Дипломная работа: Вулканы Тихоокеанского складчатого пояса в пределах Камчатско-Курильской гряды
Введение
Изучение строения зоны перехода от Азиатского материка к Тихому океану представляет несомненный интерес, так как здесь в настоящее время происходят интенсивные геологические процессы, поверхностным проявлением которых являются высокая сейсмичность и современный вулканизм. Основы современной геологии и вулканологии закладывались в первые десятилетия XIX в. Отечественная вулканологическая школа сформировалась в первой трети XX в. Ее основателями были выдающиеся ученые – академики Ф.Ю. Левинсон-Лессинг и А.Н. Заварицкий.
Актуальность данной теме придаёт проблема связи вулканизма с климатом, включая изучение природных моделей «ядерной зимы».
Исследования в космосе, в Мировом океане принесли новые открытия и поставили перед вулканологами новые задачи. Обнаружены следы мощной вулканической деятельности на Луне, Марсе, Меркурии, Венере, действующие вулканы – на спутнике Юпитера Ио, выявлена подводная вулканическая деятельность в рифтах срединных океанических хребтов, в несколько раз превосходящая по своим масштабам вулканическую деятельность на суше, и связанные с ней сульфидные месторождения. Вулканологи приступили к изучению магматических очагов и питающих каналов вулканов, а также процессов, происходящих в очагах, и механизма вулканических извержений.
Объектом исследования являются вулканы Тихоокеанского складчатого пояса в пределах Камчатско-Курильской гряды.
Изучаемая территория включает в себя Охотское море, полуостров Камчатка и Курильские острова. Курило – Камчатский регион, являясь регионом активного хозяйственного освоения естественных ресурсов, в то же время, может быть отнесен к зонам повышенной чувствительности природных условий к изменениям климатического режима.
Предмет исследования – природные условия, поствулканическая деятельность и её влияние на экологическое состояние Курило – Камчатского региона.
Целью настоящей работы является обобщение и систематизация сведений о вулканах Тихоокеанского складчатого пояса в пределах Камчатско-Курильской гряды и влияние их на жизнедеятельность населения, а так же экологическое состояние данного региона. Для достижения результата были поставлены следующие задачи:
1) Изучение литературных источников и образовательных ресурсов по данной теме.
2) Анализ монографической, статистической и периодической литературы по изучаемому вопросу.
3) Анализ собранного материала и выявление особенностей данного региона.
Для реализации поставленных задач использовались следующие методы: картографический, статистический, эмпирический.
В работе акцентируется внимание на позднекайнозойских подводных вулканах северной части Курильской островной дуги – подводной вулканической группе «Парамуширская».
Материал выпускной квалификационной работы может быть использован в школьном курсе географии.
1. Природные особенности Камчатско-Курильской гряды
1.1 Общие сведения о северо-западной части Тихого океана
вулкан геологический камчатский океан
Тихий океан (Великий океан), расположен между материками Евразией и Австралией на западе, Северной и Южной Америкой на востоке и Антарктидой на Юге. Площадь с морями 178,6 млн. км2, объем 710 млн. км3, максимальная глубина 11 022 м. Моря расположены главным образом по его северным и западным окраинам. Тихий океан как крупная структура имеет очень древнее заложение.
Активизация геологических процессов в западной части Тихоокеанской впадины происходили синхронно с формированием окраины Азиатского континента, начиная с палеозоя. Однако, наиболее древние отложения, вскрытые до настоящего времени скважинами глубоководного бурения в Западной Пацифике, датируются поздней юрой. Вероятно, к этому или несколько более раннему времени относится заложение таких вулканических структур ложа океана как поднятия Шатского, Хесса, краевых валов Зенкевича-Хоккайдо, Бонинского, Волкано, внутриокеанических поднятий Эаурипик и Капингамаранги.
В позднем мелу в Западной Пацифике начинается формирование Императорского хребта, продолжавшееся до середины палеогена. Но в кайнозое, в период наиболее интенсивного проявления вулканизма в приокеанических островных дугах – Алеутской, Курило-Камчатской, Японской, Идзу-Бонинской, Марианской, Вануату вулканическая деятельность в Западной части Тихоокеанской котловины прекращается и перемещается на юг и восток.
Для периферических частей характерны сейсмичность, активный вулканизм и глубоководные желоба с глубиной 8000–10 000 м и более [14]. Побережье Тихого океана обрамлено кольцом уснувших или время от времени действующих вулканов, известных как «Огненное кольцо».
