Л.И. Базанова, О.А. Брайцева, И.В. Мелекесцев, М.Ю.Пузанков
Реконструирована история эруптивной активности Авачинского вулкана за последние 10 тыс.лет, определены возраст, частота и параметры прошлых извержений, характер и масштабы опасных вулканических явлений. Дана оценка вулканической опасности, связанной с деятельностью Молодого конуса вулкана, начавшего формироваться 3800 лет назад. Характер и параметры его извержений положены в основу составленной карты вулканической опасности для прилегающих территорий.
Определение характера и параметров будущих извержений действующих вулканов и оценка опасных явлений, связанных с этими извержениями - одна из главных задач вулканологических исследований. Особенности таких извержений и определение степени вулканической опасности от них устанавливаются на основе изучения активности вулкана и определения типа, силы и геологического эффекта его извержений. На Камчатке мы располагаем сведениями об исторически документированных извержениях в лучшем случае за последние 200-250 лет (для Авачинского вулкана - с 1737 г.). Поэтому для реконструкции эруптивной истории вулканов за длительный период, включающий несколько тысячелетий, использовались геологический и тефрохронологический методы.
В процессе комплексных вулканологических и тефрохронологических исследований определяется количество прошлых извержений вулкана, проводится картирование его лавовых и пирокластических потоков, лахаров, определяется мощность выпадавших пеплов, ареалы их распространения и главные оси пеплопадов, устанавливается возраст извержений по захороненным в пирокластике органическим остаткам и погребенным почвам. В результате всего комплекса работ воссоздается летопись эруптивной деятельности вулкана и производится реконструкция его прошлых извержений: определяется их характер, параметры и связанные с ними опасные явления.
 https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1164977&uri=fig01.htm
|
| Рис. 1 |
Однако знание простого набора опасных явлений необходимо, но недостаточно для правильной оценки будущей опасности. Важнейшее значение имеет выяснение тенденций в развитии вулкана и определение этапа (стадии), на которой он находится в настоящее время. И лишь в таком случае особо значима оценка характера опасности, которая может быть связана с извержениями вулкана именно на современном этапе его жизни [23].
Оценка опасности от Авачинского вулкана (рис.1) наиболее актуальна в связи с тем, что вулкан расположен всего в 24-30 км от городов Петропавловск-Камчатский и Елизово с населением более 250 тыс. человек и международного азропорта Елизово. Еще ближе к вулкану находятся освоенные в разное время территории: сельскохозяйственные и садово-огородные угодья, дачи, горнолыжные базы, дороги, линии электропередач. В 1996 г. по рекомендации ученых Института вулканической геологии и геохимии (ИВГиГ) и Камчатской опытно-методической сейсмологической партии (КОМСП) Авачинскому вулкану был присвоен международный статус "Вулкана десятилетия". Достаточным основанием для такого решения послужили полученные нами данные, позволяющие рассматривать этот вулкан как потенциально опасный для населения [1].
К настоящему времени реконструирована история эруптивной активности Авачинского вулкана за последние 10 тыс. лет [2,9]. В этой истории вулкана выделяется два крупных этапа. Для первого из них (8000-4000 лет назад, в дальнейшем л.н.) были характерны сильные и катастрофические эксплозивные извержения плинианского и субплинианского типов с массовыми выбросами тефры, протяженными (до 15-17 км) пирокластическими потоками и пирокластическими волнами ("палящими тучами"), сопровождавшиеся мощными лахарами. Объем продуктов крупнейших из этих извержений был >1,0 км3 [2]. Среди ювенильного материала эксплозий преобладали андезиты, представленные пемзами и пористыми пемзовидными разновидностями. Характер деятельности вулкана в это время, был сходен с таковым андезитовых вулканов Безымянный и Шивелуч, известных своими катастрофическими извержениями 1955-56 и 1964 гг.
