ハワイのホットスポット

ハワイのホットスポット

ハワイ・天皇海山列の水深測量図。ハワイホットスポットによって生成された、ハワイから始まりアリューシャン海溝で終わる長い火山列を示しています。
ホットスポット上の地殻の移動を示す図
国	アメリカ合衆国
州	ハワイ
地域	北太平洋
座標	北緯18度55分 西経155度16分 / 北緯18.92度 西経155.27度 / 18.92; -155.27 —カマエフアカナロア海山(旧ロイヒ)、実際のホットスポットは南東約 40 km (25 マイル) にあります

ハワイホットスポットは、北太平洋のハワイ諸島付近に位置する火山のホットスポット です。世界で最もよく知られ、集中的に研究されているホットスポットの1つであり、^{[1] [2]}ハワイのプルームは、主に海底にある6,200キロメートル (3,900マイル)のハワイ-天皇海山列の形成に関与しています。これらの火山のうち4つは活火山、2つは休火山です。123以上が死火山で、そのほとんどが現在では環礁または海山として保存されています。この海山列はハワイ島の南からロシア東海岸近くのアリューシャン海溝の端まで伸びています。

ほとんどの火山はプレート境界の地質活動によって形成されるが、ハワイのホットスポットはプレート境界から遠く離れた場所にある。1963年にジョン・ツゾ・ウィルソンによって初めて提唱された古典的なホットスポット理論^[3]では、単一の固定されたマントルプルームが火山を形成し、太平洋プレートの動きによってその発生源から切り離されると次第に活動が衰え、最終的には数百万年かけて海面下に浸食されるという。この理論によると、エンペラープレートとハワイプレートが出会う場所でのほぼ60度の屈曲は、太平洋プレートの動きの突然の変化によって引き起こされた。2003年、この不規則性に関する新たな調査から、可動ホットスポット理論が提唱され、ホットスポットは固定ではなく可動性であり、4700万年前の屈曲はプレートの動きではなくホットスポットの動きの変化によって引き起こされたと示唆されている。

古代ハワイ人は、島々に沿って漁業探検を進めるうちに、北にある火山の老朽化と風化の状態を最初に認識した。ハワイの火山の不安定な状態と海との絶え間ない戦いは、ハワイ神話の重要な要素であり、火山の神であるペレに体現されている。ヨーロッパ人が島に到着した後、1880年から1881年にかけて、ジェームズ・ドワイト・ダナはホットスポットの火山の初めての正式な地質学的研究を指揮し、先住民が長らく観察してきた関係を確認した。ハワイ火山観測所は1912年に火山学者 トーマス・ジャガーによって設立され、島々の継続的な科学的観測を開始した。1970年代には、ハワイの海底の複雑な地質についてより多くの情報を得るための地図作成プロジェクトが開始された。

ホットスポットはその後、トモグラフィー画像化され、幅500～600 km（310～370マイル）、深さ最大2,000 km（1,200マイル）であることが示され、カンラン石とガーネットに基づく研究では、そのマグマ溜まりの温度が約1,500 °C（2,730 °F）であることが示されています。少なくとも8,500万年の活動で、ホットスポットは推定750,000 km ³（180,000立方マイル）の岩石を生み出しました。チェーンの移動速度は時間の経過とともにゆっくりと増加し、個々の火山の活動時間が減少し、7,600万年前のデトロイト海山の1,800万年から、100万年前のコハラの90万年弱になっています。一方、噴火量は年間0.01 km ^{3 (0.002 cu mi) から約 0.21 km 3} (0.050 cu mi) に増加しています。全体的に、これにより、より活発でありながらすぐに静まる、近接した火山の傾向が生まれています。ホットスポットの手前側の火山は互いに重なり合っていますが (ハワイ島や古代のマウイヌイなどの上部構造を形成しています)、最も古いエンペラー海山は 200 km (120 mi) も離れています。

一般に、プレート境界ではプレートの変形や火山活動が集中します。しかし、ハワイのホットスポットは最も近いプレート境界から3,200キロメートル（1,988マイル）以上離れています。^[1] 1963年にハワイのホットスポットを研究していたカナダの地球物理学者 J. ツゾ・ウィルソンは、通常の状態から遠く離れたこれらの火山活動地帯を説明するためにホットスポット理論を提唱し、 ^[3]その後この理論は広く受け入れられるようになりました。^[4]

