Геохронология и параметры крупнейших эксплозивных извержений на Камчатке за последние 10 000 лет

О. А. Брайцева, И. В. Мелекесцев, В. В. Пономарева, Л. Д. Сулержицкий, М. М. Певзнер

Для обыденного сознания россиянина из Европейской части страны или Сибири вулканы, наверное, представляются чем-то экзотическим, не имеющим прямого отношения к повседневной жизни. Так, возможно, казалось и американцам, пока в 1980 г. извержение вулкана Сент-Хеленс в западной части страны не нарушило привычный ход жизни большого региона, разрушив мосты и дороги и засыпав пеплом множество населенных пунктов. Это событие, а также последующие извержения вулканов Эль-Чичон (1983 г., Мексика), Пинатубо (1991 г., Филиппины) и др. привлекли внимание ученых различных специальностей и стали поводом для массированного наступления вулканологии.

Множество опасных явлений, связанных с извержениями, воздействуют на прилегающие к вулканам районы: пирокластические и лавовые потоки, пирокластические волны, вызванные извержениями грязевые потоки опасны в радиусе нескольких десятков километров; зона воздействия вулканического пепла может достигать сотен и тысяч квадратных километров. Удаленные районы также испытывают влияние вулканов из-за выброса в высокие слои атмосферы твердых частиц и аэрозолей, которые нарушают нормальное состояние воздушной оболочки, вызывая помутнение воздуха, погодные аномалии, наступление ледников и т.д. [1]. Человек осваивает новые территории, увеличивается плотность населения в ранее пустынных местах, но иногда там происходят "неожиданные" природные катастрофы, в том числе извержения давно потухших вулканов. Что делать, чтобы они не были неожиданными?

Исторические хроники для многих вулканических районов, в том числе для Камчатки, ограничены последними столетиями. Единственный способ узнать, когда и какие извержения происходили на Земле хотя бы за последние несколько тысяч лет, это провести полевые геологические исследования, установить отложения вулканических извержений и определить их возраст. Извержения вулканов - индикаторы состояния глубин Земли, регистрирующие определенные критические ситуации в ее развитии. Создание календаря крупнейших вулканических извержений мира и оценка их воздействия на окружающую среду - одна из самых актуальных проблем современной геологии и географии.

Мы попытались выявить крупнейшие эксплозивные (взрывные) извержения на Камчатке за последние 10 тыс. лет и определить их параметры, включая возраст, объем и состав изверженных продуктов, направления пепловых туч, степень воздействия на природную среду. Исторические свидетельства об извержениях камчатских вулканов ограничиваются лишь последними двумя столетиями. Более древние эксплозивные извержения были обнаружены по оставшимся кратерам и кальдерам, а также пирокластическим отложениям, туфам и пеплам, окружающим центры извержений. Установив по аэрофотоснимкам места распространения пирокластических толщ и центры извержений, мы изучили разрезы, содержащие пеплы (тефру) древних извержений, которые представляют собой своеобразную геологическую летопись эксплозивной вулканической активности. Возраст извержений определялся радиоуглеродным методом по древесине, обугленной когда-то раскаленной пирокластикой, и по почвам, как погребенным ею, так и образовавшимся вновь на ее остывшей поверхности.

К настоящему времени нами установлено около 20 крупнейших эксплозивных извержений на Камчатке (таблица), происшедших за последние 10 тыс. лет [2]. Оказалось, что многие из доисторических извержений по объему выброшенной пирокластики и, соответственно, по своему воздействию на природную среду значительно превосходили описанные человеком извержения вулканов Ксудач (1907), Безымянный (1956) и Шивелуч (1964). Выделяется три группы извержений. Первые две формируют кальдеры и крупные эксплозивные кратеры, а третья связана со стратовулканами. Извержения первой группы образовали пять кальдер типа Кракатау, которые представляют собой огромные впадины, сформированные в результате обрушения кровли магматического очага после выброса больших объемов материала. Крупнейшее извержение с объемом выброшенного материала 120-140 км³ сформировало кальдеру Курильское озеро-Ильинская на юге Камчатки (рис.1) [3]. Оно произошло около 6500 г. до н. э. Тефра этого извержения отлагалась в широком секторе преимущественно в западном и северо- западном направлениях (рис.2). Пепел выпадал на расстоянии 1000 км от источника (в районе современного Магадана). Длина пирокластических потоков была более 40 км, они доходили до берегов Охотского моря и Тихого океана. Связанные с пирокластическими потоками палящие тучи распространялись на расстояние более 50 км. Размер образовавшейся кальдерной депрессии - 8x14 км. По объему пирокластики описываемое событие превышает извержение Кракатау 1883 г. минимум в 7-8 раз, что позволяет поставить его в один ряд с крупнейшими эксплозивными извержениями земного шара не только исторического времени, но и голоцена в целом. По своему климатическому эффекту оно было, по- видимому, сравнимо с самым мощным катастрофическим извержением XIX-XX веков - извержением вулкана Тамбора в Индонезии (1815).

Рис.1. Кальдера Курильское озеро - Ильинская, вулкан Ильинский, расположенный в е восточной части, и рассеченные глубокими ущельями туфы кальдерообразующего извержения (фото Н.П.Смелова)

Почти одновременно с вышеописанной кальдерой сформировалась Карымская кальдера, в которой сейчас располагается действующий Карымский вулкан. По характеру и параметрам это извержение очень сходно с извержением Кракатау 1883 г. Общий объем пирокластики кальдерообразующего извержения составил 13-16 км³, размер кальдеры 5x6.5 км, объем полости кальдеры 7-8 км³. Пирокластические потоки покрывали площадь 150 км² и имели длину 10-15 км, а связанные с ними палящие тучи распространялись на расстояние более 30 км и достигали берега Тихого океана. Ось пеплопада была направлена на восток, и значительная часть тефры выпала над акваторией океана, засыпав также Командорские острова.

Рис.2. Оси и зоны пеплопадов кальдерообразующих извержений на Камчатке за последние 10 тыс. лет. Индексы извержений см. в таблице

Из трех кальдерообразующих извержений вулкана Ксудач (см. таблицу) самым мощным было последнее, которое произошло около 236 г. [4, 5]. Оно было крупнейшим в нашей эре на Камчатке и вторым - в голоцене после извержения, связанного с кальдерой Курильское озеро-Ильинская. Общий объем пирокластики составил 18-19 км³, высота газово-пепловой колонны во время извержения - 23 км. Ось пеплопада прошла в северо-восточном направлении, пепел покрыл почти всю территорию Камчатки (см. рис.2). Пирокластические потоки достигали 20 км в длину. В результате извержения возникла кальдера обрушения размером 4x6.5 км с объемом полости 6.5-7 км³. Последствия этого извержения для Камчатки можно оценить как экологическую катастрофу. Минимальная площадь уничтожения всего живого составила около 500 км². Растительность была серьезно повреждена на площади около 12 000 км².

Извержения второй группы были названы нами субкальдерными [6]. По характеру, объему и составу пирокластики они очень сходны с кальдерообразующими, однако формируют не кальдеры, а крупные эксплозивные кратеры, которые могут располагаться как на вершине вулкана, так и у его подножия. Причем отмечается явное несоответствие между значительным объемом вынесенной пирокластики и объемом образовавшегося кратера. На Камчатке в голоцене установлено три субкальдерных извержения (см. таблицу). Крупнейшее из них произошло около 5800 г. до н. э. на вулкане Хангар. С ним связаны мощные пирокластические потоки длиной 15-20 км и пирокластические волны. Ось пеплопада была направлена на северо-восток, и обширные территории на севере Камчатки оказались засыпанными тонким пеплом.

Второе крупнейшее субкальдерное извержение произошло на вулкане Опала около 606 г. при образовании у его подножия кратера Бараний Амфитеатр размером 1.3x2 км. С этим сравнительно небольшим кратером связан огромный объем пирокластики (см. таблицу). Главная ось пеплопада была направлена на восток и значительная часть пепла выпала над акваторией Тихого океана. На побережье мощность тефры составляла 15 см, под ней погребена первобытная стоянка ("Камчатcкая Помпея"). Юго-западным ветром пепловое облако было снесено на северо-восток, поэтому тонкий пепел покрыл значительную часть Восточной Камчатки и прослежен здесь на расстояние 300 км от источника. Извержение Бараний Амфитеатр можно рассматривать как аналог знаменитого извержения вулкана Катмаи (Аляска) в 1912 г., когда из небольшого кратера Новарупта у его подножия было вынесено около 17 км³ тефры.

Катастрофические извержения третьей группы связаны с андезитовыми стратовулканами. Чаще всего такие извержения в голоцене давали два вулкана - Авачинский, расположенный в 25 км от г. Петропавловск- Камчатский, и вулкан Шивелуч на севере полуострова в 45 км от г. Ключи. На Авачинском вулкане в голоцене произошло не менее восьми крупных эксплозивных извержений с объемом пирокластики более 0.5 км³, пять наиболее изученных из них представлены в таблице. С ними были связаны сильные пеплопады, а с некоторыми извержениями также пирокластические потоки и волны. Высоты эруптивных колонн составляли от 16 до 28 км. Пирокластические потоки имели длину не более 15 км и не достигали местоположения современных населенных пунктов, однако связанные с ними лахары (грязевые потоки) неоднократно перекрывали территорию нынешнего г. Елизово и находящегося здесь аэропорта. Оси пеплопадов были направлены на запад, север, северо-восток, а южное подножие, где сейчас находятся Петропавловск-Камчатский и Елизово, покрывалось пеплом в минимальной степени. Оказалось, что местоположение Петропавловска- Камчатского было выбрано очень удачно: сюда не достигали пирокластические потоки и палящие тучи, а возвышенность, на которой расположен город, обтекалась всеми лахарами.

Вулкан Шивелуч - один из самых активных и продуктивных вулканов Камчатки. В голоцене он дал не менее 18 сильных извержений, из них шесть наиболее изученных показаны в таблице. Пеплы этих извержений покрывали большие площади в северной части полуострова. Максимальная длина пирокластических потоков была 20 км, но до местоположения современного г. Ключи ни они, ни связанные с ними палящие тучи не доходили.

Распределение крупнейших эксплозивных извержений Камчатки за за последние 10 тыс. лет. Индексы наиболее крупных извержений см. в таблице

Анализируя полученный календарь крупнейших эксплозивных извержений вулканов Камчатки (рис.3), можно увидеть, что, хотя такие извержения происходили в течение всего изученного отрезка времени, отмечаются два отчетливых периода регионального усиления вулканической активности около 8400-8600 и 1300-1700 лет назад, которые, по-видимому, отмечают определенные критические периоды в развитии геологических процессов. Особенно интересен первый из них, когда в сравнительно коротком интервале происходит мощная вспышка эксплозивной активности с почти одновременным образованием кальдер Курильское озеро-Ильинская, Карымская и Тао-Русыр (последняя на Курильских островах) и сильным извержением вулкана Кизимен. В работе, посвященной распределению кислотных пиков, регистрирующих выбросы вулканических аэрозолей в разрезе Гренландского ледникового щита, обращается внимание на вклад крупнейших извержений начала голоцена в похолодание климата [7]. Можно полагать, что указанные камчатские извержения составили существенную часть этого вклада. Мы попробовали определить, какие из кислотных пиков Гренландского щита могут быть связаны с камчатскими извержениями (см. таблицу).

Благодаря поддержке Международного научного фонда и Российского фонда фундаментальных исследований мы получили возможность провести описанные исследования и значительно дополнить глобальную летопись эксплозивного вулканизма крупнейшими извержениями вулканов Камчатки за последние 10 тыс. лет, оценить их параметры, а также подойти к пониманию закономерностей их пространственно-временного распределения. Цель дальнейших исследований - восстановить режим и динамику активности вулканов Камчатки, иными словами, узнать, как живут вулканы и целые вулканические районы, и определить место крупнейших извержений в их деятельности, что позволит наметить подход к долгосрочному прогнозу этих катастрофических событий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Rampino R. M., Stothers R. B., Self S. Climatic effects of volcanic eruptions //Nature. 1985. V. 313. P. 272.

2. Брайцева О. А., Сулержицкий Л. Д., Пономарева В. В., Мелекесцев И. В. Геохронология крупнейших эксплозивных извержений Камчатки в голоцене и их отражение в Гренландском ледниковом щите //ДАН (в печати).

3. Braitseva O. A., Melekestsev I. V., Ponomareva V. V., Sulerzhitsky L. D. The ages of calderas, large explosive craters and active volcanoes in the Kuril-Kamchatka region, Russia //Bull. of Volcanology. 1995. V. 57, N 6. P. 383-402.

4. Мелекесцев И. В., Брайцева О. А., Пономарева В. В., Сулержицкий Л. Д. Катастрофические кальдерообразующие извержения вулкана Ксудач в голоцене //Вулканология и сейсмология. 1995. N 4-5. С. 28-53.

5. Braitseva O. A., Melekestsev I. V., Ponomareva V. V., Kirianov V. Yu. The calderaforming eruption of Ksudach volcano about сal. AD 240, the greatest explosive event of our era in Kamchatka //J. of Volcanology and Geothermal Res. 1996. V. 70, N 1-2. P. 49-66.

6. Мелекесцев И. В., Брайцева О. А., Базанова Л. И., Пономарева В. В., Сулержицкий Л. Д. Особый тип катастрофических эксплозивных извержений - голоценовые субкальдерные извержения Хангар, Ходуткинский "маар", Бараний Амфитеатр (Камчатка) //Вулканология и сейсмология. 1996. N 2. С. 3-24.

7. Zielinski G. A., Mayewski P. A., Meeker L. D., Whitlow S., Twickler M. S., Morrison M., Meese D. A., Gow A. J., Alley R .B. Record of volcanism since 7000 B.C. from the GISP2 Greenland ice core and implications for the volcano-climate system //Science. 1994. V. 264. P. 948-952.