Вулканы Тихоокеанского складчатого пояса в пределах Камчатско-Курильской гряды

Подводный вулкан к западу от о. Парамушир. В 1989 г. в 34 и 35 рейсах НИС «Вулканолог» в тыловой части Курильской дуги, в 80 км к западу от о. Парамушир был открыт и детально исследован неизвестный ранее подводный вулкан.

Этот подводный вулкан находится на пересечении прогиба Атласова с продолжением поперечной структуры 4-го Курильского прогиба. Также как и подводные вулканы Белянкина и Эдельштейна, он расположен далеко в тылу Курильской островной дуги и удален от оси Курило-Камчатского желоба на 280 км.

Вулкан находится на пологом склоне прогиба, возвышаясь над окружающим дном Охотского моря на 650-700 м (рис. 19). Основание его слегка вытянуто в северо-западном направлении и имеет размеры ~ 6,5 7 км. Вершина горы осложнена рядом пиков. Отрицательная форма рельефа почти замкнутым кольцом опоясывает основание вулкана.

В окрестностях вулкана в осадочном разрезе отсутствуют протяженные рассеивающие горизонты. Лишь у самого основания иногда выделяется непротяженный «акустически мутный» клин, обусловленный, по-видимому, скоплением обломочного материала и оползших осадков [10]. Положение в разрезе этого «акустически мутного» клина соответствует предполагаемому времени образования вулкана, которое по данным НСП, составляет 400-700 тыс. лет [10].

Особенности строения осадочного чехла указывают на то, что прорыв магмы к поверхности дна здесь не сопровождался крупномасштабным процессом накопления вулканогенно-осадочного материала, и, вероятнее всего, завершился образованием одной или серии вулканических экструзий. Скорее всего, вся постройка сложена вулканическими породами.

На удалении 5-10 км от вулкана по данным НСП выделены три небольших (по-видимому, магматических) тела, не достигших поверхности дна. Перекрывающие их осадки смяты в антиклинальные складки.

Аномальное поле (Т) а в районе подводного вулкана характеризуется положительными значениями. Лишь в северо-западной части района исследований отмечаются отрицательные значения поля интенсивностью до -200 нТл. Области положительных и отрицательных значений магнитного поля разделены линейной зоной высоких градиентов, имеющей северо-западное простирание [10]. Горизонтальный градиент поля в этой зоне достигает 80-100 нТл/км. Непосредственно к вулканической постройке приурочена положительная аномалия магнитного поля интенсивностью до 400-500 нТл. Вблизи привершинной части постройки отмечен локальный максимум интенсивностью до 700 нТл. Максимум аномалии смещен к югу от вершины вулкана. Отмеченные магматические тела, не достигшие поверхности дна, в аномальном магнитном поле не выражены самостоятельными аномалиями.

Наблюдаемая картина аномального магнитного поля свидетельствует о прямой намагниченности подводной вулканической постройки.

По всей видимости, возраст образования вулкана не древнее 700 тыс. лет, что хорошо согласуется с данными НСП.

При драгировании привершинной части горы были подняты, в основном, амфиболовые андезиты, с подчиненным количеством пироксеновых андезито-базальтов и плагиобазальтов [10,24,15]. В малых количествах присутствуют обломки гранитоидов, андезитовых пемз, шлаки, галька осадочных пород, железо-марганцевые образования и донная биота.

Данные эхолотного промера, НСП, ГМС и геологического опробования позволяют предположить, что основная масса вулканической постройки сложена породами андезито-базальтового состава.

Подводные лавовые конусы у о. Парамушир. В ряде рейсов НИС «Вулканолог» и в рейсе 11-А НИС «Академик Мстислав Келдыш» было проведено изучение подводной газогидротермальной активности на северо-западном склоне о. Парамушир. В рейсе 11-А НИС «Академик Мстислав Келдыш» в исследуемом районе было выполнено то ли 11 погружений подводных обитаемых аппаратов (ПОА) «Пайсис VII» и «Пайсис XI», то ли 13.

Сигналом к столь пристальному изучению этого района послужила радиограмма, отправленная 20 марта 1982 г. капитаном рыболовного судна «Пограничник Змеев» в газету «Камчатская правда» о том, что вблизи о. Парамушир «обнаружен действующий подводный вулкан на глубине 820 м, экстремальная высота выброса 290 м…». В апреле того же года в 13-ом рейсе НИС «Вулканолог» в указанной точке были обнаружены акустические помехи, четко проявляющийся на записях эхолота. Аналогичные записи неоднократно фиксировались при проведении исследований с борта научно-исследовательских судов в районе активных вулканов и связывались с действием подводных фумарол. По свой форме выявленные помехи напоминали факел. В дальнейшем при проведении исследований в указанной точке акустические помехи на записях различных эхолотов, установленных на борту НИС «Вулканолог», отмечались вплоть до 1991 г., когда был выполнен последний специализированный рейс №40 этого судна в пределах КОД.

До начала проведения исследований в районе «факела» не были известны какие-либо признаки проявления вулканической активности. Для установления природы «факела» аномальной воды и были выполнены столь многочисленные исследования. Они позволили установить, что «факел» образован подводным газогидротермальнымы выходами (ПГТВ), аналогичными подводной фумароле, но непосредственно не связанными с каким либо вулканическим центром. Поэтому применение к нему термина «подводная фумарола» было бы неправильно.

ПГТВ расположен на запад-северо-западном склоне о. Парамушир в тыловой части ККОС, приблизительно посредине между вулканами Алаид и Анциферова. Его координаты - 50o30,8'с.ш. и 155o18,45'в.д. Он приурочен к слабо проявленной поперечной вулканической зоне, представленной почти полностью погребенными экструзивными куполами или небольшими вулканическими конусами, протягивающимися от вулкана Чикурачки в запад-северо-западном направлении [3,24]. На записях НСП эти структуры аналогичны побочным шлаковым конусам вулкана Алаид, которые также имеют поперечную по отношению к КОД ориентацию. Большинство погребенных структур имеют размеры 0,5-3 км по основанию и 50-400 м по высоте. Учитывая, что эти размеры меньше межгалсового расстояния, исключая небольшой участок вокруг самого ПГТВ, можно предположить, что число погребенных структур в описываемом районе несколько больше [3]. Необходимо отметить, что погребенные структуры в районе КОД при проведении вулканологических экспедиций с борта НИС «Вулканолог» обнаружены только в двух местах: в районе ПГТВ и у подводного вулкана к западу от о. Парамушир [10,15].

