Лёд и Снег • 2014 • № 4 {128)
УДК 551.217
Вулкано-гляциальное взаимодействие: ГИС-приложения к оценке лахароопасности
(на примере Камчатки)
© 2014 г. Я.Д. Муравьев1, Е.С. Клименко2
1Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения РАН, Петропавловск-Камчатский;
2Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова murjd@kscnet.ru
Volcanic-glacial interactions: GIS applications to the assessment of lahar hazards (case study of Kamchatka)
Ya.D. Muraviev1, E.S. Klimenko2
institute of Volcanology and Seismology, Pacific Branch of the Russian Academy of Sciences, Petropavlovsk-Kamchatskiy;
2Moscow State University
Статья принята к печати 5 июня 2014 г.
Вулканическая опасность, вулкано-гляциальное взаимодействие, ГИС, грязевые потоки, лахар, п-ов Камчатка, снежный покров.
GIS, Kamchatka Peninsula, lahar, mudflows, snow cover, volcanic hazard, volcanic-glacier interaction.
Формирование и сход протяжённых мощных грязевых потоков (лахаров) в результате вулкано-гляциального взаимодействия - один из главных элементов вулканической опасности в условиях Камчатки. В рамках ГИС «Вулканическая опасность Курило-Камчатской островной дуги» разработана крупномасштабная ГИС «Лахароопасность» для вулканических групп и отдельных вулканов полуострова. К основным слоям в пополняемой базе данных относятся: физико-географическая информация о районах активного вулканизма и прилегающих к ним территориях компактного проживания населения; сведения о селевой активности; данные о распределении запасов снега и льда. База данных ориентирована на картографирование окружающих территорий и оценку лахароопасности для них. В качестве примера рассмотрены результаты расчётов и прогнозные оценки для центральной части Ключевской группы вулканов.
Large-scale GIS «Hazards of lahars (volcanogenic mudflows)» has been developed in framework of the GIS «Volcanic hazard of the Kuril-Kamchatka island arc». This database is aimed at mapping of surrounding territories and estimating a hazard of lahars. As an example, results of calculations and forecast estimates for central part of the Klyuchevskaya volcanic group are discussed in the article.
Введение
На Камчатке к одному из основных результатов взаимодействия процессов вулканизма со снегом и льдом относится образование вулканогенных селей (лахаров). Их отличительные особенности — внесе-зонность и внезапность. Гравитационные потоки такого вида на склонах действующих вулканов в разные сезоны года отмечались многими исследователями [3, 8—10 и др.]. Мощные грязевые потоки сходили при извержениях Авачинского (ранней весной 1926 и 1938 гг.) и Ключевского (1 января 1945 г.) вулканов [15—17]. Крупнейший лахар на территории нашей страны сошёл при катастрофическом извержении вулкана Безымянный в марте 1956 г. Объём отложений этого лахара, по оценкам Г.С. Горшкова, составил около 500 млн м3 [7]. Более подробная информация о селевых явлениях на Камчатке содержится в обзорной работе [19]. Тем не менее, несмотря на имеющуюся обширную и разнообразную информацию об этом природном явлении, достаточно мало исследований, по-свящённых непосредственному анализу данных об этом событии в процессе его развития и возможностям их оперативного использования на практике.
В последние десятилетия активно развиваются географические информационные системы (ГИС),
которые используются также для оценки масштаба и прогноза природных и техногенных катастроф. Именно этот инструментарий мы использовали для создания ГИС «Вулканическая опасность Курило-Камчатской островной дуги» на основе карты масштаба 1:1 000 000 (рис. 1), куда составной частью входил крупномасштабный блок по лахаро-опасности территорий вокруг наиболее активных вулканов п-ова Камчатка [14].
Постановка проблемы
Среди всех процессов, сопровождающих вулканические извержения на Камчатке, лахары (вулканогенные сели) наиболее опасны для хозяйственных объектов и местного населения. Населённые пункты в окрестностях активных вулканов расположены на значительном расстоянии от них: так, пос. Ключи находится в 30 км от Ключевского вулкана и ещё дальше — от наиболее опасных вулканов Шивелуч и Безымянный, т.е. они напрямую не могут быть подвержены ни пирокластическим или лавовым потокам, ни палящим тучам, поскольку радиус их действия не превышает 20—25 км даже при наиболее мощных извержениях.
Вместе с тем протяжённость лахаров, образующихся во время даже незначительных извержений,
Характеристики некоторых лахаров при извержениях вулканов Северной группы*
Название вулкана, год извержения, дата образования потока Направление движения потока (названия рек) Длина потока, км Площадь отложений, км2 Средняя мощность отложений, м Объём лахара, км3
Ключевской, 1945, 1 января Сухая 35 3,0 Нет свед. ~0,15
Безымянный, 1956, 30 марта Большая Хапица, Камчатка 90 ~50 0,3
Ключевской 1983, 8 марта — 1 мая Каменистая 25 3,5 2,0 0,08
Ключевской, 1985, 2 декабря Сухая, Крутенькая 30 1,2 0,6 0,007
Шивелуч, 1993, 21 апреля Байдарная, Каменка 23 3,0 2,0 0,01
Ключевской, 1993, 19 июля Киргурич (руч.), Крутенькая 33 2,5 1,0-1,5 0,025
Ключевской, 1994, 1 октября 29 4,0 1,5 0,01
Ключевской, 2005, 1 февраля Крутенькая 25 1,8 0,5 0,014
Ключевской 2007, 14 мая Киргурич (руч.) 35 1,2 0,5 0,006
Ключевской, 2008, 9 декабря Сухая 25 1,1 1,0 0,011
Ключевской, 2013, 22 октября Студёная 60 5,0 1,0 ~0,03
*Объёмы лахаров реконструированы на основе использования карты максимальных снегозапасов [1].