Кардинальные изменения в деятельности Авачинского вулкана произошли около 4000 л.н., когда на поверхность стала поступать лава более основного, андезибазальтового, состава. Именно в это время начал формироваться Молодой конус вулкана (рис.1). Его деятельность уже отличалась от той, которая была на предыдущем этапе. Извержения стали более частыми и слабыми, объем продуктов большинства из них, за исключением мощнейших извержений самого начала формирования конуса (см. ниже), не превышал 0,5 км3. Пирокластические потоки этих извержений были менее протяженными, связанные с ними пирокластические волны охватывали небольшие площади; более слабыми и менее площадными стали и пеплопады. Уменьшилась в целом и вулканическая опасность от Авачинского вулкана по сравнению с предшествующим, "андезитовым", этапом. Деятельность Молодого конуса оставалась достаточно однотипной на протяжении большей части его 4000-летней жизни, и у нас нет оснований полагать, что существенные изменения смогут произойти в ближайшие 200-300 лет. Поэтому составленный нами вариант карты вулканической опасности исходил из сценариев извержений, типичных именно для Молодого конуса. Оценка опасности основывалась не на принципе "все, что было в жизни вулкана, то и будет", а на представлении о том, что могут произойти только те события, которые характерны для современной стадии жизни вулкана.
Особенности извержений Молодого конуса Авачинского вулкана и связанные с ними опасные явления
Характер извержений
Особое место в жизни Молодого конуса занимают катастрофические извержения, приуроченные к началу его формирования. Два таких извержения произошли 3800 и 3500 лет назад (здесь и далее приводится календарный возраст, полученный после калибровки радиоуглеродных дат по [24]). С ними были связаны интенсивные пеплопады, формирование пирокластических потоков и пирокластических волн. Пирокластические потоки проходили по долинам сухих рек юго-западного подножия вулкана на расстояние до 14 км, мощность их отложений в настоящее время 10-15 м в 8 км от кратера. Раскаленный материал уничтожал растительность на пути движения потоков и по их периферии. Поэтому в пирокластике часто присутствуют многочисленные остатки обугленной древесины и древесные угли. Воздействие пирокластических волн сказывалось на расстоянии до 20 км от кратера. Тефра составляла главную часть продуктов обоих извержений и объем ее в сумме превысил 4 км3. Вблизи вулкана выпадали бомбы и лапилли с примесью грубого пепла, по мере удаления крупность материала уменьшалась. Оси пеплопадов были направлены на северо-восток и юго-восток. С рассматриваемыми извержениями были связаны наиболее мощные лахары за всю историю Молодого конуса. Лахары, сошедшие по долинам рек Сухая Елизовская и Желтуха, пересекали территорию современного Елизовского аэропорта и доходили до г.Елизово и р.Авача. В левом борту р.Мутная 1-ая (левый приток р.Пиначевская) в 5 км к северо-востоку от аэропорта видимая мощность уже сильно уплотненных отложений грязевого потока составляет сейчас около 2,0 м. Протяженность лахаров была 30-35 км.
 https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1164977&uri=fig02.htm
|
| Рис. 2 |
Катастрофические извержения, имевшие место в начале формирования Молодого конуса, позднее никогда не повторялись в его истории. На протяжении последних 3500 лет для него характерны сильные (0,1-0,5 км3) эксплозивные и эффузивно-эксплозивные извержения, умеренные по силе (0,1-0,01 км3) эффузивно-эксплозивные и эксплозивные извержения и слабые (<0,01 км3), преимущественно эффузивные извержения. Сильные и умеренные извержения проиcходили в среднем 1 раз в 55-60 лет за все время деятельности Молодого конуса. Зафиксированная частота слабых извержений, запечатленных в разрезах прослоями пеплов, была меньше: одно в 70 лет в интервале 3500-2000 л.н. и одно в 80 лет за последние 2000 лет. Однако вряд ли они происходили реже, чем сильные и умеренные, так как часть слабых извержений просто не находила отражения в разрезах (особенно в случаях, когда извержения были эксплозивно-эффузивными и поставляли мало тефры).
