УДК 551.235+551.21
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ИЗВЕРЖЕНИЙ ВУЛКАНА КАРЫМСКИЙ И КРАТЕРА ТОКАРЕВА (ВОСТОЧНАЯ КАМЧАТКА) ПО ДАННЫМ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА 1996-2008 гг.
© 2012 г. В. И. Андреев, А. Г. Николаева
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
683006Петропавловск-Камчатский, б-р Пийпа, 9, e-mail: via@kscnet.ru Поступила в редакцию 14.01.2012 г.
Рассмотрены геоэкологические последствия извержений вулкана Карымский и кратера Токарева за период 1996—2008 гг., вызвавшие изменения: а) рельефа в окрестностях построек, б) расхода и состава воды реки Карымской и других водотоков района, в) расхода и состава газов термальных источников. Установлены изначально высокие содержания CH4 в свободных газах новообразованных Пийповских источниках и объясняются причины их снижения со временем. Выявлены вариации объемной активности OARn (Бк/м3) в свободных газах гидротерм Карымской кальдеры, согласующиеся с изменением режима извержения вулкана Карымский в 2005—2006 гг. Описаны многолетне-мерзлые породы в кальдере Карымской, способствующие образованию криолитозоны.
ВВЕДЕНИЕ
В конце ХХ века в геологии сформировалось новое направление — экологическая геология, изучающая верхние горизонты литосферы как одну из основных абиотических компонент экосистем высокого уровня организации [Трофимов, Зилинг, 2002].
Геоэкологическая составляющая естественных наук отчетливо проявилась в геологии и вулканологии. В этом аспекте исследовано состояние окружающей среды в местах вулканических извержений в кальдерах Карымской и Академии Наук, расположенных в Карымском вулканическом центре. Целью работы является рассмотрение некоторых изменений окружающей среды в этом районе после окончания извержения кратера Токарева и продолжающегося извержения вулкана Карымский.
Теоретической и методической основой такого исследования послужило учение об геоэкологической функции литосферы — ресурсной, геодинамической, геохимической и геофизической [Трофимов, Зилинг, 2002].
Таким образом, все рассматриваемые в представленной работе объекты и процессы являются составляющими общего геоэкологического состояния описываемого района. В связи с быстрым изменением ряда параметров в кальдерах Карымской и Академии Наук описание исследованных нами объектов представляется актуальным в настоящее время.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В период полевых наблюдений проводились инструментальные измерения объемной активности радона (ОАКп) в свободных газах и интенсивности выделения газов из термальных источников, замеры расхода и температуры воды в р. Карымской и других водотоках района, исследование толщ снега и пирокластики в окрестностях вулкана Карымский. При измерении расхода воды в водотоках применялся общепринятый поплавковый метод, погрешность измерений которого составляла ~15% [Карасев, 1980].
Свободные газы из термальных источников отбирались методом их вытеснения в стеклянную посуду объемом 0.125 л [Гороян, 1969]. Анализы газа проводились в Центральной химической лаборатории Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН методом газовой хроматографии. На "ЛХМ-8 МД" определялись О2, Н2, С02, Аг, на хроматографе "Газохром 3101" — Не, Н2, С02 и др.
Количество пепла, накопившееся за зимнее время, определялось весной в снежных толщах на горизонтально расположенных площадках, начиная с 1996 г. Более подробно методика описана в работе [Андреев и др., 2003].
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА РАБОТ
Подводное извержение в кальдере Академии Наук, продолжавшееся около суток 1—2 января 1996 г., началось одновременно с извержением
вулкана Карымский [Федотов, 1997], который проявляет активность до настоящего времени (2012 г.).
Этим событиям предшествовала повышенная сейсмическая активность, проявлявшаяся в районе с весны 1995 г. [Гордеев и др., 1998] и повышенное поступление в озерную воду (в 1993 г.) таких критериальных глубинных компонентов как С1, В и S [Николаева и др., 2005; Карпов и др., 2006]. В результате извержения в кальдере Академии Наук, у северного берега оз. Карымского образовался полуостров Новогодний площадью 0.47 км2, с подводным кратером Токарева диаметром порядка 300 м и максимальной глубиной до 60 м [Ушаков, Фазлуллин, 1997]. На полуострове, в зоне разлома [Леонов, 1997] во время извержения образовалась взрывная воронка № 4 (маар) глубиной 8—10 м и диаметром ~20 м, с озерком на дне, окаймленная валом выброшенного вулканического материала высотой до 1.5 м (рис. 1). Образование воронки было вызвано выделением последних порций газа в процессе образования полуострова Новогодний. У юго-западного берега озерка отмечались выходы свободного газа с температурой 35°С и содержанием ОАКп до 2 • 103 Бк/м3. В 80 м южнее маара возникли еще три небольших воронки глубиной 1.5 м и диаметром 2.5 м с горячей до 70°С водой на дне и с выделяющимися пузырьками газа, состоящего преимущественно из N (табл. 1).
После схода лахара (15.05.1996 г.) и быстрого понижения уровня воды в озере на 3 м синхронно понизился и уровень воды в мааре, а южные воронки совсем высохли. В конце мая—начале июня 1996 г. в 150 м севернее маара образовались еще две воронки по форме и размерам подобные южным.
В самой северной воронке № 6 было слышно кипение (бульканье) воды в глубине под слоем рыхлых осадков (шлака, песка) извержения кратера Токарева. Немногим позже она провалилась до глубины 2—3 м и стала постепенно затягиваться осыпями с ее бортов. На дне и стенках воронки происходило активное образование возгонов [Вер-гасова и др., 1998] при температуре около 100°С. Выделяющийся из воронки газ по нашим данным содержал ОАЯп порядка 1 эмана (~4 кБк/м3). В апреле 2005 г. на месте этой воронки была видна лишь небольшая проталина с сухой травой.