ウィルソンは、マントル対流が地球の表面下で小規模で高温の浮力のある湧昇流を生み出すと提唱した。これらの熱的に活発なマントルプルームはマグマを供給し、それが長期にわたる火山活動を維持する。この「プレート中央」の火山活動は、比較的特徴のない海底から隆起する山頂を、最初は海山として、後に本格的な火山島として形成する。地元のテクトニックプレート（ハワイのホットスポットの場合は太平洋プレート）は、プルームに影響を与えることなく、その火山を運びながら徐々にホットスポット上を通過する。数十万年かけて、個々の火山へのマグマ供給は徐々に遮断され、最終的に火山は消滅する。浸食を克服できるほど活動的ではなくなった火山は、ゆっくりと波の下に沈み、再び海山になる。サイクルが続くにつれて、新しい火山の中心が地殻を突き破り、火山島が新たに出現する。このプロセスはマントルプルーム自体が崩壊するまで続く。^[1]

この成長と休眠のサイクルは、数百万年にわたって火山を連結し、海底に火山島と海山の列を残します。ウィルソンの理論によると、ハワイの火山はホットスポットから離れるほど次第に古くなり、浸食が進むはずであり、これは簡単に観察できます。ハワイ諸島で最も古い岩石であるカウアイ島の岩石は約550万年前のもので、深く浸食されています。一方、ハワイ島の岩石は比較的新しい070万年かそれ以下で、ホットスポットの現在の中心であるキラウエアでは新しい溶岩が絶えず噴出しています。 ^{[1] [5]彼の理論のもう1つの結果は、火山の連鎖の長さと方向が}太平洋プレートの移動の方向と速度を記録するのに役立つということです。ハワイアントレイルの大きな特徴は、全長の4000万年から5000万年前の部分に「突然の」60度の屈曲があることであり、ウィルソンの理論によれば、これはプレートの方向の大きな変化の証拠であり、太平洋プレートの西側境界の多くに沿って沈み込みを開始したとされる。 ^[6]この理論の部分は最近異議を唱えられており、屈曲はホットスポット自体の動きに起因する可能性がある。^[7]

地球物理学者は、ホットスポットは地球深部にある2つの主要な境界の1つ、つまり上部マントル対流層と下部非対流層の間の下部マントルの浅い界面、または約200キロメートル（120マイル）の厚さで核マントル境界のすぐ上にあるより深いD''（「Dダブルプライム」）層のいずれかで発生すると考えています。^[8]マントルプルームは、より温かい下部層がより冷たい上部層の一部を加熱したときに界面で発生します。この加熱され、浮力があり、粘性の低い上部層の部分は、熱膨張により密度が低下し、レイリー・テイラー不安定性として地表に向かって上昇します。^[8]マントルプルームがリソスフェアの底部に達すると、プルームはそれを加熱して溶融物を生成します。このマグマは地表に向かい、溶岩として噴出します。^[9]

ホットスポット理論の妥当性に関する議論は、一般的にハワイ諸島とその近隣の地形の着実な年代変化に集中している：^[10]マクドナルドホットスポット（南に位置するオーストラル・マーシャル諸島海山列）の軌跡の同様の湾曲、^[11] 他の太平洋ホットスポットは、固定された相対位置で南東から北西へ同じように年代が進んだ傾向をたどっている、^{[12] [13]}ハワイの地震学的研究では、コアとマントルの境界で温度が上昇しており、マントルプルームの存在を証明している。^[14]

もう 1 つの仮説は、リソスフェアの伸張の結果として溶融異常が形成され、既存の溶融物が表面に上昇するというものです。これらの溶融異常は通常「ホットスポット」と呼ばれますが、浅い源の仮説では、その下のマントルは異常に高温ではありません。ハワイ - 天皇海山列の場合、天皇海山列が形成され始めた8000万年前頃の太平洋プレート境界システムは非常に異なっていました。この海山列は、現在アリューシャン海溝に沈み込んでいる拡大海嶺(太平洋 - クラ海嶺) から始まったという証拠があります。 ^[15]溶融物の抽出場所は、海嶺からプレート内部に移動し、その後ろに火山活動の痕跡を残した可能性があります。この移動は、プレートのこの部分がプレート内のストレスに対応するために拡大したために発生した可能性があります。したがって、溶融物の流出領域が長期間維持された可能性があります。この仮説の支持者は、地震トモグラフィー研究で見られる波速度異常は、下部マントルに由来する高温の湧昇として確実に解釈することはできないと主張している。^{[16] [17]}

