Проекты ДВО РАН 04-3-А-08-054 и РФФИ 05-05-65102
Марианская островная дуга. Подводный вулкан Эсмеральда
На первую |  ИВиС ДВО РАН

Местоположение подводного вулкана Эсмеральда (рис. 1)

Батиметрическая карта подводного вулкана Эсмеральда (рис. 2)

Аномальное магнитное поле (DТ)а подводного вулкана Эсмеральда (рис. 7)


Подводный вулкан Эсмеральда расположен в южной части Марианской островной дуги на ее западном подводном склоне, обращенном в сторону Филиппинского моря, в 28-35 км от островов Сайпан и Тиниан (рис. 1). Он является наиболее изученным из подводных вулканов Марианской островной дуги. Первые указания на то, что Эсмеральда является подводным вулканом были сделаны японскими учеными еще в первой половине 20-го столетия. Первые наблюдения активности этого подводного вулкана выполнены в августе 1944 г. когда в этом районе отмечалось выделение пузырьков с сернистым газом. Во второй половине 20-го столетия также неоднократно сообщалось об активности этого подводного вулкана, которая проявлялась в виде пятен воды отличительного цвета, появления пузырьков с запахом серы и выбросов пепла.

Подводный вулкан Эсмеральда был обследован в 4-ом и 5-ом рейсах НИС «Вулканолог» в январе и июле 1978 г. В декабре того же года вулкан был исследован в рейсе НИС «Томас Вашингтон», а в июле-августе 1990 г. – в рейсе SO-69 НИС «Зоне».
На батиметрической карте отчетливо выделяются три изолированные подводные горы расположенные субмеридионально, параллельно простиранию Марианской островной дуги (рис. 2). Северная и южная горы являются потухшими вулканами, частично покрытыми органогенными из-вестняками. Центральная гора - собственно активный подводный вулкан Эсмеральда.

Превышение подводного вулкана Эсмеральда над гребнем Марианской островной дуги составляет ~ 2500 м. Он поднимается с глубины 1500-2000 м. Диаметр основания вулкана по изобате 1500 м составляет 15-20 км. Крутизна склонов изменяется от 10o-12o в средней части по-стройки до15o-18o в привершинной части. На вершине вулкана расположен четко выраженный кратер открытый в западном направлении. Глубина кратера 200-300 м, а диаметр по гребню 2-3.5 км. Верхняя кромка кратера имеет отметки 50-100 м ниже уровня моря. Минимальная глубина обнаружена на северном гребне и составляет 43 м. По данным американских исследователей минимальная глубина, обнаруженная на вершине подводного вулкана Эсмеральда составляет 30 м. На северо-западном склоне вулкана выделяются локальные возвышенности с превышением от нескольких десятков до 100 м, трактуемые как побочные конусы. На северо-восточном склоне были обнаружены и обследованы подводные фумаролы (рис. 3). Объем вулканической постройки, приведенный в различных работах, изменяется в диапазоне от 27 км3 (при диаметре основания вулкана 9 км) до 127 км3 (при диаметре основания 18 км и достигает максимально значения 312 км3.



3D изображение подводного вулкана Эсмеральда

Постройка подводного вулкана Эсмеральда неоднократно драгировалась. В рейсе НИС «Томас Вашингтон» было выполнено 2 драгирования: центрального кратера в интервале 100-300 м и западного склона в интервале 800-1200 м. В 4-ом и 5-ом рейсах НИС “Вулканолог” с различных горизонтов и на разных участках постройки проведено 42 драгирования.
В пределах трех подводных гор выделены различные типы пород (рис. 4a, 4б). Порфировые базальты и андезибазальты слагают постройку центрального конуса. Лавовые потоки афировых базальтов (рис. 5) тяготеют к молодым конусам. Габброиды и долерито-базальты встречены в стенках кратера и в привершинной части центрального конуса, а также на южной постройке. Гидротермально-измененные породы и фумарольные новообразования подняты при драгировании фумарольной площадки и прилегающих участков кратера. Вулканокластика (рис. 6) повсеместно покрывает склоны вулкана и прилегающие участки дна. Вулканогенно-осадочные отложения (туфы, туфопесчаники, туфогравелиты) опробованы в неактивной части кратера центрального конуса и на склонах северного и южного склонов. Органогенные известняки покрывают вершины и склоны древних вулканов.

