), встречаются на подводных горах чаще, чем где-либо еще на дне океана. Морские млекопитающие, акулы, тунец и головоногие моллюски собираются над подводными горами для кормления, а также некоторые виды морских птиц, когда особенности особенно мелководны. Подводные горы часто поднимаются в более мелкие зоны, более благоприятные для морской жизни, обеспечивая среду обитания для видов, которых нет на или вокруг окружающего более глубокого дна океана. Поскольку подводные горы изолированы друг от друга, они образуют "подводные острова", создавая тот же биогеографический интерес. Поскольку они образованы из вулканических пород, субстрат намного тверже, чем окружающий осадочный глубоководный фон. Это приводит к существованию иного типа фауны, чем на дне океана, и теоретически к более высокой степени эндемизма. Однако недавние исследования, особенно сосредоточенные на горе Дэвидсон, показывают, что подводные горы могут быть не особенно эндемичными, и дискуссии о влиянии подводных гор на эндемизм продолжаются. Тем не менее, было достоверно показано, что они обеспечивают среду обитания для видов, которым трудно выжить в других местах. Вулканические породы на склонах подводных гор густо заселены фильтраторами, особенно кораллами, которые используют сильные течения вокруг подводной горы для обеспечения их пищей. Эти кораллы, следовательно, являются хозяевами для множества других организмов в отношениях комменсализма, например, морских звезд, которые взбираются на кораллы, чтобы оторваться от дна океана, помогая им ловить частицы пищи или мелкий зоопланктон, проплывающий мимо. Это резко контрастирует с типичной глубоководной средой обитания, где животные, питающиеся детритом, полагаются на пищу, которую они получают с земли. и горы Камаэхуаканалаоа. Этому способствует геохимический обмен между подводными горами и океанической водой. Долгое время предполагалось, что многие пелагические животные также посещают подводные горы для добычи пищи, но доказательств этого агрегирующего эффекта не хватало. Первое подтверждение этого предположения было опубликовано в 2008 году.