Судя по данным ГМС, не все вулканические погребенные структуры имеют одинаковое строение. Одни из них никак не выражены в магнитном поле, а только фиксируются на лентах НСП, к другим приурочены отчетливые положительные или отрицательные аномалии магнитного поля, и они являются, по всей видимости, лавовыми куполами или конусами, застывшими, в основном, в толще осадков [3,14]. Немагнитные конусовидные постройки могут быть сложены шлаковыми конусами либо кислыми породами.

Самый крупный лавовый конус расположен в северо-восточном окончании участка детальных исследований. Он почти целиком находится внутри осадочной толщи, имеющей здесь мощность более 1500 м. Лишь его привершинная часть возвышается над поверхностью дна, образуя холм высотой 100-120 м. Зафиксированная глубина над вершиной равна 580 м. Размеры этой структуры в ее нижней части на глубине 800-1000 м от поверхности дна достигают 5-6 км. Размер постройки по погребенному основанию - 7,5 11 км, площадь ~ 65 км², полная высота 1600 м [3,44]. Крутизна склонов постройки составляет 5o-8o. С юго-юго-запада к ней примыкает более мелкий конус с размером основания ~ 3 км [3]. Обе эти постройки являются магнитными и образуют аномалию, в пределах которой отмечены два экстремума интенсивностью 370 и 440 нТл (рис. 4). Постройки намагничены по направлению современного магнитного поля, и возраст их образования не древне 700 тыс. лет.

Выполненное двухмерное моделирование показало, что эффективная намагниченность северного конуса составляет 1,56 А/м, а южного - 3,7 А/м. Исходя из средних значений эффективной намагниченности для подводных вулканов [19,22], можно предположить, что северный конус сложен андезитами, а южный - андезито-базальтами.

При проведении погружений ПОА на северном конусе были опробованы плагиоклаз-роговообманковые андезиты [22] и преобладающие однородные базальты [14].

Сопоставление результатов геомагнитного моделирования с данными геологического опробования позволяет предположить, что верхняя часть этого конуса сложена базальтами, а более глубокие части - андезитами.

Оценки возраста северного конуса, приведенные в различных работах [3,23], изменяются в пределах неоген-четвертичного.

Небольшой конус, расположенный в южной части участка детальных работ, имеет размер основания ~ 1,5 км в диаметре [3]. К нему приурочена отрицательная аномалия магнитного поля интенсивностью -200 нТл (см. рис. 4). Эффективная намагниченность этого конуса составляет 1,3 А/м, что отвечает намагниченности андезитовых вулканов [19,22]. Отрицательный характер магнитного поля позволяет предположить, что возраст образования этого конуса не моложе 700 тыс. лет.

Следует отметить, что ПГТВ расположен в зоне повышенной трещеноватости с большим количеством мелких разрывных нарушений [3].

Погружения ПОА в зоне ПГТВ [7,20,21] показали, что наиболее характерными формами рельефа в районе ПГТВ являются хаотично расположенные провальные воронки и ямы. Размер ям меняется от 1 до 10 м в поперечнике и имеет глубину до 3 м. Расстояние между ямами 0,5-2 м.

ПГТВ связывают с залежами твердых газогидратов [7,23].

Сотрудники ИО РАН считают, что исследованные выходы являются газовыми, а не гидротермальными [7,24].

Проведенные исследования показали, что ПГТВ расположены в пределах слабо выраженной вулканической зоны четвертичного (неоген-четвертичного?) возраста. Они приурочены к зоне повышенной трещеноватости и непосредственно не связаны с каким-либо вулканическим центром. Ближайший немагнитный (шлаковый?) конус расположен~ в 2-х км к восток-юго-востоку от точки проявления акустических помех.

Подводная вулканическая группа «Маканруши».

В пределах этой вулканической группы были изучены контрастные подводные вулканы Белянкина и Смирнова, названные в честь выдающихся отечественных геологов [8]. Эти подводные вулканы расположены в тылу острова Онекотан (см. рис. 17). Подводный вулкан Белянкина расположен в 23 км к северо-западу от о. Маканруши (рис. 21). На навигационных картах, до проведения работ с борта НИС «Вулканолог», в этом районе были показаны две отличительные глубины, которые могли являться глубинами, отмеченными над вершинами этого подводного вулкана. Выполненные нами исследования однозначно показали, что у подводного вулкана Белянкина существует всего одна вершина.

Вулкан Белянкина имеет форму изометричного конуса и поднимается над окружающим дном на высоту около 1100 м [4,15]. Острая вершина вулкана расположена на глубине 508 м. Вулкан Белянкина располагается не только за пределами горного сооружения Курило-Камчатской островной дуги, но даже по другую сторону Курильской котловины - на ее северо-западном склоне [8,21]. Максимальный размер основания вулканической постройки 9 7 км при площади около 50 км². Вулкан имеет крутые склоны. Крутизна их увеличивается в направлении от основания к вершине от 15o-20o до 25o-30o [14,9]. Возвышающиеся над дном котловины склоны вулкана, лишены осадочного чехла. Основание вулкана с налеганием перекрыто мощной толщей осадков. На сейсмограммах НСП им соответствует картина сейсмоакустического изображения, в целом типичная для осадочных толщ данного района Охотского моря [10,24]. Объем вулканической постройки, с учетом перекрытой осадками части, ~35 км³. Мощность осадочных отложений вблизи вулкана превышает 1000 м. При имеющихся оценках скорости осадконакопления в Охотском море (20-200 м/млн. лет) [22,15] для образования этой толщи потребовалось бы от 1 до 10 млн. лет [18,19].

Подводный вулкан Белянкина отчетливо проявляется в магнитном поле [4,15,18]. К нему приурочена аномалия магнитного поля с размахом в 650 нТл, экстремум которой смещен к юго-востоку от вершины (см. рис. 21). Вулканическая постройка имеет прямую намагниченность.

При драгировании подводного вулкана Белянкина были подняты однородные оливиновые базальты [23]. Основываясь на изучении драгированных пород, одни авторы считают, что извержения вулкана происходили в подводных условиях [14], а другие - что в сухопутных [18].

