ИКД
5013 Информационная
карта диссертации
04 кандидатская
05 докторская
5418 Исходящий номер.
дата.
 
5715 Язык
диссертации
 русский
5715 Инвентарный
номер
 
5409 Дата защиты
 15 мая 2009 года
6444 Шифр научной
специальности
 25.00.08
7425 На соискание
степени
 кгмн
2061 Предствлено к защите:
61 Рукопись, в т.ч. научный доклад
52 Монография
43 Учебник
6147 Фамилия, Имя, Отчество соискателя
Абрамов Андрей Андреевич
Фамилия, инициалы
Ученая степень
Шифр научной специальности
6156 Научные руководители
Гиличинский Д. А

6165 Официальные оппоненты
Васильчук Ю. К
Гирина О. А

6255
дгмн

4662
дгмн
кгмн

6453

4626

5733 Кол‑во томов
5742 Кол‑во стр.
1
21
Номер тома
Кол‑во стр.

5751 Приложений
5787 Источников

5778 Таблиц
5760 Иллюстраций

Сведения об организации, в совете которой проходила защита
2457 Код ОКПО

2934 Телефон

2394 Телефакс

2754 Город

1332 Сокращенное наименование министерства (ведомства)

7452 Шифр совета

2151 Полное наименование организации
Д 501.001.30
2358 Сокращенное наименование организации

2403 Код ВНТИЦ

2655 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

Сведения об организации, в которой работает соискатль
2988 Телефон

3087 Телефакс

2781 Город

2187 Наименование организации

2385 Сокращенное наименование организации

2682 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

9045 Наименование диссертации
Закономерности формирования геокриологических условий районов активного вулканизма (на примере района Ключевской группы вулканов)
9117 Реферат
Объект исследования и цель работы. Методы исследования и аппаратура. Теоретические и практические результаты и их новизна. Степень и эффективность внедрения. Область применения.
Актуальность темы. Условия, благоприятные для формирования многолетнемёрзлых пород (ММП), присутствуют на склонах почти 30% активных вулканов Земли (Kellerer‑Piklbauer, 2007).   
Это горные районы Гавайских островов, Новой Зеландии, Японии, Исландии, Южной Америки (Мексика, Перу), Аляски, Антарктиды и России (полуостров Камчатка (рис. 1) и ряд вулканических   
построек Центрального Кавказа), традиционно относимых к горячим областям нашей планеты. Геокриологические условия этих территорий изучены слабо, а фактических данных о влиянии   
процессов, сопряжённых с вулканизмом, на температурное поле мёрзлых толщ нет. Между тем, эти процессы играют определенную роль в формировании температурного поля пород. Актуальность   
проблематики подтверждается проведением в последние годы специальных секций и международных конференций по взаимодействию льда и вулканов (Лондон, 2002; Рейкьявик, 2006; Рим,   
2007). Основное внимание на них уделялось воздействию вулканизма на ледники, а вопросы взаимодействия вулканизма и мёрзлых пород не рассматривались. С вулканизмом в горных   
районах связаны и опасные геокриологические процессы, из которых наиболее разрушительными являются формирующиеся при извержениях грязевые потоки (лахары). Основной причиной   
возникновения лахаров служит таяние ледникового и снежного покровов. При распространении на склонах вулкана ММП, возможно оттаивание подземных льдов при извержении, что вносит   
свой вклад в развитие подобных явлений. Их прогнозирование невозможно без знания геокриологических условий территории.   
  
Изучение закономерностей формирования и распространения мерзлых пород в областях активного вулканизма важно не только для составления геокриологических карт и прогноза опасных   
процессов, но и для понимания взаимосвязи вулканизма и криогенеза на других планетах. Сравнивая вулканические ландшафты, распространенные на территории района работ с имеющимися   
данными космических аппаратов и зондов, можно сказать, что они могут являться аналогами поверхностей Луны и Марса (Гирина, 1998). Большая часть поверхности Марса сложена вулканогенными   
отложениями, а в приполярных областях были обнаружены достаточно молодые шлаковые конуса (по данным Mars Express). При этом, химический состав марсианских отложений весьма   
близок к камчатским базальтам (Squyres et al., 2004), а проявления процессов морозобойного растрескивания на Марсе схожи с земными, о чём стало известно после получения первых   
снимков со спускаемых аппаратов (Сarr, 1981, Кузьмин, 1982). Марс относится к планетам криогенного типа и содержит водный лёд в поверхностных слоях приполярных регионов. Это   
было установлено сначала на основе анализа данных о потоках эпитепловых нейтронов (Boynton et al., 2002), а затем и прямыми наблюдениями с аппарата Phoenix. Поэтому, марсианская   
криосфера все больше привлекает внимание, как геокриологов, так и специалистов по поискам жизни на планете. Проведение экспедиций по микробиологическому исследованию мёрзлых   
пирокластических отложений было поддержано Астробиологическим институтом Национального аэрокосмического агентства США (NAI). При этом были получены данные о геокриологических   
условиях района Ключевской группы вулканов, которые составили основу работы.   
  
