Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

История формирования вулканического рельефа Камчатки в голоцене

ВАК РФ 11.00.04, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "История формирования вулканического рельефа Камчатки в голоцене"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ГЕОГРАВИИ

На правах рукописи УДК.551.432+551.217.24(571.66)

ПОНОМАРЕВА ВЕРА ВИКТОРОВНА

ИСТОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВУЛКАНИЧЕСКОГО РЕЛЬЕФА КАМЧАТКИ В ГОЛОЦЕНЕ

(на примере вулканов Кизимен и Крашенинникова)

ециальность 11.00.04 -геоморфология и эволюционная география

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1994

Работа выполнена, в Институте вулканической геологии и геохи* Дальневосточного Отделения Российской Академии Hay г.Петропавловск-Камчатский

Научные руководители:

доктор географических наук К.О.Ланге кандидат географических наук О.А.Брайцева

Официальные оппоненты: доктор географических наук С.М.Александров доктор географических наук А.А.Лукашов

Еедущая организация - Геологический институт РАН

Защита состоится " 27 " мая 1994 г. г " 10 " часов на заседании Специализированного совета п< геоморфологии и эволюционной географии (Д.С03.19.04) лр! Институте географии РАН по адресу: Москва, 109017, Старононетшй переулок, 29, Институт географии РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии РАН.

Автореферат разослан " 25 " апреля 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат географических наук

Полуостров Камчатка расположен в зоне перехода от континента к кеану и представляет собой активную континентальную окраину, вязанную с субдукцией Тихоокеанской плиты. Вулканические районы аникают около половины площади Камчатки и во многом определяют го своеобразие. Формирование и развитие рельефа здесь идет при езком преобладании эндогенных факторов и в первую очередь улканизма.

Актуальность работы определяется необходимостью выявления акономерностей формирования современных вулканических сооружений азных типов, что позволит дать долгосрочный прогноз вулканичес-:ой деятельности и рассмотреть ее влияние на природную среду.

Цели и задачи работы. На основании комплексных геолого-гео-гарфологических и тефрохронологических исследований с широким [рименением радиоуглеродного датирования реконструировать головневую историю развития активных вулканов Камчатки и выявить юздействие вулканических извержений на природную среду в шкальном и региональном масштабах.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1) разработать методику датирования голоценовых вулка-{ических форм рельефа и отложений с применением тефрохронологн-4еских исследований и радиоуглеродного анализа,

2) выполнить геолого-геоморфологическое картирование голо-ценовых вулканических сооружений,

3) изучить разрезы почвенно-пирокластического чехла на подножии голоценовых вулканов и создать сводный разрез пирокластических отложений района с выделением в нем тефры изучаемых вулканов и маркирующих горизонтов пеплов,

4) провести радиоуглеродное датирование почв, углей я древесины, ассоциирующихся с горизонтами пирокластики, с целью определения возраста последних,

5) определить возраст огкартированных вулканических и невулканических голоценовых форм рельефа и отложений с помощью перекрывающих их датированных горизонтов тефры,

6) реконструировать историю формирования вулканических сооружений,

7) выявить последствия прошлых извержений и их воздействие на природную среду в локальном и региональном масштабах.

Объекты и методы исследований. Основными объектами исследования являются вулканы Кизимен и Крашенинникова, а также одноактные образования (шлаковые конусы, лавовые потоки, маары и пр.) района Кроноцкое озеро - кальдера Узон. В основу работы положены материалы полевых исследований автора в 1975 - 1993 годах. За этот период были исследованы и проанализированы более 1000 разрезов тефры на территории Камчатки: от вулкана Мивелуч на севере до района

Курильского озера на юге. Собрано более 1000 образцов тефры и ла на валовый химический, минералогический и другие вида анализов около 500 образцов на радиоуглеродное датирование.

Основными методами исследований были геолого-геоморфологичес кий и тефрохронологический с широким применением радиоуглеродног датирования. В процессе работы использовались также полученны автором данные по минералогии, гранулометрии, геохимии, петроло гии продуктов вулканических извержений (лав и пирокластики). работе использовались также данные полевых исследований и образц! сотрудников Лаборатории динамической вулканологии Института вул канической геологии и геохимии ДВО РАН О.А.Брайцевой и И. В. Меле-хесцева, материалы О.Н.Волынца по минералогии и геохимии вулканических пород Камчатки, палеоботанические данные И.А.Егоровой Радиоуглеродные даты, использованные в настоящей работе, был) получены при участии автора преимущественно в Лаборатории геохимии изотопов й геохронологии Геологического института под руководством Л.Д.Сулержицкого, а также в Радиоуглеродной лабораторю Института вулканологии ДВО РАН.