Измерение магнитных свойств драгированных образцов показало, что они их остаточная намагниченность изменяется в пределах 10-29 А/м, а отношение Кенигсбергера - в пределах 5,5-16 [14,19].

Для интерпретации данных ГМС было выполнено 2,5 - мерное моделирование по методике, предложенной в работе [18]. В качестве априорной информации использовались материалы эхолотного промера и НСП. Одна из наиболее реалистичных моделей, при которой наблюдается наилучшее совпадение кривых аномального и модельного магнитных полей, представлена на рис. 6.

Из результатов моделирования следует, что аномальное магнитное поле в районе вулкана обусловлено, в основном, его постройкой. Роль глубинных корней вулкана весьма незначительна. Породы, слагающие вулканическую постройку, имеют прямую намагниченность и довольно однородны по составу, что хорошо согласуется с данными геологического опробования. Моделирование, выполненное по двум другим независимым методикам, дало аналогичные результаты.

Сопоставляя результаты моделирования с данными НСП и эхолотного промера, и учитывая свежесть драгированного материала [24], можно предположить, что, скорее всего, осадочная толща была прорвана при образовании вулканической постройки. Основание вулкана, по-видимому, начало формироваться в плиоцене, а основная часть постройки сформировалась в плейстоцене [8,19].

Подводный вулкан Смирнова расположен в 12 км к северо-северо-западу от о. Маканруши (см. рис. 21). Его основание на глубине порядка 1800 м сливается с основанием острова Маканруши. Склоны о. Маканруши покрыты мощным (до 0,5 с) чехлом «акустически непрозрачных», вероятно вулканогенных и вулканогенно-осадочных, отложений [18,19]. Эти же отложения перекрывают южную часть основания вулкана Смирнова и как бы «обтекают» его с юго-запада и юго-востока. С севера подножие вулкана перекрыто обычными для этого района Охотского моря осадочными отложениями [10,24] мощностью не менее 1000 м. По имеющимся оценкам скорости осадконакопления в Охотском море [16], для образования этой толщи потребовалось бы не менее 5 млн. лет [19].

Плоская вершина вулкана расположена на глубине 950 м и перекрыта горизонтально-слоистыми осадками мощностью 100-150 м [14,18,19]. Максимальный размер основания вулкана 8 11 км, при площади ~70 км², а плоской вершины - 2? 3 км. Относительная высота вулканической постройки 850 м, а объем - около 20 км³ [14,19].

Подводный вулкан Смирнова также отчетливо проявляется в магнитном поле и к нему приурочена аномалия магнитного поля с амплитудой 470 нТл (см. рис. 21). Вулканическая постройка имеет прямую намагниченность.

При драгировании вулкана Смирнова были подняты разнообразные породы, изменяющиеся по своему составу от базальтов до дацитов [4,24].

Драгированные андезито-базальты имеют остаточную намагниченность 1,5-4,1 А/м и отношение Кенигсбергера 1,5-6,9, а андезиты - 3,1-5,6 А/м и 28-33 соответственно [14].

Для интерпретации данных ГМС было выполнено 2.5-мерное моделирование по методике, предложенной в работе [3,8]. Одна из наиболее реалистичных моделей, при которой наблюдается наилучшее совпадение кривых аномального и модельного магнитных полей, представлена на рис. 6. Расхождение в начале профиля наблюденной и рассчитанной кривых аномального магнитного поля происходит из-за влияния близлежащего острова Маканруши. Из результатов моделирования следует, что аномальное магнитное поле в районе вулкана обусловлено его постройкой, а не глубинными корнями. Несмотря на разнородность драгированного материала, подавляющая часть постройки довольно-таки однородна по составу слагающих ее пород, имеющих прямую намагниченность. Исходя из величины эффективной намагниченности, такими породами могут быть высококалиевые амфиболсодержащие андезиты, типичные для тыловой зоны Курило-Камчатской островной дуги [14].

Плоская вершина вулкана свидетельствует о том, что когда-то он поднимался до уровня моря, а затем испытывал значительное опускание. Обширные подводные террасы о. Маканруши находятся на глубинах порядка 120-130 м. Это практически соответствует уровню моря в позднем плейстоцене, т.е. с позднего плейстоцена значительных опусканий в этом районе не происходило. Поэтому можно считать, что опускание плоской вершины вулкана Смирнова до глубины 950 м произошло до начала позднего плейстоцена. Характер соотношений постройки вулкана Смирнова с осадочными отложениями дна Охотского моря и отложениями подводных склонов о. Маканруши позволяет предполагать, что этот вулкан является одной из наиболее древних частей массива о. Маканруши. Возраст его, по крайней мере, плиоценовый [18,19].

2.4 Современная тектоническая структура Курило-Камчатского региона

Современная структура Курило-Камчатского региона определяется тремя кайнозойскими разновозрастными островодужными системами, которые маркируются разновозрастными вулканическими дугами, сформированными над зонами субдукции. Современная Курило-Камчатская островодужная система состоит из трех сегментов: Восточно-Камчатского, Южно-Камчатского и Курильского с разной историей тектонического развития и разным геодинамическим режимом.

В Восточной Камчатке субдукция началась в плиоцене, и здесь, наряду с плавлением мантийного клина, возможно частичное плавление фронтальной части поддвигаемой плиты и, соответственно, появление вулканических пород с бонинитовой тенденцией. Структура Южной Камчатки определяется дискордантным наложением современной островодужной системы на миоценувую Срединно-Камчатско-Курильскую систему с нарушением петрогеохимической зональности. Особые геодинамический и тепловой режим и, соответственно, условия магмообразования создаются на стыке Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг. По-видимому, с этим связано появление вулканических пород внутриплитного геохимического типа.

Курило-Камчатская островодужная система является хорошим регионом для реконструкции условий генерации магмы. Здесь наблюдается большое разнообразие островодужных серий вулканических пород, включая породы с адакитовой тенденцией. Камчатка является единственным в мире районом, где в Срединном хребте имеется современный вулканический пояс или вулканическая дуга с глубиной до современной сейсмофокальной зоны более 300 км [6,23], тогда как в пределах других островных дуг и активных континентальных окраин максимальная глубина до сейсмофокальной зоны под тыловыми вулканами не превышает 200-220 км. И, наконец, на Камчатке, наряду с типичными островодужными сериями, довольно широко распространены породы внутриплитного геохимического типа [19].

