Автор: Абрамов Андрей Андреевич
Название работы: Закономерности формирования геокриологических условий районов активного вулканизма (на примере района Ключевской группы вулканов)
|
Присвоенная ученая степень: кандидат геолого-минералогических наук
Специальность: 25.00.08 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение
Классификационный индекс:
Ведущая организация:
Руководитель:
доктор геолого-минералогических наук Гиличинский Давид Абрамович;
Оппонент:
профессор доктор геолого-минералогических наук Васильчук Юрий Кириллович;
кандидат геолого-минералогических наук Гирина Ольга Алексеевна;
Место защиты:
Дата защиты: 15 мая 2009 года
Издательство: Москва
Количество страниц: 21
Язык: русский
Содержание работы:
Общая характеристика работы.
Глава 1. Природные условия района Ключевской группы вулканов.
Глава 2. Методологический подход к изучению геокриологических условий.
Глава 3. Геокриологические условия района Ключевской группы вулканов.
Выводы.
Публикации по теме диссертации.
|
Реферат:
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.
|
Библиография:
Публикации по теме диссертации в журналах, рекомендованных ВАК 1.Геокриологические условия Ключевской группы вулканов (Камчатка) // Криосфера Земли, т. XII, 1, 2008. с. 2940. (в соавторстве с Гиличинским Д.А.) 2.Mountain permafrost on active volcanoes: field data and statistical mapping, Klyuchevskaya volcano group, Kamchatka, Russia // Permafrost and Periglacial Processes, N 19 (3), 2008. pp. 261277, doi:10.1002/ppp.622 (в соавторстве с Гиличинским Д., Грубером С.) Материалы научных конференций 1.Криолитозона Ключевской группы вулканов на примере массива Плоского Толбачика // Тезисы международной конференции Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения, Пущино, 2003. с. 145. (в соавторстве с Холодовым А.Л.) 2.Kamchatka: mountain permafrost, volcanoes and life // 8th international conference on permafrost, Extended abstracts on current research and newly available information (edited by W. Haeberly and D. Brandova), Zurich, Switzerland, 2003. p. 1. (в соавторстве с Булдовичем С.Н., Гиличинским Д.А., Лауриновичусом К.С., Ривкиной Е.М., Щербаковой В.А., Холодовым А.Л.) 3.Thermophile bacteria in permafrost: Model for astrobiology // Geophysical Research Abstracts, vol. 5, N 12773, 2003. (в соавторстве с Гиличинским Д.А., Лауриновичусом К.С., Ривкиной Е.М., Щербаковой В.А., Холодовым А.Л.) 4.Frozen volcanic tefra new terrestrial Earth analog of Martian ecosystems // Proceedings of the III European workshop on Exo-Astrobiology. Mars: The search for life. ESA SP-545, 2004. p. 161. (в соавторстве с Булдовичем С.Н., Гиличинским Д.А., Лауриновичусом К.С., Ривкиной Е.М., Щербаковой В.А.) 5.Мёрзлые вулканические отложения Камчатки возможный аналог экосистем Марса // Материалы международной конференции Криосфера нефтегазоносных провинций, Тюмень, 2004. с. 165. (в соавторстве с Булдовичем С.Н., Ривкиной Е.М., Мотенко Р.Г.) 6.Новые данные о геокриологических условиях Ключевской группы вулканов (Камчатка) // Материалы III-ей конференции геокриологов России, Москва, МГУ, 2005. с. 14. (в соавторстве с Гиличинским Д.А., Ривкиной Е.М., Мотенко Р.Г.) 7.Volcano permafrost terrestrial model for extraterrestrial systems // II European conference on permafrost (Potsdam, Germany), 2005. p. 86. (в соавторстве с Булдовичем С.Н., Гиличинским Д.А., Мотенко Р.Г.) 8.Микромицеты мерзлых вулканических отложений вулкана Безымянный (Камчатка) // Материалы международной конференции Криогенные ресурсы полярных регионов, Салехард, 2007. с. 100103 (в соавторстве с Иванушкиной Н.Е., Кочкиной Г.А., Озерской С.М., Гиличинским Д.А.) 9.Mountain permafrost in areas of modern volcanic activity: Kluchevskaya volcano group (Kamchatka) // EGU letters, N 00243, 2007. (в соавторстве с Гиличинским Д.А., Мотенко Р.Г., Тихоновой Е.П.) 10.Создание сети мониторинга температурного поля многолетнемёрзлых пород в зоне развития современного вулканизма (Ключевская группа вулканов) // Материалы конференции Россия в МПГ первые результаты, Сочи, 2007. с. 76. (в соавторстве с Муравьёвым Я.Д., Гиличинским Д.А.) 11.International 2006 astrobiology expedition to Kamchatka // Astrobiology, vol. 8, N 2, 2008. p. 452. (в соавторстве с Моул Д., Леуко С., Анитори Р., Морил П., Шоу А., Цыганковой З., Гостевым Е., Гиличинским Д.) 12.Experimental study of thermal properties for frozen pyroclastic volcanic deposits (Kamchatka, Kluchevskaya volcano group) // Proceedings of the 9thinternational conference on permafrost (edited by D. Kane and K. Hinkel), Fairbanks, Alaska, USA, 2008. pp. 12511254. (в соавторстве с Мотенко Р.Г., Тихоновой Е.П.)
|
|
