Xreferat.com » Рефераты по геологии » Новейшие гигантские эксплозивно-обвальные лавины катастрофических извержений вулкана Шивелуч на Камчатке

Новейшие гигантские эксплозивно-обвальные лавины катастрофических извержений вулкана Шивелуч на Камчатке

: детерминированность и возможные причины

И.В.Мелекесцев

Памяти Г.С.Горшкова, директора (1966-1970 гг.) Института вулканологии, который первым на Камчатке начал изучать такие образования в 1956 г., посвящается 

На основе детальных вулканологических и тефрохронологических исследований оценены параметры и реконструирована предыстория подготовки катастрофических извержений вулкана Молодой Шивелуч, проходивших с образованием гигантских обломочных лавин (ГОЛ) в 1430, 1854 и 1964 гг. Наибольшее внимание уделено описанию эксплозивно-обвальной обломочной лавины 1964 г., предложен новый механизм ее формирования. Показано, что подобный механизм был свойственен и для двух других обломочных лавин. Возникновение ГОЛ было предопределено разными формами существования андезитовой магмы и закономерностями эруптивной активности вулкана в голоцене. Пересмотрены в сторону уменьшения сила и геолого-геоморфологический эффект извержения 1854 г., а также размеры и объем связанной с ними обломочной лавины. Предполагается, основываясь на продуктивности вулкана Молодой Шивелуч в XIX-XX веках, что следующее извержение типа 1964 г. может произойти через 60-90 лет.

Новейшие гигантские эксплозивно-обвальные лавины катастрофических извержений вулкана Шивелуч на Камчатке

Рис. 1

 Проведенные исследования показали, что в Курило-Камчатской области есть минимум 7 вулканов (Шивелуч (рис.1), Безымянный, Кизимен, Тауншиц, Бакенинг, Севергина, Менделеева), извержения которых за последние 10-11 тыс. лет сопровождались образованием большеобъемных, вплоть до гигантских, эксплозивно-обвальных грубообломочных лавин. На вулканах Севергина (о.Харимкотан, Курильские острова) и Шивелуч (Камчатка) они происходили многократно [15,16,30]. Такие грубообломочные лавины вполне возможны на этих и других вулканах в будущем. 

Несомненно, что каждое извержение подобного типа представляло и будет представлять серьезную опасность для населения и хозяйственных объектов. Они приводили и будут приводить также к кардинальным изменениям природной среды на площадях в десятки и сотни квадратных километров. Чаще всего эти извержения происходили внезапно, поскольку до сих пор однозначно не выявлены все типы потенциально опасных в этом отношении вулканов, во многом непонятны процессы, их вызывающие, не разработаны критерии долгосрочного прогноза подобных событий. 

В связи с чем весьма ценны вулканы, извержения которых чаще других приводили к возникновению эксплозивно-обвальных грубообломочных лавин. И прежде всего - вулкан Молодой Шивелуч (56o 38.1' с.ш., 161o 19.0' в.д., абс. высота до ноября 1964 г. ~2700 м.). Во-первых, он - пока единственный, где такие лавины не только выявлены, закартированы, но и надежно датированы радиоуглеродным (14С) методом [30]. Во-вторых, там 12 ноября 1964 г. произошло неоднократно описанное специалистами-вулканологами [4,20 и др.] катастрофическое извержение с образованием гигантской грубообломочной лавины. В-третьих, наличие качественной аэрофотосъемки, сделанной после извержения 1964 г., и составленные на ее основе крупномасштабные топографические карты позволили детально проанализировать происшедшие изменения в морфологии вулкана Молодой Шивелуч и его подножия, изучить особенности мезо- и микрорельефа поверхности грубообломочной толщи, динамику ее формирования и взаимоотношение (временное и пространственное) с пирокластическими потоками того же извержения, выявить характерные признаки отложений, точно определить их объем. Немаловажно и то, что здесь была реконструирована [30] хронология и предыстория многих обломочных лавин, в том числе новейших, возникших в XV-XX веках. Особый интерес представляет 111-летняя подготовка извержения 1964 г. после предыдущего сильного извержения вулкана Молодой Шивелуч в феврале 1854 г.