Автор выражает глубокую благодарность своим коллегам зе . полученные материалы и ценные советы по их интерпретации.

Новизна и научное значение работы. Разработаны методы корреляции и идентификации горизонтов тефры крупнейших эксплозивных извержений вулканов Камчатки в голоцене;

- создана голоценовая геохронологическая шкала маркирующих пеплов Камчатки и разработана методика датирования и корреляции с ее помощью форм рельефа и отложений различного генезиса;

- реконструирована история формирования рельефа вулканов Кизимен, Крашенинникова и зон шлаковых конусов к югу от Кроноцкого озера и установлено, что формирование первичного вулканического рельефа носит циклический характер, причем к началу циклов приурочена мощная подача на поверхность магматического вещества, в связи с чем происходит быстрый рост вулканических сооружений, а завершается цикл периодом покоя вулканической деятельности, во время которого начинается изменение вновь образованного рельефа под воздействием экзогенных факторов;

.- проведена корреляция этапов формирования изученных вулканов с этапами формирования других вулканических сооружений Камчатки;

- выявлены палеогеографические следствия голоценовых вулканических извержений различного типа и масштаба.

Практическое значение. Выполненные реконструкции истории формирования вулканических сооружений позволяют выявить тенденцию развития каждого вулкана и дать долгосрочный прогноз его деятельности. Палеогеографические реконструкции последствий прошлых извержений дают возможность оценить прошлую вулканическую опасность

ля района исследований и, с учетом полученного конкретного про-ноза, провести вулканическое районирование и оценку вулханичес-ой опасности для населения и хозяйственной деятельности.

Апробация работы. По теме диссертации опубликована 21 статья и 2 тезисов. Изложенные в диссертации материалы докладывались на аседании Лаборатории эволюционной географии Института географии АН, заседании Лаборатории динамической вулканологии Института >улканической геологии и геохимии ДВО РАН, на конференциях молода ученых Института вулканической геологии и геохимии ДВО РАН 1983,1987,1989 гг.) семинарах по ГНТП 18 "Глобальные изменения [риродной среды..."(1992,1993 гг.), заседании Лаборатории петро-югии Дальневосточного Геологического института.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из Введения, :Яти глав и Заключения общим объемом 177 страниц машинописного текста. Список литературы содержит 206 наименований. Работа зклачает 42 иллюстрации и 1 таблицу.

Автор выражает глубокую признательность своим учителям и кол-тегам по изучению вулканизма Камчатки: научному руководителю ра-зоты О.А.Брайцевой, И.В.Мелекесцеву, О.Н.Еолынцу, Л.Д.Сулержицко-1у, И.В.Флоренскому, И.А.Егоровой за их пример служения своему яелу, постоянную поддергагу п настоящий коллективизм в работе, а гакже сотрудникам Института географии РАН: научному руководителю заботы К.О.Ланге, И.И.Спасской, С.С.Коржуеву за консультации п полезные советы, всему коллективу Лаборатории эволюционной географии за предоставленную возможность заверпитгь эту работу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА ПЕРВАЯ.

ОЧЕРК ПРЕДПЕСТВУЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. В разделе приводится краткий очерх изучения рельефа Камчатки. Предшествующие исследования позволили установить молодой, чаще всего голоценовый возраст больпинства действующих вулканов Камчатки, четко оконтурить районы голоценового вулканизма, а также определить его масштаб и место а истории развития полуострова. Были выявлены и откартированы крупнейпие пологи-тельные и отрицательные формы голоценового вулканического рельефа, а также получены первые радиоуглеродные даты, позволивпшо определить время образования некоторых из них. Эти исследования образовали отличную базу для детального изучения голоценовой истории формирования вулканических сооружений.

1.2. Ключом для реконструкции истории формирования голоценово-

го вулканогенного рельефа послужил тефрохронологический мето основанный на возможности датирования форм рельефа и отложений помощью прослоев вулканических пеплов (тефры), захороненных почвенно-пирокластическом чехле. Такой чехол, состоящий прослоев тефры и разделяющих их горизонтов погребенных поч: покрывает практически всю территорию Камчатки.

