На главную страницу Библиотеки электронных диссертаций
На главную страницу сервера "Все о гелогии"
 
 
К списку диссертаций  HTML-версия    Объявление о защите 
Экспорт  в RTF
Автор:

Бочарников Роман Евгеньевич


Название работы:

Физико-химические аспекты магматической дегазации на вулкане Кудрявый, Курильские острова


Присвоенная ученая степень: кандидат геолого-минералогических наук
Специальность: -
Классификационный индекс:
Ведущая организация: Институт экспериментальной минералогии РАН
Руководитель:  доктор геолого-минералогических наук К.И. Шмулович;  кандидат геолого-минералогических наук М.А. Коржинский;
Оппонент:  доктор геолого-минералогических наук  Г.П. Зарайский;  кандидат геолого-минералогических наук  П.Ю.Плечов;
Место защиты:
Дата защиты: 2002
Издательство: Черноголовка
Количество страниц: 178
Язык: русский

Содержание работы:
Глава 1. Литературный обзор
Глава 2. Скорости и масштабы эмиссии фумарольных газов на вулкане Кудрявый
Глава 3. Фумарольная активность вулкана Кудрявый в период с 1990 по 1999 годы. Фреатическое извержение 1999 г.
Глава 4. Геохимия изотопов водорода и тепловой баланс фумарольной системы вулкана Кудрявый
Глава 5. Газовый метасоматоз: взаимодействие высокотемпературных вулканических газов с вмещающими породами

Реферат:
Актуальность темы Исследования физико-химических процессов, связанных с высокотемпературными вулканическими газами, предоставляют необходимую информацию для определения температурных
и барических условий отделения летучих от магмы, для оценок объемов дегазирующегося магматического расплава, для установления источников летучих. Полученные данные позволяют
также оценить вклад магматической дегазации в общий рециклинг элементов и определить эффект воздействия магматических газов на подземные воды и вмещающие породы.

Цель исследования Вулкан Кудрявый представляет собой один из редких случаев долговременной стационарной высокотемпературной магматической дегазации. Причины и механизмы, вызвавшие
и поддерживающие в течение долгого времени стационарную дегазацию расплава на вулкане до сих пор не выяснены. Поэтому основными целями данной работы являлись изучение возможной
эволюции магматической системы во времени и оценка масштабов происходящих на вулкане процессов.

Для реализации этой цели были определены задачи работы: 1) разработка методики и проведение измерений скорости эмиссии вулканических газов; 2) изучение химического и изотопного
состава газов и их эволюции во времени; 3) определение влияния взаимодействия между магматической и гидротермальной системами на тепловой баланс фумарольной системы вулкана;
и 4) экспериментальное исследование процессов взаимодействия между высокотемпературными вулканическими газами и вмещающими породами.

Защищаемые положения

Разработана методика и проведены измерения скоростей газовых струй в фумаролах с высоким и низким расходом газов на вулкане Кудрявый. Скорости газов мощных фумарол варьируют
в пределах 8-120 м/с, тогда как скорость газовой эмиссии с парящих площадок не превышает 1 м/с. Основной вклад в валовый расход газов на вулкане составляет эмиссия с парящих
площадок, которая достигает величин порядка 20000-30000 тонн/сутки. Доля магматических газов не превышает 10% от общего газового дебита вулкана Кудрявый.

За период с 1990 по 1999 г.г. установлена тенденция постепенного уменьшения температуры наиболее высокотемпературных фумарольных газов с 940oС до 903oС, обогащения газов водой
c 93 до 96 мольных % и обеднения магматическими компонентами (CO2, Stot, HCl, HF), свидетельствующая об условиях дегазации изолированного объема магмы.

Показано, что тепловой баланс фумарольной системы вулкана Кудрявый определяется смешением высокотемпературных газов с метеорными водами. Глубина зоны смешения оценивается
порядка 120 м от уровня грунтовых вод в теле вулкана. Вблизи газовых каналов температурный градиент составляет около 140oС/м и контролируется кондуктивным теплопереносом.

