научная статья по теме ИМПАКТНЫЙ ВКЛАД ВУЛКАНИЧЕСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ В ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СЕЗОННОГО СНЕЖНОГО ПОКРОВА (КАМЧАТКА) Геофизика

Текст научной статьи на тему «ИМПАКТНЫЙ ВКЛАД ВУЛКАНИЧЕСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ В ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СЕЗОННОГО СНЕЖНОГО ПОКРОВА (КАМЧАТКА)»

УДК 502.58:551.21

Импактный вклад вулканических извержений в формирование химического состава

сезонного снежного покрова (Камчатка)

© 2010 г. Н.А. Малик

Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский

malik@kscnet.ru

Статья принята к печати 20 ноября 2009 г.

Адсорбция газов, водорастворимые компоненты, вулкан, Камчатка, макрокомпоненты, тефра, химия снега. Adsorption of gases, Kamchatka, macro-components. snow chemistry, soluble components, teрhra, volcano.

На примере извержений вулканов Северной группы (Камчатка) — Безымянного и Шивелуча — зимой 2006/07 г. показано, что влияние эксплозивной вулканической активности на химию снега выражается в форме повышенных содержаний основных макрокомпонентов (в том числе токсичных ионов хлора, фтора, сульфата) и повышенной минерализации в присутствии тефры. В результате извержения вулкана Безымянный 24 декабря 2006 г. пеплопадом было покрыто более 8000 км2 территории полуострова. В сезонный снежный покров поступило около 7,5 млн т пепла, а с ним — более 30 тыс. т водорастворимых веществ. Пеплопадами была покрыта территория в радиусе более 100 км от вулкана, т.е. более 31 тыс. км2. В среднем на территории пеплопадов минерализация снега на 1 м2 (при плотности 300 кг/м3) повышена в 3—4 раза по сравнению с фоновыми осадками; вблизи вулканов — на порядок и более.

Введение

Вулканы поставляют в атмосферу большое количество кислых газов и пепла [13]. Эти активные вещества возвращаются на земную поверхность путём влажного и/или сухого осаждения и относятся к главным компонентам вулканического загрязнения окру-

Рис. 1. Наиболее активные вулканы Камчатки

Fig. 1. The most active volcanoes on Kamchatka Peninsula

жающей среды. Ежегодно на Камчатке происходят извержения трёх—пяти вулканов (рис. 1). Так, с 1980 г. наблюдается постоянная активность вулкана Шиве-луч, которая связана с ростом лавового купола в кратере извержения 1964 г. и выражается в небольших пепловых выбросах и формировании лавин, сопровождающихся периодическими усилениями эксплозивной деятельности. На вулкане Ключевской почти ежегодно происходят эксплозивные и эксплозивно-эффузивные извержения длительностью несколько месяцев. На вулкане Безымянный после катастрофического извержения 1956 г. ежегодно происходят 1—2 кратковременных эксплозивных извержения. Вулкан Карымский находится в активном состоянии, с небольшими перерывами, с начала 1996 г. Действующие вулканы Камчатки — постоянный источник загрязнения природы этого полуострова.

Зимой 2006/07 г. произошли извержения андези-товых вулканов Безымянный и Шивелуч, входящих в Северную группу вулканов (см. рис. 1). Одной из главных задач настоящего исследования была количественная оценка петрогенных и растворимых продуктов извержения, поступивших в окружающую среду.

Методика исследования

В феврале и середине марта 2007 г. на территории, подверженной пеплопадам, были проведены гляциогео-химическая съёмка для оценки объёмов изверженного материала, а также исследования концентрации и состава растворимых и нерастворимых примесей, накопленных в сезонном снежном покрове зимы 2006/07 г. после указанных извержений. Основные

методические приёмы подобной съёмки разработаны для количественной оценки геологического эффекта извержений вулканов [7, 9]. Первые исследования водных вытяжек из пеплов извержения для определения растворимой части пепла, в которую входят адсорбированные газы извержения, а также катионы, вытесненные из пород, выполнены Л.А. Башариной [2].

