Hawaiis vulkaniska hotspot

Under Hawaiianöarna, det finns en vulkanisk "het plats", ett hål i jordskorpan som tillåter lava att ytan och skiktet. Under miljoner år bildar dessa lager berg av vulkaniskt berg som så småningom bryter ytan på Stilla havet, bildar öar. När Pacific Plate långsamt rör sig över den heta platsen, bildas nya öar. Det tog 80 miljoner år att skapa den nuvarande kedjan av Hawaiianöarna.

1963 introducerade John Tuzo Wilson, en kanadensisk geofysiker, en kontroversiell teori. Han ansåg att det fanns en het plats under Hawaiiöarna - en mantelplomme med koncentrerad geotermisk värme som smälte sten och steg upp som magma genom sprickor under jordens jordskorpa.

Vid tiden då de introducerades var Wilsons idéer mycket kontroversiella och många tveksamma geologer accepterade inte teorier om platta tektonik eller hot spots. Vissa forskare trodde att vulkanområden bara var mitt i plattorna och inte vid subduktionszoner.

Men Dr Wilsons hotspotshypotesen hjälpte till att stelna platta tektonikargumentet. Han lade fram bevis för att Pacific Plate sakta har drivit över en djupt sittande het plats för 70 miljoner år och lämnar efter sig Hawaiian Ridge-Emperor Seamount Chain med mer än 80 utrotade, vilande och aktiva vulkaner.

Wilson arbetade flitigt för att hitta bevis och testade vulkaniska bergprover från varje vulkanö på Hawaiianöarna. Han fann att de äldsta väderbitna och eroderade klipporna på en geologisk tid skalan fanns på Kauai, den nordligaste ön, och att klipporna på öarna blev gradvis yngre när han åkte söderut. De yngsta klipporna fanns på den sydligaste Big Island, Hawaii, som aktivt utbrott idag.

Åldrarna på Hawaiianöarna minskar gradvis, vilket framgår av listan nedan:

• Niihau och Kauai (5,6 - 3,8 miljoner år).
• Oahu (3,4 - 2,2 miljoner år gammal)
• Molokai (1,8 - 1,3 miljoner år gammal)
• Maui (1,3 - 0,8 år)
• Big Island of Hawaii (mindre än 0,7 miljoner år gammal) och den expanderar fortfarande.

Wilsons forskning visade att Pacific Plate har flyttat och transporterat Hawaiiöarna nordväst från den heta platsen. Den rör sig med en hastighet av fyra tum per år. Vulkanerna transporteras bort från den stationära heta platsen; alltså när de rör sig längre bort blir de äldre och mer eroderade och deras höjd minskar.

Intressant nog, för cirka 47 miljoner år sedan, ändrade Stillaplattans väg riktning från norr till nordväst. Anledningen till detta är okänt, men det kan ha bero på att Indien kolliderade med Asien ungefär samtidigt.

Geologer känner nu åldrarna till de undervattens vulkanerna i Stilla havet. I de längsta nordvästra delarna av kedjan är undervattens kejsarseamounts (utdrivna vulkaner) mellan 35-85 miljoner år gamla och de är mycket eroderade.

Dessa nedsänkta vulkaner, toppar och öar sträcker sig 3 728 mil (6 000 kilometer) från Loihi Seamount nära Big Island Hawaii, ända till Aleutian Ridge i nordvästra Stilla havet. Den äldsta sjösidan, Meiji, är 75-80 miljoner år gammal, medan Hawaiiöarna är de yngsta vulkanerna - och en mycket liten del av denna enorma kedja.

Just nu rör sig Pacific Plate över en lokal källa till värmeenergi, nämligen den stationära heta platsen, så aktiv calderas kontinuerligt flöde och utbrott regelbundet på Big Island of Hawaii. Den stora ön har fem vulkaner som är kopplade samman - Kohala, Mauna Kea, Hualalai, Mauna Loa och Kilauea.

Den nordvästra delen av Big Island upphörde att spruta ut för 120 000 år sedan, medan Mauna Kea, vulkanen i den sydvästra delen av Big Island, bara utbröt för 4 000 år sedan. Hualalai hade sitt sista utbrott 1801. Land tillförs kontinuerligt till den stora ön Hawaii eftersom lavan som rinner från dess sköldvulkaner deponeras på ytan.

