Сильные и катастрофические эксплозивные извержения на Камчатке за последние 10 тысяч лет (стр. 1 из 5)

Брайцева О.А., Мелекесцев И.В., Пономарева В.В., Базанова Л.И., Сулержицкий Л.Д.

Выделены 30 эксплозивных извержений на Камчатке в голоцене с объемом продуктов

0,5 км³, в том числе крупнейшие из них с объемом пирокластики 10-120 км³. Установлен возраст извержений, характер связанных с ними отложений, объем и состав изверженных продуктов, главные оси пеплопадов и ареалы распространения тефры. Датированные прослои тефры этих извержений являются возрастными реперами, которые используются для расчленения и корреляции вулканогенных и осадочных голоценовых отложений.

Интерес к сильным и катастрофическим эксплозивным извержениям определяется во многом тем, что с ними связана наибольшая вулканическая опасность. Страх перед катастрофами заставляет людей изучать характер, параметры и продукты этих извержений. Кроме того, наблюдения над современными извержениями показали, что они могут быть причиной краткосрочных изменений климата, особенно в тех случаях, когда поставляют значительное количество SO₂ для вулканических аэрозолей.

Рис. 1

Создание календаря крупнейших вулканических извержений мира для длительного отрезка времени и оценка их воздействия на окружающую среду - одна из актуальных задач сегодняшней вулканологии и палеогеографии. Вкладом в решение этой проблемы было выделение и изучение нами крупнейших эксплозивных извержений на Камчатке за последние 10 тыс. лет.

Эпизодические исторические свидетельства об извержениях камчатских вулканов ограничиваются всего последними тремя столетиями, более или менее систематизированные XX веком. Узнать о более ранних извержениях возможно только в процессе геологических исследований, среди которых первостепенную роль играет тефрохронологический метод. Суть метода заключается в выявлении, прослеживании и датировании прослоев тефры (вулканических пеплов), фиксирующих, как правило, наиболее сильные вулканические извержения. Они залегают в так называемом почвенно-пирокластическом чехле, представляющем собой "слоеный пирог" из чередующихся горизонтов пеплов и погребенных почв (рис.1).

Рис. 2

Такой голоценовый почвенно-

пирокластический чехол представляет собой своеобразную летопись вулканической активности за последние 10 тыс. лет. Пеплы разных извержений отличаются по положению в разрезе, цвету, крупности, химическому и минеральному составу. Нами был проложен профиль протяженностью 650 км вдоль всего Камчатского полуострова от вулкана Шивелуч на севере до Курильского озера на юге (рис.2). Вдоль этого профиля (он был пройден пешком с использованием вьючных лошадей) осуществлялось прямое прослеживание пеплов от разреза к разрезу, расстояние между которыми не превышало 10-15 км. В процессе такого непосредственного полевого прослеживания можно было видеть, как тот или иной пепел увеличивал мощность и крупность по мере приближения к конкретному вулкану, а затем уменьшал их при удалении от него (рис.3) Это давало возможность установить центры извержений, с которыми были связаны определенные пепловые горизонты. Результаты прямой полевой корреляции подтверждались изучением химического и минерального состава тефры. Для горизонтов пеплов были установлены минералы-индикаторы, среди которых главную роль играли роговая обманка и биотит; присутствие или

Рис. 3

отсутствие таких минералов позволяло отличать тефру отдельных извержений. Различное содержание К₂О дало возможность отнести пирокластику к тому или иному геохимическому типу пород, выделенных О.Н. Волынцом [39]. Это также явилось хорошим критерием идентификации продуктов разных вулканических центров (рис.4, табл.1). Более детально тефрохронологические работы велись вблизи действующих вулканов: здесь проводилось дешифрирование аэрофотоснимков и полевые исследования с картированием центров извержений (кратеров и кальдер), пирокластических потоков и покровов; в разрезах изучались как тефра, так и отложения пирокластических волн и пирокластических потоков.

Датирование извержений осуществлялось радиоуглеродным (¹⁴С) методом по углям и древесине, захороненным в пирокластических отложениях, и по погребенным почвам - маломощным гумусированным горизонтам, залегающим между слоями тефры. Датировки по почвам, подстилающим и перекрывающим пепел, как бы зажимают его в определенный возрастной интервал. Всего для крупнейших извержений было получено более 300 дат. Причем датировки пирокластики вблизи вулкана хорошо согласовывались с датировками пеплов того же извержения, полученными на расстоянии десятков и сотен километров от источника [10, 34]. Для каждого извержения был определен его средний ¹⁴С возраст [33], а после калибровки и календарный возраст [11].

Рис. 4

На Камчатке к настоящему времени установлено 30 эксплозивных извержений с объемом пирокластики

0,5 км³ (табл.1). Среди них выделяются три группы извержений: 1) кальдерообразующие, 2) субкальдерные и 3) сильные и катастрофические извержения вулканов центрального типа.

Кальдерообразующие извержения

На Камчатке в голоцене образовалось 5 кальдер типа Кракатау. Они представляют собой обширные впадины, достигающие несколько километров в поперечнике, которые возникли в результате обрушения кровли магматического очага после интенсивного извержения больших объемов ювенильной пирокластики. Общий объем материала кальдерообразующих извержений обычно превышал 10 км³.

