Havajska vroča točka je vulkanska vroča točka v bližini istoimenskega Havajskega otočja v severnem Tihem oceanu. Havajski oblak, ena najbolj znanih in intenzivno preučevanih vročih točk na svetu, je odgovoren za nastanek havajsko-cesarske verige podvodnih gora, 6200 kilometrov dolge, večinoma podvodne vulkanske gorske verige. Štirje od teh vulkanov so aktivni, dva mirujeta; več kot 123 jih je ugaslih, večina pa je danes ohranjenih kot atoli ali podvodne gore. Veriga se razteza od juga otoka Havaji do roba Aleutskega jarka, blizu vzhodne obale Rusije.
Medtem ko nekatere vulkane ustvarjajo geološki procesi v bližini con konvergence in subdukcije tektonskih plošč, je havajska vroča točka daleč od meja plošč. Klasična teorija vročih točk, ki jo je leta 1963 prvič predlagal John Tuzo Wilson, predlaga, da en sam, fiksni plaščni oblak gradi vulkane, ki jih nato premikanje Pacifiške plošče odreže od svojega vira. Zaradi tega iz teh vulkanov izbruha manj lave in ti sčasoma v milijonih let erodirajo pod morsko gladino. Po tej teoriji je skoraj 60° ovinek v verigi povzročil premik smeri gibanja Pacifiške plošče. Študije tektonskega gibanja so pokazale, da je več plošč spremenilo smer gibanja plošč zaradi različnih stopenj subdukcije, lomljenja sudukcijskih plošč in sil upora. Leta 2003 so nove raziskave te nepravilnosti privedle do predloga hipoteze o mobilni vroči točki, ki nakazuje, da so vroče točke nagnjene k gibanju namesto prejšnje ideje, da so vroče točke fiksne na svojem mestu, in da je 47 milijonov let star ovinek povzročil premik gibanja vroče točke in ne plošče. Po tej študiji iz leta 2003 bi se to lahko zgodilo zaradi upora oblaka, ki dele oblaka odnese v smeri gibanja plošče, medtem ko bi glavni oblak lahko ostal mirujoč. Številne druge sledi vročih točk se gibljejo skoraj vzporedno, zato je trenutno razmišljanje kombinacija teh idej.
Stari Havajci so bili prvi, ki so med ribolovnimi odpravami vzdolž otokov prepoznali naraščajočo starost in preperelost vulkanov na severu. Nestanovitno stanje havajskih vulkanov in njihov nenehen boj z morjem sta bila pomemben element havajske mitologije, utelešena v boginji Pele, božanstvu vulkanov. Po prihodu Evropejcev na otok je James Dwight Dana v letih 1880–1881 vodil prvo formalno geološko študijo vulkanskih kamnin na žarišču in potrdil povezavo, ki so jo dolgo opazovali domorodci. Havajski vulkanski observatorij je leta 1912 ustanovil vulkanolog Thomas Jaggar, s čimer je začel neprekinjeno znanstveno opazovanje otokov. V 1970-ih se je začel projekt kartiranja, da bi pridobili več informacij o kompleksni geologiji havajskega morskega dna.
Vroče žarišče je bilo od takrat tomografsko posneto, kar kaže na njegovo širino od 500 do 600 km in globino do 2000 km, študije na osnovi olivina in granata pa so pokazale, da ima njegova magmatska komora približno 1500 °C. V vsaj 85 milijonih let delovanja je vroče žarišče proizvedlo približno 750.000 km3 kamnin. Hitrost premikanja verige se je sčasoma počasi povečevala, zaradi česar se je čas delovanja posameznega vulkana zmanjšal z 18 milijonov let za 76 milijonov let star Detroitski podmorski vulkan na nekaj manj kot 900.000 let za milijon let star Kohala. Po drugi strani pa se je eruptivni volumen povečal z 0,01 km3 na leto na približno 0,21 km3. Na splošno je to povzročilo trend k bolj aktivnim, a hitro utišanim, tesno razporejenim vulkanom – medtem ko se vulkani na bližnji strani vroče točke prekrivajo (tvorijo superstrukture, kot sta otok Havaji in starodavni Maui Nui), so najstarejši podvodni vrhovi Cesarja oddaljeni do 200 km.
Teorije Tektonske plošče običajno osredotočajo deformacije in vulkanizem na mejah plošč. Vendar pa je havajska vroča točka oddaljena več kot 3200 kilometrov od najbližje meje plošč; med njenim preučevanjem leta 1963 je kanadski geofizik J. Tuzo Wilson predlagal teorijo vročih točk, da bi pojasnil ta območja vulkanizma, ki so tako daleč od običajnih razmer, teorija, ki je od takrat postala široko sprejeta.