Каждая цепочка вулканов (красные звёздочки) следует рядом с глубоководным желобом (синяя линия с зубцами), где океанское дно пододвигается под край соседней литосферной плиты с разместившимися на нём вулканами. Срединно-океанические хребты (двойные розовые линии), где литосферные плиты расходятся, а океаническое дно разрастается. Стрелки-векторы скорости движения литосферных плит, максимальная скорость 10 см/год. Обозначения литосферных плит: К – Кокос, Н – Наска, ЕА – Евразийская, СА – Северо-Американская, ЮА – Южно-Американская, Ан – Антарктическая, Ав – Австралийская (Ломизе М.Г).
Большая часть берегов образована высокими горами, так что абсолютные отметки поверхности резко меняются на близком расстоянии от берега. Все это свидетельствует о наличии по периферии Тихого океана тектонически нестабильной зоны, малейшие подвижки в пределах которой являются причиной сильных землетрясений. Западный берег окаймлен огромным количеством островов разного размера, часто гористых и вулканических. К числу этих островов относятся Алеутские, Командорские, Курильские, Японские, Рюкю, Тайвань, Филиппинские. Все эти острова имеют горный рельеф и входят в состав Огненного кольца, опоясывающего Тихий океан. На западном обрамлении океана вулканы образуют цепочки островов (так называемые островные дуги), которые отделяют окраинные моря: Берингово, Охотское, Японское. со стороны океана рядом с каждой вулканической грядой прослеживается узкий глубоководный желоб, например Марианский или Чилийско-Перуанский. Таковы соотношении между размещением вулканов Тихоокеанского кольца и крупными формами рельефа.
1.2 Геологическое строение и история тектонического развития Камчатско-Курильской гряды
Каждое вулканическое извержение представляет собой как бы отголосок тех мощных геологических процессов в недрах Земли, которые сопровождаются образованием очагов магмы. Время от времени магма находит путь к поверхности, поднимается и несет с собой информацию об этих глубинных процессах. О них судят по разнообразным признакам: характеру вулканических извержений, температуре изливающейся лавы, кристаллическим выделениям минералов и химическому составу, обломкам горных пород, захваченных магмой на путях ее подъема. В Тихом океане находится несколько зон спрединга (разрастания) океанической литосферы, главная из которых Восточно-Тихоокеанская. По периферии океана происходит субдукция этой литосферы под обрамляющие континенты. Над каждой зоной субдукции протянулась цепочка вулканов, все вместе они и образуют Тихоокеанское кольцо [16]. Соотношения между вулканами и уходящей под них зоной субдукции рассмотрим на примере Камчатки: ее геологическое строение подробно изучено, а действующие вулканы находятся под постоянным наблюдением сотрудников Института вулканологии РАН в Петропавловске-Камчатском. Этот отрезок вулканического кольца приурочен к активной границе двух крупных литосферных плит: Тихоокеанская плита, которая движется здесь на северо-запад со скоростью 8–9 см/год, пододвигается под почти неподвижный континентальный край Евразийской плиты. Согласно некоторым расчетам, этот край, возможно, тоже перемещается на северо-запад, но очень медленно (со скоростью менее 1 см/год). Таким образом, скорость относительного схождения литосферных плит близка здесь к 8 см/год, что определяет и скорость субдукции. В рельефе морского дна линия соприкосновения двух литосферных плит выражена узким и глубоководным (до 8 км) Камчатским желобом. На рис. 2 приведен геологический разрез, пересекающий Камчатскую зону субдукции. Видно, как Тихоокеанская плита сначала полого пододвигается под камчатскую континентальную окраину, затем перегибается и уходит на глубину под углом около 55º.
Это сравнительно древняя (мелового возраста), мощная (толщиной около 70 км), холодная и упругая океаническая литосфера. Поэтому она хорошо различима и ниже, где погружается в разогретый и размягченный материал астеносферы. В отличие от многих других зон субдукции здесь литосфера пересекает границу верхней и нижней мантии Земли (в 670 км от поверхности), достигая глубин более 1000 км. При этом, погружаясь наклонно, Тихоокеанская плита проходит под всей Камчаткой, а далее под Охотское море.