ウィルソンの理論で最も激しく疑問視されているのは、ホットスポットが実際にその上にある地殻プレートに対して固定されているかどうかである。1963年まで遡って科学者らが採取した掘削サンプルによると、ホットスポットは後期白亜紀から前期古第三紀（8100万年前から4700万年前）にかけて、年間約4センチメートル（1.6インチ）という比較的速いペースで時間の経過とともに移動した可能性があることが示唆されている。 ^[18]これと比較して、大西洋中央海嶺は年間2.5センチメートル（1.0インチ）の速度で広がっている。^[1] 1987年、ピーター・モルナーとジョアン・ストックが発表した研究では、ホットスポットは太平洋に対して移動していることが判明したが、彼らはこれをホットスポット自体の動きではなく、北米プレートと太平洋プレートの相対的な動きの結果であると解釈した。^{[19] [20]}

2021年に研究者らは3段階のハワイホットスポットモデルを提案した。^[21]第1段階では、ハワイホットスポットがイザナギ太平洋またはクラ太平洋の海嶺に流入する海嶺プルーム相互作用がみられる。この時期には、若い海洋地殻の形成とメジ海山とデトロイト海山の形成がみられた。第2段階では、太平洋プレートとハワイホットスポットの相互移動がみられた。重力モデル化によって裏付けられているように、この期間中にハワイホットスポットは、北向きの太平洋プレートの動きとは対照的に、南に約4～9度移動した可能性がある。第3段階では、太平洋プレートの動きが継続し、ハワイホットスポットは停滞している。^[21]

2001年、世界の海底を調査する国際研究プロジェクトである海洋掘削計画（現在は統合海洋掘削計画に統合）は、研究船ジョイデス・レゾリューション号に2か月間の探査資金を提供し、4つの海底に沈んだ天皇海山から溶岩サンプルを採取した。このプロジェクトでは、デトロイト海山、仁徳海山、ココ海山を掘削したが、これらはすべて海山列の最北西端、最も古い部分にある。^{[22] [23]}これらの溶岩サンプルは2003年に検査され、ハワイのホットスポットの移動とその動きの変化が湾曲の原因であることを示唆した。^{[7] [24]}主任科学者ジョン・タルドゥーノはナショナルジオグラフィックに次のように語った。

ハワイの湾曲は、巨大なプレートがいかにして急速に動きを変えるかを示す典型的な例として使われました。ハワイ・エンペラー湾曲の図は、ほとんどすべての地質学入門書に掲載されています。本当に目を引くものです。」^[24]

この大きなシフトにもかかわらず、方向の変化は磁気偏角、断裂帯の方向、プレートの再構築によって記録されたことはなく、大陸衝突がプレート列にこれほど顕著な屈曲を生じるほど速く起こったはずもない。 ^[25]この屈曲が太平洋プレートの方向の変化によるものかどうかを試験するため、科学者らは溶岩サンプルの地球化学を分析し、いつどこで形成されたかを特定した。年代は、カリウムとアルゴンの放射性同位体の放射年代測定によって決定された。研究者らは、火山が8100万年前から4500万年前の間に形成されたと推定した。タルドゥーノと彼のチームは、磁性鉱物である磁鉄鉱を岩石から分析することで、火山が形成された場所を特定した。火山噴火による熱い溶岩が冷えると、磁鉄鉱内の小さな粒子が地球の磁場と一列に並び、岩石が固まると定位置に固定される。研究者たちは、磁鉄鉱内の粒子の向きを測定することで、火山が形成された緯度を確認することができました。古地磁気学者は、ハワイのホットスポットは歴史のどこかの時点で南に移動したことがあり、4700万年前にホットスポットの南への動きが大幅に遅くなり、完全に停止した可能性があると結論付けました。^{[22] [24]}

ハワイ諸島が北西に移動するにつれて古くなる可能性は、ヨーロッパ人が到着するずっと前から古代ハワイ人によって疑われていた。航海中、航海していたハワイ人は浸食、土壌形成、植生の違いに気づき、北西の島々（ニイハウ島とカウアイ島）が南東の島々（マウイ島とハワイ島）よりも古いと推測することができた。^[1]この考えは、ハワイの火山の女神 ペレの伝説を通じて世代から世代へと受け継がれてきた。

ペレは、女性の精霊ハウメア、またはヒナの間に生まれました。ヒナは、ハワイのすべての神々や女神たちと同様に、至高の存在であるパパ、または大地の母とワケア、または空の父の子孫です。^{[26] : 63  [27]}神話によると、ペレはもともとカウアイ島に住んでいましたが、海の女神である姉のナマカが、夫を誘惑したために彼女を攻撃しました。ペレは南東のオアフ島に逃げました。ナマカに再び逃げるように強制されたとき、ペレは南東のマウイ島、そして最終的にハワイに移り、キラウエア山頂のハレマウマウに今も住んでいます。そこでは、火山の斜面が非常に高く、ナマカの強力な波でさえ彼女に届かなかったため、彼女は安全でした。火山島と海の波との永遠の闘争を暗示するペレの神話的な飛行は、島々の年代が南東に向かって減少しているという地質学的証拠と一致している。^{[1] [18]}

