Статья: Новейшие гигантские эксплозивно-обвальные лавины катастрофических извержений вулкана Шивелуч на Камчатке

Заметного абразивного воздействия на сами формы погребенного рельефа обвальная лавина не оказывала, но все деревья и кусты на пути ее прохождения были сломаны, часто вырваны с корнем и перемещены вместе с обломочным материалом, деревья у самого фронта - повалены.

Центр тяжести свалившегося блока, по очень грубой оценке автора, находился на абсолютной высоте (H) ~2000 м, максимальная абсолютная высота бровки обвального цирка была 2200-2300 м, а высота северной и северо-западной стенок достигала 400-500 м. Расстояние (L) от этого центра тяжести до края обломочной лавины на отметках 450-550 м равно 12-13 км. Соответственно H/L=~0,12.

Смещение и обвал южного блока, образование связанной с этим высокой и крутой стенки обвального цирка, подрезавшей расположенные выше экструзивные купола Центральный и Суелич, создали условия для реализации обвала еще одного блока пород постройки Молодого Шивелуча. Обвалу способствовал продолжавшийся подъем магмы с глубины и связанные с этим подъем и деформация вышележащих экструзивных куполов с нарушением их сплошности, как это наблюдалось Г.С.Горшковым (например, перед катастрофическим извержением вулкана Безымянный 30 марта 1956 г.).

В итоге - обвал и стимулированный им сильный фреато-магматический взрыв, так как удаление молодых экструзивных куполов Центральный (возник в 1879-1883 гг., но действовал и позднее) и Суелич (1946-1950 гг.) обнажило их нагретые до высокой температуры корни и подводящий канал 1964 г. вулкана Молодой Шивелуч. О величине тепловой мощности вскрытых магматических пород в какой-то мере можно судить по суммарному выделению тепла в кратере Молодого Шивелуча, которое даже в 1966-68 гг. [9], т.е. через 2-4 года после извержения составляло 0,2 гкал/с (0,836х10⁶ кВт). Резкое снятие литостатического давления в сочетании с мгновенным выделением большого количества тепловой энергии из нагретых пород и послужило причиной взрыва. Реальность механизма подобного развития событий смоделирована экспериментальными исследованиями М.А.Алидибирова [27,28 и др.]. Сферичность стенок обвального цирка, сыгравшего роль своеобразной "вогнутой линзы", могла обеспечить концентрацию выделяющегося газа в ее "фокусе" и за счет кумулятивного эффекта привести к выбросу компактной массы обломочного материала на значительное расстояние. Из-за максимальной высоты и ориентировки возникших северо-западной и северной стенок цирка ось взрыва оказалась направленной на юго-юго-восток.

По мнению автора, именно обвал и субсинхронный ему взрыв сопровождались II сильным (K 11,7) землетрясением в 7 ч 13 мин 40 с [23] утра 12 ноября. Не исключено, что они и стали его причиной.

Рис. 8

Комбинация обвала и взрыва привела к формированию на поверхности созданной ими обломочной лавины иного рисунка мезо- и микрорельефа, чем на ранее описанном фрагменте чисто обвальной лавины (см. рис.6). Это, прежде всего, протяженные (до 2-3 км), радиально расходящиеся от эруптивного центра узкие грядки, иногда сгруппированные в некое подобие пучков-вееров (рис.8). Почти везде эти грядки доходят прямо до фронтального края обломочной лавины. Широко представлены и ориентированные по нормали к общему направлению движения обломочного материала поперечные зоны разрыва. Местами они даже протяженнее, с большей амплитудой раздвига, чем на обвальной лавине. Контрастнее выглядят и сами мезо- и микроформы рельефа на поверхности лавины, в целом несколько больше (до 15-20 м) здесь относительные превышения вершин холмов и гряд над днищами западин.

Рис. 9

Весь облик рельефа явно указывает на быстроту движения обломочной лавины, что вполне естественно. Во-первых, быстрее перемещался материал собственно обвала, так как свалившийся блок располагался на большей высоте (предполагаемая отметка центра тяжести блока - 2300-2400 м), и его движению вниз уже не препятствовали уничтоженные при формировании южного обвального цирка экструзивные купола. Во-вторых, часть материала, выброшенная взрывом, продолжала после падения с высокой скоростью по инерции катиться по земле, мало согласуясь с существовавшим рельефом, который был уже частично снивелирован отложениями предшествовавшего обвала. При падении на землю большой компактной массы взрывных отложений динамический удар был настолько силен, что привел, вероятно, к возникновению в подстилающих первично обводненных и еще более разжиженных в результате этого удара грунтах, которые, по-видимому, обладали тиксотропными свойствами, своеобразной подземной волны, местами даже вышедшей за границу обломочной лавины. Свидетельством этого служит полоса складок у фронта лавины в юго-восточном секторе (рис.9). Максимальное удаление края эксплозивно-обвальной лавины, находящегося на абсолютных отметках 450-600 м, от эруптивного центра - 14-15 км.