Seamounts can be found in every ocean basin in the world, distributed extremely widely both in space and in age. A seamount is technically defined as an isolated rise in elevation of or more from the surrounding seafloor, and with a limited summit area, Seamount chains occur in all three major ocean basins, with the Pacific having the most number and most extensive seamount chains. These include the Hawaiian (Emperor), Mariana, Gilbert, Tuomotu and Austral Seamounts (and island groups) in the north Pacific and the Louisville and Sala y Gomez ridges in the southern Pacific Ocean. In the North Atlantic Ocean, the New England Seamounts extend from the eastern coast of the United States to the mid ocean ridge. Craig and Sandwell Otherwise, seamounts tend not to form distinctive chains in the Indian and Southern Oceans, but rather their distribution appears to be more or less random. Isolated seamounts and those without clear volcanic origins are less common; examples include Bollons Seamount, Eratosthenes Seamount, Axial Seamount and Gorringe Ridge. If all known seamounts were collected into one area, they would make a landform the size of Europe. Their overall abundance makes them one of the most common, and least understood, marine structures and biomes on Earth, Volcanoes near plate boundaries and mid ocean ridges are built by decompression melting of rock in the upper mantle. The lower density magma rises through the crust to the surface. Volcanoes formed near or above subducting zones are created because the subducting tectonic plate adds volatiles to the overriding plate that lowers its melting point. Which of these two process involved in the formation of a seamount has a profound effect on its eruptive materials. Lava flows from mid ocean ridge and plate boundary seamounts are mostly basaltic (both tholeiitic and alkalic), whereas flows from subducting ridge volcanoes are mostly calc alkaline lavas. Compared to mid ocean ridge seamounts, subduction zone seamounts generally have more sodium, alkali, and volatile abundances, and less magnesium, resulting in more explosive, viscous eruptions. Ocean ridge volcanoes in particular have been observed to follow a certain pattern in terms of eruptive activity, first observed with Hawaiian seamounts but now shown to be the process followed by all seamounts of the ocean ridge type. During the first stage the volcano erupts basalt of various types, caused by various degrees of mantle melting. In the second, most active stage of its life, ocean ridge volcanoes erupt tholeiitic to mildly alkalic basalt as a result of a larger area melting in the mantle. This is finally capped by alkalic flows late in its eruptive history, as the link between the seamount and its source of volcanism is cut by crustal movement. Some seamounts also experience a brief "rejuvenated" period after a hiatus of 1.5 to 10 million years, the flows of which are highly alkalic and produce many xenoliths.]] The most apparent lava flows at a seamount are the eruptive flows that cover their flanks, however igneous intrusions, in the forms of dikes and sills, are also an important part of seamount growth. The most common type of flow is pillow lava, named so after its distinctive shape. Less common are sheet flows, which are glassy and marginal, and indicative of larger scale flows. Volcaniclastic sedimentary rocks dominate shallow water seamounts. They are the products of the explosive activity of seamounts that are near the water's surface, and can also form from mechanical wear of existing volcanic rock. and Detroit Seamount; others are built more steeply, such as Kamaʻehuakanaloa Seamount and Bowie Seamount. Some seamounts also have a carbonate or sediment cap. Knolls are isolated elevation spikes measuring less than Lastly, pinnacles are small pillar like seamounts. Seamounts provide habitats and spawning grounds for these larger animals, including numerous fish. Some species, including black oreo (Allocyttus niger) and blackstripe cardinalfish (Apogon nigrofasciatus), have been shown to occur more often on seamounts than anywhere else on the ocean floor. Marine mammals, sharks, tuna, and cephalopods all congregate over seamounts to feed, as well as some species of seabirds when the features are particularly shallow.]] Seamounts often project upwards into shallower zones more hospitable to sea life, providing habitats for marine species that are not found on or around the surrounding deeper ocean bottom. Because seamounts are isolated from each other they form "undersea islands" creating the same biogeographical interest. As they are formed from volcanic rock, the substrate is much harder than the surrounding sedimentary deep sea floor. This causes a different type of fauna to exist than on the seafloor, and leads to a theoretically higher degree of endemism. However, recent research especially centered at Davidson Seamount suggests that seamounts may not be especially endemic, and discussions are ongoing on the effect of seamounts on endemicity. They have, however, been confidently shown to provide a habitat to species that have difficulty surviving elsewhere. The volcanic rocks on the slopes of seamounts are heavily populated by suspension feeders, particularly corals, which capitalize on the strong currents around the seamount to supply them with food. These coral are therefore host to numerous other organisms in a commensal relationship, for example Brittle Stars, who climb the coral to get themselves off the seafloor, helping them to catch food particles, or small zooplankton, as they drift by. This is in sharp contrast with the typical deep sea habitat, where deposit feeding animals rely on food they get off the ground. and Kamaʻehuakanaloa seamounts. This is helped by geochemical exchange between the seamounts and the ocean water. For a long time it has been surmised that many pelagic animals visit seamounts as well, to gather food, but proof of this aggregating effect has been lacking. The first demonstration of this conjecture was published in 2008.

Рыбалка

Влияние подводных гор на популяции рыб не осталось незамеченным для коммерческой рыболовной промышленности. Подводные горы начали активно вылавливать во второй половине 20-го века, поскольку неэффективное управление и возросшее рыболовное давление привели к серьезному истощению запасов на традиционных рыболовных угодьях – континентальном шельфе. С тех пор подводные горы стали объектом целенаправленного промысла. Около 80 видов рыб и моллюсков коммерчески добываются из подводных гор, включая лобстеров (Palinuridae), скумбрию (Scombridae и другие), камчатского красного краба (Paralithodes camtschaticus), луциана красный (Lutjanus campechanus), тунца (Scombridae), морского окуня (Hoplostethus atlanticus) и перцидевых (Percidae). Кораллы, произрастающие на подводных горах, также уязвимы, поскольку они высоко ценятся для изготовления ювелирных изделий и декоративных предметов. С подводных гор производится значительный вылов, что часто приводит к истощению коралловых рифов. Подводная гора Дэвидсона, возможно, является наиболее изученным с экологической точки зрения подводным массивом в мире, где шесть крупных экспедиций зафиксировали более 60 000 наблюдений за видами. Контраст между подводной горой и окружающей средой был весьма заметен. Большая часть экологических знаний о подводных горах основана на наблюдениях, сделанных на подводной горе Дэвидсона.

Разведка

Исследование подводных гор долгое время затруднялось недостатком технологий. Хотя первые образцы с подводных гор были получены еще в XIX веке, их глубина и удаленность от берега означали, что технологии для их детального изучения и отбора проб не существовали до последних нескольких десятилетий. Даже при наличии подходящих технологий было исследовано лишь около 1% от их общего числа.

