ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2013, № 3, с. 86-95
= региональные географические проблемы
УДК 553.981:551.21(47 Г57)
газовые шлейфы у острова беннетта1
© 2013 Ю.п. масуренков*, Ю.Б. Слёзин**, А.л. Собисевич*
* Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, ** Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН Поступила в редакцию 03.02.2012 г.
Извержения мощных газовых шлейфов у о. Беннетта (архипелаг Де Лонга), наблюдавшиеся в 1973-1986 гг., изучены на основании комплексных экспедиционных и лабораторных исследований. Установлено место вероятных источников, представленных подводными конусами предположительно базальтовых излияний, появление которых датируется интервалом времени от 1974 по 1983 г. Ритмичность газовых извержений соответствует изменению скорости вращения Земли и подобна ритмичности вулканического процесса, а мощность извержений адекватна средней мощности образования базальтовых конусов. Подтверждается ранее высказанная вулканическая гипотеза происхождения беннеттских газовых шлейфов.
В связи с возрождением государственного, общественного, экономического и научного интереса к Арктике полезно вспомнить о некогда сенсационном, но вскоре позабытом событии в ее пределах, произошедшем в феврале 1983 г. Тогда в районе о. Беннетта (76°41'21" с.ш., 148°56'14" в.д.) появились газовые шлейфы необыкновенной мощности и протяжённости. Первыми на это обратили внимание американские ученые, высказавшие вулканическую и газогидратную гипотезы происхождения шлейфов [18]. В этом же году была организована и успешно проведена на острове и в прилегающей акватории экспедиция Института вулканологии ДВНЦ АН СССР, собравшая обширный научный материал. Некоторые итоги исследований этого явления и геологии острова были опубликованы [8, 13, 14]. Ниже представлены результаты более обстоятельного изучения феномена газовых шлейфов у о. Беннетта, выполненного в Институте физики Земли РАН на основании материалов, собранных в 1983-1986 гг.
Спутниковые данные о газовых шлейфах 1983 г. В мае 1983 г. в издании Американского геофизического союза [18] были опубликованы спутниковые инфракрасные снимки газовых шлейфов
* Работа выполнена при поддержке Министерства образова-
ния науки РФ в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 гг.» (Государственный контракт № 14, 518.11 7051) и Программы № 4 фундаментальных исследований Президиума РАН.
с источником, расположенным в районе о. Беннетта. События развивались следующим образом.
1. В 04:04:27 (здесь и далее местное время) 18 февраля над островом был зафиксирован слабый газовый шлейф длиной 90 км (8531/КООА-7). На снимке, сделанном спустя четыре часа, этого шлейфа не было (18938, ШОА-6).
2. В 10:48:46, то есть через два с лишним часа в районе о. Беннетта хорошо прослеживался двойной или даже тройной источник газовых истечений (8535, NOOA-7). Один из них, основной, располагался у восточного берега острова, два других, сильно сближенных и более слабых, -примерно, в 7-18 км от восточного берега над полыньёй или льдом (рис. 1 а).
3. Еще спустя 6 ч в 16:15-16:17 событие достигло, по-видимому, максимума. Источники локализовались в виде одного у восточного берега, где был расположен основной источник в сеансе предыдущего наблюдения. Длина шлейфа достигла 300 км при ширине от 10 км у основания до 50 км в конце шлейфа (18943, ^0А-6 - рис. 16). Газовый шлейф имел характерную четкообраз-ную структуру, свойственную пульсирующему источнику. Всего в облаке насчитывалось восемь вытянутых клубов, увеличивающихся от источника к концу шлейфа.
Качество снимка дает возможность однозначного вывода: источник не был связан с гипсометрической вершиной острова и, скорее всего,
находился не на самом острове, а в акватории океана вблизи восточного берега острова, что подтвердилось дальнейшими исследованиями.
Как это характерно для всех вулканических шлейфов, равновесных с окружающей средой в максимальной точке подъема, то есть в области шлейфообразования (перегиб вертикального газового столба в горизонтальный шлейф), температура наблюденных шлейфов соответствует температуре атмосферы на этой высоте.
4. На следующем витке спутника погоды NOOA-7 никаких признаков газового извержения около о. Бен-нетта не наблюдалось (снимок 8545, 03:52:56 от 19.02.1983).
5. Анализ некоторых более ранних и последующих материалов космических съёмок района о. Бен-нетта показал, что события, подобные тому, что имело место в феврале 1983 г., наблюдались и ранее, и позднее. Благодаря Тиксинскому (А.П. Ананьев, Г.И. Тягунов) и Пе-векскому (В.И. Козин, В.К. Чагу-лов) территориальным управлениям по гидрометеорологии и контролю окружающей среды, предоставившим нам эти материалы, отслежен интервал времени с 17 марта 1973 г. по 30 декабря 1986 г., в течение которого зарегистрировано 152 таких события.