Кальдера Курильское озеро-Ильинская на юге полуострова образовалась в результате крупнейшего голоценового извержения с объемом выброшенного материала 140-170 км³ [22] Оно произошло ~7700 ¹⁴С л.н., или ~6500 лет до н.э. Тефра этого извержения отлагалась в широком секторе преимущественно в западном и северо-западном направлениях (рис.5). В Магадане его мощность в разрезах составляет сейчас 5 см на расстоянии 1000 км от источника. На о.Онекотан, в 300 км к юго-западу от центра извержения, мощность пепла 8-10 см. Длина пирокластических потоков превышала 40 км, они доходили на западе до берега Охотского моря, а на севере до подножия вулкана Ксудач. Связанные с пирокластическими потоками пирокластические волны распространялись на расстояние более 50 км. Первичный объем полости кальдеры достигал, вероятно, 70-80 км³. На дне заполнившего кальдеру озера появились более 10 подводных и подводно-надводных экструзивных куполов. По объему пирокластики описываемое извержение превышает извержение Кракатау 1883 года минимум в 7-8 раз, что позволяет поставить его в один ряд с крупнейшими эксплозивными извержениями земного шара не только исторического времени, но и голоцена в целом. По своему климатическому эффекту оно было, по-видимому, сравнимо с самым мощным катастрофическим извержением XIX-XX веков - извержением вулкана Тамбора в 1815 году.

Рис. 5

Карымская кальдера сформировалась почти одновременно (~7900 ¹⁴С л.н., ~6600 лет до н.э.) с вышеописанной [7,11]. В ней сейчас располагается Карымский вулкан. По характеру и параметрам это извержение очень сходно с извержением вулкана Кракатау 1883 г. Общий объем пирокластики кальдерообразующего извержения - 13-16 км³, размер кальдеры 5х6,5 км, объем полости кальдеры 7-8 км³. Извержение началось с выбросов ювенильной пемзовой тефры ("нижние лапилли"); основная ось пеплопада была ориентирована в ВЮВ направлении. Затем последовало образование серии пирокластических потоков, главные ветви которых прошли по рекам Крестьянская и Карымская (рис.6). Пирокластические потоки покрыли общую площадь 150 км² и имели длину 10-15 км. Сопутствующие пирокластическим потокам "палящие тучи" отрывались от них, распространялись на расстояние более 30 км и достигали берега Тихого океана, покрывая обширные территории тонким пеплом, содержащим мелкие рассеянные угли. Вслед за извержением пирокластических потоков произошла новая серия эксплозивных выбросов, самый мощный из которых дал горизонт "верхние лапилли"; ось пеплопада прошла в ВСВ направлении. Объем отложений пирокластических потоков составил 4,5-6 км³, суммарный объем тефры - 8-10 км³. Главный сектор рассеяния пепла располагался к востоку от кальдеры и значительная его часть выпала над акваторией океана (рис.5). В разрезах на Командорских островах в 450 км от источника пепел этого извержения имеет мощность 3 см [19]. Отсутстиве в пепле КРМ роговой обманки и биотита позволяет отличать его от стратиграфически близких пеплов кальдеры Курильское озеро-Ильинская (КО), вулкана Кизимен (КЗ) и вулкана Хангар (ХГ) [33].

Рис. 6

С вулканом Ксудач связано четыре кальдерообразующих извержения [23] (табл.1). С каждым из них ассоциируются мощные пирокластические отложения (рис.7). Самым сильным было последнее извержение, которое произошло ~1800 ¹⁴С л.н., или в 236 г. н.э. (извержение КС₁, кальдера V). Это было крупнейшее извержение нашей эры на Камчатке и второе в голоцене после извержения, связанного с кальдерой Курильское озеро-Ильинская. По характеру и параметрам оно близко к извержению Кракатау 1883 года. Общий объем пирокластики составил 18-19 км³, из них 14-15 км³ пришлось на тефру [9]. Высота эруптивной колонны во время извержения была 23 км [35]. Ось пеплопада прошла в северо-восточном направлении (рис.5), пепел выпадал над всей территорией восточной и южной Камчатки, и на удалении 900 км в пос. Оссора его мощность в торфянике составляет 1-2 см. Пепел этого извержения является одним из главных маркирующих горизонтов практически в пределах всего полуострова к северу от вулкана Ксудач [9,33]. От стратиграфически близких ему пеплов вулканов Шивелуч и Опала (ОП) он отличается низким содержанием К₂О и отсутствием роговой обманки и биотита. Пирокластические потоки извержения КС₁ достигали длины 20 км; их отложения заполнили все долины на склонах вулкана за исключением южного сектора, где они экранировались высокими бортами более старых кальдер. Вблизи вулкана потоки, слившись между собой, образовали обширный пирокластический покров (рис.8). Общий объем отложений пирокластических потоков составил около 4 км³. В результате извержения возникла кальдера обрушения размером 4х6,5 км с объемом полости 6,5-7 км³. Сразу после образования кальдеры в ней вырос небольшой экструзивный купол. Через короткое время (не более 100 лет) здесь начал формироваться стратовулкан конус Штюбеля. Последствия извержения КС₁ (как и других кальдерообразующих извержений) для Камчатки можно оценить как экологическую катастрофу. Так, при описанном извержении Ксудача минимальная площадь уничтожения всего живого составила около 500 км². Растительность была серьезно повреждена на площади порядка 12000 км².