Прежде чем подводные горы и их океанографическое влияние будут полностью поняты, необходимо составить их карту – сложная задача, учитывая их огромное количество. Данные, полученные со спутника CryoSat 2 в сочетании с данными других спутников, позволили обнаружить тысячи ранее не нанесенных на карту подводных гор, и их число будет расти по мере обработки данных.

Глубоководные добычи

Морские горы являются возможным будущим источником экономически важных металлов. Хотя океан составляет 70% поверхности Земли, технологические проблемы серьезно ограничили масштабы глубоководной добычи полезных ископаемых. Но поскольку запасы на суше постоянно сокращаются, некоторые специалисты по добыче руд считают, что океаническая добыча – это неизбежное будущее, и морские горы выделяются как наиболее перспективные кандидаты. Морские горы распространены повсеместно, и все они обладают потенциалом для получения металлов благодаря различным процессам обогащения на протяжении всего жизненного цикла горы. Примером эпитермальной золотоносной минерализации на морском дне является Коническая морская гора, расположенная примерно в 8 км к югу от острова Лихир в Папуа – Новой Гвинее. Коническая морская гора имеет базальный диаметр около 2,8 км и поднимается примерно на 600 м над морским дном, достигая глубины воды 1050 м. Пробы, взятые с ее вершины, содержат самые высокие концентрации золота, когда-либо зарегистрированные на современном морском дне (максимум 230 г/т Au, среднее значение 26 г/т, n=40). Железомарганец, гидротермальный оксид железа, сульфид, сульфат, сера, гидротермальный оксид марганца и фосфорит (последний особенно в некоторых частях Микронезии) – все это минеральные ресурсы, которые откладываются на или внутри морских гор. Однако только первые два имеют потенциал стать объектами добычи в ближайшие несколько десятилетий. Недавно, в 2005 году, подводная лодка USS San Francisco столкнулась с некартированной морской горой на скорости, получив серьезные повреждения и приведя к гибели одного моряка. Один из основных рисков, связанных с морскими горами, заключается в том, что на поздних стадиях их жизни экструзии часто начинают просачиваться в тело горы. Эта активность приводит к поднятию, чрезмерному растяжению флангов вулкана и, в конечном итоге, к обрушению флангов, вызывающему подводные оползни, способные спровоцировать крупные цунами, которые могут быть одними из самых разрушительных стихийных бедствий в мире. В качестве иллюстрации разрушительной силы обрушений флангов, обрушение вершины на северном краю морской горы Влиндер привело к образованию выраженного обрывистого склона и поля обломков на расстоянии, слишком большом для того, чтобы до него могла дотянуться обычная волна. Эта дата совпала с масштабным обрушением фланга близлежащей Мауна-Лоа, и была высказана теория о том, что именно массивное цунами, вызванное оползнем, отложило окаменелости.

Seamounts are a possible future source of economically important metals. Even though the ocean makes up 70% of Earth's surface area, technological challenges have severely limited the extent of deep sea mining. But with the constantly decreasing supply on land, some mining specialists see oceanic mining as the destined future, and seamounts stand out as candidates. Seamounts are abundant, and all have metal resource potential because of various enrichment processes during the seamount's life. An example for epithermal gold mineralization on the seafloor is Conical Seamount, located about 8 km south of Lihir Island in Papua New Guinea. Conical Seamount has a basal diameter of about 2.8 km and rises about 600 m above the seafloor to a water depth of 1050 m. Grab samples from its summit contain the highest gold concentrations yet reported from the modern seafloor (max. 230 g/t Au, avg. 26 g/t, n=40). Iron manganese, hydrothermal iron oxide, sulfide, sulfate, sulfur, hydrothermal manganese oxide, and phosphorite (the latter especially in parts of Micronesia) are all mineral resources that are deposited upon or within seamounts. However, only the first two have any potential of being targeted by mining in the next few decades. More recently, the submarine USS San Francisco ran into an uncharted seamount in 2005 at a speed of , sustaining serious damage and killing one seaman. One major seamount risk is that often, in the late of stages of their life, extrusions begin to seep in the seamount. This activity leads to inflation, over extension of the volcano's flanks, and ultimately flank collapse, leading to submarine landslides with the potential to start major tsunamis, which can be among the largest natural disasters in the world. In an illustration of the potent power of flank collapses, a summit collapse on the northern edge of Vlinder Seamount resulted in a pronounced headwall scarp and a field of debris up to away. far too high for a normal wave to reach. The date corresponded with a massive flank collapse at the nearby Mauna Loa, and it was theorized that it was a massive tsunami, generated by the landslide, that deposited the fossils.