Основной целью работы было выявление закономерностей формирования геокриологических условий районов активного вулканизма для Ключевской группы вулканов.   
  
В задачи исследований входило:   
Изучить природные условия района Ключевской группы вулканов, влияющие на формирование геокриологических характеристик территории.   
Проанализировать существующие методики картирования ММП в горных районах, и выбрать наиболее подходящую для района Ключевской группы вулканов (учитывая его малоизученность   
и труднодоступность), составить геокриологическую карту территории.   
Дать обзор геокриологических условий районов активного вулканизма.   
Изучить геокриологические условия района Ключевской группы вулканов и оценить влияние на них активного вулканизма. В том числе, создать сеть скважин для изучения температурного   
режима территории (особенно, вблизи активных вулканических построек), которую в дальнейшем можно использовать для мониторинга. Изучить теплофизические свойства вулканогенных   
отложений для понимания их роли в формировании геокриологических условий территории.   
  
Фактический материал. Помимо немногочисленных литературных данных, основу работы составили результаты собственных исследований автора. Исследования выполнялись в рамках программ   
Президиума РАН: Изменение окружающей среды и климата: исследования, мониторинг и прогноз состояния природной среды; природные катастрофы, анализ и оценка природного риска,   
вулканизм и Исследование, мониторинг и прогноз состояния криосферы и изменений мерзлотных условий.   
  
Необходимость проведения полевых исследований была обусловлена отсутствием фактического материала по геокриологическим условиям района (имеющиеся геокриологические карты на   
территорию Ключевской группы вулканов были построены расчетным путём). В различных высотных и ландшафтных зонах в 20022008 гг. были выбраны ключевые участки и создана сеть   
скважин и оборудованных площадок, где проведены температурные замеры и наблюдения за мощностью и динамикой сезонно‑талого слоя. Режимные наблюдения являлись частью международных   
программ Thermal State of Permafrost и Circumpolar Active Layer Monitoring и в качестве проекта Мониторинг температурного поля извергающихся вулканов вошли в план реализации   
научной программы участия Российской Федерации в проведении Международного Полярного Года.   
  
Расчёт среднегодовых температур пород и мощностей ММП выполнен во время стажировки в лаборатории гляциологии, геоморфодинамики и геохронологии географического факультета Университета   
Цюриха (заведующий  проф. W. Haeberli). В основу положен эмпирико‑статистический подход, успешно применяющийся в Альпах и адаптированный автором к Камчатке (соавтор Dr. S.   
Gruber). Широко использовались данные дистанционного зондирования Земли. Работы выполнялись на основе цифровой модели рельефа, полученной в ходе радарной топографической миссии   
космического аппарата Шаттл в 2004 г. Для дешифрирования растительного и ледникового покровов использовались снимки с космических аппаратов Landsat и Aster. Оценка мощностей   
ММП проводилась решением серии двухмерных и осесимметричных задач в программе численного моделирования COMSOL Multiphysics.   
  
Для расчёта температур воздуха использовались данные метеостанции Ключи и данные автоматических метеостанций, работавших в 19961997 и 20002001 годах (Matsumoto et al., 1999,   
Sone et al., 2003).   
  
Изучение теплофизических свойств вулканогенных отложений проводились в полевых условиях и на кафедре геокриологии МГУ совместно с магистранткой Тихоновой Е.П. под руководством   
к.г.‑м.н. Р.Г. Мотенко.   
  
Научная новизна проведённых исследований заключается в следующем:   
  
1.Впервые получены данные о температурном режиме пород в районе Ключевской группы вулканов. До высот 800900 м в зимнее время формируется инверсия температур воздуха и поверхности   
почвы. Показано широкое распространение в данном районе ММП, рассчитаны их максимальные мощности, а также размер зоны воздействия жерловых структур на температурное поле вулканической   
постройки Ключевской сопки.   
  
2.Для района Ключевской группы вулканов была предложена методика картирования мёрзлых пород с использованием геоинформационных технологий и данных дистанционного зондирования   
Земли. Создана геокриологическая карта района масштаба 1:100 000.   
  
3.Уточнено положение южной границы распространения современных повторно‑жильных льдов, которые были обнаружены в районе Ключевской группы вулканов (55o северной широты) на   
высоте 1600 м.   
  
4.Обобщены имеющиеся данные о присутствии многолетнемерзлых пород в районах активного вулканизма и показано их широкое распространение в пределах данных областей. Сформулированы   
основные виды воздействия вулканизма на формирование геокриологических условий.   
  
5.Впервые была определена теплопроводность вулканических шлаков и пеплов в мёрзлом состоянии. Показано, что данные отложения обладают низкой теплопроводностью.   
  