1.3. Перед автором настоящей работы стоят две тесно связанш между собой задачи. Во-первых, это геоморфологическая задач« реконструировать историю формирования голоценовых вулканическ! построек различного типа, выделить и датировать этапы их развит! в попытаться скоррелировать этапы вулканического рельефообразовг ния во времени. Во-вторых, это палеогеографическая задача: вы; вить палеогеографические следствия голоценовой вулканическс деятельности, приведшей к формированию вулканических сооружена в локальном, региональном и глобальном масштабах. Выполнение та хих исследований обеспечивает основу для разумного прогноза вул панической опасности и дает возможность оценить вклад вулканизм в изменения природной среды в голоцене. Для решения этих зада необходимо было обеспечить надежное датирование вулканически форм рельефа и отложений. Поэтому прежде всего были изучены мар кирующие прослои тефры как временные реперы голоцена Камчатки.

1.4. В разделе кратко освещаются основные зарубежные исследо вания по истории формирования вулканических сооружений. Сильно; стороной многих зарубежных работ является использование развито аналитической базы, позволяющей выполнять тонкие исследовани: гранулометрического, химического и минерального состава вулкано генных отложений с целью выяснения механизма их перемещения 1 определения содержания летучих компонентов, что крайне важно ДЛ1 оценки влияния вулканизма на природную среду.

Интересно, что наши работы с самого начала отличались ярке выраженным геоморфологическим подходом. Поэтому сильными сторонами наших исследований по сравнению с зарубежными оказалось, во-первых, геолого-геоморфологическое картирование вулканическю районов, а во-вторых, изучение и датирование всех, даже самы> слабых извержений, оставивших свой след в геологической летописи, Что позволяет восстанавливать историю формирования вулканических сооружений во всей полноте и выявлять закономерности их развития.

ГЛАВА ВТОРАЯ

ПЕПЛЫ КРУПНЕЙШИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ КАМЧАТКИ КАК ВРЕМЕННЫЕ РЕПЕРЫ ГОЛОЦЕНА

2.1. Горизонт пепла сильного извержения становится уникальным

юлогичоским маркером, практически мгновенно покрывая огромные .»рритории площадью порядка десятков тысяч квадратных километров, помощью такого горизонта пепла можно однозначно коррелировать валенные разрезы, расчленять отложения различного генезиса и да-ФОЕать формы рельефа. Многолетние работы по изучения пеплов зупнейших извержений позволили разработать методы корреляции и аентификации пепловых горизонтов, определить ареалы их распрсст-анепия и возраст, и таким образом, установить практически для авдого района Камчатки набор маркирующих горизонтов тефры.

2.2. Методика корреляции и идентификации пепловых горизонтов ключает их непосредственное прослеживание, радиоуглеродное атирозание ассоциирующегося с ними органического вещества, зучение вещественного состава пеплсЕ. Самым наглядным методом орреляции пепловых прослоев является непосредственное просле-швакке их в поле от разреза к разрезу, для чего прокладываются ¡араруты с заложением разрезов не реже, чем через 15-20 кк. Дг-■ировакие маркирующих пеплов проводилось с помощью радиоуглерод-юго метода. О.А.Ерайцевой и Л.Д.Сулержицким была разработана ¡етодика детального радиоуглеродного датирования погребенных почв 5 районах современного вулканизма. Для голоценовых отложений Самчатки получено более 1500 датировок, позволяющих давать зозрастную привязку отложений с точностью +-100-200 лет.

Необходимым инструментом корреляции и идентификации пепловых горизонтов было изучение минерального и химического состава леплов, которое позволило выявить характерные черты каждого пепла. Самым надежными методами оказались использование минералов-индикаторов (биотита и роговой обманки),/ присутствие или отсутствие которых в каком-либо пепле позволяли определять его источник, а также установление принадлежности пепла к одной из геохимических серий по Гиллу (1981). Установлено, что несмотря на значительные изменения состава многих пеплов по простиранию горизонта вследствие эоловой дифференциации, в них тем не менее сохраняется присущий им набор цветных минералов, а фигуративные точки каждого пепла на классификационных петрохимических диаграммах укладываются в ряд, отвечающий определенной серии вулканических пород (Пономарева, 1988).

2.3. В разделе приводятся данные о четырнадцати маркирующих пеплах, принадлежащих вулканам Шивелуч, Кизииен, Авачинский, Хангар, Опала, Ксудач, кальдерам Карымской и Курильского озера-Ильинской. Для каждого пеплового горизонта указаны направление оси пеплопада, ареал распространения, цвет, возраст, особенности гранулометрического, минерального и химического состава, описано изменение вещественного состава по простиранию горизонта, приведены примеры датирования форм рельефа и отложений.