火山を観測した記録に残る最古の人物のうち3人は、1794年のスコットランド人科学者アーチボルド・メンジーズ^[28] 、 1825年のジェームズ・マクレー^[29]、 1834年のデイビッド・ダグラスである。山頂に到達するだけでも困難を極めた。メンジーズはマウナ・ロア登頂に3度挑戦し、ダグラスはマウナ・ケアの斜面で亡くなった。アメリカ探検隊は1840年から1841年にかけて数か月間、この島々を調査した。^[30]アメリカの地質学者ジェームズ・ドワイト・デーナやチャールズ・ウィルクス中尉はその探検隊に同行し、ほとんどの時間を、重力を測定するためにケーターの振り子をマウナ・ロアの山頂まで運ぶ数百人のチームを率いて過ごした。デーナは宣教師タイタス・コーアンのもとに滞在し、コーアンは数十年にわたって直接観察を行った。^[31]ダナは1852年に短い論文を発表しました。^[32]

ダナはハワイ諸島の起源に関心を持ち続け、1880年と1881年にさらに詳細な研究を指揮した。彼は、浸食の程度の違いを観察することで、島々の年代は最南東の島からの距離に応じて増加していることを確認した。彼はまた、太平洋の他の多くの島列でも、南東から北西に向かって同様に一般的に増加している可能性を示唆した。ダナは、ハワイ諸島は2つの火山列で構成されており、それぞれが別個だが平行に湾曲した経路に沿って位置していると結論付けた。彼は、2つの顕著な傾向を「ロア」と「ケア」という言葉で表現した。ケア傾向には、キラウエア、マウナケア、コハラ、ハレアカラ、および西マウイの火山が含まれる。ロア傾向には、ロイヒ、マウナロア、フアラライ、カホオラウェ、ラナイ、および西モロカイが含まれる。ダナはハワイ諸島の配置は主要な亀裂帯に沿った局所的な火山活動を反映していると主張した。ダナの「大亀裂」理論は、20世紀半ばまでその後の研究の仮説として機能した。^[25]

ダナの研究は、1884年に地質学者C.E.ダットンの探検隊によって引き継がれ、ダナの考えを洗練させ、拡大した。最も注目すべきは、ハワイ島には実際には5つの火山があるが、ダナは3つと数えたことをダットンは確立したということである。これは、ダナが当初、キラウエアをマウナ・ロアの側面の火口、コハラをマウナ・ケアの一部とみなしていたためである。ダットンはダナの他の観察結果も洗練させ、'a'ā 型とpāhoehoe型の溶岩に名前を付けたことで知られているが、ダナもその区別に気づいていた。ダットンの探検隊に刺激を受けたダナは1887年に再びハワイを訪れ、探検隊の多くの記事をAmerican Journal of Scienceに発表した。1890年には当時最も詳細な原稿を発表し、それは何十年にもわたってハワイの火山活動に関する決定的なガイドとして残った。 1909年にハワイの火山に関する2冊の主要な本が出版されました（WTブリガム著「キラウエアとマウナロアの火山」とCHヒッチコック著「ハワイとその火山」）。^{[33] : 154–155}

1912年、地質学者トーマス・ジャガーはハワイ火山観測所を設立した。この施設は1919年にアメリカ海洋大気庁に、1924年に米国地質調査所（USGS）に引き継がれ、ハワイ島での継続的な火山観測が始まった。次の世紀は徹底的な調査の時代であり、多くの一流科学者の貢献が目立った。最初の完全な進化モデルは1946年にUSGSの地質学者で水文学者のハロルド・T・スターンズによって初めて策定された。それ以来、進歩（岩石の年代測定法の改善や海底火山の段階の調査など）により、以前は観測が限られていた地域の研究が可能になった。^{[33] : 157  [34]}