Пористые афировые базальты имеют более свежий облик по сравнению с порфировыми базальтами. Наиболее свежий материал поднят с лавового потока отдельного конуса на северо-западном склоне. По минеральному составу выделены плагиоклаз-оливин-клинопироксеновые базальты, плагиоклаз-клинопироксеновые андезибазальты, плагиоклаз-пироксен-оливиновые габброиды и долерито-базальты.
Фумарольные новообразования представлены самородной серой, гипсом, опалитами, алунитами, гидроокислами и сульфидами железа. Со склонов подводного вулкана Эсмеральда подняты железо-марганцевые корки и конкреции.

Изучение магнитных свойств драгированных пород показало, что они сильно дифференцированы по своим характеристикам. Наибольшими магнитной восприимчивостью и Q-фактором обладают плотные афировые базальты. Пористые афировые базальты имеют Jn и Q-фактор в три раза ниже, а андезибазальты и габброиды на порядок ниже. Измененные разности базальтов слабо намагничены, а туфопесчаники и органогенные известняки практически немагнитны.
В привершинной части подводного вулкана Эсмеральда установлены выходы лавовых потоков. Для северной и южной вулканических построек отмечено сокращение мощности рыхлых отложений на склонах, обращенных к вулкану Эсмеральда. Это свидетельствует о том, что происхождение большей части обломочного материала связано с деятельностью вулкана Эсмеральда. Сверху вниз по склону происходит замена грубообломочного материала более сортированными отражениями. Рыхлые толщи верхних наиболее крутых участков склонов осложнены оползневыми формами.

Мощность пирокластических отложений изменяется от первых сотен метров на южном и западном склонах до 1 км на восточном склоне.
Вулкану Эсмеральда соответствует дипольная аномалия магнитного поля (DТ)а юго-западного простирания интенсивностью более 1000 нТл (рис. 7). К северу поле характеризуется отрицательными значениями, а к югу - положительными, что предполагает намагниченность вулканической постройки по направлению современного геомагнитного поля. Градиентная зона проходит через южный гребень кратера. Поле вулканической постройки осложнено локальными аномалиями интенсивностью до 800 нТл. Связи последних с современным рельефом не обнаружено.
К северной вулканической постройке приурочена, находящаяся на ее западном склоне «узкая» аномалия интенсивностью до 500 нТл . Южная постройка в магнитном поле не проявляется.
Эффективная намагниченность подводного вулкана Эсмеральда вычислялась на различных моделях путем аппроксимации рельефа постройки комбинацией усеченных конусов (рис. 8) составила 5-8 А/м.

Исходя из величины J эфф., а также результатов геологического опробования и определения магнитных свойств драгированных пород можно предположить, что постройка подводного вулкана Эсмеральда сложена, преимущественно порфировыми базальтами и андезибазальтами, а афировые андезибазальты, обладающие высокой остаточной намагниченностью, характерны лишь для последних извержений и создают локальные аномалии в прикратерной части.
Вероятнее всего, подводный вулкан Эсмеральда сложен основными породами, преимущественно порфировыми базальтами и андезито-базальтами. Многочисленные находки габброидов в кратере и верхней части вулканической постройки, возможно, свидетельствуют о том, что на дне и стенках кратера обнажается некк.