Просматривая многочисленные инфракрасные космические снимки Арктики, мы обратили внимание на то обстоятельство, что среди разнообразных форм облаков иногда встречаются подобные тем газовым шлейфам, которые зафиксированы над о. Беннетта. Однако эти облака никогда не локализованы так постоянно, как газовые шлейфы о. Бен-нетта. Их можно встретить в любом месте Арктики: над разными формами рельефа островов, в прилегающих к акватории участках материка, надо льдами и открытым водным бассейном. Эти облака всегда входят в региональную облачную систему, всегда меняются и перемещаются
Рис. 1. а) Начальная стадия извержения 18 февраля 1983 г., 10:47 (снимок 8535, ЫООА-7). Выделены приблизительные контуры острова. б) Максимальная стадия извержения [18]. Отчетливо видно, что формирование газового шлейфа происходит в акватории вблизи восточного берега о. Беннетта
таблица 1. Разрез атмосферы в районе о. Беннетта
Дата, дд.мм.гг Высота уровня с температурой -46°С, м Температура на уровне моря, °С Средний градиент температуры между уровнем моря и уровнем шлейфа, °/км Направление и скорость (м/с)ветра на высотах, м Зоны инверсии по высоте, м
0 3000 5600 7200
17.02.83 6450 -26.5 -3,0 СЗ СЗ СЗ СЗ 1000 - 2000
10 27 32 40
18.02.83 6400 -25.7 -3,2 ЮЗ З З З 0-300,
12 20 25 27 500-800,
3000-3300
19.02.83 6400 -24.8 -3,3 З З З З 0-200,
10 20 15 17 1800-2200
таблица 2. Землетрясения в районе о. Беннетта
Дата, гггг.мм.дд Время, чч:мм:сс Географические координаты, градусы Глубина очага, км Магнитуда (mb)
широта долгота
1973.12 15 23:31:44 74.29 147.09 33 5.0
1978.09.07 14:00:58 74.14 146.70 33 4.2
1986.08.05 05:20:31 76.36 146.51 10 4.7
1994.09.23 02:11:37 76.40 145.75 10 4.6
2000.07.10 04:17:36 74.33 146.97 10 4.6
2002.06.04 00:05:07 75.63 143.75 10 4.8
2004.05.04 16:29:52 75.54 157.64 10 4.2
2007.01.11 01:59:46 74.35 146.90 10 4.5
согласно ее изменению и движению. После просмотра части космических снимков за 19731986 гг. можно утверждать, что в Российской Арктике нет больше мест, которые с таким постоянством, как о. Беннетта, совпадали бы с периодически возникающими газовыми шлейфами. На этом основании напрашивается естественный вывод: о. Беннетта - это уникальный объект с периодически возникающими вблизи него газовыми шлейфами, иногда по своей мощности аналогичными газовым шлейфам при вулканических извержениях.
оценка тепловой мощности и энергии газового шлейфа 1983 г. Космический снимок газового шлейфа у о. Беннетта (см. рис. 16) оказался крайне важным источником информации о некоторых принципиальных особенностях этого явления, в частности, о месте, возможном механизме и тепловой мощности. Температура горизонтальной части шлейфа была определена по данным инфракрасной космической съемки в - 46 °С [18]. Считая, что горизонтальная часть шлейфа имеет ту же температуру, что и окружающая ее атмос-
фера, и зная температурный разрез атмосферы в момент события, можно оценить высоту верхней кромки шлейфа. Ближайшая станция, на которой выполнялся полный комплекс метеонаблюдений, находился на о. Жохова, на расстоянии в несколько десятков километров от ближайшей части шлейфа.
По данным метеостанции о. Жохова, 18 февраля 1983 г. в 00 часов СГВ (среднее Гринвичское время) на высотах 6400 и около 16 000 м над ур. моря температура достигала - 46 °С. Тропопауза находилась на высоте 10 км. Учитывая размеры шлейфа, можно сделать вывод о малой вероятности высоты его верхней кромки на уровне 16 км. Чтобы преодолеть область положительного температурного градиента между 10 и 16 км, нужна очень большая мощность, и видимый шлейф должен был быть значительно шире и длиннее. Очевидно, следует принять высоту верхней кромки равной 6400 м.
Основные характеристики разреза атмосферы в интересующем нас слое по данным радиозонди-
рования в день события, а также в предшествующие и последующие дни на момент 00 часов СГВ приведены в табл. 1. Из данных таблицы видно, что все три дня атмосфера имела весьма устойчивую стратификацию (градиент температуры по абсолютной величине вдвое меньше стандартного), на всех высотах почти не менялось направление и слабо менялась скорость ветра. Такая стабильность должна способствовать успешному применению полуэмпирических формул, описывающих конвективный подъем газовых струй в атмосфере. Применительно к вулканическим извержениям такие формулы анализировались в [12], причем результаты расчёта сравнивались с оценками мощности конкретных извержений, выполненными независимыми и более точными способами.
Выбор формулы, наиболее приемлемой в каждом данном случае - непростая задача, но здесь нам помогает близость параметров шлейфа в районе о. Беннетта к таковым, имевшим место при Толбачинском извержении в 1975 г. Действительно, высота верхней кромки на Толбачи-ке была 6000 м при скорости ветра на его оси 26.4 м/с [12]. В случае вулкана Толбачик наилучшее совпадение с результатами независимых измерений дала формула CONCAWE при подстановке в нее скорости ветра на оси шлейфа. Эту формулу можно применить и в нашем случае, принимая во внимание более устойчивое состояние атмосферы и, следовательно, относительно большую необходимую мощно
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.