может достигать 30 км и более; при этом вулканогенные сели покрывают обширные площади. Для обеспечения безопасности населения необходимы работы по оценке объёмов возможных лахаров и площадей их распространения. В современных условиях такие расчёты достаточно точно и оперативно можно выполнить с помощью ГИС-технологий. Данное исследование — очередной шаг на пути создания оперативной системы оценки объёмов возможных лахаров на основе программного инструментария современной вычислительной техники. В его основу легли результаты полевых исследований, литературные и картографические материалы.
Источники тепла. Среди наиболее характерных явлений, способствующих образованию лахаров при взаимодействии продуктов вулканических извержений со снегом и льдом, можно назвать такие: 1) вертикальные, крутонаклонные и особенно косые взрывы, при которых на склоны вулканов и в окружающую местность выбрасывается большое количество раскалённых и горячих обломков (извержения вулкана Безымянный в 1956 г.); 2) раскалённые газопепловые потоки («палящие тучи») рыхлого пирокластического материала; 3) пиро-кластические потоки из раскалённого грубообло-мочного материала, покрывающего снежно-ледовые образования, а также водотоки и водоёмы; 4) обвалы лавовых потоков с крутых склонов стра-товулканов (особенно характерны для вершинных извержений вулкана Ключевской) и оползней, возникающих на экструзивных куполах андезитовых вулканов (например, вулкан Шивелуч).
Самые мощные события при вулкано-гляци-альном взаимодействии — это оползни (обрушения) ледников на вулканах, сопровождаемые сходом гря-зекаменных потоков и наводнениями. Объём перемещаемой в этих случаях ледово-грязекаменной массы превышает 0,1 км3, что крайне опасно для окружающей территории. Примеры этого — обрушение льдонасыщенных масс в Крестовском жёлобе Ключевского вулкана 1 января 1945 г., а также выброс ледника Колка в Казбекском вулканическом массиве 20 сентября 2002 г. [12, 13].
Материалы и методы исследования
Значительные запасы снега и льда на склонах действующих вулканов Камчатки обусловливают огромные объёмы талой составляющей стока при извержении. Мощность возникающих грязевых потоков определяется площадью водосбора, запасами снега и льда в бассейне, характером рельефа местности, а также наличием глубоко врезанных долин и ложбин, где основной поток формируется быстрее. Так, за последние 30 лет вершинные и побочные извержения Ключевского вулкана способствовали формированию лахаров на его склонах, которые сходили по руслам «сухих» рек Киргурич, Крутенькая, Сухая и др. (таблица). Длина потоков достигала 25—35 км, что превышало расстояние от вулкана до пос. Ключи.
Внедрение лавовых потоков в ледник Келля во время побочного извержения Ключевского вулкана весной 1983 г. вызвало интенсивное таяние снега и льда, что способствовало образованию и сходу нескольких крупных лахаров на расстояние
3 Лёд и Снег, № 4, 2014
Цвн/щнльныи
15-20 км от места извержения [4]. Паводками и лахарами было вынесено 80 млн м3 талых вод, и этот процесс был ограничен лишь размерами самого ледника. Максимальные измеренные расходы талого стока в реке в период прохождения лахара превышали измеренный летний меженный расход более чем в 40 раз.
Вершинное извержение Ключевского вулкана с 8 сентября по 4 октября 1994 г. (с параксиз-мом 1 октября) было наиболее мощным со времени извержения 1 января 1945 г., когда по р. Сухой сошёл грязевой поток длиной 35 км, влившийся в р. Камчатка на окраине пос. Ключи [17]. Гря-зекаменные потоки, сошедшие во время кульминационной фазы 1 октября 1994 г., оставили гру-бообломочный материал [18] на площади около 4 км2, а общая площадь тонких отложений превысила 20 км2. Суммарный объём растопленного льда в леднике Эрмана оценён в (0,7—1,0)107 м3. Твёрдая составляющая, по-видимому, достигала почти 20% общего объёма лахара. Эти оценки удовлетворительно согласуются с объёмом наносов на конусе выноса, оцениваемым в (1—1,5)106 м3. Лахаро-образующий эффект извержения 1994 г. мог быть гораздо сильнее, однако предыдущее терминальное извержение вулкана в июле—августе 1993 г. существенно снизило запасы снега и льда в области формирования этого грязевого потока.
Во время исторических извержений Авачин-ского вулкана мощные лахары отмечались в 1827, 1878, 1926 и 1938 гг. [2, 15, 16]. Длина потоков в окрестностях г. Петропавловск-Камчатский составила 25—30 км. Традиционные пути их схода — сухие речки: Халактырская, Камбальная, Елизов-ская и др. В 1827 и 1926 гг. по Халактырской сухой речке они достигли океана (в районе горы Толстый мыс), а по Елизовской
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.