Сейчас более молодая, чем обвальная, перекрывающая последнюю, эксплозивно-обвальная грубообломочная лавина занимает, по сравнению с обломочной лавиной, намного большую площадь. Однако на самом деле они, вероятно, близки по своим размерам.

Возникший во время второго эпизода эксплозивно-обвальный кратер имеет форму круга диаметром 1,75 км и площадью 2,4 км² . Его максимальная глубина в 1973 г. была 627 м, а в момент образования, вероятно, превышала 700 м. Существовавшая ранее на месте кратера выраженная в рельефе часть уничтоженной постройки Молодого Шивелуча была, по нашей оценке, объемом 0,7-0,8 км³ . Площадь сдвоенного комбинированного (обвальный цирк + эксплозивно-обвальный кратер) "кратера" 1964 г. - 5,2 км² . Суммарный объем удаленных оттуда пород - 1,.5-1,8 км³ . Вследствие разуплотнения объем материала образованной за их счет комбинированной обломочной лавины должен быть ~2 км³ . При площади (оценка автора) 100 км² , покрытой отложениями этой лавины, их средняя мощность - 20 м. Максимальная же мощность толщи достигала 100-200 м (см. рис.5).

Материал обломочной лавины изучался многими исследователями [4,10 и др.], включая автора статьи. Все согласны с тем, что подавляющая его часть, слагающая оба типа лавин, представлена породами разрушенных андезитовых экструзивных куполов и их агломератовых мантий. Присутствует и небольшая доля ювенильного вещества - пород взорванной лавовой пробки из подводящего канала вулкана.

Через несколько минут после второго обвала и фреато-магматического взрыва начался выброс уже бесспорно ювенильного материала. Его более дегазированная часть выпала в виде тефры (0,3 км³ ), менее дегазированная пошла на формирование пирокластических потоков объемом 0,3-0,5 км³ , частично перекрывших обломочные лавины. В составе тефры и отложениях пирокластических потоков ювенильная компонента составляла не менее 70-80%. Ее вес ~0,9х10⁹ т. Массовый выброс ювенильной пирокластики с исключительно высокой интенсивностью (0,9х10⁹ т за 20 минут, т.е. 750 тыс. т/с) доказывает, во-первых, что был извергнут не только материал подводящих каналов экструзивных куполов, но и магма периферического очага, и, во-вторых, что фреато-магматические эксплозии сменились магматическими.

Следует отметить, что менее чем через год первичный рельеф поверхности обломочных лавин обоих типов уже претерпел заметные изменения. Это связано с тем, что обвальные и взрывные отложения первоначально содержали большое количество блоков и глыб смерзшихся пород и даже льда [4]. Летом 1965 г. вместо таких блоков и глыб на поверхности появились островерхие холмы разных размеров и высоты, а лед растаял. Однако в разрезах обломочных лавин подобные погребенные глыбы и блоки, оттаяв, сохранили текстурные и структурные особенности слагавших их пород. То же самое наблюдалось и при исследовании толщи обвально-взрывной обломочной лавины катастрофического извержения 1956 г. вулкана Безымянный. Следовательно, наличие подобных образований - вообще один из характерных признаков, позволяющих опознавать в разрезах более древние грубообломочные отложения обвального и обвально-взрывного генезиса. [30].

2.Была ли гигантской грубообломочная лавина 1854 г.?

Рис. 10

По аналогии с 1964 г. допускается, что предыстория подготовки извержения 17-18 февраля 1854 г. началась после происшедшего в 1430 г. (~500 ¹⁴ С л.н.) катастрофического извержения вулкана Молодой Шивелуч, с которым связано образование предшествующей, самой крупной в голоцене, грубообломочной лавины, а также выбрасывалась тефра и формировались пирокластические потоки [30].

За последующие ~200 лет в почвенно-пирокластическом чехле (ППЧ) зафиксированы следы только одного умеренного извержения ~400¹⁴ C л.н. - андезитовая пемзовая тефра, следящаяся лишь в юго-восточном секторе подножия вулкана в долине р.Кабеку. Поэтому предполагается, что это извержение было преимущественно эксплозивным.

Около 1650 г. (265+ 18¹⁴ С л.н., AD 1641(1652)1663) произошло мощное извержение, маркированное индексом SH₁ [30]. Было выброшено большое количество ювенильной андезитовой пирокластики, частично отложенной в виде нормально стратифицированной во всех секторах вулкана пемзовой тефры объемом ~0,5-0,6 км³ (рис.10), а также пошедшей на формирование самых протяженных (до 23 км от эруптивного центра) в голоцене пирокластических потоков.

