Лахары Камчатки

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

ЛАХАРЫ КАМЧАТКИ

Содержание

Введение

1. Лахар - один из видов селей

2. Методика и история изучения лахаров

3. Условия формирования лахаров

4. Виды лахаров и механизмы их формирования

4.1 Лахары гляциально-вулканического генезиса на примере Ключевского вулкана

4.1.1 Геолого-геоморфологическое строение Ключевского вулкана

4.1.2 Вулканические условия формирования лахаров Ключевского вулкана

4.1.3 Механизмы формирования водной составляющей лахаров Ключевского вулкана

4.2 Лахары нивально-вулканического генезиса на примере вулкана Шивелуч

4.2.1 Геолого-геоморфологическое строение вулкана Шивелуч

4.2.2 Вулканические условия формирования лахаров вулкана Шивелуч

4.2.3 Механизмы формирования водной составляющей лахаров вулкана Шивелуч

5. Влияние лахаров на окружающую среду и жизнедеятельность человека

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Сель - стремительный русловой поток, состоящий из смеси воды, грязи, обломков горных пород различных фракций, а так же льда и снега. Двигаясь с большой скоростью, сели на своем пути нередко производят крупные разрушения.

Но один из наиболее опасных видов селей - лахары, селевые потоки, являющиеся завершающей стадией в цепи катастрофических процессов при извержениях вулканов, которые сильно отличаются от лавовых и пирокластических потоков, поскольку их свойства определяются наличием воды.

Механизм возникновения водного импульса селеформирования в условиях сверхвысоких температур чрезвычайно сложен. В данной работе рассмотрены два основных механизма формирования селей, которые предложено называть гляциально-вулканическим и нивально-вулканическим на основе Ключевского вулкана, и вулкана Шивелуч, находящихся в стадии интенсивной активности и различающихся по характеру извержения, и, как следствие, геолого-геоморфологическому строению с селеформирующими факторами соответственно.

Цель данной работы - исследование основных видов лахаров и механизмов их формирования, которая достигается при решении следующих задач:

1. Рассмотреть основные условия формирования лахаров.

2. Изучить геолого-геоморфологическое строение вулканов.

3. Выявить вулканические условия формирования лахаров.

4. Рассмотреть механизмы формирования водной составляющей лахаров.

1. Лахар - один из видов селей

Селевые потоки - потоки, состоящие из большой массы текущей воды и продуктов выветривания. [2]

Толчком для возникновения селя могут быть:

1. Интенсивные и продолжительные ливни;

2. Быстрое таяние снегов и ледников;

3. Землетрясения и вулканическая деятельность;

4. Прорыв озерных кратеров.

К возникновению селевых потоков часто приводят иантропогенные факторы: проводимые на склонах вырубка лесов, взрывные работы, разработка карьеров, массовое строительство.

Сели по гранулометрическому составу делят на:

1. Водо-каменные

2. Грязевые

3. Грязекаменные

4. Водоснежные

5. Водоледяные

По мощности выделяют 3 группы селей:

a. Мощные, с выносом к подножию гор более 100 тыс. м³ (периодичность примерно 1 раз в 5-10 лет);

b. Средние, с выносом к подножию гор 10-100 тыс. м³ (периодичность примерно 1 раз в 2-3 года);

c. Слабые, вынос менее 10 тыс. м³.

По генезису выделяют следующие виды селей:

1) Альпийский тип ? быстрое сезонное таяние снега, приводящее к возникновению селей (более всего распространены в США, Канаде, Андах, Альпах, Гималаях);

2) Селевые потоки пустынного типа в засушливых или полузасушливых областях при внезапных обильных ливнях (более всего распространены в Аризоне, Неваде, Калифорнии);

3) Лахары ? селевые потоки вулканического происхождения. [3]

Слово «лахар» имеет индонезийское, а именно, яванское происхождение. В различных частях Индонезии использовались и другие местные названия вулканогенных селей: на Суматре - «банджир», на Яве, вулкане Семеру - «бузук», однако эти наименования не получили широкого распространения. Само слово «лахар» на русском языке стало использоваться после публикации перевода книги Рейнаут ван Беммелена.

Вулканические сели - самые мощные среди всех типов селей суши. Длина их пути достигает 300 км, объем перемещенных обломочных масс - 500 млн/мі, толщина отложений - 20 м. Вулканические сели отличаются непостоянством пути схода; участвуют в формировании вулканогенно-пролювиальных вулканов. [4]

По видам лахаров различают холодные лахары, которые не связаны непосредственно с извержение вулканов, и возникающие, например, из-за ливневых дождей в тропических странах, или прорывов кратерных озер при разрушении стенок кратеров. Кроме этого, существуют горячие лахары - это потоки, состоящие из пирокластического материала, с большим количеством пепла, и смешанным с водой, образованных из-за таяния ледников или быстрого таяния снега в ходе извержений вулканов. [5]

2. Методика и история изучения лахаров

Случаи вулканогенных селей известны с давних времен. Так, с ними могут быть связаны некоторые фразы из Библии, упоминания из книги пророка Иезекииля, фразы из Нового Завета.

Многие исследователей полагают, что первым, документально зарегистрированным лахаром был поток, накрывший город Геркуланум во время описанного древнеримским политическим деятелем Плинием Младшим извержения Везувия в 79 г. н.э. Тогда, по оценкам погибло около 16 тыс. человек из за обильного выпадения пепла и лахар, температура которых доходила до 700 єС. [6] Впоследствии на склонах Везувия неоднократно формировались грязевые потоки. Наиболее мощные из них были в 1631, 1794, 1872 г.

