Эксплозивные извержения вулканов Курило-Камчатского региона: механизм, динамика, закономерности образования отложений.

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДИНАМИКЕ И МЕХАНИЗМАХ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ.

В главе рассмотрены различные источники информации о динамике извержений, проанализирована степень их информативности и достоверности, выявлены достоинства и недостатки каждого источника. Сделан обзор литературы, посвящённой динамике и механизмам извержений. Приведены примеры работы с различными видами информации, основанные на личном опыте автора. Выполнена систематизация данных о силе (по международной шкале VEI) и механизмах эксплозивных извержений Курило-Камчатского региона с начала XX века, намечены приоритетные направления исследования механизмов извержений и закономерностей формирования пирокластики.

Источники информации о динамике извержений можно подразделить на 5 групп: 1) визуальные наблюдения; 2) геофизические данные; 3) данные геохимии вулканических газов; 4) геологические данные; 5) данные физического и математического моделирования процесса извержения.

Визуальные наблюдения, в основном, качественно описывают внешние проявления вулканической деятельности, их последовательность и хронологию. Извержения - относительно редкие события, поэтому даже отрывочные наблюдения, сделанные случайными очевидцами, активно используются для реконструкций эруптивной динамики (Пийп, 1956; Горшков и Богоявленская, 1965; Малышев, 2000; Belousov and Belousova, 2001; Белоусов и др., 2003).

Особой разновидностью наблюдений, переходной уже к категории геофизической информации, являются прямые наблюдения и фотографии извержений в видимой части спектра, полученные методами аэро-космосъёмки, а также с орбитальных станций и разнообразных спутников Земли. Проблемы дистанционного исследования вулканических извержений Курило-Камчатского региона рассмотрены в работах В.Н.Двигало, А.А.Разиной, А.П.Хренова, В.А.Мелкого и др. Геофизика предоставляет количественные данные об интенсивности и продолжительности различных процессов, сопровождающих извержения. Геофизические данные, связанные с процессами вулканизма Курило-Камчатского региона, представлены в работах Г.П.Горшкова, П.И.Токарева, С.А.Федотова, Е.И.Гордеева, В.И.Горельчик, Е.К.Мархинина, П.П.Фирстова и др. Данные геохимии вулканических газов характеризуют процесс дегазации магмы в ходе извержения (в Курило-Камчатском регионе - работы А.А.Меняйлова, Ю.А.Тарана и др.). В отличие от рассмотренных выше источников информации, требующих регистрации человеком, геологическая информация о динамике извержения "автоматически" запечатлевается в его изверженных продуктах и потом сохраняется в течение длительного времени. В связи с этим, геологические методы обладают уникальным качеством - предоставляют возможность реконструкции эруптивной динамики доисторических и ненаблюдавшихся извержений. Геологические методы исследования динамики извержений можно подразделить на петрологические и литолого-стратиграфические. Петрологические методы поставляют информацию о свойствах изверженной магмы и их изменении в процессе извержения (в Курило-Камчатском регионе - работы О.Н.Волынца, Б.В.Иванова, А.П.Хренова, С.А.Хубуная, А.Ю.Озерова, Т.Г.Чуриковой, М.В.Портнягина и др). Литолого-стратиграфические методы позволяют получить информацию о последовательности событий извержения и его механизме. К недостаткам литолого-стратиграфических методов относится неоднозначность интерпретаций, связанная с ещё слабой изученностью некоторых типов вулканитов. В связи с этим, первостепенное значение имеют работы по детальному изучению генотипов вулканокластических отложений (Короновский, 1962; Гущенко, 1965; Фролов, 1967; Малеев, 1975, 1980; Краевая, 1977; Будников и др. 1978; Фролов и Щербакова, 1988, 1991; Брайцева и Мелекесцев, 1989; Кирьянов, 1992; Belousov, 1995, 1996; Гирина, 1998; Белоусов и Белоусова, 1998, 2003; Belousov et al., 1999; Belousov and Belousova, 2000). За рубежом эти вопросы исследовались многими авторами, например, Walker, 1971; Heiken and Wohletz, 1985; Wohletz, 1983, 1986, 1998; Zimanowski, 1998.

Многие процессы, происходящие во время извержений, вследствиe их опасности, вообще не поддаются наблюдению. Недостаток данных восполняется при помощи физического и математического моделирования вулканических процессов (Федотов, 1982; Слёзин 1984, 1998; Alidibirov 1994; Alidibirov and Dingwell 1996, 1999; Melnik and Sparks 1999, 2002; Belousov 2005). Моделирование позволяет проверять существующие представления о механизмах извержений.

Исчерпывающий обзор классификаций извержений и существующих моделей их механизмов приведён в работе Ю.Б. Слёзина (1998). Выделенных типов вулканических извержений чрезвычайно много, и все их невозможно рассмотреть в рамках одной работы. Поэтому, для выявления наиболее разрушительных типов извержений и определения приоритетных задач в исследовании механизмов извержений, в настоящей работе, автором была выполнена типизация эксплозивных извержений Курило-Камчатского региона (с начала XX века). Основой служила международная шкала силы эксплозивных извержений VEI (volcanic explosive index, Newhall and Self, 1982). Эта шкала является аналогом шкалы бальности землетрясений, где 1 - неэксплозивные, 2 - слабые, 3 - сильные, 4 - очень сильные, 5 - катастрофические. Определяющим фактором в этой шкале является высота эруптивного облака, что позволяет применять её для оценки силы даже тех извержений, о которых имеется минимум информации. В каждом классе было оценено процентное количество извержений с одним из трёх основных механизмов эксплозивной фрагментации магмы: магматический механизм (фрагментация магмы вызвана выделением летучих), фреатомагматический (фрагментация магмы происходила при контакте с водой) и фреатический (эксплозивные извержения без участия свежей магмы). Также, в каждом классе было выполнено подразделение на эксплозивный, эксплозивно-эффузивный и эксплозивно-экструзивный типы. Параллельно, в ряде случаев, использовались классические термины <направленный взрыв>, <плинианский тип>, <суртсейский тип> и др. (Влодавец, 1984). Исходные данные о характере извержений взяты, в основном, из каталога извержений вулканов мира (Гущенко, 1979) и международного бюллетеня SEAN с привлечением литературных источников по конкретным извержениям.

Выполненная типизация показала, что в регионе в XX веке произошло 2 катастрофических извержения (5 VEI): Ксудач 1907 г., Безымянный 1956 г., и 3 очень сильных извержения (4 VEI): Харимкотан 1933 г., Шивелуч 1964 г., Чикурачки 1986 г. Все эти извержения носили преимущественно магматический характер. Как показали исследования автора, механизм трёх из этих извержений (Харимкотан, Безымянный, Шивелуч) был связан с крупномасштабным оползнем вулканической постройки (Belousov and Belousova 1996, Белоусов и Белоусова 1997). Среди них особенно катастрофический характер носило извержение вулкана Безымянный, которое Г.С. Горшков и Г.Е. Богоявленская определили как <направленный взрыв>. Два извержения (Ксудач, Чикурачки) относились к плинианскому типу. Среди сильных извержений (класс 3 VEI), 75% извержений (или 19 событий) носили магматический характер, а 25% событий (или 6 извержений) - фреатомагматический (фрагментация магмы происходила при контакте с водой: извержения на мелководье - 5 извержений, при участии подземных вод - 1 извержение). Для извержений средней и слабой силы (классы 2 и 1 VEI) наиболее распространённый тип извержений - это эксплозии, сопровождающие формирование кислых экструзий.