Статья: Сильные и катастрофические эксплозивные извержения на Камчатке за последние 10 тысяч лет

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 К₂ О 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 (¹⁴ С) 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 ¹⁴ С 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 ¹⁴ С 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 ¹⁴ С 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 ¹⁴ С 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 К₂ О 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 .

Рис. 7

Формирование кальдеры IV на вулкане Ксудач связано с двумя сближенными во времени извержениями КС₂ и КС₃ , которые произошли соответственно ~6000 ¹⁴ С л.н. (~ 4900 лет до н. э.) и ~6130 ¹⁴ С л.н. ( ~ 5050 лет до н. э.). Из этих извержений к настоящему времени лучше изучено извержение КС₂ . Оно началось мощными взрывами с дроблением субстрата и формированием грубообломочных брекчий [23]. Образовавшиеся затем пирокластические потоки распространялись по долинам рек северного склона, длина их достигала 10 км (они были вдвое короче, чем потоки извержения КС₁ ), объем отложений составил около 2 км³ . Ось пеплопада была направлена на северо-восток [23,33]. Тефра прослежена на расстояние около 400 км и ее мощность в разрезах в районе Кроноцкого озера составляет 1 см. Отличительной особенностью тефры КС₂ ,наряду с низким содержанием К₂ О и отсутствием роговой обманки, является повсеместный андезитовый состав. Вблизи борта кальдеры бомбовая тефра этого извержения при мощностях 5-8 м спекалась с образованием игнимбритов-агглютинатов.

Во время извержения КС₃ , которое предшествовало вышеописанному, пирокластические потоки распространялись по р.Теплая и долинам северо-западного склона вулкана. Тефра этого извержения изучена вблизи вулкана, где она представлена дацитовыми и риолитовыми бомбами и лапилли белой шелковистой пемзы. Ось пеплопада была направлена на запад. Можно ожидать, что пепел КС₃ залегает в донных осадках Охотского моря. В результате мощного выноса пирокластики во время извержений КС₂ и КС₃ возникла кальдера обрушения размером 5х6 км. Затем в ней сформировалась серия экструзивных дацитовых куполов, включающая экструзию Парящий Утес.

Рис. 8

Самая ранняя голоценовая кальдера Ксудач - кальдера III - сформировалась в ходе извержения КС₄ ~ 8800 ¹⁴ С л.н. (~ 7900 лет до н.э.). Ювенильный материал извержения представлен тефрой и отложениями пирокластических потоков. Ось пеплопада была направлена на юго-запад. Тефра этого извержения четко прослеживается до широты вулкана Ильинский, где она перекрывается мощными пирокластическими отложениями, связанными с формированием кальдеры Курильское озеро-Ильинская. Крупные бомбы в местах их максимального скопления вблизи центра извержения спекаются и образуют игнимбриты-агглютинаты, аналогичные таковым для извержения КС₂ . Пирокластические потоки отмечены в долине р.Теплая и на северо-восточном склоне вулкана. Общий объем ювенильного материала извержения составляет 1,5-2 км³ . В ходе извержения происходили также мощные взрывы с разрушением субстрата и формированием грубообломочных брекчий [23]. В результате извержения КС₄ сформировалась кальдера III. Ее точные границы и конфигурация не могут быть установлены из-за того, что этот участок был кардинально преобразован при формировании более молодых кальдер. Предполагаемый поперечник кальдеры 2-3 км.

Субкальдерные извержения

По характеру, объему продуктов (до 10-15 км³ ), набору фаций и составу пирокластики эти извержения очень сходны с кальдерообразующими. Однако,они ассоциируются не с кальдерами, а с крупными эксплозивными кратерами без видимых признаков обрушения. Кратеры располагаются как на вершине вулканов, так и у их подножия. Причем отмечается явное несоответствие между значительным объемом вынесенной ювенильной пирокластики и объемом образовавшегося кратера.

Крупнейшее из субкальдерных извержений произошло ~6900 ¹⁴ С л.н. (~ 5700 лет до н.э.) и привело к формированию вершинного кратера на вулкане Хангар . Объем пирокластики извержения ХГ сопоставим с объемом продуктов кальдерообразующих извержений и составляет 14-16 км³ . С ним были связаны мощные пирокластические потоки длиной 15-20 км и пирокластические волны [20]. Распространение пирокластических потоков в целом ограничено уступом кальдеры, в которой располагается вулкан Хангар, только долина р.Правый Хейван служила магистралью, по которой они выходили за пределы кальдеры. Объем отложений пирокластических потоков составил 2-3 км³ . Ось пеплопада была направлена на северо-восток (рис.9) и обширные территории на севере Камчатки оказались засыпанными тонким пеплом. В районе Ключевской группы вулканов мощность пепла составляет 5 см, вблизи вулкана Шивелуч - 4 см, к северо-западу от него, в долине р.Озерная, на расстоянии 500 км от источника - 2 см. Пепел ХГ - прекрасный маркирующий горизонт для районов Северной, Центральной и Восточной Камчатки [33], его отличительной особенностью является присутствие биотита. Общий объем тефры - 12-13 км³ . В возникшем в результате извержения кратере размером 2,1х2,8 км сейчас находится озеро глубиной более 150 м. На дне кратера эксцентрично расположен экструзивный купол (купола?), вершина которого поднимается над поверхностью воды примерно на 20 м.