После извержения вулкана Келуд в Индонезии в 1919 г., при котором в результате прорыва кратерного озера погибло 5000 человек, была создана вулканологическая служба Нидерландских Восточных Индий. Термин «лахар», видимо, впервые был введен в научный оборот сотрудниками службы Г.Л. Кеммерлингом и Б.Г. Эшером и получил дальнейшее распространение в работах К.Г. Шмидта, голландского геолога Р.В. ван Беммелена и других авторов. [1]

В настоящее время вулканогенные селевые потоки активно изучаются в Новой Зеландии, США, Индонезии, Перу, Эквадоре, Мексике, на Филиппинах и в других вулканических районах.

В России вулканогенные селевые потоки изучались при исследовании извержений вулканов Камчатки. Еще в XVIII веке была известна особенность, присущая вулканическим районам Камчатки - феномен «сухих» рек, то есть водотоков, текущих с вулканов, которые появляются в основном летом в связи с таянием снега. Так географ С.П. Крашениников в своем труде «Описание Земли Камчатки» писал: «Третия речка тем знатна, что течет из-под самой горы огнедышащей, которой подножье в том месте до самой реки Камчатки простирается. Вода в ней бывает токмо летом от тающего на горе снегу, которая густа и беловата цветом. Дно ея черноватым песком покрыто, от чего она получила и название: ибо Биокось на Камчатском языке значит черной песок». [7]

Формирование наносоводных селей по руслам «сухих» рек в периоды снеготаяния изучалось в ХХ веке рядом исследователей: вулканологоми А.А. Былинкиной, Т.С. Краевой, Ю.А. Евтодьевым. Начиная с 1935 г. проводились изучения лахаров и их отложений при крупных извержениях, а также анализ отложений и оценка риска вулканолагами и исследователями. Изучались вопросы взаимодействия вулканизма и оледенения, имеющие непосредственное отношение к возникновению селей.

Однако нельзя не отметить, что основные исследования селей в Советском Союзе были сосредоточены в районах, где отсутствует современный вулканизм - Центральной Азии, на Кавказе, в Крыму, Карпатах, Южной Сибири. Поэтому специфика вулканических селей не нашла отражения в методических руководствах, разработанных в те годы. Между тем, особенности лахаров, отличающие их от «традиционных» селей, требуют разработки специального подхода к их изучению. [1]

Для современного изучения селевых потоков используются как полевые исследования с использованием современных технологий. К методам изучения вулканогенных селей относится полевое картографирование геолого-геоморфологических условий селеформирования на местности с привязкой к топографической основе, дешифрирование космических снимков. В полевых условиях прослеживается динамика селевых процессов по оставленным следам их схода, с описанием разрезов отложений. Проводится отбор проб мелкоземистого заполнителя всех типов рыхлообломочных и собственно селевых отложений для физикомеханического анализа с целью определения их отличий, необходимых для идентификации границ распространения древних лахаров.

В XX и XXI столетиях на Камчатке произошло немало извержений вулканов, которые сопровождались грандиозными по масштабам паводками и селевыми потоками. Их предпосылками являлись разрушения и подвижки ледников, уничтожение кратерных и других озёр, внутриледниковые излияния лав и катастрофически быстрое таяние льда и снежного покрова. Цепь действующих вулканов, на склонах которых зарождаются грандиозные селевые потоки, протянулась на Камчатке на 700 км (Рисунок 1). Прилегающие к ним обширные территории селеопасны.

Рисунок 1 - Карта вулканов Камчатки

3. Условия формирования лахаров

По масштабам селевых процессов, максимальные объемы выносов которых достигают сотен миллионов тонн, вулканические районы являются приоритетными в сравнении с большинством горных территорий. Это связанно с эндогенными проявлениями вулканической деятельности, формирующими рельеф, особый тип отложений и оказывающими влияние на некоторые особенности климата и распределение снежно-ледового покрова. Всё это в комплексе предопределяет крайне активное развитие эрозионно-селевых процессов.

Особенности образования вулканогенных селей, возникающих в связи с активным вулканизмом, можно рассмотреть на примерах вулканов Ключевской и Шивелуч. Они находятся в самой крупной на Камчатке Северной группе вулканических сооружений, отличающейся преобладанием молодых вулканов и вулканогенно-осадочных отложений четвертичного возраста, что объясняется их расположением в зоне новейших и современных тектонических опусканий. Большую часть площади данной зоны, 6500 км², занимает Ключевская группа, включающая 13 вулканов (Рисунок 2). Из них действующими являются Ключевской, Безымянный, Плоский Толбачик, Ушковский. В нескольких десятках километров к северу от них расположен вулкан Шивелуч. Они относятся к пирокластическим стратовулканам, конусы которых на 70-80% сложены пирокластикой и на 20-30% лавой. [1]

Все предпосылки, необходимые для активного развития селевых процессов, выражены здесь превосходно.

Перепад высот от очагов зарождения к аккумуляции селевой массы превышает 3000 м. Уклоны, по которым происходит транспорт селевого материала, изменяются от начальной фазы формирования к его распаду от 45 до 4-5°. Физикомеханические свойства грунтов, состоящих из сыпучего материала - вулканического песка, шлаков и пепла, обеспечивают им высокую подвижность при взаимодействии с потоками вод. Паводки, проявляющиеся ежедневно в период снеготаяния ко второй половине дня по руслам «сухих» рек, приобретают селевой режим.

Рисунок 2 - Интерактивная карта вулканов Ключевской группы: 1-- Ключевской; 2 -- Камень;3 -- Ушковский; 4 -- Крестовский; 5 -- Острый Толбачик; 6 -- Плоский Толбачик; 7 -- Безымянный; 8 -- Острая Зимина; 9 -- Овальная Зимина; 10 -- Большая Удина; 11 -- Малая Удина; 12 -- Средняя; 13 -- Горный Зуб.

