Общие предпосылки, условия и детерминированность возникновения гигантских обломочных лавин на вулкане Шивелуч

По мнению автора, катастрофизм извержений вулкана Шивелуч, одним из элементов которых являются частые гигантские грубообломочные лавины [30], обусловлены благоприятным для них сочетанием региональных и собственно вулканических факторов.

Главным региональным фактором служит, прежде всего, геолого-структурное положение Шивелучского вулканического массива, входящего вместе с другими вулканами в состав крупнейшей на Камчатке Северной группы вулканов, которая приурочена к исключительно динамичной северной части Центральной Камчатской депрессии в зоне стыка Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг. Благодаря интенсивно протекающим глубинным процессам в этой зоне и повышенному выделению тепла, расположенная здесь Северная группа вулканов по суммарной энергетике своих эруптивных центров - типичное "горячее пятно" (hot spot), аналог гавайских или реюньонских "горячих пятен" [14]. Причем, свыше 80% вещества и выделяемой энергии на протяжении последних 45-50 тыс. лет выносилось тремя вулканами - "гигантами" (щитовой вулкан Плоских сопок, Ключевская сопка, Шивелуч), продуктивность которых примерно на порядок величины больше таковых у "нормальных" вулканов [21].

Определяющими вулканическими факторами, прямо или косвенно способствующими возникновению гигантских грубообломочных лавин, служат следующие: 1) местоположение Молодого Шивелуча, 2) конкретные особенности истории его эруптивной активности в голоцене, 3) физические свойства и состав извергаемой магмы, 4) характерная последовательность различных типов извержений в периоды, предшествующие образованию таких лавин.

Начиная с А.А.Меняйлова [18], все исследователи признают, что действующий вулкан Молодой Шивелуч расположен в крупной кальдере. Ориентировочно определен [15] и возраст кальдеры - около 30 тыс. лет. Сравнительно недавнее возникновение кальдеры, в свою очередь, подразумевает наличие под ней на глубине нескольких километров, как у всех подобных молодых форм, большеобъемного (минимум сотни км³) активного магматического очага. Преобладание среди изверженных пород андезитов, а среди извержений - эксплозивных и экструзивных, является свидетельством того, что андезитовая магма существует, по крайней мере, в двух разновидностях: богатой летучими, потенциально "взрывчатой", и дегазированной, очень вязкой. Связанные с первой разновидностью магматические и фреато-магматические эксплозии обеспечивали массовый выброс тефры и формирование пирокластических потоков. Выдавливание на поверхность дегазированной вязкой пластичной магмы приводило к образованию экструзивных куполов.

Рис. 12

В период подготовки извержений с образованием гигантских обломочных лавин названные типы эруптивной активности повторялись (или чередовались), закономерно сменяя друг друга. Именно выявленная закономерность эволюции эруптивной активности Молодого Шивелуча во времени - едва ли не главная видимая предпосылка для возникновения гигантских обломочных лавин. Эта закономерность достаточно проста, хотя и проявлялась в течение рассматриваемого временного интервала в двух вариантах эруптивной предыстории формирования обломочных лавин, но с одинаковым финалом (рис.12). Несмотря на различия, каждый вариант завершался в итоге перекрытием подводящего канала вулкана и всей площади дна существовавшего кратера очень крупной экструзией или группой из слившихся между собой экструзивных куполов.

Первый вариант проиллюстрирован выше на примере предыстории обломочной лавины 1964 г. (см. раздел 1). Многоцентровый экструзивный массив (или экструзивный вулкан) на дне кратера 1650 г. был создан за два эпизода экструзивной деятельности в 1879-1883 и 1944-1950 гг. Магматические эксплозии в течение 110 лет, предварявшие извержение 1964 г., отсутствовали, умеренные и слабые фреато-магматические извержения, возможно происходили в 1883 и 1898 гг., наиболее часто из эксплозий случались фреатические. Подобной силы извержения и сопровождавшие их взрывы практически почти не разрушали заполнившие кратер Молодого Шивелуча экструзивные купола. Последние же 14 лет перед извержением 12 ноября 1964 г. эруптивная активность вулкана вообще отсутствовала.