1.Гигантская грубообломочная лавина 1964 г. и ее предыстория 

Эксплозивно-обвальная грубообломочная лавина извержения 12 ноября 1964 г. и ее предыстория отнюдь не случайно выбраны в качестве своего рода модельного эталона для объяснения детерминированности возникновения, изучения закономерностей строения, механизма и динамики формирования более старых по возрасту лавин Молодого Шивелуча. Это прямое следствие результатов проведенных исследований [30], показавших, что по своим параметрам, особенностям строения мезо- и микрорельефа поверхности, мощности отложений, облику и составу обломочного материала она практически не отличается от таковых аналогичных сохранившихся фрагментов его доисторических форм. Поэтому есть основания полагать, что и последние могли возникнуть сходным путем. То же можно утверждать, в первом приближении, и относительно типичности ее предыстории. 

Предыстория подготовки извержения 1964 г. начинается с 1854 г. после мощного извержения 17-18 февраля. Извержение 1854 г. считается [4] похожим на извержение 12 ноября 1964 г. Поэтому следующие почти 111 лет можно, с известной долей условности, считать временем подготовки последнего. Хотя сразу же необходимо отметить, что в эруптивной истории Молодого Шивелуча в эти годы не было периода покоя, даже относительного. Собственно период относительного покоя только с фумарольной активностью продолжался лишь до 1879 г., когда началось новое извержение, закончившееся в 1883 г. Его результат - образование купола Центральный [4]. Имеются данные [Guillemard, 1886, p.171], что в июле 1883 г. часть купола была уничтожена взрывом или обвалом: "... конус... внезапно раскололся на два, испуская огромное количество лавы, которая стекала по склонам" (цитируется по [4, с.32]). За лаву здесь, вероятно, приняты раскаленные обломочные лавины, обычно связанные с ростом экструзивных куполов, и (или) небольшие пирокластические потоки. 

В дальнейшем эпизоды активизации купола Центральный отмечались в 1897-1898, 1905 и 1927-1929 гг. [4,6,18,22 и др.]. В ходе первого из них происходили взрывы и иногда выбрасывалось довольно большое количество тефры: 3 марта 1898 г. пепел выпал в с.Тигиль в 200 км к СЗ от вулкана [18]. Извержение 1927-1929 гг. было слабым, так как проведенное Г.С.Горшковым [4] сравнение фотографий 1909 и 1949 гг. показало отсутствие сколько-нибудь серьезных изменений на вершине купола Центральный: сохранились даже отдельные зубцы и камни.

Новейшие гигантские эксплозивно-обвальные лавины катастрофических извержений вулкана Шивелуч на Камчатке

Рис. 2

 Новое длительное извержение вулкана Молодой Шивелуч, приведшее в итоге к образованию крупного экструзивного купола Суелич, началось в ноябре 1944 г. серией фреатических взрывов. Собственно экструзивный купол стал расти с января 1946 г. Осенью 1946 г. его высота достигла 300-400 м, в 1947 г. увеличилась еще на 100-150 м [18]. В конце извержения (апрель 1950 г.) высота купола Суелич была 500-600 м, диаметр вершины - 500 м, диаметр основания - 1000 м [18]. 

Рост купола с 1947 г. сопровождался многочисленными раскаленными лавинами, неоднократно происходили сильные взрывы и пеплопады. Несколько раз пеплы выпадали на расстоянии более 100 км от эруптивного центра [4,18, и др.]. Однако мощность отложенной тефры, за исключением участков, примыкающих к основанию купола, составляла первые миллиметры и доли миллиметра. Поэтому они не всегда фиксируются в почвенно-пирокластических чехлах даже подножия вулкана. 

После 6 апреля 1950 г. и до 12 ноября 1964 г. вулканических проявлений отмечено не было.

Новейшие гигантские эксплозивно-обвальные лавины катастрофических извержений вулкана Шивелуч на Камчатке