Источниками водной составляющей селей являются талые воды сезонного и круглогодичного снежно-фирнового покрова, а также ледников, снежников и ливневых осадков. Камчатский полуостров относится к зоне избыточного увлажнения, хотя распределение осадков здесь крайне неравномерно. Их среднемноголетние суммы колеблются от 400 до 2000 мм. Максимальное количество ливневых осадков достигает 60-70 мм. Основной особенностью климата является существенное преобладание зимних осадков, формирующих мощный снежный покров в горных районах. В среднем его мощность к началу сезона снеготаяния достигает 2-3 м, а на седловинах вулканов, которые являются областями аккумуляции ледников, до 10-15 м. [8]

Вулканические районы Камчатки, благодаря большим высотам и особенностям климата, а именно многоснежности зим, особенно благоприятны для существования ледников. Здесь находится 415 ледников площадью 880 км². Один из самых крупных узлов оледенения площадью 43 км², находится в Ключевской группе вулканов. Её основу составляет ледник, заполняющий кальдерную систему массива вулканов Ушковский и Крестовский. Этот ледник служит областью питания кальдеродолинных ледников на северо-западных склонах, а на востоке существенно восполняет запасы зоны аккумуляции крупнейших ледников Камчатки - Эрмана и Богдановича. [1]

Интенсивное таяние снега и ледников во время извержений является причиной формирования грандиозных селей. Поэтому в большинстве случаев они формируются в зимнее время и особенно катастрофичны в начале весны.

4. Виды лахаров и механизмы их формирования

Причиной образования основных видов вулканогенных селей гляциально-вулканического и нивально-вулканического генезиса служат явления, связанные с извержением вулкана. Подробнее данные генетические механизмы зарождения селей можно рассмотреть на примере вулканов Ключевской и Шивелуч соответственно.

4.1 Лахары гляциально-вулканического генезиса на примере Ключевского вулкана

Лахары гляциально-вулканического генезиса образуются, главным образом, из-за таяния ледников, которые возникают в связи с извержением вулканов.

4.1.1 Геолого-геоморфологическое строение Ключевского вулкана

Вулкан Ключевской является одним из самых активных вулканов мира и самым высоким из действующих на евроазиатской территории (Рисунок 3). В среднем за год он поставляет на поверхность 60 млн. т обломочного материала, почти половину от среднегодового выноса в пределах Курило-Камчатского вулканического пояса. Его формирование началось в голоцене, около 5000 г. до н.э., отложениями мощных толщ лавово-пирокластического материала.

В результате активной вулканической деятельности современный конус вулкана сформировался достаточно быстро и приобрёл ярко выраженную конусообразную форму, с плавно изменяющейся крутизной склонов. Основание конуса сопрягается с обширным равнинным поясом, сформированным паводочными водотоками и лахарами из переотложенных продуктов его вулканической деятельности. Сейчас относительная высота его крутосклонного конуса составляет 3200 м, а площадь основания, включая равнины, порядка 1000 км². [9] Около 4000 лет назад вулкан достиг своего максимального объёма и высоты, именно тогда на его склонах и у подножия начались извержения побочных конусов, часть из которых происходила под ледниками, вызывая их подвижки и лахары.

Рисунок 3 - Ключевской вулкан

Западный и восточный секторы Ключевского вулкана значительно различаются по комплексу природных условий, определяющих процессы селеформирования.

Западный сектор Ключевского примыкает к массиву покрытых ледниками вулканов Ушковский и Крестовский, и на юге к потухшиму вулкану Камень, что и определяет его отличие от восточного сектора (Рисунок 4). Обширная седловина между Ключевским и Крестовским является зоной аккумуляции ледников Эрмана и Богдановича. На высотных отметках 2800-2600 м эта мощная гляциальная система полностью обрамляет западный сектор Ключевского вулкана.

Запасы фирна и льда в ней постоянно восполняются за счёт притока от кальдерного ледника, площадью более 20 км², занимающего конус вулкана Ушковского. Одновременно в область аккумуляции фирно-ледовой толщи непрерывно поступают продукты извержений и склоновых процессов активно действующего Ключевского вулкана, которые трансформируются во внутренние и поверхностные морены. Большая их часть сбрасывается по Крестовскому желобу. Содержание обломочного материала в теле ледников достигает 20-30%, а на их поверхности образуется сплошной моренный чехол. Таким образом, основной функцией западного сектора в цикле селеформирования является подготовка ледников Эрмана и Богдановича, которая заключается в единовременной консервации в аккумулятивной зоне как жидкой, так и твёрдой фаз будущих селевых процессов.

Ледник Эрмана широким потоком длиной 16 км спускается на северо-восток до высоты 1200 м. В зоне аккумуляции между склонами вулканов Ключевским, Ушковским и Камнем зарождается ледник Богдановича, узкая и длинная лента которого заканчивается на высоте 1500 м. На юго-восточном склоне расположен ледник Шмидта.

Перегруженность твёрдым материалом и отепляющее воздействие геотермического потока являются предпосылками неустойчивого состояния ледников, способствующими подвижкам при извержениях Ключевского вулкана и образованию лахаров.

Восточный сектор является ареной побочных извержений. В его пределах расположены малые ледники Влодавца, Сопочный и Келля, радиально спускающиеся по склону в пределах высот от 3000 до 1000 м.

На севере восточный сектор ограничен ледником Эрмана, а на юге - ледниками Богдановича и Шмидта. В отличие от западного сектора, в его свободных от ледникового покрова склонах представлен комплекс вулканогенно-осадочных отложений за продолжительный цикл развития вулкана.

Здесь склоны ниже отметок 2800-2600 м сложены рыхлым разуплотнённым материалом и легко подвергаются водной эрозии. Поэтому среди экзогенных рельефообразующих процессов ведущими являются селевые потоки. Механизм их образования прослеживается от начального импульса - к накоплению и транзиту грязекаменной массы в пределах вулканической постройки и её распаду на поверхности аккумулятивной равнины.

Рисунок 4 - Карта окрестностей Западного сектора Ключевского вулкана

При амплитуде почти 5000 м здесь выделено 5 высотных поясов с различным вкладом в процессы селеформирования (Рисунок 5).

