УДК 551.217.24:551.352:551.89(265.54)
РЕКОНСТРУКЦИЯ УСЛОВИЙ ОТЛОЖЕНИЯ ДИСТАЛЬНОЙ ТЕФРЫ В ГЛУБОКОВОДНОЙ КОТЛОВИНЕ ЯПОНСКОГО МОРЯ: КАТАСТРОФИЧЕСКОЕ ИЗВЕРЖЕНИЕ ВУЛКАНА БАЙТОУШАНЬ
© 2014 г. И. В. Уткин
Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН 690041 Владивосток, Балтийская ул., 43, e-mail: utkin@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 30.09.2013 г.
Детально проанализированы особенности залегания и аккумуляции на морском дне тонкозернистого пеплового материала из прослоя Байтоушань-Томакомаи (B-Tm), осажденного после мощной эксплозии ультраплинианского типа, имевшей место примерно в 938 AD. Установлено, что, имея большой цифровой массив гранулометрических анализов, характеризующий как площадную, так и вертикальную изменчивость прослоя, и применяя современные математические методы обработки (разбиение гранулометрического спектра на популяции, тренд-анализ путей аккумуляции и др.), можно получить неизвестные ранее сведения о характере извержения, его местоположении, путях воздушного и водного переноса, состоянии атмосферы и водной толщи в момент извержения. Установлено, что гранулометрические спектры тефры прослоя содержат информацию о двух эксплозивных эпизодах продолжительностью примерно десять дней каждый, имевших место в условиях атмосферной циркуляции, характерных для весны (более ранний эпизод) и осени (более поздний эпизод). Для обоих эпизодов определены наиболее вероятные ареалы выпадения пепла на морскую водную поверхность. Также выявлена сложная структура участков концентрирования частиц на дне бассейна, отражающая особенности вихреобразной структуры водной толщи Японского моря во время извержения.
DOI: 10.7868/S0203030614040051
Изучение прослоев тефры как особых материальных объектов вызывает в настоящее время большой интерес. Это происходит по многим причинам. Главные из них следующие.
Из-за относительно редкой встречаемости в геологическом времени, крупномасштабности аккумуляции и (в геологическом смысле) практической мгновенности своего выпадения на огромной площади, продукты вулканических эксплозий являются очень эффективными и часто ключевыми реперами как при стратиграфическом изучении любой осадочной серии, так и для палеокли-матических построений.
За распространение тефры ответственны только погодные и океанографические условия, поэтому они могут быть воссозданы, если известны детальные особенности пространственного изменения гранулометрического спектра конкретного прослоя. Это может явиться важным вкладом в познание общей палеоклиматической ситуации в изучаемом регионе в конкретный отрезок времени [Costa et al., 2006; Macedonio et al., 2005].
Многие важные сведения о физических и физико-химических процессах в магматическом очаге источника извержения (интенсивность и
продолжительность эксплозий, газо- и водонасы-щенность, степень и последовательность фракционирования в магме) могут быть также установлены по отложенной тефре [Horn, Schminke, 2000; Ninkovich et al., 1978].
Наконец, катастрофичность эксплозий и их деструктивное влияние на окружающую среду, экологическую обстановку и жизнедеятельность человека настоятельно требуют прогнозирования будущего поведения конкретных вулканов и знаний о возможном пространственном распространении вредных продуктов их деятельности, что невозможно без изучения свойств отдельных прослоев, сформированных в прошлом [Сахно, 2008; Сахно, Уткин, 2009; Costa et al., 2006; Horn, Schminke, 2000; Ishizuka et al., 2003; Johnston et al., 2012; Ledbetter, Sparks, 1979; Macedonio et al., 2005; Ninkovich et al., 1978].
Изучение прослоев тефры развивается по двум научным направлениям. Первое из них (вулканологическое) рассматривает прослой тефры на морском дне и на окружающей суше как реально существующий материальный объект, возникший благодаря крупным вулканическим извержениям эксплозивного типа. Исследования в
этом направлении включают в себя изучение вещественного и гранулометрического состава теф-ры, ее объема, стратиграфического положения, источника поступления, пространственно-временных корреляций и распределений. Второе направление (седиментологическое) изучает пространственно-временную изменчивость состава и размера частиц в зависимости от рельефа местности и динамики среды осадконакопления, рассматривая процессы их зарождения, поставки, осаждения и захоронения.