2.4.• Изученные горизонты маркирующих пеплов образуют практи чески в любом районе Камчатки довольно дробный каркас, позволяв щий датировать и коррелировать голоценовые формы рельефа и отло жения любого генезиса. Возможно определять возраст вулканически форм рельефа, речных, морских и озерных террас, морен голэценовы ледниковых подвижек, датировать лессы, обвальные и селевые отло жения, конусы выноса, разрывные нарушения, палеоцунами, археоло гические объекты, а также определять скорость накопления любы вмещающих пеплы отложений и выполнять корреляцию одновозрастны разнофациальных отложений в удаленных разрезах.

Полученный сводный разрез пеплов для всей Камчатки служив также летописью крупнейших эксплозивных извержений, которую можш рассматривать, с одной стороны, как летопись крупнейших эндогенных событий, а с другой - как основу для выявления влияния эксплозивного вулканизма на природную среду, в том числе климат.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

МЕТОДИКА РЕКОНСТРУКЦИИ ИСТОРИИ ФОРМИРОВАНИЯ ГОЛОЦЕНОВЫХ ВУЛКАНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

3.1. Первым этапом в реконструкции истории формирования голо-ценовых вулканических сооружений является геолого-геоморфологическое картирование с использованием крупномасштабных, аэрофотоснимков и полевых наблюдений. В результате создается геолого-геоморфологическая схема района исследований, которая является необходимой основой для проведения возрастного расчленения выделенных форм рельефа.

3.2. На следующем этапе работ проводится описание разрезов почвенно-пирокластического чехла на подножии какого-либо вулкана по кольцевому профилю вокруг него. В разрезах определяется □ирокластика изучаемого вулкана (по нарастанию мощности и крупности тефры) и выявляются и идентифицируются горизонты маркирующих пеплов. Эти исследования позволяют построить сводный разрез почвенно-пирокластического чехла района.

I Затем проводится радиоуглеродное датирование погребенных почв, Углей и древесины, ассоциирующихся с горизонтами пирокластики. В задачи датирования входит получение как можно большего количества Дат для различных стратиграфических уровней разреза, чтобы Ьбеспечить как можно более дробное их возрастное расчленение, проводится также отбор образцов пирокластики и лав вулкана на минералогический, химический, гранулометрический анализы, а также Ьтбор образцов почв и супесей на спорово-пыльцевой анализ.

3.3. На следующей стадии работ необходимо получить разрезы

ючвенно-пирокластического чехла, перекрывающего каждую из откар-ированных форм рельефа. Эти разрезы коррелируются со сводным >азрезом тефры, и таким рбразом все формы рельефа получают возрастную привязку. На этой основе создается сводный разрез, вклю-[ающий все вулканические и невулканические образования, который и 1вляется основой для реконструкции истории формирования вулкани-1еских сооружений.

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

ГОЛОЦЕНОВАЯ ИСТОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВУЛКАНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ КАМЧАТКИ

4.1. В Главе рассматривается история формирования двух поли-, генных вулканических сооружений Камчатки: вулканов Кизимен и Крашенинникова, а также зон шлаковых конусов и их лавовых потоков, расположенных к северу и югу от вулкана Крашенинникова. Объекты исследования .имеют как сходные, так и различные черты. Сходство заключается в том, что оба вулкана возникли на рубеж* позднего плейстоцена и голоцена и были активными на протяжения всего голоцена, вследствие чего имеют развернутую во времени и насыщенную событиями историю формирования. С другой стороны, вулканы расположены в разных тектонических и природных зонах, имели; извержения совершенно различного типа, что обусловило различную морфологию построек. Именно развернутая во времена история формирования этих вулканических сооружений, их представительность для соответствующих тектонических зон и совершенно различный способ формирования построек обусловили их выбор в качестве главных объектов исследований.

4.2. Вулкан Кизимен (абсолютная высота .2376 м) - самый южкыЯ из действующих вулканов Центральной Камчатской депрессии. В настоящее время он проявляет лишь фумарольную активность, которая отмечена примерно с 1825 года. Единственное зафиксированное историческое извержение произошло в декабре 1928- январе 1929 г.

