ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ АКТИВНОГО СТРАТОВУЛКАНА БЕЗЫМЯННЫЙ НА КАМЧАТКЕ

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ АКТИВНОГО СТРАТОВУЛКАНА БЕЗЫМЯННЫЙ  НА КАМЧАТКЕ

Научная статья

Скуфьин П.К. *

Геологический институт Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия

* Корреспондирующий автор (skuf[at]geoksc.apatity.ru)

Аннотация

В статье освещены результаты исследования вулканических процессов на крупном действующем стратовулкане Безымянный, расположенном на Восточном горном хребте Камчатки, в Ключевской группе вулканов голоценового возраста. Это – один из наиболее активных вулканов мира, для которого характерны непрерывные  кратковременные взрывные извержения с мощными выбросами пеплового материала, сопровождаемые лавовыми потоками и формированием экструзий. Среди советских и иностранных вулканологов этот вулкан получил мировую известность 30 марта 1956 г, когда произошло катастрофическое извержение, которое в геологической литературе получило название «направленный взрыв» или «извержение   типа Безымянный». Кроме вулканических структур, были исследованы также своеобразные вулканогенно-осадочные отложения вулкана, представленные так называемыми тефроидами, представляющими собой продукт перемещения и перемыва вулкано-кластического материала извержений.

Ключевые слова. Камчатка, стратовулкан Безымянный, тефроиды, экструзия, извержение.

FEATURES OF ACTIVE BEZYMYANNYY STRATOVOLCANO FORMATION ON KAMCHATKA

Research article

Skufyin P.K. *

Geological Institute, Kola Research Center, Russian Academy of Sciences, Apatity, Russia

* Corresponding author (skuf[at]geoksc.apatity.ru)

Abstract

The paper highlights the results of a study of volcanic processes on a large active Bezymyannyy stratovolcano, located on the Eastern mountain range of Kamchatka, in the Klyuchevskaya group of volcanoes of the Holocene age. This is one of the most active volcanoes in the world, characterized by continuous short-term explosive eruptions with powerful emissions of ash material, accompanied by lava flows and the formation of extrusions. This volcano became world-famous on March 30, 1956, among Soviet and foreign volcanologists, when there was a catastrophic eruption, which in the geological literature was called "directed explosion" or "Bezymyannyy type eruption." In addition to volcanic structures, peculiar volcanic-sedimentary deposits of the volcano were also studied, represented by the so-called tephroids, which are the product of the movement and re-eruption of volcanic-clastic material of eruptions.

Keywords: Kamchatka, Stratovolcano Bezymyanny, tephroids, extrusion, eruption.

Введение

Вулкан Безымянный является крупным действующим стратовулканом на Восточном горном хребте Камчатки, в Ключевской группе вулканов голоценового возраста, в 350 км к северо-востоку от Петропавловска-Камчатского и в 40 км от поселка Усть-Камчатск. Это – один из наиболее активных вулканов мира, для которого характерны непрерывные  кратковременные взрывные извержения с мощными выбросами пеплового материала, сопровождаемые лавовыми потоками и формированием экструзий. Последнее сильное извержение произошло 15 марта 2019 г, когда исполин выбросил столб пепла высотой более 15 км, что не сопровождалось катастрофическим выпадением пеплового материала. Высота вулкана 2882 м (до 1956 г. – 3075 м); в состав вулканической постройки входят молодой активный стратовулкан и остатки уничтоженного извержением 1956 г старого вулкана, на месте которого образовался кратер  размером 1,3х2,8 км. У подножия вулкана – 16 крупных экструзивных построек (куполов, крупных обелисков и др.). Среди советских и иностранных вулканологов этот вулкан получил мировую известность 30 марта 1956 г, когда произошло катастрофическое извержение, которое в геологической литературе получило название «направленный взрыв» или «извержение   типа Безымянный» [10].