Структурно-тектонические обстановки проявления вулканизма и геодинамические параметры зон субдукции также различны вдоль и вкрест Курило-Камчатской ОД-системы. Здесь имеются участки с прямой и косой субдукцией, участки поддвигания Тихоокеанской плиты с нормальной и утолщенной океанической корой, а также зона стыка Курило-Камчатской и Алеутской дуг с трансформной границей между Тихоокеанской и Североамериканской плитами [4,6].

Под вулканической дугой понимается часть ОД или активной континентальной окраины, где проявляется вулканизм над зоной субдукции. В пределах Курило-Камчатской ОД-системы распространены, по крайней мере, три разновозрастных вулканических комплекса надсубдукционного типа (Рис. 23). На Западной Камчатке это палеоценовые покровные и субвулканические фации пород от андезибазальтов до дацитов, обнажающиеся в междуречье Коль - Большая Воровская (черепановская толща), и группы эоценовых вулканических и субвулканических комплексов формационного ряда от базальтов до риолитов, протягивающихся по западному побережью и Парапольскому долу [23].

В пределах Срединного хребта Камчатки и на Юго-Восточной Камчатке широко распространены верхнеолигоцен-миоценовые эффузивно-экструзивные и пирокластические комплексы пород от базальтов до дацитов и риодацитов с преобладанием андезитов и андезидацитов. Среди них встречаются породы как нормального, так и щелочного ряда - трахибазальты, трахиандезиты и др. Подробная геологическая и петрогеохимическая характеристика этих пород приведена в работах В.С. Шеймовича, М.Г. Патоки [22,15] и Н.В. Огородова с соавторами [21]. Аналогичные вулканические породы ОД-типа распространены и на островах Большой Курильской гряды [15,19,24].

В этих же районах, а также на Восточной Камчатке распространены и плиоцен-четвертичные вулканогенные ОД-комплексы (см. рис 23). Состав пород меняется от базальтов до риолитов, однако, соотношения пород разного состава в Курильском и Камчатском сегментах системы различны [13,11, 16,24]. На Курилах, в целом, преобладают андезибазальты и андезиты (60-70%), тогда как на Камчатке наиболее распространены базальты и основные андезибазальты (~50%) при более высокой доле кислых пород по сравнению с Курилами [13,22].

Как уже отмечалось выше, необычным является то, что в составе позднекайнозойских вулканических пород Камчатки встречаются лавы внутриплитного геохимического типа, выявленные и изученные О.Н. Волынцом [19]. Среди внутриплитных вулканических серий Камчатки установлены K-Na щелочнобазальтовая (позднемиоценового возраста на Восточной Камчатке); K-Na щелочнооливинбазальтовая (плиоценового возраста на Восточной Камчатке и позднеплиоцен-голоценового возраста в Срединном хребте - в виде зоны ареального вулканизма); K-Na базальт-комендитовая (плиоцен-раннеплейстоценового возраста в Срединном хребте); К-щелочнобазальтовая и шошонит-латитовая (позднемиоцен-плиоценового возраста на Западной Камчатке).

В пределах Курил и Южной Камчатки отчетливо проявлены две вулканические зоны - фронтальная и тыловая, параллельные глубоководному желобу, с зоной ослабления вулканической активности между ними [1,13]. В пределах вулканической дуги Восточной Камчатки вулканический пояс Центральной Камчатской депрессии является тыловой зоной по отношению к вулканитам Восточного хребта, которые относятся к фронтальной зоне. Во всяком случае, для этих зон в целом характерны такие же закономерности петрогеохимической зональности, как и для Курил и Южной Камчатки [12,13,21].

Принципиальным с точки зрения условий магмообразования является вопрос о природе миоцен-четвертичного вулканического пояса Срединного хребта. Одни авторы считают его отдельной вулканической дугой, связанной с самостоятельной зоной субдукции, которая в настоящее время прекратила свое существование, так как оказалась заблокированной в результате причленения к Камчатке Восточных полуостровов [4,5,21]. В ней так же, как и на Курилах, Южной и Восточной Камчатке выделяются две вулканические зоны. По мнению других авторов, вулканический пояс Срединного хребта связан с современной Курило-Камчатской зоной субдукции и является третьей вулканической зоной, тыловой по отношению к Восточной вулканической зоне и вулканической зоне Центральной Камчатской депрессии.

Гравиметрическая характеристика вулканических дуг

Гравитационное поле Курило-Камчатской системы дуга - желоб обладает основными характерными чертами таких систем, т.е. наличием сопряженных положительной и отрицательной аномалий в свободном воздухе. Положительная аномалия протягивается вдоль невулканической дуги, которой на Курилах соответствуют острова Малой Курильской гряды и их подводное продолжение, а на Камчатке - восточные полуострова. Положительная аномалия осложнена поперечными аномалиями пониженного поля вдоль крупных поперечных зон разломов в районе Авачинского залива на Камчатке и пролива Буссоль на Курилах. В этих районах наблюдается нарушение петрогеохимической зональности.

Положительная гравитационная аномалия характерна для зоны восточных полуостровов Камчатки так же и в редукции Буге.

Отличительной особенностью гравитационного поля Камчатки от других ОД и активных континентальных окраин является наличие двух отчетливых протяженных зон положительных гравитационных аномалий на участке от Малко-Петропавловской зоны поперечных дислокаций до зоны поперечных разломов, продолжающих на Камчатке Алеутское направление (Рис. 24). Одна зона, как было сказано выше, соответствует восточным полуостровам, другая - протягивается вдоль Центральной Камчатской депрессии. Кроме того, на Западной Камчатке имеется третья зона положительных аномалий, которая выражена менее отчетливо. По отношению к вулканическому поясу Срединного хребта вторая зона положительных аномалий занимает такое же положение, как и зона восточных полуостровов по отношению к Восточно-Камчатскому вулканическому поясу. Она соответствует почти полностью погребенному Хавывенскому поднятию северо-восточного простирания. В пределах этого поднятия максимальное значение силы тяжести наблюдается на одноименной возвышенности, сложенной кристаллическими сланцами основного состава и серпентизированными гипербазитами. В пределах аномальной зоны обнажается также толща подушечных базальтов и туфов, прорванных крупным телом габброидов с плотностью 3,05 г./см3. Остальные участки аномальной зоны Хавывенской возвышенности закрыты чехлом кайнозойских вулканогенно-терригенных пород, в связи с чем интенсивность положительной гравитационной аномалии несколько убывает. Тем не менее, только наличием пород высокой плотности нельзя объяснить мощный гравитационный эффект [7]. На наш взгляд, это свидетельствует в пользу того, что вулканический пояс Срединного хребта сформировался над самостоятельной зоной субдукции, для которой Хавывенское поднятие, так же как и о. Карагинский на его северо-восточном продолжении, служили фронтальной (невулканической) дугой. В этом случае положительная гравитационная аномалия является в значительной мере остаточной, обусловленной нарушением изостазии в период субдукции. В пользу того, что Хавывинское поднятие являлось фронтальной дугой, свидетельствует и наличие ультраосновных пород, обычных для таких структур.