Зима 2006/07 г. была аномально холодной, температура воздуха нередко понижалась до —40 °С. Толщина сезонного снежного покрова на склонах и у подножия вулканов Северной группы изменялась от 50 до 140 см. Снежная толща развивалась по холодному типу, поэтому пепловые слои в разрезе снега сохранялись до начала работ практически в неизменном виде. В пределах площади отбора изучено 60 разрезов снежного покрова. В шурфах повсеместно отмечали один горизонт пепла вулкана Безымянный и 1—5 горизонтов с пеплом вулкана Шивелуч различной насыщенности. Кроме того, в нескольких точках отбирались пробы чистого снега для оценки фонового содержания химических примесей.

Пробы снега с пеплом, растаявшие при комнатной температуре, фильтровались. Затем полученный фильтрат после измерения его объёма сливался в чистые пластиковые бутылки и сдавался на гидрохимический анализ. Полученные пеплы высушивались, взвешивались, а их масса пересчитывалась на площадь отбора пробы. В дальнейшем пробы пепла подвергались гранулометрическому, химическому и минералогическому анализам. Результаты химического анализа снеговых вытяжек пересчитывались на 100 г пепла (через объём талого снега и массу пепла в пробе).

Фоновые пробы снега в районе исследования (без примесей пепла) соответствуют чистым атмосферным осадкам: они ультрапресные, преимущественно гидрокарбонатно-хлоридно-натриевого типа, их рН = 5,3 — 5,5, на величину которого среди естественных агентов наибольшее влияние оказывает С02 [3, 10], что подтверждается преобладанием среди анионов НСО3- (более 50 мг • экв %). В меньшем количестве присутствует С1- (около 20 мг-экв %), среди катионов доминирует натрий (50—90 мг • экв %). Всё это свидетельствует о влиянии океана на фоновые осадки на территории отбора проб [1, 3, 10]. Общая минерализация изменялась в пределах 2—10 мг/л.

Извержение вулкана Безымянный 24 декабря 2006 г.

По данным Камчатского филиала Геофизической службы РАН, сейсмическая подготовка эксплозивного извержения вулкана Безымянный началась в конце ноября 2006 г. 23—24 декабря по видео- и визуальным данным наблюдались лавины и эксплозии с подъёмом пепла до высоты 6,5 км над ур. моря и распространением шлейфов в северо-восточном направлении. По

сейсмическим данным, пароксизмальная фаза эксплозивного извержения произошла 24 декабря с 21:17 до 22 :10 местного времени. По визуальным данным из пос. Козыревск, наблюдалась пепловая колонна в форме гриба высотой предположительно до 13 км над ур. моря, в ней периодически отмечались вспышки молний. По информации сотрудников Камчатской вулканологической станции им. Ф.Ю. Левинсона-Лессинга, в ночь с 24 на 25 декабря в пос. Ключи выпало до 1 см пепла, во время и после пеплопада в воздухе ощущался резкий запах серы [5].

По спутниковым данным, пепловое облако размером 45 х 25 км перемещалось на высоте 9—10 км сначала на северо-восток от вулкана (азимут около 40°), постепенно меняя направление на восточное, и отмечалось на удалении до 850 км. Из-за преобладания на высотах 1—3 км ветров южных румбов нижняя часть пеплового облака и соответственно отложения пепла были смещены в северо-западном и северном направлениях (рис. 2).

