Hawaii–Emperor-seamountkedjan: geologi, ålder och hotspot

Hawaiian-Emperor Seamount-kedjan består av Hawaiian Islands och Emperor Seamounts: tillsammans bildar de ett stort undervattensbergsområde med öar, seamounts, atoller, grunda områden, bankar och rev. Linjen går från sydost till nordväst under norra Stilla havet; och många av undervattensbergen är guyots — platta toppade undervattensvulkaner som eroderats och sedan sjunkit ned under havsytan.

Geologi och struktur

Kedjan bildar ett tydligt spår av vulkaniska strukturer över havsbotten. Seamounts är undervattensvulkaner som ibland når ytan och bildar öar; när vågor och erosion jämnar av toppen och ön sjunker under havsytan bildas guyots. Många av inslagen i kedjan visar hela den vulkaniska cykeln: aktiv vulkanism (t.ex. den unga Loʻihi), öbildning (exempelvis de större Hawaiian-öarna), korallbyggnad och slutligen nedsjunkning och slocknande.

Utsträckning och ålder

Seamountkedjan, med över 80 identifierade undervattensvulkaner, sträcker sig över 5 800 kilometer från Aleutengraven i nordvästra Stilla havet till Loʻihi-seamount, den yngsta vulkanen i kedjan, som ligger cirka 35 kilometer sydost om ön Hawaiʻi.

Den äldsta bekräftade åldern i Emperor-delen är cirka 81 miljoner år från Detroit Seamount. Meiji Guyot, som ligger norr om Detroit Seamount, kan dock vara något äldre; åldersbestämningar kompletteras ständigt med nya prover från borrningar och fartygsbaserade geokemiska analyser.

Hur man bestämmer ålder

• Radiometrisk datering (t.ex. K–Ar och Ar–Ar) av lavaflöden ger direkta åldrar för när vulkanerna var aktiva.
• Paleomagnetiska studier av stelnade magmatiska bergarter visar hur jordens magnetfält var orienterat när materialen bildades, vilket hjälper till att bestämma paleolatitud och relativ tid.
• Djuphavsborringar (DSDP/ODP/IODP) ger sediment- och fossilsekvenser som också kan dateras biostratigrafiskt.

Hotspot-teorin och plattrörelse

1963 förklarade geologen John Tuzo Wilson att Hawaiian-Emperor Seamount-kedjan skapades av en vulkanisk hotspot som stod kvar när den tektoniska plattan i Stilla havet rörde sig över den. Detta lämnade ett spår av vulkaniska öar och undervattensberg. En "krökning" eller "V" i kedjan markerar en förändring i Stillahavsplattans rörelse för cirka 47 miljoner år sedan, från en nordlig till en mer nordvästlig riktning. Böjningen visar hur en tektonisk platta plötsligt kan byta riktning. En titt på USGS:s karta över Hawaiiöarnas ursprung visar tydligt denna "spjutspets".

Wilson föreslog alltså att en relativt stationär mantelplume (hotspot) producerar vulkanism medan den överliggande plattan rör sig. Resultatet blir en ålderssekvens där vulkanerna blir yngre i den riktning plattan rört sig. Den nuvarande aktiva platsen för hotspot-aktivitet ligger vid den yngre delen av kedjan — i dag under och nära ön Hawaiʻi (Loʻihi är den yngsta noterade toppen under ytan).

Paleomagnetism och hotspot-rörelse

Ny forskning visar att själva hotspotten kan ha flyttats med tiden. Vissa bevis kommer från en analys av orienteringen av det gamla magnetfältet som bevarats av magnetit i gamla lavaflöden som provtagits på fyra havsbotten.

Paleomagnetiska mätningar visar att vissa gamla delar av kedjan bildades på latituder som skiljer sig från det moderna hotspot-läget. Det indikerar att antingen hotspotten har förflyttat sig i förhållande till jordens rotationsaxel eller att djupmantelströmmar har påverkat plume-rörelsen. Nya numeriska modeller och geokemiska data tyder på att hotspotten sannolikt rört sig något över tiden, vilket betyder att både plattrörelse och mantelströmningar påverkat kedjans form.

Geologiska processer och livscykel

• Aktiv fas: Magma stiger genom manteln och bildar en ö eller undervattensberg. Exempel: Loʻihi är i en tidig aktiv fas.
• Erosions- och barriärfas: Om vulkanen växer över havsytan kan koraller och andra organismer bygga rev och atoller bildas under lång tid.
• Subsidering och guyotbildning: När vulkanen slutar vara aktiv svalnar och sjunker havsbotten, och vågor jämnar av toppen — resultatet blir en platt-toppad guyot.

Forskning, alternativa tolkningar och nya rön

Hotspot/paradigmet förklarar mycket av kedjans åldersmönster, men det finns alternativa eller kompletterande idéer. Exempelvis kan bredare mantelströmmar, interaktion mellan plattan och sprickzoner, och förändringar i provinsers mekaniska egenskaper påverka var och hur vulkanism uppstår. Modern forskning kombinerar geokemi, paleomagnetism, seismologi och numeriska modeller för att bättre förstå både hotspot-beteendet och varför Emperor–Hawaiian-kedjan visar den karakteristiska böjningen.

Betydelse och påverkan

Kedjan är viktig för förståelsen av manteldynamik och plattrörelser, men har också praktiska och ekologiska effekter:

• Geologisk kartläggning av havsbotten och resurser.
• Marint liv: seamounts och guyots fungerar ofta som biologiska hotspots med rik biodiversitet.
• Vulkaniska risker: även om de flesta vulkaner i kedjan är utdöda, är aktiva strukturer som Loʻihi och de Hawaiianöarna områden där vulkanutbrott och jordbävningar kan förekomma.
• Kulturell och vetenskaplig betydelse för Hawaiis invånare och för global forskning om jordens inre processer.

Sammanfattningsvis visar Hawaiian–Emperor-kedjan en komplex interaktion mellan en mantelplume (hotspot) och Stillahavsplattans rörelser. Kedjans ålder, struktur och den karakteristiska böjningen ger värdefulla ledtrådar om jordens geodynamiska historia, och fortsatt forskning förfinar vår bild av hur både plattor och hotspots rör sig över geologisk tid.

Frågor och svar

F: Vad är Hawaiian-Emperor Seamount Chain?

F: Hur lång är kedjan?

F: Vilken är den äldsta åldern för Emperor Seamounts?

F: Hur skapades Hawaiian-Emperor Seamount Chain?

Fråga: Vad orsakade en "krökning" eller ett "V" i kedjan?

F: Var ligger Loʻihi?

Sök med bokstav