· Первый высокогорный пояс (5000-3000 м).

Высокогорная привершинная часть конуса Ключевского вулкана является первичной зоной зарождения лахаров. Покров молодого купола сложен толщей вулканогенных образований, которая покрыта льдом и снежным покровом. Образование грязевых потоков происходит при каждом типе извержений в результате взаимодействия жидкой лавы, раскалённых лавин со снежным покровом и льдистым агломератом. При средних и слабых извержениях лавы, лавины и грязевые потоки распластываются в пределах крутосклонной части вулканического конуса. Во время сильных извержений мощные лахары распространяются на расстояние до 30-35 км от вершинного кратера за пределы вулканической постройки.

· Второй высокогорный пояс (3000-1800 м).

Представляет собой первоначальную зону вершинного купола от 35 до 25°. Она образована многочисленными лавовыми и пирокластическими потоками, которые образуют систему узких ложбин, котловин и выемок, называемых барранкосами. На этих же высотах формируются зоны аккумуляции ледников Влодавца, Сопочного и Келля. Во время интенсивного снеготаяния и ливней в крутых барранкосах происходит скопление водного стока. Ниже по течению бурные водотоки, врезаясь в рыхлообломочную толщу, приобретают селевой режим.

· Среднегорный пояс (1800-900 м).

Среднегорный пояс является основной селеформирующей зоной. Его особенность - побочные извержения, которые начинаются с мощных взрывных вулканических извержений, выбрасывающих на поверхность большой объём пирокластического материала. Вулканическая деятельность побочных прорывов определяет характер современного геологического строения района и влияет на режим оледенения, склоновых и русловых процессов, ведущим из которых являются селевые.

Побочные извержения, после 300-летнего перерыва, происходили в среднегорном поясе с 1932 по 1989 годы. Они провоцировали подвижки ледников и образование селей вулканогенно-гляциального генезиса. В настоящее время все ледники восточного сектора находятся в угнетённом состоянии, а ледник Келля - в стадии отмирания.

Сели зарождаются в истоках берущих здесь начало рек и в многочисленных притоках, врезах и промоинах, густой сетью расчленяющих склоны. Эти эрозионные формы являются первичными звеньями речной сети в верховьях бассейнов основных селеопасных рек восточного сектора, по руслам которых лахары достигают предгорных равнин.

· Низкогорный пояс (900-200 м).

Селевой сток, сформировавшийся в среднегорном поясе в первичных звеньях речной сети, вниз по пути к низкогорью и на высотах 1000-900 м сосредотачивается в единое русло. Под воздействием мощной эрозии здесь образуются наиболее глубокие участки долин, имеющие вид каньонов с отвесными стенками высотой 70-80 м.

· Равнинный пояс (ниже 200 м).

Пояс образован слившимися дельтами селевых рек и занимает обширные пространства у подножия вулканов. В пределах дельт реки переносят твердый материал на значительные расстояния. Их отложения представляют валунно-галечниковый материал грубой укладки с гравийно-песчаным заполнителем и линзовой слоистостью. [1]

Обширные равнинные пространства у подножия вулканов, в своей основе сложенные селевыми наносами, представляют собой один из обязательных элементов ландшафта вулканических районов.

Условия формирования селей в восточном секторе вулкана Ключевской.

Высотные зоны селеформирования: 1. Первый высокогорный пояс (5000-3000 м) 2. Второй высокогорный пояс (3000-1800 м) 3. Среднегорный пояс (1800-900 м) 4. Низкогорный пояс (900-200 м) 5, 6. Равнинный пояс (ниже 200 м)



Рисунок 5 - Условия формирования селей в восточном секторе вулкана Ключевской

Вулканогенные формации: 7 - лавовые поля и платообразные поверхности раннеголоценовых образований; 8 -лавы вулкана Крестовский; 9 - шлаковые конусы побочных извержений;10 - поля современных лавовых потоков; 11 - желоба кратера Ключевского вулкана 12 - барранкосы.

Гляцио-гидрологические формации: 13 - ледники; 14 - реки;15 - пойма реки Камчатка.

Селевые формации: 16 - пути схода вулканогенных селевых потоков по руслам рек; 17 -пути схода селевых потоков снего-ливневого генезиса; 18 - бровки глубоких каньонов и врезов в рыхлых отложениях; 19 - зоны аккумуляции современных селевых отложений.

Прочие объекты: 20 - грунтовая автодорога.

4.1.2 Вулканические условия формирования лахаров Ключевского вулкана

Вулканическая деятельность Ключевской сопки проявляется сериями вершинных извержений, разделённых периодами относительного покоя. Активизация вершинного кратера на Ключевском вулкане сопровождается побочными извержениями. На завершающей фазе извержения вершинного кратера приобретают катастрофический характер.

С конца 17 века по 1932 год Ключевской вулкан формировался только за счёт вершинных извержений. За этот период произошло 38 извержений вершинного кратера, шесть из которых привели к его разрушению.

С 1932 г., наряду с вершинными, началась активизация побочных извержений, которая продолжалась до 1987 г (Рисунок 6).

Рисунок 6 - Побочное извержение вулкана Ключевская Сопка

Всего за трехсотлетний период произошло восемь катастрофических извержений. Катастрофические извержения сопровождаются сейсмотектоническими обвалами и раскалёнными потоками лавы и пирокластики, которые внедряются в ледниковую зону. Следствием вулканических извержений является сход по руслам рек мощных селевых потоков - лахаров, выносы которых представляют большую опасность для освоенных равнинных территорий.

Ниже рассмотрим некоторые извержения в результате которых формировались селеи вершинного и побочного характера.