В геологической истории вулкана выделяются два основных этапа. На первом этапе, преимущественно эффузивном, сформировались постройка и лавовые покровы на западном склоне мощностью до 1.5 км. На втором этапе, преимущественно эксплозивном, образовался мощный пирокластический чехол.
Общий объем излившихся лав - не менее 300 км3, а пирокластического материала - не менее 500 км3.
Вершина вулкана во время извержений, по-видимому, периодически появлялась над поверхностью моря, однако основная масса пирокластиче-ского материала была извергнута под водой.
В промежутках между эксплозивными извержениями на вулкане проявлялась газо-гидротермальная деятельность.

Литература:

  1. Апродов В.А. Вулканы. М.: Мысль, 1982. 367 с.
  2. Гавриленко Г.М. Подводный вулкан Эсмеральда и связанное с ним железомарганцевое рудообразование // Вулканология и сейсмология. 1981. № 1.С. 51-55.
  3. Гавриленко Г.М. Подводная вулканическая и гидротермальная деятельность как источник металлов в железо-марганцевых образованиях островных дуг. Владивосток: Дальнаука, 1997. 164 с.
  4. Гавриленко Г.М., Горшков А.П., Скрипко К.А. Активизация газо-гидротермальной деятельности подводного вулкана Эсмеральда в январе 1978 г. и ее влияние на химический состав морской воды // Вулканология и сейсмология. 1980. № 2. С. 19-29.
  5. Горшков А.П., Абрамов В.А., Сапожников Е.А.,Селиверстов Н.И., Рашидов В.А. Геологическое строение подводного вулкана Эсмеральда // Вулканология и сейсмология. 1980. № 4. С. 65-78.
  6. Гущенко И.И. Извержения вулканов мира. Каталог. М.: Наука, 1979. 475 с.
  7. Рашидов В.А., Горшков А.П., Иваненко А.Н. Магнитные исследования над подводными вулканами Эсмеральда и Софу//Изучение глубинного строения земной коры и верхней мантии на акваториях морей и океанов электромагнитными методами. М.: Издание ИЗ-МИРАН, 1981. С. 213-218.
  8. Родников А.Г., Забаринская Л.П., Рашидов В.А., Сергеева Н.А. Геодинамические модели глубинного строения регионов природных катастроф активных континентальных окраин. М.: Научный мир, 2014. 172 с.
  9. Селиверстов Н.И. Сейсмоакустические исследования переходных зон. М.: Наука, 1987. 112 с.
  10. Селиверстов Н.И., Бондаренко В.И. Критерий диагностики и корреляции подводных вулканогенных образований по данным непрерывного сейсмического профилирования // Вулканология и сейсмология. 1983. № 4. С. 3-22.
  11. Bloomer Sh.H., Stern R.J., Fisk, Geschwind C.H. Shoshonitic Volcanism in the Nortern Mariana Arc. 1. Mineralogic and Major and Trace Element Characteristics // J. Geophys. Res. 1989. V. 94. № B. 4. P. 4469-4496.
  12. Bloomer Sh.H., Stern R.J., Smoot N. Chr. Physical volcanology of the submarine Mariana and Volkano Arcs // Bull. Volcanol. 1989. V. 59. № 3. P. 210-224.
  13. Explorations of Mariana Arc Volcanoes Reveal New Hydrothermal Systems // Eos. 2004.Vol. 85.№ 4 P. 37–40.
  14. Gorshkov A.P., Gavrilenko G.M., Seliverstov N.I., Scripko K.A. Geologic structure and fumarolic activity of the Esmeralda submarine volkano // Arquipelago.Univ. dos Azores. Ponta Delgada. 1982. P. 271-298.
  15. Hees H.H. Major structural features of the western Nort Pacific an interpretation of H.O. 5484, batimetric chart, Korea to New Guinea // Bull. Geol. Soc. Amer. 1948. V.5 9. P. 417-446.