Рис. 9

Второе крупное субкальдерное извержение произошло на вулкане Опала ~1480 ¹⁴ С л.н. (606 г. н.э) при образовании у его подножия кратера Бараний Амфитеатр (рис.10) размером 1,3х2 км [20]. С формированием этого сравнительно небольшого кратера был связан огромный объем пирокластики (9-10 км³ ), представленной почти целиком риолитовой тефрой. Главная ось пеплопада была направлена на восток (рис.9), мощность тефры на побережье океана составляет в разрезах 12-15 см. Здесь тефра погребла неолитическую стоянку, существовавшую более 1000 лет [21]. Значительная часть пепла выпала над акваторией Тихого океана. Юго-западным ветром пепловое облако было снесено на северо-восток, поэтому тонкий пепел покрыл значительную часть Восточной Камчатки, и прослежен здесь на расстояние 300 км от источника. Пепел этого извержения (ОП), наряду с пеплом КС_1, служит важнейшим маркирантом для Восточной вулканической зоны Камчатки: его отличительные особенности - белый цвет, высокое содержание К₂ О и присутствие биотита. В результате извержения сформировался кратер Бараний амфитеатр глубиной более 200 м и предполагаемым объемом ~0,5 км³ . На заключительной стадии в нем вырос экструзивный купол.

Рис. 10

Извержение Бараний Амфитеатр - второе (после извержения вулкана Ксудач 236 г.) крупнейшее извержение нашей эры на Камчатке. Общий облик пирокластики, ее однородный кислый состав, общий значительный объем изверженных ювенильных продуктов - все это свидетельствует о сходстве этого извержения с кальдерообразующим. Сам же эруптивный аппарат - Бараний Амфитеатр - обычный, хотя и весьма крупный эксплозивный кратер, а не маленькая кальдера типа Кракатау из-за резкого несоответствия объема полости кратера объему изверженной магмы и отсутствия явных следов обрушения. Эти признаки делают его эталоном субкальдерного извержения [24]. Извержение Бараний Амфитеатр можно рассматривать как аналог знаменитого извержения вулкана Катмаи в 1912 году, когда из небольшого кратера Новарупта у его подножия было вынесено около 17 км³ тефры.

Извержение Ходуткинский "маар" произошло ~2800 ¹⁴ С л.н. (~900 лет до н.э.) у подножия вулкана Ходутка, когда образовались два кратера, более крупный из которых назван Ходуткинским "мааром" [20]. Пирокластические потоки этого извержения имели весьма скромные размеры, длина их не превышала 4 км, а общий объем отложений составил 0,04-0,05 км³ . Ось пеплопада была направлена на юго-запад. Крупность тефры быстро убывала по мере удаления от центра извержения: на широте вулкана Желтовский это белый пепел с линзами серого вулканического песка, близ оз.Курильское и пос. Озерная - тонкий белый пепел. Такой же пепел мощностью 1 см обнаружен в г.Северо-Курильск на о-ве Парамушир. Тефра ХД - прекрасный маркирующий горизонт на юге Камчатки. От пеплов вулкана Ксудач ее отличает присутствие роговой обманки и более высокое содержание К₂ О. В результате извержения сформировались два эксплозивных кратера. Меньший, диаметром 0,6 км, остался в первичном виде. В большем, размером 0,9 км, в конце извержения вырос почти целиком заполнивший его эффузивно-экструзивный купол. Объем купола около 0,1 км³ .

Сильные и катастрофические извержения стратовулканов

Чаще всего сильные и катастрофические извержения в голоцене происходили на двух вулканах - Авачинском, расположенном в 25-30 километрах от города Петропавловск-Камчатский, и Шивелуче - на севере полуострова, в 50 км от г.Ключи.

Вулкан Шивелуч - один из самых активных и продуктивных вулканов Камчатки [17]. В голоцене с ним было связано не менее 15 сильных извержений с объемом ювенильной пирокластики > 0,5 км³ . Пеплы этих извержений покрывали большие площади в северной части полуострова, их мощность на территории г.Ключи достигает в разрезах 15 см.