Wilsonova teorija stacionarnih vročih točk
Wilson je predlagal, da konvekcija plašča povzroča majhne, vroče, vzgonske vzpone pod zemeljsko površino; ti termično aktivni plaščni oblaki oskrbujejo z magmo, ki nato ohranja dolgotrajno vulkansko aktivnost. Ta vulkanizem 'srednje plošče' gradi vrhove, ki se dvigajo iz relativno brezobličnega morskega dna, sprva kot podvodne gore in kasneje kot popolni vulkanski otoki. Lokalna tektonska plošča (v primeru havajske vroče točke, Pacifiška plošča) postopoma prehaja čez vročo točko in s seboj nosi svoje vulkane, ne da bi to vplivalo na oblak. Skozi stotine tisoč let se oskrba z magmo za posamezen vulkan počasi prekine, kar sčasoma povzroči njegovo izumrtje. Ker vulkan ni več dovolj aktiven, da bi premagal erozijo, se počasi umakne pod valove in ponovno postane podvodna gora. Ko se cikel nadaljuje, novo vulkansko središče prebode skorjo in na novo nastane vulkanski otok. Proces se nadaljuje, dokler se sam plaščni oblak ne zruši.
Ta cikel rasti in mirovanja niza vulkane skozi milijone let in pušča sled vulkanskih otokov in podvodnih gora po oceanskem dnu. Po Wilsonovi teoriji bi morali biti havajski vulkani vedno starejši in bolj erodirani, dlje ko so od vroče točke, kar je enostavno opaziti; najstarejša kamnina na glavnih havajskih otokih, Kauaʻi, je stara približno 5,5 milijona let in globoko erodirana, medtem ko je kamnina na otoku Havaji sorazmerno mlada, stara 0,7 milijona let ali manj, pri čemer v Kīlauei, sedanjem središču vroče točke, nenehno izbruha nova lava. Druga posledica njegove teorije je, da dolžina in orientacija verige služita za beleženje smeri in hitrosti gibanja Pacifiške plošče. Glavna značilnost havajske poti je 'nenaden' 60-stopinjski ovinek na 40 do 50 milijonov let starem delu njene dolžine, in po Wilsonovi teoriji je to dokaz velike spremembe smeri plošče, ki bi sprožila subdukcijo vzdolž večjega dela zahodne meje Pacifiške plošče. Ta del teorije je bil nedavno izpodbijan, upogib pa bi lahko pripisali gibanju same vroče točke.
Geofiziki verjamejo, da vroče točke izvirajo na eni od dveh glavnih meja globoko v Zemlji, bodisi na plitvi vmesnik v spodnjem plašču med zgornjo konvekcijsko plastjo plašča in spodnjo nekonvekcijsko plastjo, bodisi na globlji plasti D ("D dvojni prajm"), debeli približno 200 kilometrov in tik nad mejo med jedrom in plaščem. Plastni oblak, ki bi sprožil taljenje, nastane z delnim taljenjem plaščnega materiala, znižanjem tališča z dodajanjem hlapnih snovi s subdukcijo hidriranih plošč in znižanjem tlaka zaradi erozijskih procesov. Ta segreti, vzgonski in manj viskozni del zgornje plasti bi zaradi toplotnega raztezanja postal manj gost in se dvignil proti površini kot Rayleigh-Taylorjeva nestabilnost. Ko plaščni oblak doseže dno litosfere, ga segreje in ustvari talino. Ta magma se nato poda na površje, kjer izbruhne kot lava.
Argumenti za veljavnost teorije vročih točk se običajno osredotočajo na enakomerno staranje Havajskih otokov in bližnjih značilnosti: podoben ovinek na poti vroče točke Macdonald, verige podvodnih gora Austral–Marshallovih otokov, ki je nekoliko južneje; druge vroče točke v Pacifiku, ki sledijo istemu trendu staranja od jugovzhoda proti severozahodu v fiksnih relativnih položajih; in seizmološke študije Havajev, ki kažejo povišane temperature na meji med jedrom in plaščem, kar kaže na nadaljnje dokaze o nastajanju plaščnega oblaka.