1970年代、ハワイの海底は船舶ソナーを使って地図に描かれた。計算されたSYNBAPS（合成海底測量システム）^[35]のデータは、船舶ソナーによる海底測量のギャップを埋めた。^{[36][37 ]} 1994年から1998年^{[38]にかけて、}海洋研究開発機構（JAMSTEC）はハワイの詳細な地図を作成し、その海底を研究したため、ハワイは世界で最もよく研​​究された海洋地形の一つとなった。USGSや他の機関と共同で行われたJAMSTECのプロジェクトでは、有人潜水艇、遠隔操作式潜水艇、浚渫サンプル、コアサンプルが使用された。^[39] Simrad EM300マルチビーム サイドスキャンソナーシステムは、水深データと後方散乱データを収集した。^[38]

ハワイのホットスポットは地震トモグラフィーによって撮影されており、幅は500～600 km（310～370マイル）と推定されています。^{[40] [41]}トモグラフィー画像では、深さ1,500 km（930マイル）まで広がる薄い低速度帯が、深さ2,000 km（1,200マイル）から核マントル境界まで広がる大きな低速度帯とつながっていることがわかります。これらの低地震速度帯は、より高温で浮力のあるマントル物質を示していることが多く、下部マントルで発生したプルームと上部マントルにプルーム物質の溜まりがあることと一致しています。プルームの発生源に関連する低速度帯はハワイの北にあり、プルームがマントルの流れによって南に偏向し、ある程度傾いていることを示しています。^[42] ウラン崩壊系列の不平衡データによると、溶融帯の活発に流動する領域は、その基部で220±40km（137±25マイル）、上部マントルの湧昇部で280±40km（174±25マイル）の幅があり、トモグラフィー測定と一致している。^[43]

間接的な研究により、マグマ溜まりは地下約90～100キロメートル（56～62マイル）にあることが判明しており、これは海洋リソスフェアの白亜紀の岩石の推定深度と一致している。これは、リソスフェアがマグマの上昇を阻止することで溶融の蓋の役割を果たしていることを示しているのかもしれない。マグマの元々の温度は、溶岩中のガーネットの融点をテストすることと、オリビンの劣化を考慮して溶岩を調整することの2つの方法で判明した。USGSの両テストでは、温度が約1,500℃（2,730℉）であることが確認されたようだ。比較すると、中央海嶺玄武岩の推定温度は約1,325℃（2,417℉）である。^[44]

^{ハワイアン・スウェル周辺の地表熱流量異常は10 mW/m 2}程度で、^{[45] [46]}米国本土の25～150 mW/m ²の範囲よりはるかに低い。^[47]これは、マントル内の高温で浮力のあるプルームの古典的なモデルでは予想外である。しかし、他のプルームは表面熱流束が大きく変動すること、またこの変動はホットスポット上部の地殻内の熱水流体の流れが変動することによる可能性があることが示されている。この流体の流れは地殻から熱を移流させるため、測定された伝導熱流は真の総表面熱流束よりも低くなる。^[46]ハワイアン・スウェル全体の熱が低いことは、それが浮力のある地殻や上部リソスフェアによって支えられているのではなく、むしろ「動的地形」と呼ばれるメカニズムを通じて表面を上昇させる熱い（したがって密度が低い）マントルプルームの湧昇によって支えられていることを示している。 ^[45]

ハワイの火山は、ホットスポットから北西に年間約5～10センチメートル（2.0～3.9インチ）の速度で移動しています。^[18]ホットスポットは、エンペラー列に対して約800キロメートル（497マイル）南に移動しました。^[25] 古地磁気研究では、地球の磁場の変化に基づいてこの結論が裏付けられており、その画像は岩石が固まったときに刻み込まれており、^[48]これらの海山が現在のハワイよりも高緯度で形成されたことを示しています。湾曲する前、ホットスポットは推定で年間7センチメートル（2.8インチ）移動していましたが、湾曲した時点で移動速度は年間約9センチメートル（3.5インチ）に変化しました。^[25]海洋掘削プログラムにより、移動に関する現在の知識の大部分が得られました。 2001年の^[49]遠征では6つの海山を掘削し、サンプルを検査してそれらの元々の緯度を決定し、ホットスポット全体の移動パターンの特徴と速度を決定した。^[50]

火山が次々と噴煙に付着する時間は短くなっています。エンペラー火山とハワイ火山の最も新しい溶岩と最も古い溶岩の大きな差は、ホットスポットの速度が増加していることを表しています。たとえば、ハワイ島で最も古い火山であるコハラは100万年前に形成され、最後に噴火したのは12万年前で、90万年弱の期間です。一方、最も古い火山の1つであるデトロイト海山は、1800万年以上の火山活動を経験しました。^[23]

