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

Глава 4. ПИРОКЛАСТИЧЕСКИЕ ОТЛОЖЕНИЯ И ДИНАМИКА БАЗАЛЬТОВЫХ ПЛИНИАНСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ.

Плинианские извержения относятся к наиболее мощным проявлениям вулканизма. Этот тип эруптивной активности удаётся наблюдать очень редко, и большая часть представлений об их механизме и динамике получена на основе реконструкций по отложениям. Плинианские извержения характерны для магм кислого состава. Работы автора на о.Парамушир (Северные Курилы) позволили выявить уникальную особенность вулкана Чикурачки - частые высокоэксплозивные, плинианские извержения базальтовой магмы (Белоусов и др., 2003; Gurenko et al., 2005). В главе приведены результаты выполненного автором детального изучения пирокластики вулкана Чикурачки, на основе которых впервые удалось реконструировать параметры базальтовых плинианских извержений стратовулканов, относящиеся к классу очень сильных извержений (4 VEI).

Чикурачки (1816 м) - преимущественно базальтовый стратовулкан - является одним из наиболее активных вулканов Курильской дуги. Имеются сведения о его извержениях в 1853-1859, 1958, 1961, 1964, 1973, 1986, 2002, 2003 и 2005 гг. Анализ опубликованных описаний извержений и изучение пирокластических отложений позволили автору выделить четыре типа активности Чикурачки: 1) стромболианские выбросы; 2) вулканские выбросы; 3) плинианская деятельность; 4) эффузивная деятельность. Эти четыре типа в различных комбинациях и пропорциях составляли извержения, названные нами по наиболее характерной активности вулканско-стромболианскими (1958, 1961, 1964, 1973, 2002, 2003 и 2005 гг.) и плинианскими (1853 и 1986 гг.) извержениями.

Извержения Чикурачки, развивающиеся по вулканско-стромболианскому сценарию, происходили наиболее часто. Это относительно слабые извержения 1958, 1961, 1964, 1973 и 2002, 2003 и 2005 гг. Извержения были сосредоточены в отдельной бокке, занимающей небольшую часть кратера, продолжались от нескольких дней до нескольких недель и состояли из частых стромболианских и вулканских выбросов.

Плинианские извержения за исторический период происходили дважды - в 1853 и 1986 гг. Каких-либо материалов наблюдений извержения вулкана в 1853 г. не сохранилось. Данные визуальных наблюдений извержения 1986 г. приведены в работе Овсянникова и Муравьёва (1992).

Отложения базальтовой тефры плинианских извержений выделяются автором в новый генотип пирокластических отложений, эталоном которых предлагается считать тефру извержений Чикурачки 1853 и 1986 гг. Отложения состоят исключительно из ювенильного материала, представленного грубым пеплом и лапилли базальтового шлака. Частицы шлака изометричной формы, с комковатой поверхностью. Объeмный вес отдельных лапилли базальта составляет 1,1-1,9 г/см³ (в среднем 1,5 г/см³); вспененность 30-60 % (в среднем 45 %).

Гистограммы гранулометрического состава одномодальны. Отложения хорошо сортированы; на графике сортировка/медианный диаметр они занимают область, характерную для тефры. Тефра 1853 г. несколько грубее и лучше сортирована, чем тефра 1986 г. Высокая вспененность ювенильного материала и хорошая сортировка тефры свидетельствуют о чисто магматической природе извержений.

Тефра каждого извержения образует один массивный слой без видимых признаков градационной слоистости. Следовательно, их плинианские фазы протекали без существенных пульсаций. Это, а также практически полное отсутствие в тефре обломков старых пород, указывает на то, что в процессе извержений не происходило существенного расширения и (или) изменения геометрии подводящего канала вулкана. Толщина слоев и максимальный размер частиц тефры извержений 1853 и 1986 гг, которые уменьшаются экспоненциально с удалением от вулкана (рис.5).

Изопахиты и изоплеты тефры каждого извержения образуют сильно вытянутые эллипсы: 1853 г. на СВ и 1986 г. на ЮВ. Это свидетельствует о том, что во время плинианских стадий обоих извержений ветер был сильным, и его направление существенно не менялось.