Рис. 3

 Строение вершинной части вулкана Молодой Шивелуч перед ноябрьским извержением 1964 г. было известно лишь в общих чертах, поскольку специального детального геоморфолого-геологического картирования проведено не было, а качественная топографическая основа и материалы аэрофотосъемки на этот участок отсутствовали. Имевшиеся же данные наблюдений сотрудников Камчатской вулканологической станции в г.Ключи суммированы в работах А.А.Меняйлова [18], Г.С.Горшкова и Ю.М.Дубика [4]. Принципиальных различий между схемами строения вершинной части вулкана Молодой Шивелуч в обеих работах (рис.2 в [18] и рис.2а в [4]) нет, но вторая из них подробнее, поэтому она (рис.2) и принята в качестве базовой. Там показаны: 1) большой (~2 км), открытый на юг кратер, который, по предположению Г.С.Горшкова [4], возник во время извержения 1854 г.; 2) наполовину уничтоженный в 1854 г. самый старый, крупный и высокий экструзивный купол - Четвертая вершина; 3) группа из двух соединенных своими основаниями экструзивных куполов к югу от Четвертой вершины; 4) молодые экструзивные купола Центральный (1879-1883 гг.) и Суелич (1946-1950 гг.); 5) отдельно стоящий экструзивный купол (?) - Арбузик на самом юге. Поскольку, кроме Арбузика, все купола расположены в непосредственной близости друг от друга, они образуют как бы единый многоцентровый экструзивный массив с общим основанием из слившихся между собой их агломератовых мантий. Поэтому вулкан Молодой Шивелуч был выделен [13] даже в особый тип - экструзивный вулкан. 

По данным Г.С.Горшкова [4], на гребне обрыва купола Четвертая вершина лежат три горизонта пемзы. Вероятнее всего они были связаны с извержениями Молодого Шивелуча в ~1430, ~1650 и 1854 гг. Сам же купол возник после катастрофического извержения ~1030 г., а разрушившее его извержение произошло ~1430 г. (см. ниже): (даты, кроме 1854 г., из [30]). Экструзивные купола к югу от Четвертой вершины тоже покрыты пемзой. Это, по-видимому, пемза 1854 г., поскольку там лишь один горизонт. На куполах Центральный и Суелич Г.С.Горшков пемз не обнаружил. 

Судя по карте масштаба 1:100 000, в 1950 г. максимальная абсолютная высота гребня купола Четвертая вершина равнялась (или чуть превышала) 2800 м, куполов Центральный и Суелич - 2650-2700 м. Несколько меньше (2300-2400 м) были высоты куполов к югу от Четвертой вершины. Эта же карта послужила основой для построения поперечных профилей (рис.3) привершинной части вулкана Молодой Шивелуч, характеризующих топографическую ситуацию до извержения 1964 г.

Новейшие гигантские эксплозивно-обвальные лавины катастрофических извержений вулкана Шивелуч на Камчатке

Рис. 4

 Особенности извержения 12 ноября 1964 г. и его грубообломочная лавина описаны в работах П.И.Токарева [23, 24], Б.И.Пийпа и Е.К.Мархинина [20], Г.С.Горшкова и Ю.М.Дубика [4], Т.С.Краевой [9], А.Б.Белоусова [2,29], П.П.Фирстова [25] и др. Со многими положениями этих работ автор настоящей статьи согласен, однако некоторые из них, и особенно выводы, склонен пересмотреть. 

Единственный зафиксированный признак подготовки извержения - усиление сейсмической активности в районе вулкана: первые слабые толчки отмечены в январе 1964 г., в дальнейшем сила толчков и их количество увеличились. После роя землетрясений в мае П.И.Токарев [23] предупредил о возможности извержения. Несмотря на это, извержение 12 ноября 1964 г. оказалось неожиданным, и сведения о событиях его начальной фазы поставлялись главным образом не специалистами-вулканологами, а случайными наблюдателями [4]. Не все приборы исследовательского комплекса были в исправности [4]. 

Подобное стечение обстоятельств, а также необычность самого извержения, вероятно, и послужили одной из главных причин неоднозначной интерпретации его хода и последствий. В частности, трактовки происхождения возникшей тогда гигантской грубообломочной лавины, первой здесь в XX в. В самой ранней публикации [20] ее наличие просто констатируется, описывается рельеф лавины, приводится оценка занимаемой площади (~70 км2), но в явном виде генезис данной формы не обсуждается. В неявной же форме подразумевается, что она возникла из материала нескольких взрывов, разрушивших вершину Молодого Шивелуча (рис.4). Определение это было сформулировано еще П.И.Токаревым, который утверждал, что "... при извержении вулкана Шивелуч 12 ноября 1964 г., в отличие от извержения вулкана Безымянного 31 марта 1956 г. (здесь опечатка, так как извержение случилось 30 марта. Прим. автора), не было одного главного взрыва, разрушившего старую постройку, а произошла серия взрывов, непрерывно следующих один за другим" [24, с.18]. Образование покрова холодного агломератового материала он связывает со II фазой (19 ч 20 мин - 19 ч 47 мин, 11 ноября, по Гринвичу) пароксизмальной стадии извержения, когда сила взрывов непрерывно возрастала, происходило разрушение лавовой пробки и выбрасывался большой объем пород из кратера: за 27 минут - 8х1014 г холодного материала старой постройки с интенсивностью 5х1011 г/с. 