この海山列の中で最も古い火山である明治海山は、アリューシャン海溝の縁に位置し、8500万年前に形成された。^{[51]現在の速度では、}太平洋プレートがユーラシアプレートの下に滑り込むにつれて、海山は数百万年以内に破壊されるだろう。海山列がユーラシアプレートの下に沈み込んでいるかどうか、また、ホットスポットが明治海山よりも古いかどうかは不明である。なぜなら、それより古い海山は、その後プレートの縁によって破壊されているからである。また、アリューシャン海溝付近での衝突によって太平洋プレートの速度が変化し、ホットスポット列が曲がった可能性もある。これらの特徴の関係はまだ調査中である。^{[25] [52]}

ストロンチウム、ニオブ、パラジウムの 元素比の分析によると、火山のマグマの組成は大幅に変化している。エンペラー海山は少なくとも4600万年間活動しており、最も古い溶岩は白亜紀のものとされ、その後ハワイ海山群に沿ってさらに3900万年間活動が続き、合計8500万年続いた。データはアルカリ性（初期段階）とソレアイト質（後期段階）の溶岩の両方に存在するストロンチウムの量の垂直変動を示している。系統的な増加は湾曲時に劇的に鈍化する。^[51]

ホットスポットで生成されるマグマのほとんどすべては火成 玄武岩で、火山はほぼ完全にこの玄武岩、または組成は似ているがより粗い斑れい岩や輝緑岩でできています。ネフェリナイトなどの他の火成岩も少量存在し、これらは古い火山、特にデトロイト海山でよく見られます。^[51]玄武岩マグマは、太平洋盆地の縁で壮大で危険な噴火を引き起こす安山岩マグマなどの爆発的な噴火に特徴的なマグマよりも粘性が低いため、ほとんどの噴火は流動性があります。 ^{[7]火山はいくつかの}噴火カテゴリに分類されます。ハワイの火山は「ハワイ型」と呼ばれます。ハワイの溶岩は火口からあふれ出て、長い流れとなって輝く溶岩を形成し、斜面を流れ落ち、何エーカーもの土地を覆い、海を新しい土地に置き換えます。^[53]

溶岩流の速度が増加していることを示す重要な証拠があります。過去 600 万年間の速度は、これまでよりもはるかに速く、年間0.095 km ^{3 (0.023 cu mi) を超えています。過去 100 万年間の平均はさらに高く、約 0.21 km 3} (0.050 cu mi) です。比較すると、中央海嶺での平均生成速度は、海嶺 1,000 キロメートル (621 マイル) あたり約 0.02 km ³ (0.0048 cu mi) です。エンペラー海山列に沿った速度は、平均して年間約 0.01 立方キロメートル (0.0024 cu mi) でした。ホットスポットの誕生から最初の約 500 万年間は、速度はほぼゼロでした。ハワイ諸島に沿った平均溶岩生成速度はさらに大きく、年間0.017 km ^{3 (0.0041 cu mi) です。 [25]}ホットスポットは合計で約75万立方キロメートル（18万立方マイル）の溶岩を生成したと推定されており、これはカリフォルニア州を約1.5キロメートル（1マイル）の厚さの層で覆うのに十分な量です。^{[5] [18] [54] [55] [56]}

個々の火山間の距離は縮まっています。火山は北へ移動する速度が速くなり、活動時間が短くなっていますが、ホットスポットの最近の噴火量が大幅に増加したため、火山の間隔が狭くなり、その多くが重なり合ってハワイ島や古代のマウイヌイのような上部構造を形成しています。一方、エンペラー海山の火山の多くは100キロメートル（62マイル）、さらには200キロメートル（124マイル）も離れています。^{[55] [56]}

ハワイ・エンペラー海山列の詳細な地形分析により、ホットスポットは地形高地の中心にあり、その標高はホットスポットから離れるにつれて低下することが明らかになった。標高の最も急激な低下と地形とジオイド高の最も高い比率は、海山列の南東部にあり、ホットスポットから離れるにつれて低下し、特にモロカイとマレーの断裂帯の交差点で顕著である。最も可能性の高い説明は、2つの断裂帯の間の地域が海山列の大部分よりも再加熱の影響を受けやすいということである。別の説明としては、ホットスポットの強度が時間の経過とともに増大したり低下したりすることが考えられる。^[37]

1953年、ロバート・S・ディーツと彼の同僚は、このうねりの挙動を初めて特定した。原因はマントルの湧昇であると示唆された。その後の研究は、下部リソスフェア内の再加熱によって引き起こされた地殻隆起であると指摘した。しかし、うねりの下での通常の地震活動と熱流の検出不足から、科学者は原因として動的地形を示唆した。この地形では、高温で浮力のあるマントルプルームの動きが島々の周囲の高い地表地形を支えている。^[45]ハワイのうねりを理解することは、ホットスポットの研究、島々の形成、そして地球内部に重要な意味を持つ。^[37]

ハワイのホットスポットは地震活動が非常に活発な地帯で、ハワイ島内および近辺では毎年何千もの地震が発生している。ほとんどの地震は人が感じないほど小さいが、中には軽度から中程度の被害をもたらすほど大きいものもある。 ^[57]記録されている中で最も破壊的な地震は1868年4月2日の地震で、マグニチュード7.9だった。^[58]この地震によりパハラの北5マイル（8.0 km）にあるマウナロアで地滑りが発生し、31人が死亡した。津波でさらに46人が死亡した。プナルウ、ニノレ、カアアワ、ホヌアポ、ケアウホウランディングの各村が大きな被害を受けた。津波はココナッツの木のてっぺんを60フィート（18 m）の高さまで押し流され、場所によっては内陸の4分の1マイル（400 m）まで到達したと伝えられている。^[59]

ハワイのホットスポットは、8500万年の歴史の中で少なくとも129の火山を生み出しており、そのうち123以上が死火山、海山、環礁で、そのうち4つは活火山、2つは休火山です。^{[23] [50] [60]}これらは、3つの一般的なカテゴリに分類できます。米国ハワイ州の大部分を占め、現代のすべての火山活動の場所であるハワイ諸島、サンゴ環礁、死島、環礁島で構成される北西ハワイ諸島、そしてすべて浸食されて海に沈み、海山とギヨ（平らな頂上を持つ海山）になったエンペラー海山です。^[61]

ハワイの火山は、頻繁な地溝噴火、その大きなサイズ（体積は数千立方キロメートル）、そしてその不均一で分散した形状が特徴です。地溝帯はこれらの火山の顕著な特徴であり、一見ランダムな火山構造の原因となっています。^[62]ハワイ諸島で最も高い山であるマウナケアは、平均海面から4,205メートル（13,796フィート）の高さにあります。海底の麓から測ると、10,203メートル（33,474フィート）で世界で最も高い山です。エベレストは海抜8,848メートル（29,029フィート）です。^[63]ハワイは無数の海山に囲まれていますが、それらはホットスポットとその火山活動とは無関係であることがわかりました。^[39]キラウエア火山は1983年から2018年までプウ・オオという小さな火山丘から継続的に噴火しており、火山学者や観光客の注目を集めている。^[64]

ハワイ諸島は、火山の崩壊に起因する多数の地滑りで覆われています。水深測量により、島の側面に長さ 20 km (12 マイル) を超える大規模な地滑りが少なくとも 70 箇所あることが判明しており、最長のものは長さ 200 km (120 マイル)、体積 5,000 km ³ (1,200 立方マイル) を超えています。これらの土石流は、大きく 2 つのカテゴリに分類できます。1つは、斜面を土砂が移動してゆっくりと発生源を平らにする「スランプ」、もう 1 つは、火山の斜面を分断し、火山の土石を斜面を越えて散乱させる「より壊滅的な土石流」です。これらの土石流は、大規模な津波や地震、火山の山塊の断裂、発生源から数百マイル離れた場所への土石の散乱を引き起こしました。 ^{[65]現在、}ハワイ島の南側で活発な地滑りが起こっており、キラウエアの南側の島塊の可動部分はヒリナ地滑りとなっている。 ^[66]

崩落は発生源に深く根ざす傾向があり、岩石を火山内部の 10 km (6 マイル) の深さまで動かす。新たに噴出した大量の火山物質によって前方に押し出された崩落は、ゆっくりと前進したり、1868 年と 1975 年にハワイで発生した史上最大の地震の原因となった痙攣のように前方に押し寄せたりする。一方、岩屑なだれはより薄く長く、先端の火山円形劇場と基部の丘陵地帯によって特徴付けられる。急速に移動するなだれは 10 km (6 マイル) の岩塊を数十 km 離れた場所まで運び、地元の水柱を乱して津波を引き起こす。これらの出来事の証拠は、ハワイの多くの火山の斜面の高いところに海底堆積物の形で存在し^[65]、ダイカクジ ギヨーやデトロイト海山などのいくつかのエンペラー海山の斜面を汚している。^[23]

ハワイ島東側の5年間のGPS測定では、太平洋プレートに対して最大15cm/年（5.9インチ/年）の速度で崩壊するパターンが示されています^[67]