Извержение 1955-1956 гг. было первым в этом районе с 1697 г и произошло, по данным тефрохронологических исследований, после 1000-летнего периода покоя [2], [3]. До извержения вулкан имел форму правильного конуса высотой 3085 м (стратовулкан андезитового состава, осложнённый многочисленными побочными экструзивными куполами). Извержение началось 22 октября 1955 г после 23-дневного роя землетрясений. До 30 марта 1956 г извержение носило умеренный, вулканский характер (докульминационная стадия). На вершине вулкана образовался кратер диаметром 800 м, из которого происходили частые выбросы пепла на высоту до 7 км. В ноябре в кратере началось выжимание мощного экструзивного купола вязкой лавы. Это вызвало сильное вздутие (более 100 м)  восточного склона вулкана. Склон в конце концов обрушился, и 30 марта 1956 г. началось событие мирового масштаба – катастрофическое извержение (кульминационная стадия). Сразу за обрушением последовал колоссальный направленный взрыв, вызванный огромным давлением  извергавшейся экструзивной лавы. Материал, выброшенный взрывом, вызвал «пирокластическую  волну» (турбулентный поток горячей смеси газа и пирокластики). Её скорость достигала 60 м/с, температура превышала 300 °C. В результате по склону сошли пирокластические потоки длиной до 30 км. Вследствие взрыва у вулкана возник подковообразный кратер диаметром ~1,3 км (Рис. 1). На восточном склоне возник покров специфических пирокластических отложений (отложения направленного взрыва). После пароксизма в кратере продолжает выжиматься экструзивный купол вязкой лавы (Купол Новый), формирование которого продолжается до настоящего времени (посткульминационная стадия).

Рис. 1 – Образование Купола Новый в кратере вулкана Безымянный (Фото с вертолёта)

  Результаты исследований

Таким образом, в настоящее время вулкан пребывает в активной фазе деятельности. Становление купола сопровождается эксплозивными извержениями разной силы (1-2 раза в год), с выбросом облаков вулканического пепла и формированием раскаленных лавин на склонах, с образованием небольших мелкоглыбовых лавокластических потоков длиной до 12 км. Во время извержений часто происходят выбросы глыбового материала и крупных блоков экструзивной лавы размером в несколько м³ на расстояние до 0,5 км от экструзивного купола (Рис. 3).

Непрерывные (с 1956 года) экструзивные извержения андезитовых лав в кратере, формирующие Купол Новый, происходили в виде протрузий жестких блоков. В дальнейшем рост купола стал прерывистым, и наряду с жесткими блоками с 1977 года начали выжиматься вязкие экструзии. В настоящее время материал этих экструзий почти заполнил кратер 1956 года. (Рис. 2).

При экструзивном типе извержения лава среднекислого состава находится в вязком или уже затвердевшем состоянии и  проникает в верхние части вулканических аппаратов, заполняя в пределах вулканической постройки кратеры и трещины различного масштаба, формируя экструзивные купола, а также кольцевые и конические дайки [8]. Лава при этом обладает массивной, а иногда и четко выраженной флюидальной и полосчатой текстурой, ориентированной в направлении движения экструзивных масс.

Характерна хрупкость и непрочность изверженного материала: на вид монолитные глыбы раскристаллизованных экструзивных андезитов буквально рассыпаются в руках в дресву, по размерности аналогичную зернам слагающих андезиты минералов. Быстрое разрушение экструзивных лав (Рис. 4, 5) объясняется не только разуплотнением путем «снятия скрытых глубинных напряжений» [7], но и повсеместной аргиллизацией вулканического материала; при этом аргиллизации подвергается в первую очередь метастабильное вулканическое стекло, количество которого в экструзивных андезитах достигает 30-40%. В андезитах вулкана Безымянный вулканическое стекло замещается глинистыми минералами и опалом, формируя хрупкий каркас минеральных зерен в аргиллитовом матриксе.