1. Вершинные извержения

Мощное извержение в январе 1945 г. сопровождалось обвалом в верхней зоне ледника Эрмана, что явилось одной из причин его подвижки. Одновременно ледник испытывал термическое воздействие лавового потока, изливавшегося по Крестовскому желобу. В результате этого извержения произошел мощный выброс пепла, выпадение которого на снежный покров вызывало бурное таяние. Образовавшийся при этом объем талых вод и грязевых масс был настолько велик, что потоки воды и грязи пронеслись вниз на расстояние до 30-35 км от места зарождения на северо-западном склоне конуса. В сложившихся условиях происходило массовое образование селевых потоков, особенно мощных по рекам Сухой, Крутенькой, Киргуричу.

Извержение 1984-1987 гг. было особенно продолжительным и мощным за период после 1945 г. Лавовые потоки в течение всего цикла извержения периодически изливались по Крестовскому, Козыревскому и реже по Апахончичевскому желобам. Во время усиления вулканической деятельности их расход значительно увеличивался и раскалённые до 1000 °С потоки спускались до высот 3200-2800 м в ледниковый пояс вулкана, в следствии чего грязевые потоки растекались более чем на 30 км от подножия вулкана.

Катастрофическое извержение Ключевского вулкана повторилось почти через 50 лет. Оно началось 7 сентября и продолжалось до 2 октября 1994 года. 1 октября из вершинного кратера на высоту 12-13 км поднялась колонна из газов, пепла и твердых обломков. Её тепловое воздействие вызывало протаивание льда привершинной части конуса, который потоками грязи стекал вниз по склонам. Лахары прошли по уже проработанным руслам путь 25-30 км и достигли р. Камчатки.

В течение семилетнего периода, с 2002 по 2009 гг., произошли четыре извержения. Первая активизация, была самой длительной. Она характеризовалась слабой деятельностью. Лава периодически заполняла кратер без излияния на склоны по 1 февраля 2004 г., что исключало формирование лахаров. Вторая активизация продолжалась с 10 января по 30 мая 2005 г. Сильное извержение наблюдалось с 17 января по 3 апреля. Оно сопровождалось излиянием лавы по Крестовскому желобу. Сход лахаров отмечался 2 и 25 февраля. Они зарождались от ледников Эрмана и Влодавца и по рекам Крутенькой, Киргуричу достигали р. Камчатки, в 6 км от пос. Ключи.

Третья активизация вулкана началась 25 ноября 2006 г. и завершилась 15 июля 2007 г. Активность вулкана оставалась на высоком уровне до конца. Этап с 28 марта по 3 июня характеризовался заполнением лавой вершинного кратера и её излияниями на склоны вулкана. Через месяц после появления лавы в Крестовском желобе, 28 апреля, фронт потока продвинулся по леднику Эрмана до отметки 2200 м, а его длина достигла 4,5 км. Излияния лавы происходили попеременно в Крестовском и Ушковском желобах, а также одновременно в двух желобах сразу. Массовое формирование селевых потоков отмечалось с 22 апреля по 30 мая 2007 г. Они прошли по всем разработанным руслам рек восточного сектора вулкана.

Новейшее, четвертое по счёту, извержение Ключевского началось в ноябре 2008 г. Поток лавы с температурой 1000 °С спустился по Крестовскому желобу до высоты 3000 м, достигнув зоны аккумуляции ледника Эрмана. Тогда сход лахара по р. Крутенькой был отмечен 9 декабря 2008 г.

2. Побочные извержения

С 1932 г по настоящее время наряду с непрерывными извержениями вершинного кратера происходили серии побочных извержений, зафиксировано которых было 12 штук. Для восточного сектора Ключевского вулкана наиболее характерны катастрофичные для малых ледников Сопочного, Влодавца и Келля извержения побочных кратеров, значительно изменившие режим питания ледников.

Первое историческое побочное извержение на склоне вулкана произошло на высоте 400-500 м. Оно продолжалось с 25 января 1932 г. до 25 мая, по времени охватив весь период накопления максимального снежного покрова и его интенсивного снеготаяния. Таким образом, сложились благоприятные условия для образования селей под воздействием лавы и пирокластики на снежный покров.

Самым крупным по геологическому воздействию из исторических побочных извержений было извержение Билюкая, которое началось 7 февраля 1938 г. и продолжалось 13 месяцев. На высотах от 1900 до 1000 м по трещине длиною в 5 км возникло несколько взрывных кратеров. Излившиеся из них лавы и пирокластика достигли аккумулятивной равнины, а многочисленные селевые потоки их сопровождавшие, оставили мощные врезы в рыхлообломочных отложениях, ставшие основной формой рельефа юго-восточного склона вулкана. В этом же секторе, на завершающей стадии катастрофического извержения 1945 г., образовались побочные кратеры Крашенинникова, Заварицкого и Апахончич.

6 октября 1966 г. произошёл прорыв серии побочных. У северо-восточного окончания ледника Влодавца на высоте 1800-2100 м образовался кратер Пийпа. Трещина прорыва проходила под мёртвым льдом. При этом в леднике раскрывались трещины шириной до 8 м и глубиной до 15 м, затекание лав в которые сопровождалось мощными взрывами. Извержение продолжалось 3 месяца. В июне и июле 1967 года в районе прорыва у ледника Влодавца произошел вторичный разогрев, который сопровождался бурным таянием снежного покрова, ледника и захороненного льда. Вместе с ледником, который продвинулся на 900 м, активизировались отдельные участки мёртвого льда. Таким образом, при побочном извержении Пийпа сложилось сочетание гляциально-вулканических факторов, способствовавшее образованию лахаров по руслам рек Киргурич и Сопочная.

Побочный прорыв Предсказанный произошёл 8 марта 1983 года в верховьях ледника Келля на высоте 2875 м. Его особенностью было сохранение единого центра извержения в течение 112 дней. Прорывы лавы в фирновой области ледника Келля привели к отмиранию его языка в результате отчленения от области питания. [1]

Таким образом, в пределах восточного сектора Ключевского вулкана сложились чрезвычайно благоприятные условия для активного развития селевых процессов.