Самое полное описание извержения 1964 г. сделано в статье Г.С.Горшкова и Ю.М.Дубика [4]. В ней дана всесторонняя и подробная характеристика большинства аспектов этого извержения и его последствий. Тип извержения отражен в самом названии статьи - "Направленный взрыв на вулкане Шивелуч". Поэтому все события рассмотрены именно под таким углом зрения (с.16-18): "... неоспоримо установлено, что на вулкане произошел один (может быть сдвоенный) очень мощный, направленный к югу взрыв, который почти нацело снес куполы Кратерной вершины... на месте куполов... образовался новый кратер размером 1.5х3 км... из двух частей... . Значительная масса брекчии взрыва обрушилась на непосредственно прилегающий к кратеру южный сектор подножия вулкана... . Подавляющая часть взрывного материала... выброшена на расстояние до 10 км от кратера, образовав сплошной покров от нескольких метров до нескольких десятков метров... площадь покрова... 98 км2". Приводятся доказательства движения материала уже после падения его на склон во фронтальной и средней частях покрова. Отмечается, что вблизи кратера встречаются блоки пород, выброшенные взрывом за границы покрова. Объем отложений направленного взрыва оценен минимум в 1,5 км3. Связываются с взрывом и самые сильные землетрясения в 7 ч 07 мин и 7 ч 13 мин 12 ноября. Камчатскими аналогами данного извержения считаются извержения вулканов Безымянный 30 марта 1956 г. и Шивелуч 17-18 февраля 1854 г., зарубежным - извержение вулкана Бандай-сан 1888 г. в Японии. Извержения вулканов Шивелуч 1964 г. и Бандай-сан отнесены Г.С.Горшковым [4] к "типу Безымянной". 

В последние годы представления Г.С.Горшкова и Ю.М.Дубика о взрывном происхождении обломочной лавины оспариваются. Так, в работах [2, 29] делается вывод, что извержение 12 ноября - фреатическое, спровоцированное обрушением с постройки 1,154 км3 материала в 7 ч 07 мин утра местного времени, а в интервале 7 ч 20 мин - 7 ч 47 мин - плинианское. Соответственно, образовавшаяся обломочная лавина, как и на вулкане Сент-Хеленс 18 мая 1980 г. - чисто обвальная толща. Каких-либо серьезных доказательств в пользу такого ее генезиса, основанных на новом собственном материале, А.Б.Белоусов практически не приводит. Более того, приведенная выше цифра объема обвальных отложений, взятая им из работы [8], на наш взгляд, менее достоверна, чем у Г.С.Горшкова [4]. Во-первых, неудачна сама методика ее определения по картам разного масштаба, сделанных с очень неодинаковой точностью, на которых абсолютные высоты одних и тех же объектов южного подножия вулкана Шивелуч по внешнему периметру обломочной лавины отличаются на десятки метров. То же можно, вероятно, утверждать и относительно участков, погребенных сейчас под отложениями лавины. Во-вторых, из 1,154 км3 обломочной лавины необходимо вычесть еще 0,3-0,5 км3 ювенильного материала пирокластических потоков извержения 1964 г. Оставшиеся 0,654-0,854 км3 намного меньше даже первичного объема уничтоженных экструзивных куполов, имевших примерно в 1,5 раза больший средний объемный вес слагавших их лав, чем дезинтегрированный материал обломочной лавины. 

П.П.Фирстов [25], основываясь на соотношении интенсивности сейсмического и акустического сигналов, пытается доказать, что извержение 12 ноября 1964 г. началось с грандиозного обвала объемом 1,5 км3, и что вся его обломочная лавина имеет обвальное происхождение. Геологические представления для обоснования своей точки зрения П.П.Фирстов заимствовал из работы [29]. 

Таким образом, сейчас оформились две концепции причины и динамики ноябрьского извержения 1964 г. и, соответственно, два разных подхода к обоснованию происхождения его обломочной лавины: 1) взрывная, представленная двумя разновидностями - единого мощного направленного взрыва [4] и множественных взрывов [20,23,24] и 2)

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: