ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МАГМАТИЧЕСКОЙ ДЕГАЗАЦИИ НА ВУЛКАНЕ КУДРЯВЫЙ, КУРИЛЬСКИЕ ОСТРОВА

Рис. 1

В данной главе описана методика и приведены результаты измерений эмиссии вулканических газов на вулкане Кудрявый. Для измерения скоростей и оценки расходов газов на фумарольных полях вулкана использовался метод, основанный на измерении разности статического и динамического давления в газовом потоке при помощи трубки Пито-Прандтля. Данная методика позволяет измерять скорости газов от десятков сантиметров в секунду до первых сотен метров в секунду, поэтому были сделаны измерения скорости газов как на мощных фумаролах вулкана, так и на парящих фумарольных площадках. Результаты измерений скорости и расходов газа на мощных фумаролах приведены на Рис.1.

Было выполнено 24 точечных измерения на фумаролах с большими скоростями газа на разных фумарольных полях. Максимальная скорость газа составила 120 м/с при Т=861^oС, остальные величины скорости варьировали в пределах от 8 до 113 м/с при температруре от 100 до 940^oС, показывая положительную корреляцию с температурой. Основная масса значений скорости лежит в пределах 10-25 м/с.

Более информативным параметром газовой эмиссии является расход газов (Рис.1Б). Величины газового расхода на разных фумаролах варьируют в пределах трех порядков, однако при пересчете на одну и ту же площадь сечения фумарольного выхода вариации значительно уменьшаются. При этом расходы низкотемпературных фумарол сопоставимы, а иногда и выше, чем расходы высокотемпературных фумарол. Это означает, что падение скоростей с уменьшением температуры компенсируется ростом плотности газов. Величина расхода высокотемпературного малоплотного газа в основном определяется разностью давлений между источником газа и поверхностью и геометрическими размерами фумарольных выходов. Поскольку пересчет на одну и ту же площадь сечения дает сопоставимые величины расходов, то это свидетельствует о близких значениях перепада давлений для разных фумарол, т.е. о едином изобарическом источнике газа на вулкане.

Рис. 2

Исследования вариаций скорости и температуры газа во времени (в течение часа и за 25 дней) и в зависимости от количества метеорных осадков были выполнены в 1996 году на двух фумаролах с температурами 370 и 730^oС. Всего было сделано 217 измерений. Полученные данные показывают значительные вариации скорости газа в пределах 20 м/с для высокотемпературной фумаролы на фоне небольших флюктуаций температуры порядка 13^oС (см.Рис.1А). Низкотемпературная фумарола, напротив, характеризуется большими вариациями температуры порядка 25^oС и меньшими вариациями скорости газа (около 10 м/с). Это позволяет сделать вывод о более стабильном газодинамическом и менее устойчивом температурном режимах для низкотемпературных фумарол, по сравнению с высокотемпературными. Флюктуации температуры, скорости и расхода газов кореллируют с количеством метеорных осадков, что свидетельствует о влиянии метеорных вод на условия дегазации в фумарольной системе вулкана Кудрявый.

Количество мощных фумарольных выходов с большими скоростями газов немногочисленно по сравнению с общей площадью фумарольных полей (первые проценты), с которой происходит эмиссия газа. Это обусловило проведение измерений скоростей и учета выноса газов на парящих площадках в общем газовом расходе вулкана. Низкоскоростные газовые потоки на парящих площадках в пределах локальных фумарольных полей измерялись при помощи воронки для сбора газа в 1994 и 1995. Были получены данные для 33 точек в 1994 г. и 32 точек в 1995 г. на различных фумарольных полях (Рис.2). Температуры в точках измерений составили от 222 до 816^oС в 1994 году и от 111 до 868^oС в 1995 г. Скорости газов достигали 0.2-0.76 м/с и 0.12-0.51 м/с в 1994 и 1995 гг., соответственно (Рис.2А). Расход газа составил от 3 до 7.6 г/с в 1994 г. и от 2 до 5 г/с в 1995 г. с площади воронки 0.038 м² (Рис.2Б) или от 0.08 до 0.16 г/с и от 0.05 до 0.13 г/с с площади 10 см² в 1994 и 1995 гг., соответственно. Эти значения на один-два порядка ниже значений расходов с такой же единицы площади мощных фумарол. Скорости и расходы газа в 1995 году систематически ниже измеренных скоростей в 1994 г., что может быть связано с уменьшением интенсивности газоотделения от магматического расплава во времени. Средние значения расходов газов парящих площадок практически постоянны во всем температурном интервале как в 1994, так и в 1995 году (Рис.2Б), т.е. даже для слабых газовых потоков отмечается идентичность низко- и высокотемпературных расходов с единицы площади, по аналогии с мощными фумаролами. Эти наблюдения являются еще одним доказательством единого изобарического источника фумарольных газов на вулкане Кудрявый.

Основную площадь выхода газов представляют собой парящие площадки, на которых скорости газа менее 1 м/с. Средние величины расходов с одного квадратного метра составили 129.6+29 г/с и 97.8+19 г/с в 1994 и 1995 годах, соответственно. В пересчете на общую площадь выходов газа в кратере (2600м²), это соответствует 29100+6500 т/сут и 22000+4200 т/сут в 1994 и 1995 г.г., соответственно. Расход газа из мощных фумарол лежит в пределах погрешности оценок валового расхода. Это означает, что основной вклад в эмиссию газов вносит дегазация с парящих фумарольных площадок, несмотря на низкие скорости газовых потоков.

Измерения общей эмиссии диоксида серы на вулкане Кудрявый в 1995 г. (Fischer et al., 1998) позволили оценить расход чисто магматического газа порядка 1600-2000 т/сут, что составляет менее 10% от общей валовой эмисии газов. Это позволяет сделать вывод о том, что большую часть фумарольных газов на вулкане Кудрявый представляют собой метеорные и подземные воды.