ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2007, № 1, с. 47-57
УДК 551.21
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВУЛКАНОВ СЕВЕРНОЙ ГРУППЫ ПО ДАННЫМ БУРЕНИЯ В КРАТЕРНОМ ЛЕДНИКЕ (ВУЛКАН УШКОВСКИЙ, КАМЧАТКА)
© 2007 г. Я. Д. Муравьев1, А. А. Овсянников1, Т. Шираива2
1Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006 2Институт исследования низких температур, Саппоро, 060-0819, Япония Поступила в редакцию 09.02.2004 г.
Многолетние исследования в кальдере вулкана Ушковский завершились в июне 1998 г. бурением глубокой скважины в леднике, заполняющем кратер вершинного конуса Горшкова. Был получен 212-метровый ледяной керн, содержащий 354 прослоя вулканического пепла. В статье рассмотрены перспективы анализа этих данных для палеовулканических реконструкций в пределах Северной группы вулканов.
ВВЕДЕНИЕ
Извержения вулканов происходят не изолированно от окружающей среды. Многие из них несут угрозу жизни и оказывают ощутимое влияние на человеческую деятельность. Для прогноза вулканогенных катастроф необходимы подробные данные о многолетней деятельности вулканов. В исторических архивах обычно отражен небольшой период времени; полнота зафиксированной информации часто недостаточна. Поэтому проблема поиска объективно сохраненной летописи хронологии вулканической деятельности очень важна. Полярные шапки и высокогорные ледники умеренных широт являются наиболее полным источником подобных данных, которые накапливаются и сохраняются во льду длительное время.
Кратерный ледник на вершине вулкана Ушковский (Камчатка, 56°04' с.ш., 160°28' в.д.) является уникальным местом для получения ледяного керна с целью региональных палеоклиматиче-ских и палеовулканологических реконструкций в тихоокеанском секторе северного полушария. Вершина вулкана поднимается в среднюю тропосферу (~4000 м над у. м.) и, располагаясь на границе между главными барическими центрами действия атмосферы в районе Камчатки (Азиатским максимумом и Алеутским минимумом), содержит в своем леднике подробные сведения о вековых флуктуациях региональных барических центров, продуцирующих колебания климата Камчатки. Кроме того, пепловые слои, захороненные в леднике в хронологическом порядке, отражают информацию об активности окружающих вулканов.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
В 1996-1998 гг. российско-японская экспедиция в кальдере вулкана Ушковский (рис. 1) выполнила комплекс гляциологических и геофизических исследований, завершившихся бурением скважины в леднике, заполняющем кратер Горшкова [12, 13, 19 и др.]. Измерения баланса массы льда в шурфах и в 27-метровой скважине [4, 18], пробуренной в 1996 г. недалеко от геометрического центра кратера, обеспечили надежную оценку скорости аккумуляции, которая в течение, по крайней мере, последних 28 лет составила около 0.6 м/год в ледяном эквиваленте.
Эти материалы совместно с данными радиолокации позволили построить математическую модель динамики кратерного ледника, согласно которой было определено оптимальное место для бурения глубокой скважины, расположенное ниже по линии тока льда в 200 м от геометрического центра кратера [16]. Измеренная радиолокационным методом максимальная толщина ледника в этом месте достигает 250 м [11], а возраст льда на этой глубине, согласно модели, составляет около 800 лет [19].
Бурение было выполнено электромеханическим буром конструкции GeoTecs Со, с проектной глубиной бурения до 200 м (разработчик Т. Так^а-shi, Япония). Ледяной керн, длиной 212 м, был извлечен практически без потерь и доставлен судном-рефрижератором в кернохранилище Института низких температур Хоккайдского университета для дальнейшей аналитической обработки. Первичное изучение керна производилось на месте, по мере его поступления на поверхность, и включало описание стратиграфии, измерение плотности фирна и льда, а также измерение электропроводимости льда (ЕСМ). Кроме того, весь керн
Рис. 1. Топографическая схема вершинного ледникового купола в кратере Горшкова вулкана Ушковский, Камчатка, и положение буровой скважины ВН-1, пробуренной в 1998 году. Сплошные и пунктирные линии - контуры изолиний высот ледника и выходов коренных пород в кальдере соответственно. На врезке - положение вулкана Ушковский в Северной Пацифике.
был переснят цифровой видеокамерой для дальнейшего визуального анализа с использованием средств компьютерной обработки изображений [19, 21].
Изучение ледяного керна включает комплекс различных методов исследований. Вулканологическая часть решает три основные задачи: уточнение хронологии вулканических извержений, изучение особенностей отдельных событий и оценку влияния вулканических пеплов на окружающую среду на основании анализа геохимических характеристик льда. Первые две задачи в первом приближении решаются стратиграфическим анализом керна, который проверялся известными тефрохронологическими маркерами во льду и измерениями годовой скорости аккумуляции в шурфах и мелких скважинах в 1984-1999 гг.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Всего в 212 м керна идентифицировано 354 горизонта пеплов различного химического состава, с разной концентрацией частиц во льду. Все пеп-лы отвечают однократным пеплопадам. Ввиду того, что понятие извержения вулкана в вулканологии до сих пор трактуется неоднозначно, главным критерием разделения извержений принято отсутствие пепловых горизонтов в течение полупериода (0.3 м льда) годовой аккумуляции льда в кратере. Исходя из этого, было выделено 180 одиночных слоев и пачек пеплов, которые фиксируют отдельные извержения вулканов за прошедшие шесть столетий.