Через несколько лет фумарольная деятельность во всех шести воронках практически прекратилась, и они постепенно заполнились рыхлыми осадками, за исключением маара, но и он стал разрушаться, а химический состав воды в
нем стал приобретать состав близкий к атмосферным осадкам. Все воронки возникали в местах локализованного выделения фумарольных газов, достаточного для преобразования (гидротермального изменения) вмещающих пород и формирования небольших просадок. Подобные формы рельефа обычны на пирокластических потоках (например, 2-го конуса Толбачинского извержения 1975 г.). Возникали они при тех же условиях и сохранялись в течение нескольких лет. Предыдущие исследователи [Вакин, Пилипенко, 1998; Верга-сова и др., 1998] первые воронки (1—4), возникшие во время извержения или сразу после него, считали эксплозивными. Мы полагаем, что взрывной является лишь воронка № 4 (маар), а все остальные — просадочные, тем более, что просадки в северо-восточном секторе полуострова Новогодний наблюдались уже с 1997 г. [Николаева и др., 2005].
Вследствие извержения кратера Токарева на полуострове Новогодний возникли многочисленные, выделяющие свободный газ, термальные источники, получившие название Пийповских [Гордеев и др., 1998; Карпов, 2004]. Расход свободного газа в этих источниках составлял немногим >1 л/сек, но в последующие годы снизился до первых десятых л/сек. Заметное выделение свободного газа длительное время происходило лишь из рассредоточенных источников Бурлящих, разгружающихся в русле р. Карымской в 15—20 м ниже ее слияния с руч. Горячим.
После усиления сейсмотектоники и извержения кратера Токарева активизировались не столь активнодействующие до этого источники Медвежьи, расположенные в северо-восточном секторе кальдеры Академии Наук. В юго-юго-восточном секторе оз. Карымского на протяжении всего времени наблюдений, стабильно действовали источники Береговые и Академии Наук. Последние источники состоят из двух подгрупп — Западной и Восточной. В водах гейзера Старый, расположенного в Восточной подгруппе, перед началом извержений Карымского вулкана в 1966 г. и извержений Карымского вулкана и кратера Токарева в 1996 г. отмечалось, что содержание таких химических компонентов как С1, $04, (На + К) и Н3 В03 повышались, а после — постепенно снижались [Карпов и др., 2008]. В первое время после событий в озере наблюдалось небольшое снижение общей минерализации воды в гейзере Новый (Западная подгруппа) (см. рис. 1). Возможно, это объясняется возникновением в период сейсмотектонической активизации района новых путей циркуляции метеорных вод, разбавляющих воду гейзера.
Рис. 1. Схема расположения термальных источников в кальдерах Академии Наук и Карымской.
1 — вулканические постройки; 2 — кальдеры; 3 — места захоронения снежников и криолитозоны на гребне кальдеры; 4 — воронки (просадочные и взрывные); 5 — места отбора проб из термальных источников: а — воды, б — свободных газов; 6 — место отбора пробы пепла; 7 — гидрологические створы на р. Карымской; 8 — Вулканостанция.
Таблица 1. Состав свободных газов (об. %) источников кальдер Академии Наук и Карымской по данным наблюдений за 2000—2005 гг.
Место отбора Дата отбора Компоненты, об. %
Не Н2 о2 Аг N2 со2 сн4 С2Н6 С2Н4 С3Н8 С3Н6 /С4Н10 яС6Н14
кальдера Академии Наук
Руч. Горячий 28.06.00 20.04.01 29.07.03 25.04.05 0.002 0.000 0.002 0.001 0.001 0.000 0.000 0.001 1.445 1.848 0.900 1.410 0.989 0.811 1.500 1.418 36.662 52.139 49.480 75.074 9.438 7.208 0.100 5.423 51.457 37.994 48.120 16.614 н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. 120.0 • Ю-6 н.о. н.о. н.о. 60.6 • ю-6 н.о. 3.7 • Ю-6 н.о. 66.8 • Ю-6 50.5 • Ю-6 2.0 • Ю-6 23.0 • Ю-6 0.1 • ю-6 16.81 • Ю-6 2.5 • Ю-6 109.0 • Ю-6 0.1 • ю-6 16.4- Ю-6 2.3 • Ю-6
Ист. Бурлящие 28.06.00 14.10.00 25.04.03 29.07.03 25.04.05 28.07.05 0.011 0.011 0.000 0.013 0.000 0.013 0.002 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 8.756 4.686 1.920 1.496 2.417 1.500 1.099 1.884 1.712 1.665 1.626 1.660 82.739 81.721 94.934 89.582 93.644 89.580 7.128 11.136 11.240 7.244 2.280 7.240 0.265 0.561 0.194 0.185 0.033 1.860 н.о. н.о. 902.8 • Ю-6 н.о. н.о. н.о. 53.0 • Ю-6 н.о. 14.7 • Ю-6 14.0 • Ю-6 н.о. 14.0 • Ю-6 132.0- Ю-6 269.0 • Ю-6 42.7 • Ю-6 131.6 • ю-6 77.8 • Ю-6 131.0- ю-6 19.0 • Ю-6 15.3 • Ю-6 2.0 • Ю-6 0.71 • Ю-6 1.2 • Ю-6 0.7 • Ю-6 9.3 • Ю-6 23.6 • Ю-6 13.9 • Ю-6 52.7 • Ю-6 8.4- Ю-6 52.7 • Ю-6 11.0- ю-6 28.0 • Ю-6 9.5 • Ю-6 3
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.