Среди сильных примером эксплозивных извержений могут служить извержения 1945 и 1827 гг., а эффузивно-эксплозивных - извержение 1926 г. [13,14]. В качестве примера умеренных по силе эксплозивных и эффузивно-эксплозивных извержений, к которым относится большинство извержений Молодого конуса, можно привести наиболее хорошо изученное историческое извержение 1938 г. [14]. Характерным слабым эксплозивно-эффузивным извержением является извержение 1991 г. [5,6,14] (рис.2).
Опасные явления, связанные с извержениями Молодого конуса
Здесь будут рассмотрены явления, ассоциирующиеся с извержениями Молодого конуса, за исключением двух катастрофических извержений начала его формирования, которые, как мы полагаем, вряд ли повторятся в ближайшие сотни лет.
Опасность от лавовых потоков. Лавовые потоки при всех извержениях обычно не выходили за пределы подножия Молодого конуса. Лишь иногда, как во время извержений ~700 и ~1000 л.н., они спускались в истоки рек Сухая Халактырская и Желтуха. Их длина достигала 4-6 км.
Раскаленные лавины характерны почти для каждого извержения Молодого конуса. Они представляют собой потоки рыхлого горячего (600-800oC) песка, глыб шлака и лав размером до 2 м (Б.И.Пийп описывал их как "раскаленные аггломератовые потоки" [19]). Как правило, раскаленные лавины не выходили за пределы конуса, "заливая его огненным покровом"[19]. Только в единичных случаях такие лавины, заполняя узкие эрозионные врезы у подножия конуса, проходили расстояние до 7 км от кратера.
|
| Рис. 3 |
Пирокластические потоки спускались за пределы Молодого конуса в верховья долин сухих рек. Наиболее протяженные потоки были связаны с извержением, имевшим место ~2900 л.н. (рис.3). Они полностью заполняли долину р.Желтуха в ее верхнем течении и верховья оврага Широкий. Фронтальные части потоков находились на расстоянии 12 км от кратера. Их отложения видимой мощностью до 15-20 м представлены черным агломератовым туфом с обломками пористых шлакоподобных андезибазальтов и содержат обугленную древесину. Во время извержения 1827 года крупноглыбовый пирокластический поток прошел около 10 км, заполнив долину пади Лавовая (левого истока р.Сухая Халактырская) (рис.4 А) вплоть до ее устья [13]. Мощность отложений потока - 5-10м, они тоже содержат многочисленные остатки обугленной древесины ольхового стланика.
 https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1164977&uri=fig04.htm
|
| Рис. 4 |
Пирокластические волны были связаны с формированием мощных пирокластических потоков в ходе извержения 2900 л.н. Тогда облако горячих газов и пепла пронеслось не только по долине р.Желтуха, но, оторвавшись от пирокластического потока, распространилось и на сопредельной к западу территории в радиусе до 20 км от кратера.
Обвально-взрывные явления. В целом обрушения постройки и явления типа направленных взрывов не были характерны для деятельности Молодого конуса. Катастрофические события такого типа произошли на вулкане лишь около 30 тыс. л.н. [15], но в дальнейшей истории вулкана они нами не зафиксированы. Однако можно полагать, что в малом масштабе подобные явления все же имели место при извержении 1827 г. Это объясняется, по-видимому, тем, что перед извержением кратер вулкана был небольшим, а жерло закупорено застывшей лавой [13]. Неровная поверхность пирокластического потока 1827 года с холмами и продольными грядами, наличие угловатых блоков лавы размером до 5-6 м вблизи подножия конуса указывают, скорее всего, на то, что обрушение части конуса и формирование пирокластического потока происходили практически одновременно.