Купол Новый и сам вулкан Безымянный стоят как бы погруженные в этот сыпучий песчано-глыбовый материал, который подхватывается временными водотоками, перемывается в глубоких, многометровой глубины оврагах и массами увлекается речной системой Сухой Хапицы. На склонах вулкана наблюдается постоянное перемещение мелкообломочного лавокластического материала к подножию вулканической постройки. Этот разнообразный материал сортируется по размеру, окатывается и образует хорошо выдержанные отложения перемытых лавокластических пород.

Рис. 2 – Восточный склон вулкана Безымянный. Над Куполом Новый видны восходящие облака газа. Подножие купола покрыто новейшими отложениями вулканокластического материала – продукта быстрого разрушения внедрявшихся экструзий

 

Наблюдения в районах новейшего вулканизма свидетельствуют о чрезвычайной быстротечности процессов образования вулканических экструзивных структур, дискретном характере их проявления и быстром разрушении при выветривании. В частности, в Охотско-Чукотском вулканическом поясе известны случаи [4], когда в мощных сериях вулканокластических накоплений выделялось несколько крупных стратиграфических подразделений, имевших совершенно идентичные органические остатки.

Рис. 3 – Крупные глыбы экструзивной лавы и мелкоглыбового лавокластического материала, выброшенные при экструзивных извержениях на Куполе Новый

Рис. 4 – Блок экструзивной лавы, выброшенный на расстояние около 0,5 км при формировании Купола Новый. Видны результаты интенсивного объемного разуплотнения экструзивного материала

 

По данным Р.Л. Смита и Р.А. Бейли [7], большие объемы (200-2000 км³) лавокластических и экструзивных масс кальдерных накоплений кислого состава могут сформироваться геологически мгновенно – менее чем за 10 лет. Общий объем кислых вулканитов, отлагавшихся в пределах Пегтымельской вулкано-тектонической кальдерной структуры, оценивается в 40000 км³, из них не менее 70%  составляют мощные тела кислых экструзивных пород, образование которых могло произойти в интервале 150-1500 лет.

В связи с этим следует затронуть проблему формирования так называемых тефроидных пород (тефроидов) – своеобразных вулканогенно-осадочных образований, возникающих при перемещении и перемыве вулканокластического материала. В тефроидах  вулканокластический материал частично представлен окатанными и полуокатанными обломками вулканического стекла, в то время как в туффитовых песчаниках вулканическое стекло  подвергается разложению [8].

Рис. 5 – Формирование псаммитовых и псефитовых тефроидных отложений при разуплотнении и разрушении лавокластического материала экструзий Купола Новый

Фрагменты пирокластики попадают  в состав тефроидов  при синвулканических выбросах вулканического пепла и при разрушения лавовых экструзивных построек. Характерно, что степень окатанности тефроидов примерно одинаковая как по мощности тефроидных горизонтов, так и по площади их развития.  Первоначально к тефроидам относились породы, образованные только за счет окатанной и отсортированной тефры. Впоследствии к тефроидам стали относить любой окатанный и отсортированный вулканокластический материал: глыбовые валуны лавокластических потоков, обломочный материал экструзивных куполов и отдельных экструзивных обелисков, тефру пирокластических потоков и другие продукты извержений. Современные исследования на Камчатке и Курильских островах показали синхронность формирования тефроидов и процесса вулканизма, а также широкое распространение этих пород и их преобладание над вулканогенно-терригенными породами. По возрасту формирование тефроидных отложений происходило от раннего докембрия до наших дней.

Типичным примером отложений лавокластических тефроидных пород является их формирование при перемещении и перемыве  крупных выбросов пирокластики на японском вулкане Такетоми [7]. В течении месяца вулкан извергнул около 100 миллионов тонн пирокластики, частично отложившейся на берегах Охотского моря. Перемытые морским прибоем эти отложения через 40 лет сформировали прибрежный горизонт тефроидных псаммитов мощностью более 5м.

У подножия вулкана Безымянный постоянно происходило многостадийное формирование многочисленных экструзивных куполов разного размера. При этом становление достаточно крупных куполов характеризовалось продолжительной активной вулканической деятельностью, вплоть до окончательного оформления морфологического облика этих вулканических структур.