Hipoteza o plitvi vroči točki
Druga hipoteza pravi, da anomalije taljenja nastanejo kot posledica raztezanja litosfere, kar omogoča, da se že obstoječa talina dvigne na površje. Te anomalije taljenja se običajno imenujejo vroče točke, vendar po hipotezi o plitvem viru plašča, ki leži pod njimi, ni anomalno vroč. V primeru verige havajsko-cesarske verige je bil mejni sistem Pacifiške plošče zelo drugačen okoli 80 milijonov let, ko se je začela oblikovati podmorska veriga. Obstajajo dokazi, da se je veriga začela na razprostirajočem se grebenu (greben Pacifik-Kula), ki je zdaj subduciran v Aleutskem jarku. Lokus ekstrakcije taline se je morda premaknil z grebena v notranjost plošče in za seboj pustil sled vulkanizma. Do te migracije je morda prišlo, ker se je ta del plošče raztezal, da bi se prilagodil napetosti znotraj plošče. Tako bi se lahko ohranilo dolgoživo območje uhajanja taline. Zagovorniki te hipoteze trdijo, da anomalij hitrosti valov, opaženih v seizmičnih tomografskih študijah, ni mogoče zanesljivo interpretirati kot vroče vzpenjave, ki izvirajo iz spodnjega plašča.
Teorija premikajoče se vroče točke Najbolj izpodbijani element Wilsonove teorije je, ali so vroče točke dejansko fiksne glede na tektonske plošče, ki jih prekrivajo. Vzorci vrtin, ki so jih znanstveniki zbrali že leta 1963, kažejo, da se je vroča točka morda sčasoma premikala, in sicer z relativno hitrim tempom približno 4 centimetre na leto v pozni kredi in zgodnjem paleogenu (pred 81–47 milijoni let); za primerjavo se Srednjeatlantski hrbet širi s hitrostjo 2,5 cm na leto. Leta 1987 je študija, ki sta jo objavila Peter Molnar in Joann Stock, pokazala, da se vroča točka premika glede na Tihi ocean; vendar sta to interpretirala kot posledico relativnega gibanja Severnoameriške in Pacifiške plošče in ne kot posledica same vroče točke.
Leta 2021 so raziskovalci predlagali tristopenjski model havajske vroče točke. Prva stopnja ima interakcijo grebenskega oblaka, pri kateri havajska vroča točka bodisi napaja greben Izanagi-Pacifik bodisi greben Kula-Pacifik. To obdobje je vključevalo nastanek mlade oceanske skorje in nastanek podvodnih gora Meji in Detroit. Druga faza je vključevala medsebojno premikanje Pacifiške plošče in havajske vroče točke. Gravitacijsko modeliranje podpira dejstvo, da se je v tem obdobju havajska vroča točka premaknila za približno 4–9 stopinj proti jugu, v nasprotju s premikanjem Pacifiške plošče proti severu. Tretja faza je nadaljevanje premikanja Pacifiške plošče, medtem ko je havajska vroča točka stagnirala.
Leta 2001 je program Ocean Drilling Program (ki se je kasneje združil z Integriranim programom Ocean Drilling Program), mednarodni raziskovalni projekt za preučevanje svetovnega morskega dna, financiral dvomesečno odpravo na raziskovalnem plovilu JOIDES Resolution, da bi zbrali vzorce lave s štirih potopljenih podvodnih gora Emperor. Projekt je vrtal podvodne gore Detroit, Nintoku in Koko, ki se vse nahajajo na skrajnem severozahodnem koncu verige, najstarejšem delu. Ti vzorci lave so bili nato testirani leta 2003, kar kaže na premično havajsko vročo točko in premik v njenem gibanju kot vzrok za upogib. Vodilni znanstvenik John Tarduno je za National Geographic povedal:
Kljub velikemu premiku sprememba smeri ni bila nikoli zabeležena z magnetnimi deklinacijami, orientacijami con zloma ali rekonstrukcijami plošč; niti se trk celin ni mogel zgoditi dovolj hitro, da bi povzročil tako izrazit ovinek v verigi. Da bi preverili, ali je ovinek posledica spremembe smeri Pacifiške plošče, so znanstveniki analizirali geokemijo vzorcev lave, da bi ugotovili, kje in kdaj so nastali. Starost so določili z radiometričnim datiranjem radioaktivnih izotopov kalija in argona. Raziskovalci so ocenili, da so vulkani nastali v obdobju pred 81 do 45 milijoni let. Tarduno in njegova ekipa sta določila, kje so nastali vulkani, z analizo kamnine na magnetni mineral magnetit. Medtem ko se vroča lava iz vulkanskega izbruha ohladi, se drobna zrna v magnetitu poravnajo z Zemljinim magnetnim poljem in se zaklenejo, ko se kamnina strdi. Raziskovalci so lahko preverili zemljepisne širine, na katerih so nastali vulkani, z merjenjem orientacije zrn v magnetitu. Paleomagnetisti so sklenili, da se je havajska vroča točka v svoji zgodovini premaknila proti jugu in da, pred 47 milijoni let se je gibanje vroče točke proti jugu močno upočasnilo, morda se je celo povsem ustavilo.
Zgodovina študij Starodavni Havajci