Все крупнейшие извержения вулкана Шивелуч были плинианскими и поставляли материал преимущественно андезитового состава. С ними ассоциировались сильные пеплопады (бомбы и лапилли вблизи вулкана, грубый и тонкий пепел на удалении от него), пирокластические волны, а с некоторыми извержениями также пирокластические потоки. Не менее 10 извержений предварялись крупномасштабными разрушениями постройки вулкана [31,37]. Максимальная длина пирокластических потоков была 20 км, но генерированные ими лахары неоднократно доходили до р.Камчатка на юге и р.Еловка на западе, как, например, при извержении 1854 года, когда крупные камни, принесенные лахарами, взломали лед по обеим рекам [16]. До района современного г.Ключи обвалы, пирокластические потоки, пирокластические волны, лахары, связанные с извержениями вулкана Шивелуч, не доходили, однако здесь по меньшей мере пять раз за последние 2800 лет выпадали его пеплы с мощностью более 5-10 см, не говоря о более слабых пеплопадах, которые происходили значительно чаще.

Наиболее известно и хорошо изучено катастрофическое извержение Шивелуча 1964 года [3,13,16]. Извержение началось с разрушения постройки вулкана и образования гигантской обломочной лавины. Ее отложения объемом 1,5 км³ покрыли площадь около 100 км² при мощности от нескольких метров до 50-60 м [13]. Затем начался массовый вынос ювенильной пирокластики. Высота эруптивной колонны составляла 10-15 км. Ось пеплопада была направлена на юго-восток, сильный пеплопад наблюдался в г.Усть-Камчатск, а тонкий пепел выпадал на Командорских островах. Пирокластические потоки достигали длины 18 км, общий объем их отложений 0,3-0,5 км³ [13]. Извержение было кратковременным и продолжалось не более часа. В результате образовался сдвоенный кратер размером 2,3х3,5 км.

Предыдущее сильное извержение, с которого начинается непрерывная летопись исторических извержений вулкана Шивелуч, произошло в 1854 году. Белая пемзовая тефра этого извержения плащом покрывает северные склоны вулкана, а пирокластические потоки и лахары обнаружены также на его южном и западном склонах [37]. Общий объем пирокластики близок к 1 км³ .

В течение нашей эры помимо вышеуказанных исторически документированных извержений произошли еще четыре сильные извержения с выбросом не менее 1 км³ пемзовой андезитовой пирокластики - Ш_1, Ш_2, Ш_3, Ш₁₄₅₀ (табл.1). Аналогичные сильные извержения имели место и ранее - Ш₅ (~2550 ¹⁴ C л.н.), Ш₂₈₀₀ (~2800 ¹⁴ C л.н.), Ш_дв (~4100 ¹⁴ C л.н.). Пеплы всех перечисленных извержений слоем более 3 см (первоначальная мощность при отложении) отлагались на расстоянии не менее 200-300 км от вулкана.

В последние 2000 лет отмечается увеличение частоты крупных извержений. Так, извержения 1964 и 1854 года были разделены периодом ослабления активности длительностью всего 110 лет. Период относительного покоя между извержением 1854 г. и предшествовавшим ему Ш₁ может быть оценен в 200 лет, а серия извержений в V-VI веках происходила с перерывами не более 50 лет.

Рис. 11

С Авачинским вулканом в голоцене связано не менее семи крупных эксплозивных извержений с объемом пирокластики близким или превышающим 0,5 км³ . Большинство из них приурочено к этапу активизации вулкана, когда на поверхность поставлялись продукты андезитового состава [4]. Все крупные извержения этого этапа были плинианскими. Для них были характрены сильные пеплопады, пирокластические волны, а для некоторых извержений также и пирокластические потоки. Для большинства извержений существенна фреатомагматическая составляющая, на что указывает присутствие отложений базисных пирокластических волн, плохая сортированность тефры, часто наличие аккреционных лапилли, сильное обогащение пирокластических отложений резургентным материалом. Высота эруптивных колонн во время извержений колебалась от 16-18 км до 21-28 км [4].Пирокластические потоки имели длину не более 17 км и не достигали местоположения современных населенных пунктов, однако связанные с ними лахары неоднократно пересекали территорию современного г.Елизово и находящегося здесь главного аэропорта Камчатки. Оси пеплопадов были чаще направлены на восток и северо-восток, реже - на северо-запад, в то время как южное подножие, где находятся сейчас гг.Петропавловск-Камчатский и Елизово, было подвержено пеплопадам в минимальной степени (рис.11). Вообще местоположение г.Петропавловск-Камчатский было выбрано крайне удачно: его не достигают пирокластические потоки и пирокластические волны, а возвышенность, на которой расположен город, обтекается лахарами.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--