  16. Ito E., Stern R.J. Oxygen- and strontium-isotopic invesgatiosof subduction zone volcanism: the case of the Volcano Arc and the Marianas Island Arc // Earth Planet. Sci. Lett. 1986. V. 76. № 3-4. P. 312-320.
  17. Smoot N.S. The growth rate of submarine volkanooes on the South Honshu and East Mariana ridges / /J. Volcan. Geotherm. Res. 1988.V. 35. P. 1-15.
  18. Kuno H. Catalogue of the Aktive Volkanoes of the World Including Solfatara Fields. Part 11. Japan,Taiwan and Marianas. Intern. Assoc. of Volkanology. Roma. Italia. 1962. P. 278.
  19. Merle S., Embley R., Baker Ed., Chadwick B Submarine Ring of Fire 2003 – Mariana Arc R/V T. G. Thompson Cruise TN-153. February 9 - March 5, 2003 Guam to Guam Cruise Report Compiled / Co-Chief Scientists Robert W. Embley, Edward T. Baker. 2003. 34 p.
  20. Plank, T., Ludden, J.N., Escutia C., et al. LEG 185 Summary: inputs to the Izu-Mariana seductions system. Shipboard Scientific Party // Proceedings of the Ocean Drilling Program, Initial Reports. 2000. Vol. 185. 63 p.
  21. Stern R.J., Bibee L.D. Esmeralda Bank: Geochemistry of an active submarine volcano in the Mariana Island Arc // Contrib. Mineral. Petrol. 1984. V. 86. P. 159-169.
  22. Stern R.J., Ito E. Trasce-element and isotopic constraints on the sourse of magmas in the active volcano and Mariana island arcs, western Pacific // J. Volcan. and Geotherm. Res. 1983. V. 18 № 1-4. P. 461-482.
  23. Stern R.J., Bloomer Sh.H., Ping-Nan Lin, Smoot N.Chr. Submarine arc volcanism in the southern Mariana Arc as an ophialite analoque // Tectophysics. 1989.V. 168. № 1-3. P. 151-170.
  24. Stern R., Bloomer S., Shaw A. , Kohut Ed. Participation in JAMSTEC R/V Natsushima cruise NT0517. 2005. 10. Supplement to OCE 00-01827.
  25. Stuben D., Bloomer S.H., Taibi N.T. et al. First results of study of sulphurrich hydrothermal activity from an island-arc enviironment: Esmeralda Bank in the Mariana Arc // Marine Geology. 1992. V. 103. P. 521-528.
  26. Simkin T., Siebert L. Volcanoes of the World. Geoscience Presss, Inc. Tusson. Arizona. 1994. 349 p.
  27. Tanakadate H. Volkanoes in the Mariana Islands in the Japanese Mandated South Seas // Bull. Volcanalogique.1940. Ser. 2. Tome 6. P. 199-226.
  28. Tajama R. Geomorfology, geology and coral reefs of the north Marianas group. Inst. Geol.Paleontol., Tohoku Imp.Univ. 23. 1936. 81 p. (in Japanese).
  29. Забаринская Л.П., Рашидов В.А., Сергеева Н.А. Тектоническая и магматическая эволюция Марианской островной дуги // Геология морей и океанов: Материалы XXIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. Москва, 18-22 ноября 2019 г. М.: ИО РАН, 2019. Т. 5. С. 143-146.
  30. Колосков А.В., Рашидов В.А., Ананьев В.В. Первая находка шпинель-лерцолитового ксенолита «неофиолитового типа» в задуговом бассейне Марианской островодужной системы // Океанология. 2020. № 4. С. 629–647.
  31. Xia Wang, Zaicong Wang , Yongsheng Liu , Jung-Woo Park, Jonguk Kim , Ming Li, and Zongqi Zou. Calcium Stable Isotopes of Tonga and Mariana Arc Lavas: Implications for Slab Fluid-Mediated Carbonate Transfer in Cold Subduction Zones // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2021. V. 126, e2020JB020207. https://doi.org/10.1029/2020JB020207