Впервые на основании натурных экспериментов в высокотемпературных фумаролах установлено, что основным механизмом преобразования силикатных минералов (полевых шпатов, оливина
и биотита) при взаимодействии с газами является диффузионный катионный обмен. Коэффициенты диффузии при Т=900oС составляют 1.10-13 - 1.10-10 см2/с, что позволило оценить масштабы
газового метасоматоза порядка 3 мм за 115 лет фумарольной активности вулкана Кудрявый.

Научная новизна работы. Впервые разработана методика и выполнены прямые измерения скоростей высокотемпературных фумарольных газовых струй в кратере вулкана, что позволило
оценить масштабы валовой газовой эмиссии. Установлена постепенная эволюция температуры, химического и изотопного состава вулканических газов за последние 10 лет на вулкане
Кудрявый, свидетельствующая о дегазации изолированного объема магмы. Показано, что тепловой баланс фумарольной системы вулкана контролируется процессами фильтрации, кипения
и подмешивания метеорных вод в газовые каналы. Впервые проведены натурные экспериментальные исследования высокотемпературного газового метасоматоза и сделаны оценки масштабов
метасоматического взаимодействия на вулкане Кудрявый.

Практическая значимость работы заключается в определении масштабов газовой эмиссии и изучении процессов метасоматического преобразования вмещающих пород при долговременной
дегазации магматического расплава, необходимых для оценок возможности формирования редкометального оруденения в современных вулканических областях. Полученные данные позволяют
учитывать влияние вулканической деятельности на рециклинг элементов и климатические явления. Установленная эволюция температур и составов вулканических газов и, следовательно,
всей магматической системы в целом, является крайне важной для разработки надежных критериев предсказания изменения вулканической активности и вулканических извержений.

Фактическая основа работы и методы исследований. В основу работы положены результаты исследований, полученные автором за время пяти полевых сезонов на вулкане Кудрявый в 1993-1996
и 1999 годах, данные лабораторных и теоретических исследований автора в 1993-2000 г.г. и литературные данные по вулкану Кудрявый. Основная часть работы была выполнена в лаборатории
гидротермальных процессов Института экспериментальной минералогии РАН, а также в лаборатории изотопной геохимии Института геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского
РАН.

Анализы газовых проб выполнены В.М.Округиным в ИГ и В ДВО РАН, изотопные анализы проведены автором в ГЕОХИ РАН и Е.О.Дубининой в ИГЕМ РАН. Экспериментальные исследования по
взаимодействию вулканических газов с минералами были проведены автором на природных фумаролах вулкана Кудрявый. Анализы минералов после экспериментов были выполнены автором
на микрозонде в ИЭМ РАН.