По второму варианту проходила подготовка образования обломочных лавин 1430 и 1854 гг. (см. разделы 2 и 3). Отличительная особенность этого варианта - мощные до катастрофических эксплозивные извержения ~1030 (SH₂) и ~1650 (SH₁) гг., в ходе которых происходили массовые выбросы газонасыщенной пирокластики преимущественно в виде ювенильной тефры и материала для формирования обширных пирокластических потоков, но не возникали большеобъемные обломочные лавины. В результате таких извержений на глубине оставались громадные объемы дегазированной вязкой андезитовой магмы, часть которой под действием процессов релаксации и преобладающего в зоне субдукции общего сжатия через некоторое время выдавливалась на поверхность в виде экструзий. Чем мощнее было эксплозивное извержение и значительнее масса выброшенной ювенильной пирокластики, тем быстрее начинался рост купола (куполов) и больше был его (их) объем. Это можно прекрасно проиллюстрировать при сравнении самого сильного в XX в извержения вулкана Безымянный 30 марта 1956 г и менее мощного извержения 12 ноября 1964 г. вулкана Шивелуч. В первом случае купол стал расти непосредственно вслед за взрывом, а его объем через несколько лет достиг 0,3-0,4 км³, во втором - лишь через 16 лет, а его объем не превысил 0,02 км³.

Поэтому сразу после извержения 1030 г., возможно, даже в его посткульминационную стадию, околожерловая часть вулкана Молодой Шивелуч была погребена выросшим над ней громадным (>1 км³) экструзивным куполом - Четвертой вершиной. Затем наступил 400-летний период почти полного (или полного) покоя, поскольку следов извержений этого времени не было обнаружено. Так как купол Четвертая вершина, по-видимому, был одним из самых крупных в истории Молодого Шивелуча, то и образованная за счет его разрушения гигантская обломочная лавина ~1430 г. по объему (>3 км³) и площади распространения (>200 км²) оказалась самой большой за все 10 тыс. лет.

Формирование экструзивных куполов после более слабого извержения 1650 г. проходило в несколько этапов. Не исключено, что последние экструзивные извержения, предварявшие относительно скромную по размерам обломочную лавину 1854 г., имели место в первой половине XVIII в. (см. раздел 2).

Основываясь на приведенных материалах, мы полагаем, что механизм разрушения экструзивных куполов и возникновения обломочных лавин во всех трех рассмотренных случаях был в принципе сходен с таковым во время катастрофического извержения 12 ноября 1964 г. Поэтому последнее и было взято в качестве базовой модели.

Эруптивная активность Молодого Шивелуча после 1964 г. (до 1994 г., 30 лет) почти в точности повторяет то, что произошло там в 1854-1883 гг. (29 лет) см. рис.12. Сохранилась, в принципе, и прежняя продуктивность: 16 17х10⁶ т/год ювенильного материала - в интервале 1855-1964 гг. и 20 21х10⁶ т/год - в интервале 1965-1994 гг. При такой продуктивности подготовка следующего катастрофического извержения с образованием обломочной лавины типа 1964 г. и с весом ювенильного материала 1 1,5х10⁹ т, включая экструзивные формы, должна занять 50-90 лет.

Выражаю искреннюю благодарность моим коллегам и соавторам по предыдущей публикации В.В.Пономаревой и М.М.Певзнер за обсуждение и ценные советы при подготовке этой статьи к изданию.

Настоящая статья подготовлена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 00-05-64299 а, грант 05-15-98611 л).

Список литературы

Адушкин В.В., Зыков Ю.Н., Иванов Б.А. Численное моделирование лавинообразного обрушения вулкана Корякский // Вулканология и сейсмология. 1995. N 6. С. 82-93.

Белоусов А.Б., Белоусова М.Г. Извержение вулкана Шивелуч в 1964 г. (Камчатка) - плинианское извержение, предварявшееся крупномасштабным обрушением постройки // Вулканология и сейсмология. 1995. N 4-5. С. 116-126.

Брайцева О.А., Мелекесцев И.В., Богоявленская Г.Е., Максимов А.П. Вулкан Безымянный: история формирования и динамика активности // Вулканология и сейсмология. 1990. N 2. С. 2-31

Горшков Г.С., Дубик Ю.М. Направленный взрыв на вулкане Шивелуч // Вулканы и извержения. М.: Наука, 1969. С. 3-37.

Двигало В.Н. Рост купола в кратере вулкана Шивелуч в 1980-1981 гг. по фотограмметрическим данным // Вулканология и сейсмология. 1984. N2. С. 104-109.

Державин А.Н. Работы в Ключевском районе и экскурсия на Чажму // Камчатская экспедиция Ф.П.Рябушинского. Зоологический отдел. М., 1916. Вып. 1. С. 279-309.