Практическое значение работы связано с применением для горных районов Камчатки эмпирико‑статистического подхода к картированию ММП. Эта методика позволяет создавать геокриологические   
карты территории при ограниченном количестве фактического материала. Это первый опыт применения подобного подхода в России. Созданная сеть мониторинговых скважин и площадок   
по наблюдению за слоем сезонного оттаивания позволит отслеживать изменения температурного режима многолетнемёрзлых пород и закладывает основу для изучения климатических условий   
горных районов Камчатки. В перспективе планируется оборудование их автоматическими метеостанциями с передачей данных в режиме реального времени. Температурный мониторинг вблизи   
действующих вулканов позволит прогнозировать динамику мощностей ММП и, соответственно, развитие опасных геокриологических процессов. Полученные материалы были использованы   
студентами при написании курсовых и дипломных работ.   
  
Основные защищаемые положения:   
  
1.Геокриологические условия района Ключевской группы вулканов отличаются от приведённых на существующих картах. Для большей части территории нижней границей распространения   
ММП является высотный диапазон 9001000 м над уровнем моря, а выше 1300 м они имеют преимущественно сплошное распространение.   
  
2.Эмпирико‑статистический подход, с использованием геоинформационных технологий и данных дистанционного зондирования, позволил создать геокриологическую карту района Ключевской   
группы вулканов масштаба 1:100000 без проведения полномасштабных съёмочных работ. Региональные особенности задавались модельными константами, вычисляемыми по данным замеров   
температур пород в скважинах. Созданная геокриологическая карта адекватно характеризует температурный режим пород данной территории и позволяет оценить мощность ММП.   
  
3.Тепловое влияние вулканических структур на многолетнемёрзлые породы проявляется в пределах района Ключевской группы локально. Показанные на карте ареалы возможного формирования   
вулканогенных таликов дают представление о максимальной зоне теплового воздействия вулканизма. Наибольшее воздействие оказывают характерные для данного района особенности   
современного осадконакопления  площадное выпадение пирокластических отложений, которые являются хорошими теплоизоляторами, способствуют формированию и сохранению прослоев   
погребённых льдов и новообразованию ММП.   
  
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 3‑ем съезде геокриологов России (Москва, 2005), конференциях Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения (Пущино,   
2003), Криосфера нефтегазоносных провинций (Тюмень, 2004), Криогенные ресурсы полярных регионов (Салехард, 2007), Россия в МПГ  первые результаты (Сочи, 2007), 8‑ой   
и 9‑ой Международных и 2‑ой Европейской конференциях по мерзлотоведению (Цюрих, 2003; Фейрбенкс, 2008; Потсдам, 2005), 3‑ей Европейской астробиологической конференции (Мадрид,   
2004), съездах Европейского Геофизического Союза (Вена, 2003; 2007) и 5‑ой Астробиологической конференции (Санта‑Клара, 2008). По мере выполнения, работа докладывалась на   
семинарах гляциологического отдела Института географии РАН, кафедры геокриологии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и на заседании Международного Арктического   
комитета (С.‑Петербург, 2007). Основные материалы исследований опубликованы в журналах Криосфера Земли и Permafrost and Pereglacial Processes.   
  
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и выводов. Она изложена на 112 страницах текста и сопровождается 46 иллюстрациями и 5 таблицами. Список литературы   
включает 116 наименований.   
  
Работа выполнялась под руководством д. г.‑м. н. Д.А. Гиличинского, которому автор выражает благодарность за плодотворное сотрудничество. Я благодарен также проф. Н.Н. Романовскому,   
под чьим руководством была написана магистерская работа по теме работы. Полевые работы проводились совместно с Институтом вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, спасибо зав.   
лабораторией активного вулканизма к. г. н. Я.Д. Муравьёву и всем сотрудникам, помогавшим нам на Камчатке. Автор признателен за обсуждение работы и ценные комментарии сотрудникам   
кафедры геокриологии Геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, особенно, к. г.‑м. н. С.Н. Булдовичу, к. г.‑м. н. В.Н. Зайцеву и к. г.‑м. н. Е.Н. Оспенникову. Очень   
много дало мне общение с Штефаном Грубером и сотрудникам лаборатории гляциологии, геоморфодинамики и геохронологии географического факультета Университета Цюриха. Техническая   
поддержка осуществлялась Университетом Фербенкса, США, за что я признателен проф. В.Е. Романовскому.   
  
Спасибо всем участникам полевых работ, особенно М.Ю. Александрину, С.В. Губину, Н.Э. Демидову, Т.В. Жиделеевой, Г.Н. Краеву, А.В. Кузмицкому, В.Г. Мамыкину, К.А. Новотоцкой‑Власовой,   
А.Л. Холодову, З.А. Цыганковой и Л.А. Шмаковой, а также друзьям, которые были рядом, за поддержку.
5436
Фамилия, инициалы
Должность
Уч. степень
Подпись МП
Руководитель организации
6111 
6311 
6210   кархн

Председатель
диссертационного совета
6264 
6320 
6462   кархн

5634 Индексы УДК
7434 Дата
7506 Входящий номер

5616 Коды тематических рубрик

5643 Ключевое слово