Обращает на себя внимание, что седиментоло-гические проблемы изучены слабо. Подавляющее большинство специалистов интересовалось прежде всего прямой связью между наблюденными параметрами извержения и результирующими свойствами пеплопада, и почти не занималось попытками оценить эти же параметры и свойства в рамках обратной задачи, когда они заранее неизвестны. Даже в этом случае, рыхлые продукты извержений изучались обычно на суше вблизи вулкана, где они были достаточно крупнозернистыми, а главной седиментологической характеристикой являлась только мощность отложений, а не гранулометрический спектр в целом. Автору известны лишь немногие работы, в которых разбирались гранулометрические свойства тонкозернистых (менее 0.5 мм в диаметре) пирокласти-ческих отложений на морском дне на значительном удалении от источника извержения, связанные с попыткой оценить характер последнего. Это работы, посвященные "минойскому" извержению Санторина [Johnston et al., 2012], экс-плозиям вулкана Тоба [Ledbetter, Sparks, 1979; Ninkovich et al., 1978] и Пинатубо [Wiesner et al., 2004]. При этом и в этих работах слабо отражена проблема селекции зерен в воздушной и особенно в морской среде. Между тем известно, что при достаточном количестве гранулометрических анализов, площадном картировании изменений свойств гранулометрического спектра и использовании се-диментологических закономерностей аккумуляции вещества отдельного прослоя можно выявить даже мелкие свойства флюидной среды [McCave, 1984; McManus, 1975; Syvitski et al., 2003]. Что касается прослоев тефры в морских осадках, то они — уникальный материал для оценки обстановки в момент извержения [Wohletz et al., 1989].
Целью предлагаемой работы является частичное восполнение пробелов в седиментологиче-ских исследованиях процесса отложения ди-стальной тефры на морском дне, а именно — изучение влияния конкретной катастрофической эксплозии на площадную изменчивость массы и гранулометрического спектра осажденного вещества, а также реконструкции метеорологических и океанологических полей во время извержения.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
В основу исследования положен гранулометрический состав уникального прослоя тонкозернистой тефры, обнаруженной в глубоководных донных осадках центральной части Японского моря между 39 и 44 градусами северной широты. Прослой расположен в самой верхней части осадочного слоя на глубине от 0.5 до 40 см ниже поверхности дна при мощности, не превышающей 15 см. Материал прослоя представлен тонкодисперсным стеклом мелкоалевритовой размерности. По химическому составу стекло отвечает тра-хидациту — щелочному риолиту [Рабинович, Уткин, 1979; Сахно, Уткин, 2009; Уткин, 1979; Уткин, 1989]. Содержание частиц крупнее 0.05 мм не более 2%. Максимальный размер зерен 0.7 мм. Содержание пелита (большей частью глинистого) не превышает 35%. Преобладающая текстура частиц — флюидально-волокнистая, показатель преломления стекла — более 1.500. В Центральной котловине тефра почти лишена примесей, ближе к ее окраинам появляется примесь глинистого и кремнистого биогенного вещества, а у подножий склонов — песчаных терригенных частиц. В пределах аседи-ментогенных областей (внешний шельф, вершины возвышенностей) прослой, как правило, отсутствует. На остальной части мощность прослоя увеличивается вдоль оси наибольшего его распространения, которая располагается примерно посередине Центральной котловины, а также у подножий склонов и крупных возвышенностей. Характер распространения мощности прослоя те-фры отвечает закономерностям аккумуляции других плавучих частиц (глинистых агрегатов, планктонных фораминифер) [Уткин, 1984; Уткин, 1989].
Цифровой базой для настоящей работы явился архив гранулометрических данных ТОИ ДВО РАН, формируемый начиная с 60-х годов прошлого века [Современное осадкообразование..., 1997; Структура осадков., 1983]. В изученном районе за пределами шельфа расположено около 700 станций пробоотбора, для которых имеются гранулометрические анализы. Анализируемый прослой встречен в 184 из них. Во многих станциях опробовано несколько горизонтов прослоя с интервалом в 1 см (в нескольких из них — более чем для десяти горизонтов). Дополнительно использовалась также первичная архивная документация пробоотбора.
Детально выполненные работы, включающие изучение стратиграфии вмещающих верхнеплей-стоцен-голоценовых отложений, анализ химического состава вулканического стекла, сравнение минералогических свойств стекла и минералов-вкрапленников, обмен мнениями с японскими и китайскими коллегами позволил как скоррели-ровать станции с рассматриваемой тефрой между
собой, так и однозначно соотнести их с известным в япономорском регионе прослоем Байто-ушань-Томакомаи (Baegdusan-Tomakomai, B-Tm) [Уткин, 1989].
Известно, что источником тефры данного прослоя является стратовулкан Байтоушань [Сахно, 2008; Сахно, Уткин, 2009; Machida, Arai, 1983; Machida et al., 1981], расположенный на плато Чанбайшань на границе КНР и КНДР вблизи с российским Приморским краем. Координаты вулкана — 42°00' с.ш. и 128°04' в.д. Каль-дерная стадия развития вулкана, начиная со 125 тыс. лет назад, проявила себя в виде катастрофических эксплозий, и не исключена вероятность их повторения. Изучаемый прослой B-Tm связан с последним крупным извержением вулкана. Оно оценивается как наиболее мощное в мире в возрастном промежутке между аналогичными по мощности эксплозиями вулканов Санторин и Тамбора. На суше следы данного извержения проявлены в виде кратера размером 6.0 х 4.5 км, заполненным озером Тяньчи, зеркало которого расположено на отметке 2257 м, а глубина превышает 400 м. Установлено не менее шести эпизодов данного извержения, сформировавшим мощные пачки, обозначаемые в современных работах индексами A, B, C, D, E и F.
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.