4.1.3 Механизмы формирования водной составляющей лахаров Ключевского вулкана

Основной причиной проявления селей при извержениях Ключевского вулкана является катастрофическое таяние ледников. По типу водной составляющей это соответствует гляциально-вулканическому генезису. Механизм возникновения водного импульса селя в условиях сверхвысоких температур до сих пор не изучен из-за отсутствия фактического материала наблюдений. Возможный сценарий развития процесса селеобразования протекает в виде: извержение - таяние - водный импульс селеформирования.

Противостояние раскаленного потока лавы с ледником приводит к образованию перегретого пара. При контактах лавы со льдом происходит взрыв, и на высоту в несколько километров выбрасывается аэрозольный фонтан, на 90% состоящий из перегретого воздуха. Взрывы приводят к разрушению фронта противостояния лавы и ледника, что значительно расширяет зону теплообмена. Таким образом, облегчается проникновение горячего воздуха и водяного пара внутрь ледника. Потоки талой воды растекаются достаточно далеко за пределы фронта противостояния по внутриледниковым и подлёдным дренам. В результате ледовое тело непрерывно пропитывается водой в течение всего цикла извержения.

Таким образом, происходит подготовка к внедрению лавы в ледник. Процесс внедрения может продолжаться в течение месяца. Углубившаяся в ледник лава продолжает своё продвижение подо льдом, заполняя ранее вытаявшие пустоты, вытесняя из них воду и превращая её в пар. Это ведет к внутренним взрывам, частичному или полному разрушению ледника, и высвобождению талых вод, вызывающих сход селей гляциально-вулканического генезиса. [1]

В механизме зарождения селей гляциально-вулканического генезиса важным фактором является накопление продуктов вулканической деятельности в леднике в процессе извержения.

Пористый вулканический материал при течении льда легко истирается и даёт огромные массы мелкого материала, который является основной массой селевого потока.

Бурному режиму многочисленных боковых потоков способствует активная разработка дренажной сети ледника не только во время извержений, но и в спокойный период вулканической деятельности. Таким образом, жизнедеятельность ледника протекает в постоянной подготовке к селевому процессу, для которого наличие источников и путей сброса талых вод, вместе с восполняемыми запасами легко подвижного обломочного материала, имеет большое значение.

Сложно система ледников на активных вулканах, образно говоря, является «природной фабрикой непрерывного воспроизводства селевого процесса». Весь ледник представляет собой единый селевой очаг, сочетающий как водную, так и твёрдую составляющие селевого процесса. В этом состоит его отличие от гляциальных селевых очагов в невулканических районах, которые приурочены к моренным отложениям, обрамляющим ледники, в то время как функция последних заключается в генерации водного импульса селеформирования.

4.2 Лахары нивально-вулканического генезиса на примере вулкана Шивелуч

Причиной образования лахар нивально-вулканического генезиса служит быстрое таяние снега в ходе извержением вулканов.

4.2.1 Геолого-геоморфологическое строение вулкана Шивелуч

Шивелуч, самый северный из действующих вулканов Камчатки, обособленно расположен в 50-60 км от Ключевской группы. По объёму выноса обломочного материала, а именно 36 млн. т в год, он уступает Ключевскому. Современная постройка вулкана площадью 1300 км² состоит из Старого Шивелуча, древней кальдеры и действующего Молодого Шивелуча (Рисунок 7). Старый Шивелуч начал формироваться 60-70 тыс. лет представляя из себя стратовулкан. Доля лавовых потоков увеличивается с высотой, достигая 1000 м в районе главной вершины. По правобережью самой селеактивной реки Байдарной они образуют лавовые равнины мощностью до 200 м. Часть вершины и южный сектор старого вулкана были разрушены 30 тыс. лет назад в результате извержения. Из образовавшейся кальдеры диаметром 9 км было выброшено 10 км³ материала постройки. В конце верхнего плейстоцена, 25-10 тыс. лет назад, вулканическая постройка Шивелуча была самым крупным центром оледенения на Камчатке. Площадь ледникового щита охватывала 3000 км². Шивелучский ледник достигал реки Камчатки и занимал территорию современного поселка Ключи. [10]



Рисунок 7 - вулкан Шивелуч на топографической карте полуострова Камчатка

Днище древней кальдеры вулкана является ареной активной вулканической деятельности. В голоцене здесь формировалась постройка Молодого Шивелуча, что сопровождалось образованием лавовых куполов и сильными извержениями. За это время их произошло более 60, что в несколько раз чаще, чем на других вулканах Курило-Камчатского пояса.

В историческое и современное время для вулкана Шивелуч характерно два типа извержений:

· Катастрофические эксплозивные извержения с образованием пепельно-газовых и обломочных колонн высотой более 20 км и пирокластических потоков. Здесь интенсивные пеплопады происходят на площадях в десятки и сотни квадратных километров. По руслам всех рек и ручьев сходилят мощные лахары. Такие извержения повторялись через 100-300 лет и имели кратковременный характер. Последние два катастрофических извержения разделены отрезком времени в 110 лет (1-2 марта 1854 г. и 12 ноября 1964 г.).

· Слабые и умеренные извержения, связанные с ростом вулканических куполов. Рост куполов мог предваряться взрывами, сопровождавшимися образованием раскалённых обломочных лавин и пирокластических потоков с объёмами меньше, чем при катастрофических извержениях. В ходе каждого извержения формировались купола объемом от 10 до 300 млн. м³. [1]

4.2.2 Вулканические условия формирования лахаров вулкана Шивелуч

Вулканические предпосылки селевых процессов на Шивелуче рассматриваются на примерах гигантского извержения 1964 года и последующих событий 2004-2005 гг.