Среди этих вулканогенных горизонтов могут присутствовать следы эксплозивных извержений любых вулканов северотихоокеанского региона планеты (табл. 1). Большое расстояние между
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВУЛКАНОВ СЕВЕРНОЙ ГРУППЫ Таблица 1. Эксплозивные извержения вулканов в Северной Пацифике в 1500-2001 гг. [20]
Вулкан (регион) Высота вулкана, м Географ. координаты Даты извержений. В скобках указан индекс эксплозивности (УЕГ)
Шивелуч (Камчатка) 3395 56.8° с.ш. 161.6° в.д 05/2001(4); 04/1993(3); 1991-1984(1-2); 11/1964(4); 1944(2); 1897(2); 1883(3); 1854(5); 1793(?); 1690(?)С
Ключевской (Камчатка) 4850 56.2° с.ш. 160.8°в.д. 09/1994(4); 1986(3); 1984-1985(3); 1977(3); 1974(3); 1968(3); 1965(3); 1960(3); 01/1945(4); 1937(3); 1935(3); 1931(4); 1829(4); 1737(4); 1697(3)
Безымянный (Камчатка) 3000 56.1° с.ш. 160.7° в.д 05/1997(3); 12/1997(3); 1993-1989(2-3); 1986-1984(2-3); 1981-1976(2-3); 02/1979(4)?; 1971(3); 1965-1957(1-3); 1956(5);1955(4)
Пл. Толбачик (Камчатка) 3085 55.9° с.ш. 160.5° в.д 1975-1976(4); 1970(2); 1967(2); 1964(2); 1939-1941(3); 1924(2); 1904(2); 1848(2); 1793(2); 1790-1798(2); 1769(2); 1739-1740(2); 1699(2); 1550(2)Т
Карымский (Камчатка) 1436 54.0° с.ш. 159.5° в.д 01/1996(2); 05/1963(3)
Авачинский (Камчатка) 2743 52.3° с.ш. 159.1° в.д 02/1945(4); 1926(3); 1827(3)
Ксудач (Камчатка) 1079 51.8° с.ш. 157.5° в.д 03/1907(5)
Алаид (Курилы) 2339 50.8° с.ш. 155.5° в.д 04/1981(4); 1793(4+)
Чикурачки (Курилы) 1817 50.3° с.ш. 155.5° в.д 11/1986(4); 12/1853(4); 1690(4)Т
Синарка (Курилы) 934 48.9° с.ш. 154.2° в.д ?1873(4)
Райкоке (Курилы) 551 48.3° с.ш. 153.2° в.д 02/1924(4); 1778(4)
Сарычева (Курилы) 1497 48.1° с.ш. 153.2° в.д 11/1946(4)
Чирпой (Курилы) 624 46.5° с.ш. 150.9° в.д 12/1712(4?)
Горелый (Алеуты) 1573 51.8° с.ш. 178.8° з.д. 08/1980(4)
Исноцкий (Алеуты) 2446 54.8° с.ш. 163.7° з.д. 03/1825(4)
Катмай (Аляска) 841 58.3° с.ш. 155.2° з.д. 06/1912(6)
Августин (Аляска) 1227 59.4° с.ш. 153.4° з.д. 10/1883(4)
Погромный (Алеуты) 2002 54.6° с.ш. 164.7° з.д. ? 1795(4)
Тарумаи (Япония) 1024 42.7° с.ш. 141.4° в.д. 08/1739(5); 08/1667(5)
Усу (Япония) 725 42.5° с.ш. 140.8° в.д. 08/1663(5)
Примечание. С - датировано торические свидетельства (с
радиоуглеродным методом; Т - датировка тефрохронологическим методом; остальные (?) - ис-разночтением по литературным источникам).
центром извержения пепла и местом его отложения свидетельствует о мощности самого извержения и о стратосферном эффекте распространения пепловых частиц. Поэтому в табл. 1 для дальних вулканов учитывались извержения с индексом эксплозивности (УЕ1) от 4 баллов и выше [20]. Но, в отличие от кернов из полярных ледников, где откладывается в основном транзитная тефра
(или кислотные сигналы) извержений вулканов, удаленных от мест бурения на многие сотни и тысячи километров, в ушковском керне главным образом представлены пеплы местных извержений. Исходя из этого, можно полагать, что уровень кислотных сигналов, которые, например, фиксируются в гренландских кернах, практически невозможно диагностировать в пределах Северной
Рис. 2. Схема расположения действующих вулканов Северной группы по отношению к точке бурения скважины (@). Звездочками выделены кратеры вулканов, стрелками - направление на вершину вулкана Ушковский.
группы, в связи с мощным химическим воздействием пеплов и газов местных вулканов [5] на незначительные химические примеси далеких извержений, аккумулированных льдом.
Среди действующих вулканов региона наиболее близки к месту бурения вулканы Ключевской, Шивелуч, Безымянный, Плоский Толбачик и Ушковский (рис. 2). Их изверженные продукты в той или иной степени представлены в керне. Для верхних 40 метров фирновой толщи ледника, охватывающих около 50 лет аккумуляции, время отложения большинства из этих горизонтов известно.
Гранулометрический анализ, выполненный для 43 образцов пеплов, показал, что по размеру они представлены в основном псаммитовой разностью и только в 6 пробах содержатся частицы псефито-вой размерности (>2.0 мм). В основном это пеплы, которые в керне представлены наиболее концентрированными горизонтами, мощностью до 0.52.0 см (рис. 3).
На рис. 4 показаны соотношения обломков породы, вулканического стекла и кристаллической фазы. Эти соотношения показывают, что большая часть пеплов в керне представлена литокла-стической и витрокластической разностями. Кри-
Рис. 3. Примеры залегания пепловых прослоев в керне. а - "мутный" лед на глубине 73.36 м от дневной поверхности, насыщенный тончайшими частицами пеплов далеких извержений (толщина 3 см); б - четкий пепловый прослой извер
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.