Характерен пример крупного молодого  экструзивного купола  Лохматый. Хаотическое строение поверхности купола, наличие многочисленных экструзивных блоков и обелисков разного размера  производит впечатление  новейшего возраста этого купола (Рис. 6).

Рис. 6 – Молодой экструзивный купол Лохматый на восточном склоне вулкана Безымянный

Рис. 7 – Древний экструзивный купол Плотинá  у подножия восточного склона вулкана Безымянный

В то же время у подножия вулкана Безымянный можно наблюдать примеры более древних экструзивных структур. Наиболее крупным древним экструзивным куполом является купол  Плотинá (рис. 7).

Рис. 8 – Экструзивный купол  правильной сферической формы, фрагмент крупного купола Плотинá

 

Бесконечно изобретательная природа даёт нам возможность наблюдать целую коллекцию причудливых вулканических структур. На древнем вулканическом куполе Плотинá в процессе его становления сформировался небольшой экструзивный купол меньшего размера идеальной сферической формы (Фото 8).

Выводы

1. Крупный действующий стратовулкан Безымянный на Камчатке относится к Ключевской группе вулканов голоценового возраста и является одним из наиболее активных вулканов мира. Для него характерны непрерывные взрывные извержения с выбросами пеплового материала среднекислого состава, сопровождаемые лавовыми потоками и формированием экструзий.
2. Среди советских и иностранных вулканологов этот вулкан получил мировую известность 30 марта 1956г, когда произошло катастрофическое извержение, которое в геологической литературе получило название «направленный взрыв» или «извержение типа Безымянный».
3. Вследствие извержения произошло обрушение вулкана и возник подковообразный кратер, в котором сформировался крупный экструзивный купол вязкой андезитовой лавы (Купол Новый), становление которого продолжается до настоящего времени.
4. У подножия вулкана Безымянный постоянно происходило многостадийное формирование многочисленных экструзивных куполов разного размера. При этом становление достаточно крупных куполов характеризовалось продолжительной активной вулканической деятельностью, вплоть до окончательного оформления морфологического облика этих вулканических структур.
5. Предлагается модель формирования тефроидных отложений (тефроидов) – псаммитовых и псефитовых продуктов быстрого разрушения и перемыва изверженного лавокластического материала вулкана Безымянный. Характерна синхронность формирования тефроидов и процесса вулканизма, а также широкое распространение этих пород и их преобладание над вулканогенно-терригенными отложениями.
6. Быстрое разрушение андезитовой лавокластики объясняется не только разуплотнением при поверхностном снятии глубинных напряжений, но и повсеместной аргиллизацией вулканического материала; при этом аргиллизации подвергается в первую очередь метастабильное вулканическое стекло, количество которого в экструзивных андезитах достигает 30-40%.
7. В андезитах вулкана Безымянный вулканическое стекло замещается глинистыми минералами и опалом, поэтому хрупкий каркас минеральных зерен в аргиллитовом матриксе рассыпается при малейшем механическом воздействии.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

 