12 ноября 1964 г. произошло самое мощное современное извержение на Молодом Шивелуче. Оно продолжалось 1 ч 15 мин, и по объёму выброшенной пирокластики относится к сильнейшим извержениям на Камчатке. Извержение началось после сильного землетрясения. На первом этапе произошло крупномасштабное обрушение вулканической постройки, в результате образовался открытый на юг подковообразный кратер. Обвал трансформировался в обломочную лавину, которая в виде широкого языка в 15-16 км отложилось на площади 98 км². Часть материала находилась в смёрзшемся состоянии, с глыбами льда в отложениях, что являлось показателем низкой температуры обломочной лавины. В секторе обвала селевые процессы не получили развития, ввиду отсутствия водной составляющей. Обрушение постройки привело к снятию давления в магматической системе вулкана, и в результате взрыва произошёл выброс пепла объёмом около 0,01 км³. На заключительной стадии извержения был выброшен пирокластический материал объёмом 0,8 км³. Раскалённая масса пирокластических потоков полностью заполнила все неровности рельефа - долины рек и ручьёв, врезы, рытвины и депрессии, образовав песчаную пустыню с сожженными деревьями.

После извержения 1964 г. вулканическая деятельность Молодого Шивелуча была связана с ростом нового купола. При извержении 22 апреля 1993 г. пирокластические потоки распространялись на 8 км, а лахары - на 28 км. 22 мая 2001 г. пепловая колонна поднялась на 20 км, отложения пирокластических потоков распространились на 18 км, а лахаров - на 30 км.

В 2005 году произошло два сильнейших извержения вулкана Молодой Шивелуч. Извержение 27 февраля было самым сильным после 1964 г., а повторившееся 22 сентября - на порядок меньше. Протяжённость пирокластических потоков от купола вулкана достигала 28 км, а их объём на площади в 21 км² у подножья составлял 0,2 км³.

Во время повторного извержения 22 сентября пирокластический поток спустился по руслу р. Байдарной, врезанному к тому времени в отложениях предыдущего потока на глубину в 40 метров и вновь полностью её заполнил. Температура на глубине 40-150 см варьировала от 330 до 512 °С. Отложения пирокластических потоков продолжают оставаться горячими на протяжении многих месяцев и лет после извержения. [1]

Во всех известных в XX столетии случаях формирования лахаров на Шивелуче, их твердой составляющей являлись отложения пирокластических потоков, за счёт которых после каждого извержения происходило восполнение селевого массива в очагах зарождения селей - долинах рек и руслах временных водотоков (Рисунок 8). Крупномасштабные обрушения с выбросом больших объемов пирокластики и последующим сходом лахаров являются обычным событием на стратовулканах. Они были широко распространены в прошлом, и представляют собой значительную опасность в будущем.



Рисунок 8 - Вид пирокластического потока вулкана Шивелуч с вертолета

4.2.3 Механизмы формирования водной составляющей лахаров вулкана Шивелуч

Селевые потоки вулканогенно-нивального генезиса образуются при взаимодействии продуктов вулканических извержений, преимущественно пирокластических, со снежнофирновым покровом. Они играют главную роль среди рельефообразующих процессов, которые возникли из-за благоприятных условий, сложившихся для их формирования, как вулканическиме - частота извержения, так и климатическиме - значительная мощностью и продолжительность залегания снежного покрова.

В последнем столетии пирокластические потоки и лахары наблюдались при различных типах извержений - взрывах, обвалах, экструзиях, вершинных и побочных излияниях. Сход вулканогенно-нивальных лахаров неоднократно отмечался на Шивелуче по рекам Байдарная. Каменская, Бекеш, Кабеку.

При изначальном выбросе пирокластической массы из недр вулкана в ней содержится большой объем раскаленных газов, которые выносят в атмосферу пепел и тонкообломочный материал. Одновременно, при контактах подошвы раскаленного потока с покровом снега и льда на склонах, происходят мощные взрывы. В этом случае перегретый пар вместе с газо-пепловыми колоннами поднимается на десятки километров.

Однако в своем первозданном раскаленном состоянии воздушная пирокластика, также как и гравитационная, может обратить снег в пар, а не в воду, необходимую для формирования селей. Для того, чтобы стать генератором водного стока, необходимо охлаждение пеплово-газовой смеси до температуры ниже 100 °С, что происходит при подъеме эруптивных туч на большие высоты. При тепловом воздействии выпадающих затем из них твердых или жидких осадков происходит бурный сход снега на больших пространствах. Образующиеся водные потоки стекают по склонам вулкана, концентрируясь в понижениях рельефа. Они достигают долин рек, заполненных перед этим твердым материалом раскаленных масс пирокластики. При ее размыве начинается процесс образования лахаров. Он сопровождается вторичными взрывами, нарушающими сплошность пирокластических отложений, что ведет к быстрому увеличению объемов селевой массы. Такие лахары распространяются на десятки километров дальше, чем пирокластические потоки.

Особо опасным является образование пирокластических волн - так называемых палящих туч. Этот механизм формирования лахаров несколько отличается от вышеописанного. Отрываясь от пирокластического потока и перегоняя его, палящие тучи охватывают значительные территории у подножия вулканов и могут вызвать практически мгновенное таяние снега. Охлаждение пирокластических волн до температуры, необходимой для таяния, происходит не путем подъема эруптивной колонны, а в процессе движения по поверхности снежного покрова.

Самый крупный на Камчатке лахар нивально-вулканического типа, объемом 500 млн. м³, образовался в результате таяния снежного покрова при катастрофическом извержении вулкана Безымянный 30 марта 1956 г. После обрушения постройки вулкана раскаленный поток пирокластики распространился вниз и заполнил верховья реки Сухой Хапицы. Водный импульс селеформирования был вызван бурным таянием снежного покрова, сошедшего с прилегающих склонов вулканов Ключевской и Зимина. Выброшенная при взрыве вулкана газо-пепловая смесь не поднялась в воздух, а образовала поток, который распространился в восточном направлении, растопив двухметровый слой снега на площади 500 км². Грязевые сели по притокам Сухой Хапицы и многочисленным «сухим» рекам слились в ее среднем течении в единый поток. Через час после извержения гигантский лахар прошел по р. Большой Хапице (Рисунок 9). На расстоянии 80 км от вулкана его язык шириной в 6 км достиг реки Камчатки. [1]

Рисунок 9 - Схема грязевого потока при извержении вулкана Безымянный в 1956 г.: 1 - действующие вулканы; 2 - лавовые потоки побочных извержений; 3 - граница массового таяния снега под горячим пеплом; 4 - спекшийся рудный концентрат; 5 - путь лахара.