Вулкан Кизимен расположен Hfe юго-восточном борту Щапинского грабена и приурочен к система крупноамплитудных сбросов северовосточного простирания зоны сочленения этого грабена с горсток хребта Тумрок. вундаментом вулкана служат вулканогенные и вулха-ногенно-осадочные толщи верхнемиоценовой щапинской свиты, а также вулканиты верхнеплиоценового-плейстоценового возраста. По размерам вулкан является типичным для действующих вулканов Камчатки. Площадь его основания вместе с равнинами подножия - 120 км , относительная высота постройки над руслом р.Левая Щапина - 1950 -

2000 к. Крутизна склонов конуса в средней и верхней части-30-40' Суммарный объем постройки, включая отложения равнин подкоси, 25 км*.

По морфологии вулкан Кизимен - весьма специфическое образов, ние, не имеющее аналогов в пределах Камчатки. Его верхняя част напоминающая по внешнему виду конус обычного стратовулкана, 1 самок деле представляет собой несколько слившихся экструзивн1 куполов с их мощными агломератсвыми мантиями, различными 1 морфологии лавовыми и пирокластическими потоками. Характерш формы подножия вулкана - обширные пологонаклонные (2-5*) равнш пирокластических потоков, прорезанные сетью радиальных доли« Мощность вскрытых ими пирокластических толщ колеблется от 40 ; 170 м. Северо-западная часть постройки вулкана Кизимен деформнрс вана сложной системой сбросов общего северо-восточного простпре ния с вертикальной амплитудой от 50 до 200 м.

Сводный разрез почвенно-пирокластического чехла подножи вулкана Кизимен составлен на основе 23 частных разрезов разнь секторов. Главными реперами при датировании форм рельефа отложений служили маркирующие горизонты пеплсв, связанные вулканами Шивелуч, Ксудач, Авачинский, Хангар. Кроме того, разрезах района было получено еще 9 радиоуглеродных дат. Пр изложении истории формирования вулкана Кизимен для событий интервале 10-8 тыс.лет назад приведен 14С возраст; в интервале тыс.лет назад - настоящее время - календарный возраст .

Вулкан Кизимен возник в самом конце ледниковой эпохи около 12 11 тыс.лет назад. В истории формирования его постройки нам) выделено четыре цикла, состоящие из периодов активизации и еле дующих за ними периодов ослабления (вплоть до прекращения) вулка-нвческой деятельности. Как правило, каждый цикл начинался с мощных эксплозий с выбросом тефры и образованием равнин пирокластических потоков, а завершался формированием экструзивного купола 1 излиянием лавовых потоков. Циклы различались объемом и составо) изверженных пород, параметрами извержений, продуктивностью, а, следовательно, приводили к формированию различных форм вулканического рельефа.

Цикл КЗ I (от 12-11 до 8400 лет назад). К началу цикла приурочены эксплозивные извержения с формированием равнин пирокластических потоков. Затем был сформирован экструзивный купол и произошло образование мощных лавовых потоков длиной не более 3 км. К моменту завершения роста купола объем постройки составлял около 7 - 10 км' . Кульминационная стадия цикла К31 с извержением самого мощного за всю историю вулкана пирокластического потока, перекрывшего долину р.Щапиной, имела место около 10 тыс.лет назад. Ранее сформированный экструзивный купол был уничтожен и на его

месте образовался кратер, где затем был сформирован новый экструзивный купол (купол 1) объемом около 3,5-4 км' , достигший абсолютной высоты около 2100-2200 м. Этот купол является самым старым из выраженных сейчас в рельефе. После окончания периода активизации, за время которого было вынесено на поверхность около 24 км5 вещества, включая тефру дальнего разноса, последовал период покоя продолжительностью около 1100 лет.

Цикл КЗ II (8400-6400 лет назад) начался с серии умеренных по силе эксплозивных извержений. Затем около 8300 лет назад произошло кульминационное извержение, одно из самых крупных на Камчатке в это время. Его тефра (КЗ) выпала на площади в несколько сот тысяч км! и является прекрасным маркером для Северной и Восточной Камчатки. Массовое извержение пирокластики привело также к образованию обширных (70-80 км') равнин пирокластических потоков. В заключительную фазу периода активизации цикла K3II сформировался крупный экструзивный купол 2, продолжительность роста которого по положению связанных с ним отложений в почвенно-пирокластичес-ком чехле можно оценить в 700 лет. Цикл завершился периодом покоя около 1200 лет.