Плотностное моделирование по профилю вкрест п-ова Камчатка свидетельствует о том, что в случае введения в модель двух относительно плотных погружающихся слоев с эффективной плотностью +0,08: +0,1 г/см3, и двух зон разуплотнения (-0,08: -0,1 г/см3) - предполагаемых участков магмообразования, форма и интенсивность расчетной гравитационной аномалии близка к наблюденной.

Свидетельством самостоятельности зоны субдукции под Срединный хребет является также погребенный палеожелоб, который фиксируется по отрицательной гравитационной аномалии в свободном воздухе вдоль подножия континентального склона восточнее о. Карагинский [24,9]. На Камчатке этой зоне субдукции, вернее, осевой зоне палеожелоба, соответствует Тюшевский прогиб и зона надвига Гречишкина [21].

Сегмент с двумя разновозрастными зонами субдукции ограничен с юга Малко-Петропавловской зоной поперечных дислокаций, а с севера - глубинными разломами Алеутского направления. По этим разломам в плиоцене произошел перескок зоны субдукции на современное ее положение. По мнению В.П. Трубицина с соавторами [21], субдукция под северный отрезок Срединного хребта была наведенной, так как сформировавшаяся в эоцене Алеутская дуга отделила Берингово море от Тихоокеанской плиты.

Третья зона положительных аномалий Западной Камчатки, вероятно, соответствует палеогеновой островодужной системе, вернее, ее фронтальной дуге (см. рис. 24). Во всяком случае, западнее этой зоны располагается палеогеновый вулканический пояс (см. рис. 23).

Природа проявления современного вулканизма Срединного хребта

Как было сказано выше, о природе вулканического пояса Срединного хребта существуют две точки зрения. По одной из них его формирование связано с современной зоной субдукции [18,23,15], по второй - вулканический пояс Срединного хребта является самостоятельной вулканической дугой над более древней зоной субдукции [4,5,24]. Вопрос о природе этого вулканического пояса, с одной стороны, является ключевым для реконструкции истории тектонического развития Курило-Камчатской островодужной системы, а с другой стороны - ключевым для понимания процессов магмообразования, связанных с субдукцией. Подробный анализ аргументации обех точек зрения дан нами в отдельной статье [6], где показано, что предпочтительней является вторая точка зрения. Об этом свидетельствуют следующие данные:

1. Пространственно структурное размещение вулканических поясов и отсутствие миоценовых вулканических пород ОД-типа на Восточной Камчатке (см. рис. 23) свидетельствует о том, что вулканические пояса Срединного хребта и Восточной Камчатки (вместе с поясами Центральной Камчатской депрессии) являются самостоятельными вулканическими дугами. Более того, в пределах вулканической дуги Срединного хребта шириной более 100 км, так же как и на Южной Камчатке и Курилах, выделяются фронтальная и тыловая вулканические зоны с зоной ослабления вулканической активности между ними.

2. Поперечная петрогеохимическая зональность вулканического пояса Срединного хребта аналогична таковой для других вулканических дуг с несколько более высоким уровнем содержания щелочей и некогерентных редких элементов.

3. Гравиметрические данные свидетельствуют об удвоении (а возможно и об утроении) систем - фронтальная невулканическая дуга (маркируемая поясом положительных аномалий) - вулканическая дуга (см. рис. 24 и 25).

4. Данные о пространственном распределении эпицентров землетрясений [6] свидетельствуют о том, что в зоне субдукции дуги Срединного хребта еще сохранились остаточные движения. Возможно, что движения еще не совсем прекратились и на участке между Малко-Петропавловской и Алеутской зонами поперечных разломов. Эти разломы являются трансформными, и по ним произошел перескок зон субдукции (рис. 25).

5. По гравиметрическим и сейсморазведочным данным, к востоку от о. Карагинский фиксируется палеожелоб, соответствующий зоне субдукции Срединного хребта [24,11].

3. Поствулканические явления и их влияние на экологию и жизнедеятельность региона

Вулканы - довольно опасные соседи человеческих поселений.

Многие вулканы имеют свои особенности и неповторимые приметы. Одни из них, поднимаясь со дна моря, не достигают поверхности океана, и их кратеры скрываются под водой. Извержения подводных вулканов рождают грозное явление природы - цунами. Тогда гигантские волны со скоростью до 500 км/ч устремляются к берегам и всей своей мощью обрушиваются на землю. Землетрясения - частое явление на Курилах - сильные и слабые, последнее сильное землетрясение было в 1994 г.

При затухании вулканической деятельности длительное время наблюдается ряд характерных явлений, указывающих на активные процессы, продолжающиеся в глубине. К их числу относятся выделение газов (фумаролы), гейзеры, грязевые вулканы, термы.

Фумаролы (вулканические газы).

После извержения вулканов длительное время выделяются газообразные продукты из самих кратеров, различных трещин, из раскаленных туфолавовых потоков и конусов. В составе поствулканических газов присутствуют те же газы группы галоидов, серы, углерода, пары воды и другие, что и выделяющиеся при вулканических извержениях. Однако нельзя наметить единую схему состава газов для всех вулканов.