Mauna Loa, den största vulkanen på jorden, är världens mest massiva berg eftersom den upptar ett område på 19 000 kubik miles (79,195,5 kubik km). Den stiger 56 000 fot (17 069 m), vilket är 27 000 fot (8 229,6 km) högre än Mount Everest. Det är också en av världens mest aktiva vulkaner som har utbrott 15 gånger sedan 1900. Dess senaste utbrott var 1975 (under en dag) och 1984 (i tre veckor). Det kan bryta igen när som helst.

Sedan européerna anlände har Kilauea utbrott 62 gånger och efter att den utbröt 1983 var den aktiv. Det är den stora öns yngsta vulkan i sköldbildningsstadiet, och den bryter ut från sin stora kaldera (skålformad fördjupning) eller från dess brottzoner (luckor eller sprickor).

Magma från jordens mantel stiger till en reservoar ungefär en halv till tre mil under Kilaueas toppmöte och trycket byggs upp i magma-reservoaren. Kilauea släpper svaveldioxid från ventiler och kratrar - och lavaflöden flyter ut på ön och i havet.

Söder om Hawaii, cirka 35 mil från kusten på Big Island, stiger den yngsta ubåtvulkan, Loihi, från havsbotten. Det utbröt senast 1996, vilket är mycket nyligen i geologisk historia. Den avluftar aktivt hydrotermiska vätskor från dess topp- och klyftzoner.

Loihi stiger upp ungefär 10 000 fot över havsbotten till 3 000 fot från vattenytan och befinner sig i det ubåt, försköldstadiet. I enlighet med hot spot-teorin, om den fortsätter att växa, kan det vara nästa Hawaiian Island i kedjan.

Wilsons fynd och teorier har ökat kunskapen om uppkomsten och livscykeln för hot spot-vulkaner och plattaktonik. Detta har hjälpt till att vägleda samtida forskare och framtida utforskning.

Det är nu känt att värmen från Hawaiian hot spot skapar flytande smält sten som består av flytande berg, upplöst gas, kristaller och bubblor. Den har sitt ursprung djupt under jorden i asthenosfären, som är viskös, halvfast och trycksatt av värme.

Det finns enorma tektoniska plattor eller plattor som glider över denna plastliknande astenosfär. Pågrund av geotermisk hot spot energi, magma eller smält sten (som inte är lika tätt som de omgivande klipporna) stiger genom sprickor under jordskorpan.

Magma reser sig och skjuter sig igenom den tektoniska plattan på litosfären (den styva, steniga, yttre skorpan), och den bryter ut på havsbotten för att skapa en söm eller ett undervattens vulkaniskt berg. Seamount eller vulkan bryter ut under havet i hundratusentals år och sedan stiger vulkan över havet.

En stor mängd lava läggs till högen, vilket gör en vulkanisk kon som så småningom sticker ut över havsbotten - och en ny ö skapas.

Vulkanen fortsätter att växa tills Pacific Plate transporterar den bort från den heta platsen. Då upphör vulkanutbrotten att utbrott eftersom det inte längre finns en lavaförsörjning.

Den utdöd vulkan eroderas sedan för att bli en ö-atoll och sedan en korallatoll (ringformad rev). När det fortsätter att sjunka och erodera, blir det en söm eller fyr, en platt undervattensbord som inte längre ses ovanför vattenytan.

Totalt sett tillhandahöll John Tuzo Wilson vissa konkreta bevis och djupare insikt i de geologiska processerna över och under jordens yta. Hans hot spot-teori, härledd från studier av Hawaiian Islands, accepteras nu, och den hjälper människor att förstå några ständigt föränderliga delar av vulkanism och plattaktonik.

Hawaiis undervattensvärda plats är drivkraften för dynamiska utbrott och lämnar kvar steniga rester som ständigt förstorar önkedjan. Medan äldre sjömängder minskar, bryter yngre vulkaner ut och nya lavasträckor bildas.