ハワイの火山は、成長と浸食という確立されたライフサイクルをたどっています。新しい火山が形成されると、溶岩の放出量は徐々に増加します。高さと活動は、火山が約50万年経ったときにピークに達し、その後急速に衰退します。最終的に休眠状態になり、最終的には消滅します。風化と浸食により、火山の高さは徐々に低下し、再び海山になります。^[61]

このライフサイクルはいくつかの段階に分かれている。最初の段階は海底前シールド段階であり、現在はカマエワカナロア火山のみが代表的である。この段階では、火山は噴火の頻度を増やしながら高さを増していく。海水圧が爆発的な噴火を防ぐ。冷たい水が溶岩を急速に固め、海底火山活動に典型的な枕状溶岩を形成する。 ^{[61] [68]}

海山がゆっくりと成長するにつれ、シールド段階を経る。海中に沈んでいる間に、カルデラなどの多くの成熟した地形​​を形成する。山頂は最終的に地表を突き破り、火山が爆発的なサブフェーズに入ると、溶岩と海水が制御をめぐって「戦い」を繰り広げる。この発達段階は、爆発的な蒸気噴出孔によって例証される。この段階では、波が溶岩を弱める結果、主に火山灰が発生する。 ^[61]この溶岩と海の争いは、ハワイの神話に影響を与えている。^{[26] : 8–11}

火山は、水面から脱出できる高さに達すると、陸上噴火段階に入ります。火山は、およそ 50 万年かけて水面上の高さの 95% に達します。その後、噴火は爆発的ではありません。この段階で噴出する溶岩には、パホエホエとアアの両方が含まれることが多く、現在活動中のハワイの火山であるマウナ ロアとキラウエアはこの段階にあります。ハワイの溶岩は、流動性があり、塊状で、流れが遅く、比較的予測しやすいことがよくあります。USGS は、溶岩が最も流れやすい場所を追跡し、溶岩を見るための観光地を維持しています。^{[61] [69]}

島々の地滑り跡に隣接する大規模な海底地滑りによって示される機械的崩壊は、各島の火山形成の初期段階を形作る進行中のプロセスです。

陸上段階の後、火山は一連のポストシールド段階に入り、機械的崩壊によって沈下と浸食が起こり、環礁となり、最終的には海山となる。太平洋プレートが火山を20℃（68℉）の熱帯から移動させると、サンゴ礁はほとんど死滅し、死火山は世界中に推定10,000ある不毛の海山の1つとなる。^{[61] [70]}すべてのエンペラー海山は死火山である。

サンゴ礁の成長と形態は、海底火山から陸上の盾状岩、そして海山への進行を示すことが多い。火山島が形成されると、その周縁部にサンゴ礁が形成されるプロセスは、地元の島の沈下と世界の海面上昇の両方に関係している。^[71]水温や地形などの他の地域要因もサンゴ礁の形成に重要である。^[71]これらの裾礁は、休火山が沈下し、相対的な海面上昇と一致するにつれて、徐々に垂直方向と海側に付加される。現代の例として、ハワイのオアフ島沖のカイルア湾は、サンゴ礁の炭酸塩生成、堆積物生成および堆積を理解するために広範囲に研究されてきた。総炭酸塩生成量は約1.22 kg m ⁻² y ⁻¹であるのに対し、生物侵食による堆積物生成量は0.33 kg m ⁻² y ⁻¹で、平均垂直付加量は0.066 cm/年（0.026インチ/年）と推定されている。この速度は、裾礁の増加速度の世界平均である0.1～0.4cm/年（0.039～0.157インチ/年）よりもかなり低い。研究者たちは、強い波の作用、サンゴ礁の生物多様性、海面上昇、人為的影響の関係を調査している。^[72]島の沈下が進むと、裾礁は堡礁に発達し、火山が海山になると堡礁は環礁を形成する。ミッドウェー環礁は、ホットスポット火山島の進化の最終段階の良い例である。^[73]

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ウィキメディア・コモンズには、ハワイのホットスポットに関連するメディアがあります。

• ペレ — 火の女神 Archived 26 March 2017 at the Wayback Machine :ハワイの神話によると、ペレの完全な物語の詳細。
• ハワイのホットスポットの長い軌跡: ハワイ諸島に関する USGS の記事。
• ハワイの火山の進化: ハワイの火山の時間の経過に伴う進化に関する USGS の記事。
• 短編映画「Inside Hawaiian Volcanoes (1989)」は、インターネット アーカイブで無料で視聴およびダウンロードできます。