Гейзеры - это периодически действующие пароводяные фонтаны. Свою известность и название они получили в Исландии, где наблюдались впервые. Помимо Исландии гейзеры широко развиты и на Камчатке. Каждый гейзер приурочен обычно к округлому отверстию, или грифону. Грифоны бывают различных размеров. В глубине этот канал, по-видимому, переходит в тектонические трещины. Весь канал заполнен перегретой подземной водой. Ее температура в грифоне может быть 90-98

градусов, в то время как в глубине канала она значительно выше и достигает 125-150 гр. и более. В определенный момент в глубине начинается интенсивное парообразование, в результате колонна воды в грифоне приподнимается. При этом каждая частица воды оказывается в зоне меньшего давления, начинается кипение и извержение воды и пара. После извержения канал постепенно заполняется подземной водой, частично водой, выброшенной при извержении и стекающей обратно в грифон; на некоторое время устанавливается равновесие, нарушение которого приводит к новому пароводяному извержению.

Высота фонтанирования зависит от величины гейзера.

Грязевые вулканы (сальзы).

Они иногда встречаются в тех же районах, что и гейзеры (Камчатка, Ява, Сицилия и др.). Горячие пары воды и газы прорываются к поверхности через трещины, выбрасываются и образуют небольшие выводные отверстия с диаметром от десятков сантиметров до одного метра и более. Эти отверстия заполнены грязью, представляющей собой смесь паров газов с подземными водами и рыхлыми вулканическими продуктами и характеризующейся высокой температурой (до 80-90 0).Так возникают грязевые вулканы. Густота, или консистенция, грязи определяет характер их деятельности и строения. При относительно жидкой грязи выделения паров и газов вызывают в ней всплески, грязь растекается свободно и при этом конус с кратером наверху не более 1-1,5 м, состоящий целиком из грязи. В грязевых вулканах вулканических областей помимо паров воды выделяется углекислый газ и сероводород.

«В зависимости от причин возникновения грязевые вулканы можно разделить на: 1) связанные с выделением горючих газов; 2) приуроченные к областям магматического вулканизма и обусловленные выбросами магматических газов». [4,13]. К таким относятся Апшеронский, Таманский грязевые вулканы. Среди антропогенных факторов, оказывающих воздействие на биологическое разнообразие северо-западной части Тихого океана наиболее критическими представляются следующие:

Чрезмерная эксплуатация морских биологических ресурсов и другие отрицательные эффекты рыболовства

Ущерб экосистемам в результате индустриального освоения шельфа

Ущерб экосистемам водосборных бассейнов

Чрезмерная эксплуатация морских билогических ресурсов и другие отрицательные эффекты рыболовства.

Планы широкомасштабного освоения морских нефтяных и газовых месторождений никогда не обсуждались ни в отношении инфраструктуры, необходимой для обеспечения экологической безопасности добычи углеводородов, ни в отношении альтернатив экономического развития (прибрежное рыболовство на устойчивой основе, использование наземных месторождений газа и гидротермальной энергии на Камчатке). Неочевидно также, принесет ли развитие морских нефтяных месторождений, осуществляемое по законодательно закрепленному принципу раздела продукции, какие-либо ощутимые выгоды местному населению. Добыча нефти и газа в море не единственная проблема, связанная с индустриальным развитием шельфовых и прибрежных районов. Ущерб, причиняемый экосистемам водосборных бассейнов и связанный со сведением лесов, лесными пожарами, добычей золота и других минеральных ресурсов, строительством дорог и трубопроводов, не только тяжело отражается на речных экосистемах, но и оказывает значительное воздействие на приустьевые участки моря. Повышенная эрозия и увеличение содержания выносимой реками взвеси, вынос загрязнителей отрицательно сказываются на режиме осадконакопления в эстуариях. Это приводит к значительному ухудшению условий питания рыб и птиц в приустьевых пространствах.

Все охарактеризованные выше процессы антропогенного воздействия на моря северо-западной части Тихого океана протекают на фоне глобальных изменений в атмосфере и гидросфере. Меняющаяся климатическая ситуация действует совокупно с разнообразными антропогенными факторами, модифицирует их воздействие на морские экосистемы, часто делая его еще более разрушительным.

4. Использование материалов выпускной квалификационной работы в школьном курсе географии

Урок географии в 6 классе по теме: «Вулканы»

Цель урока: сформировать у школьников представления об образовании, строении, типах вулканических извержений.

ХОД УРОКА

I. Проверка домашнего задания.

проводится в форме фронтального опроса. Ответы ребят комментируются и оцениваются.

II. Изучение новой темы.

1. Немного истории. Окунемся в глубь веков:

Учитель. В Тирренском море, недалеко от Италии есть небольшой остров Вулкано. Еще в незапамятные времена люди видели, как из вершины этой горы вырывались облака черного дыма, мерцал огонь и в небо, взлетали раскаленные камни. На этом же острове, по их предположениям находились владения бога огня и кузнечного ремесла - Вулкана. Он устроил на острове свою кузнецу и ковал стрелы для Дианы, громовые молнии Юпитеру, Доспехи Гераклу, щит Ахиллу…

А дым и огонь, вырывавшийся с вершины горы, по мнению древних римлян, свидетельствовал о том, что Вулкан раздувает мехами свой горн. Он ударяет молотом по наковальне и с горы доносится глухой рокот и лязг. С тех пор и начали люди называть огнедышащие горы - вулканами.

В 1947-1948 годах шведская морская экспедиция Средиземном море к югу от острова Крит, а в 1956-1958 годах в Критском, Ионическом, Эгейском морях обнаружила два слоя вулканического пепла. По вычислениям специалистов, нижний слой отложился около 25 тысяч лет назад, верхний - во II тысячелетии до нашей эры. Оба слоя связаны с извержениями, расположенного в этом районе вулкана Санторин. Подробности первого извержения теряются в седой древности веков. Второе произошло в богатую историческими событиями эпоху древнего заселения Греческого архипелага. Вулкан Санторин ныне затоплен морем; он находился в 120 километрах к северу от Крита.

Около 1400 года до нашей эры произошло извержение Санторина, которое разрушило остров Стронгили. Взрывом, сопровождавшим это извержение, была снесена центральная часть острова и на ее месте возникла гигантская (поперечником 11 километров, глубиной до 300 метров ниже уровня моря) Кальдера (кратер), в которую проникло море. Ученые считают, что взрыв Санторина был наиболее грандиозной вулканической катастрофой. Из жерла вулкана изверглось огромное количество пепла, который покрыл разрушенный остров слоем толщиной более 30 метров.