Цикл КЗ III (6400-3000 лет назад) отличался наименьшими масштабами вулканической деятельности по сравнению с предыдущими двумя циклами. В течение его периода активизации (6400-6000 лет назад) происходили только умеренные и слабые эксплозивные извержения, во время которых взрывами был затронут экструзивный купол 2.

Цикл КЗ 1У (3000 лет назад - настоящее время). В начале цикла произошло мощное эксплозивное извержение с образованием последних в истории вулкана Кизимен пирокластических потоков, площадь которых не превысила 30-35 хм!. В посткульминационную фазу цикла в течение долгого времени (до примерно 1100 лет назад) происходило формирование экструзивного купола 3. Рост купола был многостадийным и сопровождался излиянием лавовых потоков. К моменту завершения формирования экструзивный купол вместе с мантией достиг объема 0,25-0,30 км1 и стал основным элементом вершинной части постройки вулкана Кизимен.

Вулканическая активность начальной стадии цикла K3IY сопровождалась резкой активизацией тектонических движений. Произошла, в частности, значительная подвижка по разлому, проходящему по С и СВ секторам подножия вулкана. Из других невулканических явлений, сопровождавших начальные извержения цикла, следует отметить крупный лахар, достигший долины р.Левая Щапина.

Вторая фаза цикла К31У началась со взрыва, разрушившего привершинную часть экструзивного купола 3, образовав здесь открытый на СВ кратер размером 1x0,7 км. После взрыва часть

кратера была заполнена выросшим в нем сравнительно небольшим эффузивным куполок 4, с которым были связаны маломощные короткие лавовые потоки. Последние несколько сот лет вулкан находится в состоянии относительного покоя.

Циклы формирования вулкана имеет примерно одинаковую длительность (от 2000 до 3400 лат); предполагается, что такая цикличность обусловлена главным образом инъекциями новых порций магмы в область питания вулкана, а качала циклов отвечают региональным этапам подачи магматического вещества. Длительность цикла K3IY (около ЗСОО лет) близка к предельной, что дает возможность ожидать в ближайзие сотни лет начала нового, пятого цикла развития вулкана (Мелекесцев, Пономарева, Еолынец)

4.3. Вулкан Крашенинникова распслсжгн в кальдере, приуроченной к региональной ослабленной зоне северо-восточного простирания. К северу и югу от кальдеры эта зона трассируется цепочками шлаковых конусов. Вулкан образован двумя слившимися конусами; Южный кснус выше Северного: его абсолютная высота 1857 м, относительная -около 850 м (Северного соответственно 1760 и 760 м). Южный конус увенчан провальным кратером диаметром 800 м, глубиной около 140 к. Более молодой Северный конус имеет сложное телескопированное строение: его вершина срезана кальдерой обрушения диаметром около 2 км, в ней расположен Северный средний конус, во взрывном кратере которого находится лавовый конус Паук. Побочные прорывы Северного конуса располагаются как на его склонах, так и в южной части кальдеры. Исторических сведений об извержениях вулкана Краоенин-никова нет, но он отнесен к действующим вследствие наличия свежих лавовых потоков и слабой фумарольной деятельности.

В районе работ было изучено 40 полных (отвечающих всему голоцену) и более 60 частных разрезов почвенно-пирокластического чехла. Возрастными реперами для датирования форм рельефа и отложений в районе вулкана Крашенинникова служили маркирующие пеплы, связанные с извержениями вулканов Щивелуч, Опала, Хангар, Кизимон, Авачинский, кальдеры Карымская и др. Кроме того, для разрезов района был получен еще ряд 1<С дат (Пономарева, 1987).

Вулкан Крашенинникова возник около 11-12 тысяч лет назад. Первым начал формироваться Южный конус вулкана. В его деятельности можно выделить два цикла (SC I и SC II) длительностью около 2-3 тысяч лет каждый. К началу каждого цикла приурочены периоды активизации с мощными эксплозивно-эффузивными извержениями, обеспечивавшими быстрый рост Южного конуса; завершался каждый цикл периодом покоя длительностью 700-1000 лет. Деятельность Южного конуса завершилась около 7300 лет назад, после чего его постройка преобразовывалась деструктивными процессами, основную роль среди которых играли вулканотектонические обвалы, по всей вероятности

связанные с деятельностью Северного конуса. Нормирование шлаковых конусов и лавовых потоков в южной зоне шлаковых конусов происходило во время периода активизации цикла БС I, а в северной зоне шлаковых конусов - во время первой половины цикла ЭС II.