В 200-летнем интервале между 1650 г. и первым документированным извержением Молодого Шивелуча 17-18 февраля 1854 г. было еще 2-3 слабых и умеренных извержения. Они запечатлены в разрезах подножия вулкана в виде маломощных горизонтов тефры, отложений небольших пирокластических потоков и пирокластических волн. Как показывает исторический опыт [15,18 и др.], подобные следы связаны на вулкане Молодой Шивелуч с возникновением и ростом экструзивных куполов. Точный возраст этих куполов и создавших их извержений пока никем не определен. Хотя начало одного из извержений можно условно датировать 1719 годом, так как С.П.Крашенинников при описании своего пути 2-14 января 1739 г. из Верхнего в Нижний Камчатский острог отмечал, что: "... остался вправе Шевелич... очень высокой камень и вострой, из самой ее верхушки дым идет... дым пошел из него лет за двадцать перед сим..." [12, с.564]. Приведенная цитата позволяет также предположить, что вулкан Шивелуч проявлял повышенную активность (или слабо извергался) и в 1739 г.

В обзоре А.А.Меняйлова [18] (по публикациям A.Perrey, K.Sapper и В.С.Кулакова) указывается, что извержения Шивелуча происходили еще в 1790 г. - эксплозивное, и между 1790 и 1810 гг. - выбрасывались рыхлые продукты. В "Каталоге действующих вулканов Камчатки" В.И.Влодавца и Б.И.Пийпа извержения датируются 1793 г. и, со ссылкой на А.Гумбольдта, между 1790 и 1810 гг. Г.С.Горшков [4] считает все эти даты весьма сомнительными, тем более, что дата 1793 г., по его мнению, вообще ошибочная, так как A.Perrey в своей работе приводит дату 1790 г.

Извержение 1854 г. описано в двух публикациях [7,11]. В более ранней из них [11] это описание сделано попутно, через 26 лет после извержения, в статье, посвященной Ключевскому вулкану. Там утверждается, что "Заречная сопка "Сивелыч"... в 1855 г. так сильно горела, что половина ее разрушилась и своими громаднейшими камнями счистила весь лес у подножья, а река (Камчатка, примечание автора), сломавши лед, пошла" [11, с.110]. Это описание явно сделано со слов очевидцев, так как Г.С.Горшков [4] отметил ошибочность приведенной даты: 1855, а не 1854.

В [7] К.Дитмар, бывший в 1851-1854 гг. на Камчатке, и тоже, по сообщению очевидцев, писал: "В ночь с 17 на 18 февраля 1854 г. вершина самого северного вулкана полуострова Шивелуча... ввалилась со страшным грохотом, и ... началось сильное извержение этого вулкана ... Шивелуч, который на памяти человека никогда еще не имел извержения и разве только немного дымился, теперь вошел в полную силу. Еще до этой катастрофы, в октябре и декабре 1853 г. Шивелуч сильнее курился на своей северной стороне, а теперь со всех сторон текли книзу потоки лавы, доходившие почти до р.Еловки. Вулканический песок и пепел падали в таком значительном количестве, что у лежащей напротив деревни Ключей снег был покрыт ими на целый фут, а дождь тонкого пепла наблюдался даже в Тигиле" [7, с.572].

Г.С.Горшков [4] обратил внимание на две неточности в последней публикации: о явном преувеличении мощности выпавшей в Ключах тефры (1 фут) и лавовых потоках, которых не было. По его мнению, первичная мощность тефры не превышала там 10-15 см, поскольку он считал, что в почвенном разрезе современного г.Ключи этот пепел в спрессованном виде имеет мощность всего 4-5 см. Более того, сейчас однозначно установлено, что упомянутый Г.С.Горшковым верхний четкий пепловый горизонт в ППЧ здесь вообще не связан с извержением 1854 г., а является более древним - SH₁ [30], отложенным около 1650 г. Пепла же 1854 г. в Ключах вообще не найдено, несмотря на тщательность проведенных поисков. Не обнаружен он и на левом берегу р.Камчатка против г.Ключи.

Из этого следует, что пеплопад в описываемом районе был намного слабее даже того, который допускал Г.С.Горшков. По-видимому, в работе К.Дитмара допущена опечатка. Не исключено, что там вместо 1'' (одного дюйма) ошибочно было напечатано 1' (т.е. 1 фут). Справедливость такого предположения подтверждается еще и тем, что в книге А.А.Меняйлова [18], по данным O.Herz, указывается, что при извержении 1854 г. пепел был разнесен широкой полосой на 400 верст, а в Ключах он лег слоем толщиной в 3 см. Последняя цифра нам представляется вполне реальной, если учесть, что зимой на снегу обычно измеряется не истинная мощность тефры, а толщина загрязненного ею верхнего слоя снега. Понятно тогда, почему тефра 1854 г. отсутствует в районе г.Ключи на обоих берегах р.Камчатка: она, вероятно, имела слишком малую (<1 см) настоящую первичную мощность, чтобы после таяния снега образовать самостоятельный прослой в почвенно-пирокластическом чехле.

Однако тефра большой мощности и крупности (грубозернистый пемзовый песок с разноразмерным гравием) извержения 1854 г. обнаружена автором на ?