Субдукция под Камчатку сопровождается образованием очагов землетрясений. Евразийское побережье Тихого океана отличается исключительной расчлененностью и обилием островов. Группируясь в субмеридионально вытянутые гирлянды, острова и полуострова отделяют от океана систему соединенных друг с другом окраинных морей: полуостров Камчатка и Курильские острова обособляют Охотское море. Окраинная часть Тихого океана имеет сложную структуру с материковой корой и переходной корой, центральная состоит из впадин океанского типа с глубинами более 5000 м. Граница между ними определяется так называемой андезитовой линией, отделяющей зону излияния андезитовых лав от районов распространения базальтов. Для западно-тихоокеанского пояса характерен сложный рельеф дна: широкие полосы материковой отмели сочетаются с впадинами и системой глубоководных желобов, вытянутых вдоль островных дуг и подводных хребтов. С желобами связаны самые глубокие участки дна Тихого океана: глубина Курило-Камчатского желоба 9717 м [Приложение 1]. После распада Поднятия Дарвина на Камчатке и в Японии события развивались следующим образом (рис. 3) В течение первой стадии, сразу после образования зоны растяжения наверх снизу начало поступать выплавленное из астеносферы базальтовое вещество и накапливаться на поверхности литосферы – геосинклинальный инициальный вулканизм, сформировавший верхнемеловую ирунейскую серию Восточной Камчатки и ее возрастные аналоги в других местах. Мощность геосинклинальных кремнисто-вулканогенных толщ оценивается в 4–8 км (Авдейко, 1977).
Под действием дополнительной нагрузки ослабленные блоки литосферы стали погружаться. Причем относительно маловязкий магматический расплав, внедрившийся по глубинным расколам, служил «смазкой», уменьшавшей трение между опускавшимися блоками и участками ненарушенной литосферы. Опусканию могло способствовать также и то, что плотность астеносферы непосредственно под подошвой литосферы, по-видимому, несколько уменьшалась в результате частичного плавления здесь ее материала. Во вторую стадию совместное действие опускания и сопутствующих ему явлений, а также бокового давления со стороны океанической плиты Тихого океана в связи с активизацией зоны субдукции после исчезновения Поднятия Дарвина привело к отрыву утяжеленных нижних фрагментов литосферы. Они стали погружаться в астеносферу, вращаясь вокруг вертикальной оси, а облегченные фрагменты – подниматься наверх. Непосредственно под земной корой оказалось разуплотненное астеносферное вещество, имеющее, по И.П. Кузину, сейчас плотность 3.2 г./см3. А поднятые блоки литосферы сформировали асимметричный хребет. Когда в результате поднятия облегченных блоков и вулканической аккумуляции хребет достиг своей предполагаемой максимальной абсолютной высоты порядка 7–9 км, а его относительное превышение под дном океана составило 12–14 км, могли, по-видимому, создаться предпосылки для разрушения хребта. Помимо больших абсолютных и относительных высот морфоструктуры для этого было еще три благоприятных фактора. Во-первых, значительный общий прогрев на глубине слагавших ее пород, обеспечивший снижение порога пластичности. Одна из возможных причин нагрева – магматическое вещество, вторая – опускание в предыдущую стадию на глубину, в условия более высоких температур. Во-вторых, наличие непосредственно под «всплывшей» корой относительно маловязкого пластичного базальтового материала, из сильно нагретого и высоко поднятого астеносферного вещества, которое заместило здесь погрузившиеся утяжеленные мантийные компоненты литосферы. Этот пластичный материал мог сыграть роль своеобразной «смазки», уменьшившей трение между выше и нижележащими слоями. Наконец, таким благоприятным фактором служит процесс накопления материала на больших гипсометрических отметках в ходе роста морфоструктуры. Он способствовал увеличению давления выше расположенных участков на участки, находящиеся ниже. Рост давления и температуры мог вызвать у некоторых разновидностей пород и в слагаемых ими горизонтах свойство сверхпластичности – способности удлиняться во много раз без образования пережимов и разрывов при одновременном сильном уменьшении мощности пластов. Подобная комбинация условий привела, вероятно, к тому, что в какой-то критический момент произошло резкое изменение реологических свойств части вещества морфоструктуры и увеличение скорости сдвига в нем до предела длительной текучести. В результате материал, слагавший хребет, быстро переместился на большое расстояние к востоку, в сторону океана, образовав некоторое подобие гигантского коро-мантийного «суперпотока». При этом сам хребет снизился и растрескался. А у его подножия и на поверхности сопредельного с ним участка океанической плиты, находившегося до этого в состоянии изостатического равновесия, внезапно оказалась многокилометровой мощности толща пород, принесенных сюда «суперпотоком» и заместивших менее плотную воду. Большая дополнительная