Северный' конус вулкана Крашенинникова начал свое формирование с мощного эксплозивного извержения Около 6400 лет назад. Эруптивный канал при этом сместился примерно на 2 км к северу вдоль региональной ослабленной зоны. Предварялось возникновение Северного конуса несколькими извержениями в северной зоне шлаковых конусов, происходившими, начиная с 7100-7200 лет назад. Далее на протяжении примерно 1000 лет происходит активный рост как самого конуса стратовулкана, так и образование многочисленных шлаковых конусов и лавовых потоков на отрезке длиной 4 км, расположенном к северу от него. После завершения начального этапа формирования Северного конуса последовал период покоя длительностью около 700 лет; период активизации и период покоя составили цикл развития вулкана НС1.

Второй цикл формирования Северного конуса вулкана Крашенинникова (N0 II) начался около 4200 лет назад. Период активизации, а следовательно, и период быстрого роста вулканического сооружения продолжался до примерно 1800 лет назад, после чего на вершине вулкана образовалась провальная кальдера гавайского типа диаметром около 2 км. С этим же событием связаны обвалы и осыпи, отложения которых широко распространены у подножия Северного конуса.

Вулканическая деятельность возобновилась около 1300 лет назад, когда в вершинной кальдере Северного конуса началось формирование Северного среднего конуса вулкана. Он вырос примерно за 200 лет. Последними событиями в жизни вулкана Крашенинникова было излияние двух крупных лавовых потоков в южной части постройки и образование в кратере Северного среднего конуса лавового конуса Паук около 400-600 лет назад (Пономарева, Цюрупа,1985). В настоящее время вулкан находится в стадии относительного покоя.

Цикличность вулканических проявлений на вулкане Крашенинникова, отчетливо выраженная в чередовании периодов активизации в покоя, изменении морфологии постройки и в эволюции вещественного состава пород, по-видимому, обусловлена последовательными инъекциями новых порций расплава в область питания вулкана.

4.4. Таким образом, показано, что формирование обоих изученных вулканов носит отчетливо выраженный циклический характер, причен каждый цикл начинается с периода активизации вулкана и быстрого роста его постройки, а завершается периодом относительного покоя. Такая же цикличность установлена и для других вулканов Камчатки (Брайцева и др., 1978; Брайцева и др., 1985 и т.д.). Длительностп циклов формирования разных вулканов сопоставимы и составляют

2000-3400 лет. Цикличность вулканических проявлений связывается с пул¿сационным характером подачи магматического вещества в область питания вулканов, что в свою очередь, по-видимому, отражает пульсационность тектонических процессов (Волынец, Пономарева, Цюрупа, 1939).

Наши исследования позволили подтвердить существование установленной ранее для вулкана Малый Семячик (Брайцева и др., 1978) закономерности динамики формирования вулканических сооружений. Вулканический конус б процессе крупного цикла активности достигает определенной предельной для него высоты (пли морфологической емкости по Мелекесцеву, 1980), после чего либо происходит латеральное смещение канала вулкана и построение нового конуса рядом с предыдущим, либо снижение вершины вулкана взрывом или обрушением и получение таким образом возможности достраивать конус в высоту. Оба варианта могут реализовываться в разное время на одних и тех же вулканах. Так, на вулкане Крашенинникова вначале, после' завершения формирования Южного конуса, произошло смещение питающего канала на 2 км к северу, где и был сформирован Северный конус вулкана. Когда он в свою очередь достиг предельной высоты, произошло обрушение вершины Северного конуса с образованием на нем кальдеры, что позволило затем вновь достраивать эту вулканическую постройку при формировании в ней Северного среднего конуса. -

Сопоставить циклы формирования различных вулканов во времени можно с помощью разработанной нами своеобразной геохронологической шкалы маркирующих пеплов. Так, в деятельности вулканов Кизимен и Крашенинникова можно обнаружить периоды синхронной активизации. Оба вулкана начали формироваться на рубеже позднего плейстоцена и голоцена около 11-12 тысяч лет назад. Начало формирования Северного конуса вулкана Крашенинникова произошло практически одновременно с началом цикла деятельности вулкана Кизимен КЗ III. Если же рассматривать деятельность в зонах шлаковых конусов в районе вулкана Крашенинникова как одно целое с деятельностью самого вулкана, то можно . отметить, что импульсы подачи магматического вещества (соответствующие началам циклов) на вулкане Крашенинникова предваряют (опережают) начала циклов на вулкане Кизимен примерно на 700-1200 лет. Такое запаздывание активизации вулкана Кизимен по сравнению с вулканом Крашенинникова представляется логичным следствием положения вулкана Кизимен в тыловой части вулканического пояса на большем расстоянии от зоны субдукции. Начала циклов на вулкане Кихпиныч непосредственно предваряют начала циклов NC II и MN на вулкане Крашенинникова, что согласуется с положением вулкана Кихпиныч во фронтальной зоне вулканического пояса ближе к зоне субдукции (Пономарева, Брайцева, 1990).