  32. Ананьев В.В. Петрова В.В.. Рашидов В.А. Состав пород подводного вулкана Эсмеральда (Марианская островная дуга) // Вулканизм и связанные с ним процессы. Материалы XXVI ежегодной научной конференции, посвящённой Дню вулканолога, 30-31 марта 2023 г. / Гл. ред. чл.-корр. РАН А.Ю. Озеров. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2023 С. 14–17.
  33. Kim Ch.H., Kim Ho, Jeong E.Y., Park Ch.H., Go Y.T., Lee S.H. A Study on the Hydrothermal Vent in the Mariana Trench using Magnetic and Bathymetry Data // Journal of the Korean Society of Oceanography. 2009. V. 14. № 1. P. 22–40 (in Korean).
  34. Kim Ho., Kim Ch.H, Jeong E.Y, Park Ch.H., Kim J., Park Ch.H. A Study on Characteristics of Magnetism from Hydrothermal Vent Area on Esmeralda Bank in Mariana Arc // Geophysics and Geophysical Exploration. 2008. V. 10a. P. 27–32. (in Korean).
  35. Knaack D.R. Bulk and triple oxygen isotope geochemistry of marine ferromanganese crusts, nodules, and deposits // A thesis submitted to the Department of Geological Sciences and Geological Engineering In conformity with the requirements for The degree of Doctor of Philosophy/ Queen’s University Kingston, Ontario, Canada. 2021. 300 p.
  36. Knaack D.R., Sullivan K., Brown D.J., Langa M., Mathieu J., Bouchard M.L., Haring M., J. Petrus, Stern R.J., Hein J.R., Sader J., Layton-Matthews D., McDonald A., Leybourne M.I. Geochemical and mineralogical composition of ferromanganese precipitates from the southern Mariana arc: Evaluation, formation, and implications // Chemical Geology. 2021. V. 568. Article 120132 21 p. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2021.120132
  37. Merle S., Embley B., Chadwick B. Submarine Ring of Fire 2006 (SRoF’06) Mariana Arc Submarine Volcanoes R/V MELVILLE Cruise MGLN02MV April 18 – May 13, 2006. Apra, Guam to Yokohama, Japan Jason-2 dives J2-184 - J2-199 / Chief Scientist: R.W. Embley. Captain: Chr. C. Jason. Expedition Leader: W. Sellers.Major funding from the NOAA Office of Ocean Exploration. 2006. 234 p.
  38. Pearce J.A., Stern R.J., Bloomer Sh.H., Fryer P. Geochemical mapping of the Mariana arc-basin system: Implications for the nature and distribution of subduction Components // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2005. V. 6. № 7. Q07006. 27 p. https://doi.org/10.1029/2004GC000895
  39. Puteanus D., Bloomer Sh.H., Wu Sh. Cruise Report SONNE 69 - Geochemical, hydrochemical and petrographical investigations in the Mariana back-arc area under hydrothermal aspects – Port Moresby – Saipan, 26.6.-8.8.1990 // Berichte – Reports, Geological & Paleontological Institute ChristianAlbrechts Universitat Kiel, Deutschland. 1990. № 42. 231 s.
  40. Taibi N.E. Meeresbodenkartierung und Untersuchungen zum Hydrothermalismus im Marianen-«Back-arc»-Trog und im Bereich der Esmeralda Caldera, NW-Pazifik: Bottom photography mapping and hydrothermal processes in the Mariana back-arc trough and in the Esmeralda Caldera, NW Pacific // Berichte - Reports, Geol.-Palaont. Inst. Christian...Albrechts...Universitat Kiel, Deutschland. 1992. № 52. 129 S.
  41. Ludmila Zabarinskaya, Vladimir Rashidov, Natalia Sergeyeva. Deep Mariana Island Arc: Highlights of the Tectonosphere // Pure and Applied Geophysics. Pure and Applied Geophysics. 2022. V. 179. P. 3917–3929. https://doi.org/10.1007/s00024-022-02960-x

Ссылки:
 

©Дизайн roman@kscnet.ru
Copyright © 2004 ИВиС ДВО РАН