На острове Анафи, в 20 километрах к востоку от Стронгили, вал цунами достиг высоты 250 метров. Через 20-30 минут после извержения он обрушился на остров Крит, а через 3 часа достиг северных берегов Африки и устья реки Нил.

События, связанные с извержением Санторина встречаются в Египетских литературных памятниках. Есть такие свидетельства: «Хаос царил кругом… В течение 9 дней не было выходов из дворцов. Эти 9 дней прошли в бедствии и бурях. Никто - ни бог, ни человек - не мог видеть лица друг друга». «…Этот день был днем гнева и бедствий, днем мрака, тумана, днем непроницаемой тьмы… Вода пришла с севера, поднялась огромным потоком и залила страну…»

Пожалуй, наиболее ярко впечатление от извержения Санторина выражены в мифе о борьбе Зевса с Тифоном. Тифон, сын богини земли Геи и бога подземного царства Тартар, был стоглавым чудовищем, жившем в недрах земли. Он плевал огнем, ревел сильнее быка и льва.

Земля колебалась под его шагами. Зевс бросал в Тифона 1000 молний, моря кипели, земля и небесный свод сотрясались. От тела убитого Тифона исходил жар, который плавил все кругом. Последние годы стала популярна гипотеза о том, что миф об Атлантиде с ее высокой цивилизацией бронзового века, погребенной морем, может иметь свои корни в великом извержении Санторина.

2. Вулканы и продукты вулканических извержений.

Вулкан - (от лат. Vulcanus - огонь, пламя), геологическое образование возникающее над каналами и трещинами в земной коре, по которым на земную поверхность извергается лава, пепел, горячие газы, пары воды и обломки горных пород.

Продукты вулканических извержений:

Газы.

Водяной пар.

Сероводород.

Вулканический пепел.

Вулканические бомбы.

3. Строение вулкана.

Вниманию ребят представлен рисунок - строение вулкана. Учитель дает описание по каждой части вулкана.

Кратер - вершина вулкана. Диаметр бывает от нескольких десятков метров, до двух и более километров.

Жерло - идет вглубь от кратера, по нему поднимается магма.

Очаг вулкана - расположен в глубине земли.

Лава - излившаяся на поверхность магма. Температура 750 - 1250оС. Скорость течения 300 - 500 метров в час.

4. Типы вулканических извержений

Учитель дает характеристику каждому типу вулканических извержений. В ходе объяснения учитель на карте показывает примеры вулканов данного типа.

Гавайский тип. Кратер этих вулканов, словно огненные озера всегда заполнены лавой. Во время дождя, когда водяные капли падают на раскаленную поверхность, лавовое озеро окутывается клубами пара. Брызги раскаленной лавы взлетают на высоту 100-150 метров, а иногда и 1000 метров. Извержение усиливается, и лава переполняет озеро. Быстрый поток жидкой лавы, словно огненная река, стекает по склонам горы.

Пелейский тип. Лава вулканов этого типа очень вязкая, она застывает прямо в жерле и не дает выхода газовым парам. В результате происходит сильнейший взрыв, а затем гигантская туча раскаленных газов и пепла вырывается наружу. Она стремительно мчится по склону, уничтожая все на своем пути.

Везувианский тип. (Показана репродукция картины «Последний день Помпеи» К. Брюллова). В начале извержения над вулканом поднимается гигантское облако, состоящее из газов и пепла. Гигантский пеплопад обрушивается на прилегающую территорию. Толщина выпавшего слоя пепла достигает нескольких метров, именно горячий вулканический пепел во время извержения в 79 г.н.э. засыпал и уничтожил 3 римских города. В том числе, трагически известную Помпею.

Учитель. Прошу еще раз выделить существенные признаки типов вулканов?». (Ответы детей)

5. Виды вулканов.

Действующие - вулканы, которые извергались в наши дни или в историческое время. (На Камчатке).

Уснувшие - об их деятельности не сохранилось сведений, но иногда они начинают действовать.

Потухшие - бездействуют много тысяч лет. (Крым, Забайкалье).

6. Это интересно.

Дети выступают с сообщениями по темам:

1. Крупнейшие вулканы планеты.

2. Красиво, хотя и опасно.

3. Взрывные волны обогнули земной шар.

4. Лава все сжигает на своем пути.

5. Исландия - страна вулканов.

6. Горячее озеро - Киву.

7. Вулканы и космос.

III. Закрепление. Викторина.

Ответы детей на вопросы викторины.

1. Сложный процесс, при котором магма поднимается из недр земли, прорывая земную кору, изливается на поверхность? (Вулканизм)

2. Что такое лава? (Излившаяся на поверхность магма)

3. Что такое кратер вулкана? (Впадина, находящаяся на вершине вулкана)

4. Что такое жерло? (Канал, по которому поднимается магма)

5. Назовите продукты вулканических извержений? (Газы, водяной пар, сероводород, углекислый газ, вулканический пепел, вулканические бомбы, частицы горных пород)

6. Перечислить типы вулканических извержений? (Гавайский тип, пелейский тип, везувианский тип)

7. Виды вулканов? (Действующие, уснувшие, потухшие)

IV. Итог урока.

Вниманию детей представлен кинофрагмент - извержение вулкана.

Учитель. Итак, сегодня в ходе урока нам ребята удалось сформировать представления об образовании, строении, типах вулканических извержений. Спасибо всем за работу. Учитель дает каждому ученику оценку, которую аргументирует.

V. Домашнее задание.

Тему «Вулканы и вулканические извержения» - проработать.

Творческое задание: Изготовить макет вулкана.

Заключение

Современную структуру Курило-Камчатской гряды определяют разновозрастные вулканические пояса, которые представляют собой вулканические дуги над зонами субдукции. В конце олигоцена - миоцене существовала Срединно-Камчатско-Курильская система дуг. В пределах Срединно-Камчатской дуги этой системы, располагавшейся на месте современного Срединного хребта Камчатки, отчетливо проявлена вулканическая дуга, реконструируются тектоническая (невулканическая) дуга и глубоководный желоб, северная часть которого в пределах запада Командорской котловины проявляется в виде погребенного под осадками желоба, а также фиксируируется по современным гравиметрическим и сейсмологическим данным. Современные сейсмологические данные свидетельствуют о том, что в настоящее время, возможно, еще наблюдаются небольшие подвижки в зоне субдукции этой системы.