Дитмар К. Поездки и пребывание в Камчатке в 1851-1855 гг. Часть. 1. СПб, 1901. 756 с.

Добрынин Н.Ф. Аналитико-фотограмметрический метод количественной оценки экструзивных процессов // Вулканология и сейсмология. 1991. N.2. С. 92-109.

Кирсанова Т.П., Рожков А.М. Тепловой поток в кратере Новом вулкана Шивелуч // Бюл. вулканол. станций. 1975. N 51. С. 60-63.

Краевая Т.С. Генетические типы грубообломочных отложений стратовулканов. М.: Недра, 1977. 126 с.

Крахмалев Иаков. Камчатский вулкан - Ключевская огнедышащая сопка // Иркутские Епархиальные Ведомости, Прибавления. 1880. N 9. С. 109-112.

Крашенинников С.П. Описание Земли Камчатки. 4-е изд. М.-Л., 1949. 841 с.

Мелекесцев И.В. Типы и возраст действующих вулканов Курило-Камчатской зоны // Бюл. вулканол. станций. 1973. N 49. С. 10-17.

Мелекесцев И.В. Вулканизм и рельефообразование. М.: Наука, 1980. 212 с.

Мелекесцев И.В., Волынец О.Н., Ермаков В.А., Кирсанова Т.П., Масуренков Ю.П. Вулкан Шивелуч // Действующие вулканы Камчатки. Т. 1. М.: Наука, 1991. С. 84-103.

Мелекесцев И.В., Егорова И.А., Лупикина Е.Г. Внутренний хребет Курильской дуги // Камчатка, Курильские и Командорские острова. М.: Наука, 1974. С. 265-326.

Мелекесцев И.В., Пономарева В.В., Волынец О.Н. Вулкан Кизимен (Камчатка) - будущий Сент-Хеленс // Вулканология и сейсмология. 1992. N 4. С. 3-32.

Меняйлов А.А. Вулкан Шевелуч - его геологическое строение, состав и извержения // Тр. Лаб. Вулканологии АН СССР. 1955. Вып. 9. 264 с.

Новограбленов П.Т. Каталог вулканов Камчатки // Изв. Гос. Геогр. об-ва. 1932. Т. 64. Вып. 1. С. 88-99.

Пийп Б.И., Мархинин Е.К. Гигантское извержение вулкана Шивелуч 12 ноября 1964 г. (предварительное сообщение) // Бюл. вулканол. станций. 1965. N 39. С. 3-28.

Поляк Б.Г., Мелекесцев И.В. Продуктивность вулканических аппаратов // Вулканология и сейсмология. 1981. N 5. С. 22-37.

Слюнин Н.В. Охотско-Камчатский край. СПб, 1900. Т. 1. 253 с.

Токарев П.И. Гигантское извержение вулкана Шивелуч 12 ноября 1964 г. и его предвестники // Физика Земли. 1967. N 9. С. 84-92.

Токарев П.И. Вулканические землетрясения Камчатки // М.: Наука, 1981. 164 с.

Фирстов П.П. Реконструкция динамики катастрофического извержения вулкана Шивелуч 12 ноября 1964 г. на основании данных о волновых возмущениях в атмосфере и вулканическом дрожании // Вулканология и сейсмология. 1996. N 4. С. 48-63.

Хубуная С.А., Жаринов Н.А., Муравьев Я. Д. и др. Извержение вулкана Шивелуч в 1993 г. // Вулканология и сейсмология. 1995. N 1. С. 3-19.

Alidibirov M.A. A model for viscous magma fragmentation during volcanic blasts // Bull. Volcanol. 1994. V. 56. P. 459-465.

Alidibirov M.A., Dingwell D.B. Fragmentation of highly viscons magma caused by explosive decompression of lava domes: an experimental approach // Showa-Shinzan Intern. Volcanol. Workshop Abstr., Japan. 1995. P.1-7.

Belousov A.B. The Shiveluch volcanic eruption of 12 November 1964 - explosive eruption provoked by failure of the edifice // J. Vol. Geoth. Res. 1995. V. 55. N 1-4. P. 357-365.

Ponomareva V.V., Pevzner M.M., Melekestsev I.V. Large debris avalanches and associated eruptions in the Holocene eruptive history of Shiveluch Volcano, Kamchatka, Russia // Bull. Volcanol. 1998. V. 59. P. 490-505.