Объeмы тефры подсчитаны автором по методике Fierstein & Nathenson (1992) и составляют 0,09км³ для 1853 г. и 0,12 км³ для 1986 г. Характеристики отложений позволяют классифицировать извержения 1853 и 1986 гг. как плинианские (Walker, 1973; Pyle, 1989). В классе плининианских извержений они относятся к относительно слабым, находясь близко к границе с субплинианской активностью.

Автор вычислил параметры плинианских стадий извержений 1853 и 1986 гг., основываясь на количественных характеристиках тефры. Методика реконструкции и теоретические аспекты проблемы изложены в работах (Carey and Sparks,1986; Wilson and Walker, 1987). При реконструкции параметров извержения 1986 г. учитывались также данные визуальных наблюдений А.А.Овсянникова и Я.Д.Муравьёва (1992).

Реконструкция плинианской стадия извержения 1853 г. Плинианская стадия началась резким увеличением расхода магмы до 5 x10⁶ кг/с. Эруптивная колонна извержения быстро поднялась до максимальной высоты ~13 км, где сила ЮЗ ветра достигала 40 м/с. Параметры извержения оставались постоянными в течениe 5 час. до того момента, когда расход магмы резко снизился, и извержение прекратилось или перешло в иную форму, не фиксируeмую в разрезах тефры (эффузивная и/или слабая эксплозивная деятельность).

Реконструкция извержения 1986г. На докульминационной вулканско-стромболианской стадии извержения 19-20 ноября происходило постепенное разрушение пробки, закупоривавшей верхнюю часть вулканического канала. Вечером 20 ноября началось резкое увеличение расхода магмы до 5x10⁶ кг/с, и извержение перешло в плинианскую стадию. Эруптивная колонна быстро поднялась до своей максимальной высоты около 13-14 км, где сила СЗ ветра достигала 15 м/с. Параметры извержения оставались постоянными в течениe 6-7 часов. В конце плинианской стадии эруптивная колонна была перегружена пирокластикой, и часть еe обрушилась, образовав небольшой пирокластический поток. Плинианская стадия завершилась утром 21 ноября резким снижением расхода магмы. На посткульминационной стадии, продолжавшейся до 25 ноября, извержение приняло форму эффузивной деятельности, сопровождаемой вулканско-стромболианскими выбросами.

Суммируя полученные автором данные, сценарий базальтовых плинианских извержений вулкана Чикурачки следующий: докульминационная стадия - открытие жерла: частые, относительно слабые стромболианские и вулканские выбросы (сутки); кульминационная стадия - мощная плинианская деятельность, иногда небольшие пирокластические потоки (часы); посткульминационная стадия - излияние лавы и стромболианско-вулканские выбросы (сутки - месяцы?).

Характер прошлой активности вулкана Чикурачки реконструизован автором по разрезам почвенно-пирокластического чехла (ППЧ) в окрестностях вулкана, которые состоят из многочисленных черных - темно-серых слоев базальтовой тефры толщиной 5-20 см, иногда до 2,5 м, разделенных тонкими прослоями слабогумусированных почв и супесей. Тефра представлена шлаковидными, хорошо сортированными пеплами и лапилли. Близкое сходство этих слоев с тефрой вулкана 1853 и 1986 гг., залегающей в самой верхней части ППЧ, говорит о том, что они также были отложены базальтовыми плинианскими извержениями вулкана Чикурачки. Суммируя наблюдения разрезов ППЧ в разных секторах подножья вулкана, можно заключить, что в течениe последних нескольких тысяч лет интервал между плинианскими извержениями вулкана Чикурачки составлял не более 200 лет.

Среди базальтовых вулканов Курило-Камчатской дуги похожий на Чикурачки режим деятельности имеет вулкан Ключевской. Однако, его пароксизмальные извержения, такие как 1945 и 1994 гг. (Пийп, 1956; Озеров и др., 1996), несколько слабее и могут быть классифицированы как субплинианские.

Теоретические работы показывают, что необходимыми условиями для плинианской деятельности (дисперсионного режима по Слёзину, 1984, 1998) являются большой расход магмы с высоким газосодержанием, а также такой режим извержения, при котором не происходит раздельного от расплава подъeма газовой фазы. Последнему способствует высокая вязкость магмы (пузырьки газа не могут быстро всплывать). Эти условия выполняются при извержении магм кислого состава. Полученные автором данные впервые показали, что в некоторых случаях, эти условия могут реализовываться и при извержении базальтовой магмы.