 https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1164977&uri=fig05.htm
|
| Рис. 5 |
Пеплопады. С выпадением тефры во время сильных извержений связана максимальная площадная опасность. Пример такого рода извержений - мощное эксплозивное извержение 1945 г., когда всего за 7 часов было вынесено около 0,3 км3 тефры [14,20]. Эруптивная туча поднималась на высоту 6-7 км над кратером. Ось пеплопада была ориентирована на юго-восток (рис.5). Мощность тефры в осевой зоне составляла 45 см в 25 км от вулкана. Отложения представлены вулканическим песком, гравием и лапилли, но, по свидетельствам очевидцев, здесь падали и бомбы размером с человеческую голову, которые при ударе о землю разбивались. Настоящей экологической катастрофой обернулось извержение 1827 года. Сильный пеплопад, затронувший обширную территорию, уничтожил богатые пастбища, и многочисленные дикие животные покинули пораженные пеплом привычные места обитания [4]. Ось пеплопада прошла в юго-восточном направлении, где на расстоянии 9 км от кратера мощность тефры составляла 20-35 см, а размер обломков шлака достигал 5 см. Южная граница пеплопада проходила по северной окраине современного Петропавловска-Камчатского. Всего за последние 3500 лет насчитывается не менее 26 сильных извержений, среди них не менее 5 извержений типа 1945 года с объемом тефры порядка 0,25-0,5 км3. Сейчас в разрезах на расстоянии 25 км мощность тефры таких извержений 12-35 см (рис.6), но в свежем виде она достигала 18-50 см.
 https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1164977&uri=fig06.htm
|
| Рис. 6 |
Сильные пеплопады в окрестностях города отмечались и во время умеренных извержений. В 1779 г. в зону такого пеплопада попали корабли эскадры Кука в Авачинском заливе, в 45 км к югу от кратера Авачинского вулкана [3]. Ширина зоны пеплопада на океанском побережье превышала 40 км, мощность тефры в 30 км от вулкана была 3-5 см, размер бомб на расстоянии 8 км - 8 см, а лапилли в 30 км - 1-2 см. Во время доисторических (ранее 1737 г.) умеренных по силе извержений Молодого конуса мощность выпадавшего пепла в 25-30 км была 1,5-8 см, в погребенном состоянии эта тефра образует сейчас прослои мощностью 1-5 см. Обычно это вулканический песок и вулканический гравий, иногда - с примесью мелких лапилли.
 https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1164977&uri=fig07.htm
|
| Рис. 7 |
Для выделения зон, в прошлом наиболее подверженных воздействию сильных пеплопадов, нами была использована методика, ранее примененная при оценке вулканической опасности для одного из районов Кроноцкого заповедника [21]. Очевидно, что в любой точке территории, подверженной пеплопадам, однажды выпадает максимальное для данного места количество пепла. В разрезах на всей площади подножия вулкана фиксировалась максимальная мощность слоя тефры, которая выпадала здесь за последние 4000 лет за одно извержение, независимо от возраста и положения этого слоя в разрезе. Полученные значения были использованы для построения изолиний максимальной мощности единичного пеплопада (рис.7). Их рисунок подчеркивает характерные особенности в распространении пепловых туч. Участки, ограниченные изопахитой 20 см, вытянуты от кратера в юго-западном, северо-восточном и юго-юго-восточном направлениях. В последнем случае такая зона максимальных мощностей тефры шириной 32 км охватывают почти всю территорию этого сектора вплоть до берега океана и прилегающие акватории. На юго-юго-западе изопахита 20 см глубоко вдается в сторону подножия вулкана, очерчивая "мертвую зону", где опасность от сильных пеплопадов в прошлом была наименьшей. Именно в этой зоне находится г.Петропавловск-Камчатский. Та же близкая картина видна и на рис. 8 А, где показаны направления осей пеплопадов при сильных извержениях. При умеренных и слабых извержениях (рис.8Б и 8В) оси пеплопадов также были приурочены преимущественно к восточным румбам. Это хорошо согласуется с розой ветров для г.Петропавловск-Камчатский [7] и позволяет допускать, что за последние 4000 лет характер циркуляции воздушных масс с преобладанием западных ветров сохранился без существенных изменений.