Библиография:
  • М.А.Коржинский, Р.Е.Бочарников, С.И.Ткаченко, Н.Н.Жданов и Г.С.Штейнберг Особенности фумарольной активности вулкана Кудрявый в период 1991-1999 гг. Фреатическое извержение
  • 1999 г. Петрология, (в печати).
  • Botcharnikov R.E., Shmulovich K.I., Tkachenko S.I., Korzhinsky M.A., and Rybin A.V. Hydrogen isotope geochemistry and heat balance of a fumarolic system: Kudriavy volcano,
  • Kurile Islands. Journ. Volcanol. Geotherm. Res., (in press).
  • Korzhinsky M.A., Botcharnikov R.E., Tkachenko S.I., and Steinberg G.S. Decade-long study of degassing at Kudriavy Volcano, Iturup, Kurile Islands (1990-1999): Gas temperature
  • and composition variations, and occurrence of 1999 phreatic eruption. Earth, Planets and Space, v. 54, pp. 337-347.
  • Simakin, A.G. and Botcharnikov, R.E. (2001) Effects of compositional convection at degassing of stratified magma. Journ. Volcan. Geoth. Res., v.105, pp.207-224.
  • Korzhinsky, M.A., Tkachenko, S.I., Botcharnikov, R.E., Zhdanov, N.N., and Osadchii, E.G. (2000) Sensor equipment for measuring the parameters and composition of volcanic gases.
  • Results of measurements at Kudriavy volcano, South Kuriles. VII-th Workshop on chemistry of volcanic gases, Kyushu, Japan (abstract).
  • Botcharnikov, R.E., Shmulovich, K.I., Tkachenko, S.I., Korzhinsky, M.A., and Steinberg, G.S. (2000) Gas metasomatism: experiments at natural fumaroles of Kudriavy volcano,
  • Iturup, Kurile Islands. Geochem. Intern., v.38, Suppl.2, pp.186-193.
  • Botcharnikov R.E., Shmulovich K.I., Korzhinsky M.A., and Tkachenko S.I. (2000) Gas metasomatism: an experimental study of interaction between minerals and natural hot gases.
  • Proc. Confer. Hydrotherm. Reac., Kochi, Japan (extended abstract).
  • Korzhinsky, M.A., Tkachenko, S.I., and Botcharnikov, R.E. (2000) Triggering mechanism of phreatic eruptions: Evidence from Kudriavy Volcano, Iturup Island, Kuriles. VII Intern.
  • Meeting on Colima volcano, Colima, Mexico.
  • Korzhinsky, M.A., Zhdanov, N.N., Tkachenko, S.I., and Botcharnikov, R.E. (2000) New equipment for direct monitoring of high-temperature volcanic gas compositions. VII Intern.
  • Meeting on Colima volcano, Colima, Mexico.
  • Чураков С.В., Ткаченко С.И., Коржинский М.А., Бочарников Р.Е., Шмулович К.И. (2000) Термодинамическое моделирование эволюции состава высокотемпературных фумарольных газов
  • на вулкане Кудрявый, Итуруп, Курилы. Геохимия. N5, c.485-501.
  • Korzhinsky, M.A., Zhdanov, N.N., Tkachenko, S.I., and Botcharnikov, R.E. (1999) Anomalous Hydrogen in Volcanic Gases of Kudriavy Volcano, Iturup Island, South Kuriles (Direct
  • Measurements). Experiment in Geosciences, V.8, N2.
  • Korzhinsky, M.A., Zhdanov, N.N., Tkachenko, S.I., and Botcharnikov, R.E. (1999) New equipment for the measurements of high temperature volcanic gas conditions. Experiment
  • in Geosciences, V.8, N1.
  • Бочарников Р.Е., Князик В.А., Штейнберг А.С., Штейнберг Г.С. (1998) Эмиссия газов, рудных и петрогенных элементов на вулкане Кудрявый, остров Итуруп, Курильские острова. Докл.
  • Акад. Наук. Т.361. N5. С.671-674.
  • Botcharnikov, R.E., Tkachenko, S.I., Korzhinsky, M.A., Shmulovich, K.I., and Steinberg, G.S. (1998) Interaction between high-temperature volcanic gases and some of rock-forming
  • minerals. Conference on geochemistry of crustal fluids, Greece. 1998. p.72. (abstract).
  • Botcharnikov, R.E., Korzhinsky, M.A., and Tkachenko, S.I. (1998) Interpretation of magmatic-meteoric water mixing processes at Kudriavy volcano using isotope, chemical compositions
  • and heat calculations. Colima Volcano VI International Meeting, Colima, Mexico (abstract).
  • Коржинский М.А., Ткаченко С.И., Бочарников Р.Е., Шмулович К.И. (1998) Магматическая дегазация и минералообразование на вулкане Кудрявый (остров Итуруп, Курильские острова).
  • В: Экспериментальное и теоретическое моделирование процессов минералообразования. c.143-168.
  • Botcharnikov R.E., Knyazik V.A., Steinberg A.S., and Steinberg G.S. (1995) Measurements of outgassing velocities from fumarole outlets, Kudriavy volcano, Kuril Islands. Proceedings
  • from International Symposium on Volcano-Atmosphere Interaction. 1995. Honolulu, Hawaii. P.27-34.


  • Проект осуществляется при поддержке:
    Геологического факультета МГУ,
    РФФИ
       
    TopList Rambler's Top100