5. Влияние лахаров на окружающую среду и жизнедеятельность человека

Селевые потоки вулканического происхождения находятся в ряду саамы

х катастрофических стихийно-разрушительных процессов горных в горных странах. Иногда они могут быть более опасными, чем сами извержения, так как достигают освоенных территорий, удаленных от вулканов на десятки и сотни километров.

Относительно незначительное влияние на человека сели производят при разрушении коммуникаций или средств связи. Так, при извержении вулкана Шивелуч 9 мая 2004 г. фронт пирокластического потока распространился на 15 км в юго-восточном направлении от купола Молодого Шивелуча. Грязевыми потоками, возникшими в результате таяния снега под действием горячего материала была размыта дамба и полотно дороги в районе р. Бекеш на расстоянии 30 км от вулкана. [1]

Основную угрозу вулканогенные потоки представляют для населённых пунктов, которые расположены непосредственно в зоне конуса выноса селей. Примером этому может служить описание извержения вулкана Галунггунг на Яве 1822 года естествоиспытателем Ф. Юнгхун, когда было разрушено 114 деревень, а 2000 человек «потонули в потоках грязи и кипящей воды, перемешанной с пеплом и обломками камней».

На протяжении многих столетий от проявлений лахаров гибла не одна тысяча людей. Наибольшее количество человеческих жертв вызвала катастрофа, занимающая четвертое место среди известных вулканических извержений. Извержение вулкана Невадо дель Руис в Колумбии в 1985 г. Привело к таянию части ледникового покрова на вершине вулкана и образованию лахаров на склоне горы, которые практически полностью уничтожили город Армеро, в результате чего погибло около 23 тыс. человек (Рисунок 10). [11] Одна из самых известных историй этой катастрофы - история гибели и шестидесяти часовых мучений тринадцатилетней девочки, Омайры Санчес, которая умерла стоя около трех суток, лишенная возможности двигаться из за придавивших ее обломок здания, в селевой массе.

Рисунок 10 - последствия извержения вулкана Невадо дель Руис 1985г.

Одним из примеров влияния лахар на окружающую среду является вулканический сель 1938 г. Тогда лахар прошел по долине р.Сухая Халактырская, в верховьях долины двигаясь единым потоком, а на абсолютной высоте 400 м разделился на две ветви. В месте разветвления скорость лахара юго-западного рукава была так велика, что он смог преодолеть здесь уступ высотой более 15 м, уничтожив росший на холмистом моренном рельефе вековой березовый лес на протяжении 7 км. Грязевые потоки прошли тогда дальше 30 км по долинам ручья Первый и реки Половинка и достигли берега океана. Видимая мощность отложений лахара в долине реки Сухая Халактырская составляет сейчас 5-6 м. Еще одним примером является водный поток 1926 г., насыщенный черной грязью, который дошел по реке Сухая Елизовская до реки Авача и вызвал гибель рыбы. Мощность его отложений составляет сейчас не менее 1 м в 25 км от кратера. [12]

Заключение

лахар геоморфологический вулкан сель

Можно сказать, что проблема изучения вулканогенных селей остаётся нерешённой. Это связанно с тем, что селевая активность на вулканах Ключевской и Шивелуч очень высока, а механизмы формирования селей недостаточно известны, а так же сложностью данного явления природы, обусловленного широким спектром взаимодействующих факторов. Необходимо дальнейшее совершенствование методических подходов с применением новых технологий анализа, таких, как космическая съемка высокого разрешения, ГИС-картографирование, а так же организация долговременного стационарного исследования лахаров.

Список использованной литературы

1. С.С. Черноморец. Селевые потоки на вулканах: учеб. пособие / Черноморец С.С., Сейнова И.Б. - М.: УНЦ ДО, 2010. - 72 с.

2. Г.И. Рычагов. Общая геоморфология: учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. / Рычагов Г.И. - М.: Изд-во Моск. ун-та: Наука, 2006. - 416 с.

3. Сели [Электронный ресурс] // Большая информационная библиотека - Электрон. Дан. (дата обращения 20.04.2014)

4. В.Ф. Петров. Селевые явления. Терминологический словарь. / Петров В.Ф. - М.: Изд-во МГУ, 1996. - 34 с.

5. К.Н. Паффенгольц. Геологический словарь: в 2-х томах / Арсланова Х.А., Голубчина М.Н., Искандерова А.Д. и др.; под ред. Паффенгольца К.Н. - 2-е изд., испр. - М.: Недра, 1978. - 486 с.

6. Извержение Везувия (79) [Электронный ресурс] // Википедия: свободная энциклопедия - Электрон. дан.

7. С.П. Крашениников. Описание Земли Камчатки. С приложением рапортов, донесений и др. неопубликованных материалов: монография / Крашениников С.П. - М.: Изд-во Главсевморпути, 1949. - 847 с.

8. Климат Камчатки [Электронный ресурс] // Камчатский край - Электрон. дан.

9. Ключевской вулкан [Электронный ресурс] // Камчатский край - Электрон. дан.

10. Вулкан Шивелуч [Электронный ресурс] // Камчатский край - Электрон. дан.

11. Извержение вулкана Невадо-дель-Руис [Электронный ресурс] // Катастрофы и катаклизмы.

Размещено на Allbest.ru