 https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1164977&uri=fig08.htm
|
| Рис. 8 |
С ориентировкой осей пеплопадов и зонами максимальной мощности тефры хорошо согласуется и частота пеплопадов за прошедшие 4000 лет. Она резко возрастает в северо-восточном и юго-восточном секторах (рис.8 Г). Так, в 9-10 км к ЮВ от вулкана на территории современного Козельского шлакового карьера пепел выпадал за это время не менее 60 раз, а в истоках рек Каменистая и Сухая Халактырская, соответственно, 46 и 43 раза. Для сравнения - в долине р.Сухая Елизовская, к ЮЗ от вулкана, за тот же период на сходном расстоянии произошли 24 пеплопада (см.рис.14). Для современной территории г.Петропавловск-Камчатский насчитывается только 11 пеплопадов от извержений Молодого конуса Авачинского вулкана, фиксированных в разрезах слоями пеплов (рис.9 А). За счет более слабых извержений, тефра которых не сохранилась в виде различимых прослоев, количество пеплопадов можно увеличить примерно в 1,5 раза (рис.9 Б). Максимальная мощность пепла здесь не превышала 6-7 см, а обычно была 2-3 см. Интенсивные пеплопады обходили стороной эту территорию, что, как уже указывалось выше, хорошо согласуется с розой ветров (рис.8). Выпавший пепел приносили лишь краевые части эруптивных туч. Только однажды, 2800 лет назад, ось пеплопада умеренного извержения была направлена на юго-юго-запад (рис.8 Б), где теперь расположен центр города [1].
 https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1164977&uri=fig09.htm
|
| Рис. 9 |
Лахары. Лавовые потоки, раскаленные лавины и пирокластические потоки растапливали снег и лед на склонах вулкана и вызывали разрушительные лахары. Лахары сопровождали многие извержения и неоднократно сходили по долинам сухих рек на расстояние до 30 км. Они всегда распространялись в пределах четко оконтуренных участков, границами которых служили борта долин сухих рек (рис.4 Б) в верхнем и среднем течении и контуры пролювиальных конусов выноса в их нижнем течении. Наиболее мощные лахары были связаны с катастрофическими извержениями начала формирования Молодого конуса (см. выше). Однако и в дальнейшем они представляли собой существенную угрозу во время извержений почти всех типов. По долинам рек Сухая Халактырская, Желтуха и Сухая Елизовская за последние 2000 лет прошли, соответственно, не менее 16, 17 и 13 лахаров, отложения которых хорошо запечатлены в разрезах (рис.10). Мощность грубообломочных отложений лахаров - от первых метров до 8-10 м.
 https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1164977&uri=fig10.htm
|
| Рис. 10 |
Мощные лахары наблюдались и во время исторических извержений. В 1938 г. такой лахар прошел по долине р.Сухая Халактырская. В верховьях долины он двигался единым потоком, а на абсолютной высоте 400 м разделился на две ветви (рис.11). В месте разветвления скорость лахара юго-западного рукава была так велика, что он смог преодолеть здесь уступ высотой более 15 м, уничтожив росший на холмистом моренном рельефе вековой березовый лес на протяжении 7 км [16,18]. Грязевые потоки прошли тогда дальше 30 км по долинам руч. Первый и р.Половинка (продолжение сухой реки) и достигли берега океана. Видимая мощность отложений лахара в долине р.Сухая Халактырская составляет сейчас 5-6 м. В 1926 г. водный поток, насыщенный черной грязью (рис.12), дошел по р.Сухая Елизовская до р.Авача и вызвал гибель рыбы [17]. Мощность его отложений составляет сейчас не менее 1 м в 25 км от кратера.
 https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1164977&uri=fig11.htm
|
| Рис. 11 |
Подводя итоги рассмотрения опасных явлений, связанных с извержениями Молодого конуса, можно констатировать следующее.