литостатическая и динамическая нагрузка на эти участки вызвала их раздробление и опускание. По периметру «суперпотока» заложился узкий ров – первичный глубоководный желоб. Разрушение морфоструктуры помимо перераспределения слагавшей ее массы пород явилось причиной формирования здесь глубоких прогибов и крупных зон растяжения, к которым был приурочен мощный подводный и надводный базальтовый вулканизм. Судя по возрасту этих образований, к которым можно отнести Восточно-Камчатский прогиб Северной и Восточной Камчатки с интенсивным подводным базальтовым вулканизмом, козловскую и кинкильскую свиты, одна из первых подвижек «суперпотока» имела место еще в палеогене. Удаление материала из центральной части морфоструктуры дало толчок к новому этапу «всплывания» коры и интенсификации вулканической деятельности и, как следствие этого, – новому этапу роста в высоту морфоструктуры, очередной подвижке «суперпотока», увеличению его протяженности, дальнейшему смещению в восточном направлении положения более молодого глубоководного желоба, опусканию прилегающих к нему участков. Такой механизм удовлетворительно объясняет, в частности, погружение на 3.5–4 км мел-палеогеновой суши, бывшей на месте подводного поднятия Обручева, наличие которой предполагается А.Е. Шанцером по перерыву в осадконакоплении с маастрихта по средний миоцен, установленного по данным глубоководного бурения. Самая молодая к настоящему времени общерегиональная подвижка «суперпотока», по-видимому, имела место в плиоцене около 3.5–2.5 млн. лет назад. Тогда же у фронта «суперпотока» сформировался и ныне существующий глубоководный Курило-Камчатский желоб. Перед этой подвижкой морфоструктура Курило-Камчатского хребта еще раз достигла максимальной высоты, а начальная ее фаза сопровождалась колоссальным по мощности пароксизмом кислого эксплозивного вулканизма, более поздняя фаза, когда произошло разрушение хребта – массовыми базальтовыми излияниями. Эпизодический характер активизации «суперпотока» скорее всего связан с релаксационным типом механизма его подвижек, предопределенным закономерным изменением свойств вещества морфоструктуры. А сами подвижки, по-видимому, следует рассматривать как релаксационные автоколебания этой своеобразной системы, которые начались десятки миллионов лет назад и будут продолжаться в дальнейшем, поскольку вызвавшие их процессы действуют до сих пор. Хотя, вероятно, характеристики этих процессов станут иными, чем раньше. Однако последнее должно сказаться лишь на изменении масштабов и периодичности подвижек. Сходным образом в целом развивались события, по-видимому, и на участках, где зона растяжения заложилась на океанической коре периферии Тихого океана. Хотя некоторые аспекты геологической эволюции камчатского и курильского регионов и сопредельных с ними территорий заметно отличались. Так, одно из отличий состоит в том, что на месте отчлененного, но сохранившего свое первичное строение блока океанической литосферы всегда возникает глубоководная впадина: Курильская котловина Охотского моря, Командорская и Алеутская котловины Берингова моря и др. По классификации И.П. Косминской (Косминская и др., 1963), кора Курильской котловины относится к «субокеаническому» типу, т.е. является, по сути дела, обычной океанической корой, но нагруженной более мощным (3–6 км) осадочным чехлом. Поскольку частично заместившие водную оболочку осадочные толщи имеют бóльшую плотность, чем вода, подошва коры здесь несколько (на 1–2 км) опущена особенно вблизи западного подножия островного склона Большой Курильской гряды и продолжает погружаться по мере накопления осадочных отложений и вулканогенных толщ. Наличие последних обусловлено мощным вулканизмом, связанным с тем, что вдоль подножия склона проходит разбитая многочисленными нарушениями 20–30-километровая полоса контрастных тектонических движений на границе двух литосферных блоков, западный из которых постоянно опускается, а восточный с редуцированной литосферой имеет тенденцию к подъему. Интенсивность вулканизма здесь, вероятно, каждый раз резко увеличивается, когда происходит общее растрескивание морфоструктуры после очередных быстрых пульсаций суперпотока.
Существенные отличия имеет и вулканизм. В Курильском регионе меньше были, в частности, масштаб кислого вулканизма в целом, а также разовые объемы выбросов ювенильной пирокластики, площади пирокластических покровов, размеры кальдер обрушения; отсутствуют наиболее кислые разности пород: липарито-дациты, липариты (Эрлих, 1973; Мелекесцев и др., 1974). По-видимому, это объясняется отсутствием блоков континентальной литосферы – вероятных главных потенциальных источников кислого материала. А погруженные в мантию в результате дополнительной нагрузки или субдукции блоки океанической литосферы (даже вместе с их осадочным чехлом и базальтовым слоем коры) не могут дать значительных объемов небазальтового материала.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--