В соответствии с тектонической историей островодужного этапа развития региона и геодинамическими параметрами зоны субдукции выделяются следующие районы (сегменты) современной Курило-Камчатской островодужной системы: Срединно-Камчатский, Восточно-Камчатский, Северо-Курильский, Центрально-Курильский и Южно-Курильский. Восточно-Камчатский сегмент является примером начального этапа субдукции, Срединно-Камчатская дуга - примером затухания субдукции, а для остальных районов характерен стационарный режим субдукции с разными геодинамическими параметрами. Современные действующие вулканы представляют собой яркое проявление эндогенных процессов, доступных непосредственному наблюдению, сыгравшее огромную роль в развитии географической науки. Однако изучение вулканизма имеет не только познавательное значение. Действующие вулканы наряду с землетрясениями представляют собой грозную опасность для близко расположенных населенных пунктов. Моменты их извержений приносят часто непоправимые стихийные бедствия, выражающиеся не только в огромном материальном ущербе, но иногда и в массовой гибели населения. Так современные действующие вулканы, характеризующиеся интенсивными циклами энергичной эруптивной деятельности и представляющие собой, в отличие от своих древних и потухших собратьев, объекты для научно- исследовательских вулканических наблюдений, наиболее благоприятные, хотя далеко не безопасные.

Чтобы не сложилось впечатления, что вулканическая деятельность приносит только бедствия, следует привести такие краткие сведения о некоторых полезных сторонах.

Огромные выброшенные массы вулканического пепла обновляют почву и делают ее более плодородной. Выделяющиеся в вулканических областях пары воды и газы, пароводяные смеси и горячие ключи стали источниками геотермической энергии. С вулканической деятельностью связаны многие минеральные источники, которые используются в бальнеологических целях.

Продукты непосредственной вулканической деятельности - отдельные лавы, пемзы, перлит и др. находят применение в строительной и химической промышленности. С фумарольной и гидротермальной деятельностью связано образование некоторых полезных ископаемых, таких, как сера, киноварь, и ряд других. Вулканические продукты подводных извержений являются источниками накопления полезных ископаемых таких, как железо, марганец, фосфор и др.

Вулканизм, как процесс, до конца не изучен и перед человечеством еще много не разгаданных загадок.

А изучение современной вулканической деятельности имеет важное теоретическое значение, так как помогает понять процессы и явления, происходившие на Земле в давние времена.

Библиография

1. Авдейко Г.П., Бондаренко В.И., Палуева А.А., Рашидов В.А., Романова И.М. Геофизические исследования подводных вулканов Курильской островной дуги: состояние, итоги, перспективы // Материалы ежегодной конференции, посвященной Дню вулканолога. 30 марта-1 апреля 2005 г. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2005. С. 3-7.

2. Авдейко Г.П., Гавриленко Г.М., Черткова Л.В. и др. Подводная газогидротермальная активность на Северо-Западном склоне о. Парамушир (Курильские острова) // Вулканология и сейсмология. 1984. №6. С. 66-81.

3. Баснак В.В., Дубровский В.Н., Селиверстов Н.И. Аппаратурный комплекс НСП на НИС «Вулканолог» // Вулканология и сейсмология. 1981. №1. С. 93-103.

4. Безруков П.Л., Зенкевич Н.Л., Канаев В.Ф., Удинцев Г.Б. Подводные горы и вулканы Курильской островной гряды // Труды Лаборатории вулканологии. 1958. Вып. 13. С. 71-88.

5. Бондаренко В.И. Строение вулканической бухты кратерная (Курильские острова) по данным сейсмоакустических исследований // Вулканология и сейсмология. 1986. №5. С. 96-101.

6. Бондаренко В.И. Новая подводная кальдера у о-ва Онекотан (Курильские острова) // Вулканология и сейсмология. 1990. №3. С. 92-95.

7. Бондаренко В.И. Сейсмоакустические исследования кальдеры Львиная Пасть // Вулканология и сейсмология. 1991. №4. С. 44-53.

8. Бондаренко В.И., Рашидов В.А., Селиверстов Н.И., Шкира В.А. Подводный вулкан к западу от о-ва Парамушир // Вулканология и сейсмология. 1994. №1. С. 13-18.

9. Бондаренко В.И., Рашидов В.А. Вулканический массив Черных Братьев (Курильские острова) // Вулканология и сейсмология. 2003. №3. С. 35-51.

10. Бондаренко В.И., Рашидов В.А. О возможной подводной вулканической активности в районе островов Черные Братья (Курильские острова) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2003. №2. С. 80 - 88.

11. Бондаренко В.И., Рашидов В.А. Новые данные о морфологии подводных вулканических хребтов Гидрографов и Броутона (Курильская островная дуга) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2004. №4. С. 51-58.

12. Брусиловский Ю.В., Иваненко А.Н., Рашидов В.А. Анализ магнитного поля трех позднекайнозойских подводных вулканов в северной части Курильской островной дуги. // Вулканология и сейсмология. 2004. №2. С. 73-83.

13. Геолого-геофизический атлас Курило-Камчатской островной системы // Под ред. К.С. Сергеева, М.Л. Красного. Л.: ВСЕГЕИ, 1987. 36 листов.

14. Кочергин Е.В., Павлов Ю.А., Сергеев К.Ф. Геомагнитные аномалии Курильской и Рюкю островных систем. М.: Наука, 1980. 126 с.

15. Красный М.Л. Геофизические поля и глубинное строение Охото-Курильского региона. Владивосток: Из-во ДВО РАН, 1990. 162 с.

16. Международный геолого-геофизический атлас Тихого океана. Удинцев Г.Б. (ред.). МОК (Юнеско), РАН, ФГУП ПКО «Картография», ГУНиО, Москва - Санкт-Петербург, 2003. С. 192 с.

17. Остапенко В.Ф. Некоторые аспекты новейшей истории прикурильской части Охотского моря в свете изучения подводных вулканов этого региона // Вулканизм Курило-Камчатского региона и о. Сахалин. Южно-Сахалинск: Изд-во ДВНЦ АН СССР. 1976. С. 34-74.