1. Опасность от пеплопадов при любых извержениях сказывается на всей территории, прилегающей к вулкану, но она имеет разный эффект на разных участках в соответствии с направлениями осей пеплопадов.
2. Лавовые потоки и раскаленные лавины обычно ограничиваются пределами конуса вулкана, лишь иногда спускаясь к его подножию в верховья долин сухих рек.
3. Пирокластические потоки непосредственно представляют опасность в верхнем и среднем течении сухих рек, и длина их зависит от силы и характера извержения. Однако именно пирокластические потоки, наряду с лавами и раскаленными лавинами, растапливая снег и лед, порождают наиболее мощные лахары, являющиеся в освоенных районах главной причиной разрушений.
4. Угроза от "палящих туч" пирокластических волн в радиусе до 20 км от вулкана может быть только при очень сильных и катастрофических извержениях.
5. Опасность от обвально-взрывных явлений может иметь место только при некоторых извержениях в узком секторе ближайшего подножия конуса.
6. Опасность от лахаров при умеренных и сильных извержениях существует в пределах долин сухих рек и их конусов выноса на протяжении 30-35 км от вулкана, при слабых - не далее подножия вулканической постройки.
Вулканическое районирование и карта вулканической опасности
О будущих извержениях вулкана
 https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1164977&uri=fig12.htm
|
| Рис. 12 |
На основании выполненной нами реконструкции истории формирования Молодого конуса установлено, что на протяжении большей части его 4000-летней жизни характер эруптивной активности оставался в целом однотипным. Исторические извержения по своим особенностям и параметрам также вполне укладываются в общую картину деятельности Молодого конуса. Можно полагать, что в ближайшие 200-300 лет характер эруптивной активности существенно не изменится, а типы, параметры извержений и связанные с ними опасные явления останутся прежними, если не произойдет кардинальной перестройки системы питания вулкана в результате каких-нибудь катастрофических событий.
 https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1164977&uri=fig13.htm
|
| Рис. 13 |
В настоящее время вулкан находится в стадии пониженной интенсивности выноса магматического вещества, которая началась в 1945 г. [14]. Об этом свидетельствует и тот факт, что извержение 1991 г. было слабым. Однако в результате этого, пока последнего, извержения вулкана жерло его оказалось закупорено лавовой пробкой, вследствие чего следующее прогнозируемое извержение, возможно, будет реализовываться в условиях, близких к историческим извержениям 1737 и 1827 гг. [13,14]. Следует полагать, что особенности и параметры извержения будут определяться длительностью предшествующего периода покоя, количеством и свойствами поступающей магмы. При малой длительности (годы) периода покоя и небольшом объеме новой внедряющейся магмы извержение будет слабым или умеренным по количеству извергаемого ювенильного материала, хотя возможны значительные выбросы резургентной тефры в результате разрушения лавовой пробки. После продолжительного (десятки лет) периода покоя и при значительном объеме внедрившейся магмы можно ожидать сильное извержение. При обоих вариантах возможны обвалы и связанные с ними направленные взрывы, что обусловлено закупоренностью жерла. Характер и интенсивность будущего извержения зависят также от изменения содержания в магме летучего компонента, вертикальной неоднородности в очаге и др. [22]. При будущем извержении возможно и излияние лавовых потоков, выпадение тефры, формирование лахаров, а в случае сильного извержения, и пирокластических потоков.
Вероятность катастрофических извержений того типа, что имели место в начале формирования Молодого конуса, очень мала. Однако нельзя полностью исключить подобные события в случае мощной региональной инъекции магматического вещества в пределах всей Восточной вулканической зоны, которая, несомненно, проявится и в резком усилении активности Авачинского вулкана.