Список литературы / References

1. Алидибиров М. А. Извержение вулкана Безымянный в 1985г./ Алидибиров М. А., Богоявленская Г. Е., Кирсанов И. Т. и др. // Вулканология и сейсмология.   С. 3-17.
2. Белоусов А. Б. Отложения и последовательность событий извержения вулкана Безымянный 30 марта 1956г. (Камчатка): отложения направленного взрыва/ Белоусов А. Б., Белоусова М. Г. // Вулканология и сейсмология. 2000.  № 2. С. 3-17.
3. Безымянный (вулкан на Камчатке)[Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/30_%D0% BC%D0%B0%D1%80%D1%82%D0% (дата обращения: 03.02.2020)
4. Белый В.Ф. Стратиграфия и структуры Охотско-Чукотского вулканического пояса / Белый В.Ф. М.: Наука, 1977, 171 с.
5. Богоявленская Г. Е. 25 лет вулканической активности вулкана Безымянного / Богоявленская Г. Е., Кирсанов И.Т. // Вулканология и сейсмология. 1981.С. 3-13.
6. Дубик Ю. М. Новый этап эруптивной деятельности вулкана Безымянного / Дубик Ю. М., Меняйлов И.А. // Вулканы и извержения. М.: Наука, 1969.  С. 38-77.
7. Лучицкий В.И. Основы палеовулканологии / Лучицкий В.И. Т. 1,2, М.: Наука, 1971, 841 с.
8. Малеев Е.Ф. Вулканиты (Справочник) / Малеев Е.Ф. М. Недра. 1980. 270 с.
9. Флоренский П.В. Уникальные кадры./ Флоренский П. В. // Природа. 2007. № 1. С. 38-39.
10. Belousov A. Directed blasts and blast-currents: a comparison of the Bezymianny 1956, Mount St Helens 1980, and Soufriere Hills, Montserrat 1997 eruptions and deposits  / Belousov A., Voight B., Belousova M. // Bulletin of Volcanology. 2007. № 69.  P. 801-840.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Alidibirov M. A. Izverzhenie vulkana Bezymyannyj v 1985 g [Eruption of the Bezymyanny volcano in 1985] / Alidibirov M. A., Bogoyavlenskaya G. E., Kirsanov I. T. et al. // Volcanology and seismology. 1988.P. 3-17. [in Russian]
2. Belousov A. B. Otlozheniya i posledovatel'nost' sobytij izverzheniya vulkana Bezymyannyj 30 marta 1956 g. (Kamchatka): otlozheniya napravlennogo vzryva [Deposits and a sequence of events Bezymyannyi eruption on March 30, 1956 (Kamchatka): deposits of a directed explosion] / Belousov A. B., Belousova M. G. // Volcanology and seismology. 2000. No. 2. P. 3-17. [in Russian]
3. Bezymyannyj (vulkan na Kamchatke) [Bezymyannyi (volcano in Kamchatka)] // [Electronic resource] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/30_%D0%BC%D0%B0%D1%80%D1%82%D0% (accessed:: 03.02.2020) [in Russian]
4. Bely V.F. Stratigrafiya i struktury Ohotsko-CHukotskogo vulkanicheskogo poyasa [Stratigraphy and structures of the Okhotsk-Chukchi volcanic belt] / Bely V.F. M .: Nauka, 1977, 171 p. [in Russian]
5. 25 let vulkanicheskoj aktivnosti vulkana Bezymyannogo [Bogoyavlenskaya G. E. 25 years of volcanic activity of Bezymyanny volcano] / Bogoyavlenskaya G. E., Kirsanov I. T. // Volcanology and seismology. 1981.p. 3-13. [in Russian]
6. Dubik Yu. M. Novyj etap eruptivnoj deyatel'nosti vulkana Bezymyannogo [A new stage in the eruptive activity of Bezymyanny volcano] / Dubik Yu. M., Menyailov I. A. // Volcanoes and eruptions. M .: Nauka, 1969.P. 38-77. [in Russian]
7. Luchitsky V.I. Osnovy paleovulkanologii [Fundamentals of paleovolcanology] / Luchitsky V.I. V 1.2, M .: Nauka, 1971, 841 p. [in Russian]
8. Maleev E.F. Vulkanity (Spravochnik) [Volcanoes (Reference)] / Maleev E.F. M. Nedra. 1980.270 p. [in Russian]
9. Florensky P.V. Unikal'nye kadry [Unique frames] / Florensky P.V. // Nature. 2007. No. 1. P. 38-39. [in Russian]
10. Belousov A. Directed blasts and blast-currents: a comparison of the Bezymianny 1956, Mount St Helens 1980, and Soufriere Hills, Montserrat 1997 eruptions and deposits / Belousov A., Voight B., Belousova M. // Bulletin of Volcanology. № 69. P. 801-840.