Отложение пепла происходило на снег, что позволило во время полевых работ отобрать около 40 образцов пеплов из шурфов, расположенных на расстоянии 27—80 км от вулкана по оси и поперёк движения пеплового облака. Описание шести из них дано в табл. 1. На основании изучения пепла, выпавшего в этих точках, а также распространения пепло-вого облака по спутниковым снимкам были построены изолинии массы пепла (г/м2) (см. рис. 2). Их форма приближённо была принята эллиптической. Общая масса тефры, оцененная по формулам из статьи [12], составила около 7,5 млн т. Сходные оценки были получены по номограмме С.А. Федотова (5 млн т) и другим формулам из работы [11]. В результате этого извержения пеплопадом было охвачено более 8000 км2 территории Камчатки, в окружающую среду поступило около 7,5 млн т пепла, а с ним — более 30 тыс. т водорастворимых веществ, из которых: 8042- - 15 , С1- - 4,9, Р - 0,8, Са2+ - 5,3, №+ - 2,3 Ш2+, К+ - 0,6, М§2+ - 0,6 млн т (табл. 2).

Результаты химического анализа шести вытяжек из пепла, отобранного на разных расстояниях от вулкана в районе оси и краевых частях пеплопада, и среднее значение по 16 анализам в пересчёте на 100 г пепла (в мг) представлены в табл. 1 и 2.

Как видно из табл. 1 и 2 и рис. 3 и 4, количество выносимых водорастворимых веществ зависит от гранулометрического состава пепла: более крупнозернистые пеплы, выпавшие на расстояниях 30-40 км от вулкана вблизи оси пеплопада, выносят меньше сорбированных веществ на единицу массы, чем более пылеватые, выпавшие дальше, в краевых частях пеплопада на расстояниях 40-70 км. Значительный разброс точек на диаграмме (см. рис. 3), не позволяющий точно аппроксимировать их одной

Рис. 2. Распределение отложений пепла извержения вулкана Безымянный 24 декабря 2006 г. Fig. 2. Ash deposit distributions from the December 24, 2006 Bezymianny volcano eruption

Таблица 1. Расположение и количественные характеристики проб пепла вулкана Безымянный*

Номер пробы Расстояние от вулкана, км Расстояние от оси пеплопада, км Масса пепла на единицу площади, г/м2 Количество водорастворимых веществ на 100 г пепла, мг

Б-11 31 0 1300 315

Б-06 40 0 2400 360

Б-22 59 7 1400 440

Б-05 42 6 1250 370

Б-03 42 12 250 450

Б-55 56 14 800 460

*Пробы (кроме Б-55) отобраны в период с 26.01.2007 г. по 02.02.2007 г., проба Б-55 — 16.03.2007 г. Таблица 2. Состав водорастворимого комплекса пеплов вулкана Безымянный (мг/100 г пепла)

Водорастворимый Номер пробы Среднее, Всего за извержение,

комплекс Б-11 Б-06 Б-22 Б-05 Б-03 Б-55 мг т

HCO3" 3 0,1 0,4 3 5 3 6 450

F" 6 5 11 11 10 16 10 750

Cl" 45 62 78 58 75 74 65 4875

NO3" 0 0 0 0 2 0 0,4 30

SO42- 164 185 218 192 231 225 200 15 000

Na+ 28 29 32 26 32 39 30 2250

K+ 7 6 8 5 12 12 8 600

Ca2+ 55 67 87 69 76 80 70 5250

Mg2+ 7 8 8 7 8 10 8 600

Сумма 315 362 442 371 451 459 397 29 805

*Химический анализ выполнен в аналитическом центре ИВиС ДВО РАН А.А. Кузьминой, Л.Н. Гарцевой и С.В. Сергеевой.

функцией, обусловлен разной скоростью изменения свойств пеплов с удалением от вулкана по оси пепло-пада и в стороны его периферийных зон. В пеплах Безымянного на расстоянии 30—40 км от вулкана пылеватая фракция (менее 0,056 мм) составляет

около 50 %, крупнозернистая (0,25—0,5 мм) — 5—25 %. В пробах, отобранных в 31—34 км от вулкана, размер частиц достигает 1 мм. На расстоянии 40—70 км пылеватая фракция составляет 60—80

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.

Показать целиком