ГЛАВА ПЯТАЯ

ПАЛЕ0ГЕ0ГРА5ИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ ГОЛОЦЕНОВОЙ ВУЛКАНИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЛОКАЛЬНОМ И РЕГИОНАЛЬНОМ МАСШТАБАХ

Исследования эволюции вулканизма во времени показали, что максимальная энергия крупнейших извержений исторической эпохи и голоцена в целом примерно одинакова (Мелекесцев, 1980). То есть изучение именно голоценового вулканической деятельности и ее воздействия на природную среду и человека дает необходимый исторический фон для понимания роли современного вулканизма и позволяет высказать предположения о возможном воздействии в будущем.

Самые сушественные изменения рельефа местности были связаны с образованием крупных положительных (конусы вулканов) н отрицательных (кальдеры) вулканических форм, что • приводило к изменению рисунка гидросети, распределения растительных ассоциаций и пр.

К вулканическим явлениям, оказывающим наиболее существенное воздействие на природную среду, относятся извержения пирокластики с образованием пирокластических потоков, пирокластических волн и тефры и излияния лав. Кроме того, вулканические извержения могут быть причиной образования лахаров (грязекаменных потоков) и крупных обвалов.

Извержение больших объемов пирокластики оказывает воздействие на природную среду в локальном, региональном и даже глобальном масштабах. Самыми значительными эксплозивными событиями на Камчатке в голоцене были кальдерообразующие извержения с выбросом до 180 км пирокластики и образованием кальдер Карымской,Ксудач III, IY, У, Курильского озера-Ильинской. Кроме того, крупные эксплозивные извержения были связаны с моногенными кратерами и страто-вулканами. Пики эксплозивного вулканизма со сближенными во времени крупнейшими извержениями имели место 7800-7500 и 18001300 lfc лет назад (Мелекесцев и др., 1990).

Пирокластические потоки оказывают воздействие в локальном и даже региональном масштабе, покрывая площади порядка десятков и сотен км1. Они оказывают механическое, термическое и химическое воздействие и часто приводят к образованию мощных лахаров. Пирокластические волны распространяются на еще большие площади и также оказывают механическое, термическое и химическое воздействие. Отложения пирокластических потоков и пирокластических волн установлены на вулканах Цивелуч, Безымянный, Кизимен, Хангар, Таун-шиц, Жупановский, Авачинский, Опала, Ходутка, Ксудач, в районах кальдер Карымской и Курильского озера-Ильинской.

Тефра является самым значительным агентом воздействия на природную среду в локальном, региональном и даже глобальном масштабах. В локальном и региональном масштабах она оказывает механическое, химическое, в меньшей степени термическое воздействие. Тефра даже, незначительной мощности может оказывать модифицирующее и стимулирующее воздействие на растительность, что приводит к смене растительных ассоциаций.

Возможность влияния эксплозивного вулканизма на климат и биоту в глобальном масштабе в настоящее время широко дискутируется. Наш опыт изучения голоценового вулканизма Камчатки показывает, что, хотя некоторые извержения здесь были достаточно сильными, чтобы оставить следы в ледниках Гренландии, и могли влиять на погоду в глобальном масштабе, вряд ли отдельные извержения такого порядка могли быть причиной серьезных изменений климата. Если сравнить пароксизмы эксплозивного вулканизма Камчатки с климатической кривой, построенной на основе анализа спорово-пыльцевых спектров, очевидно, что если первый из выделенных пароксизмов совпадает с пиком наиболее неблагоприятных климатических условий, то второй, напротив, с пиком благоприятных условий. Для более точного анализа возможного влияния голоценового вулканизма на климат необходимо прежде всего получить адекватную хронологию крупнейших извержений для всего земного шара, а также изучить состав и содержание летучих в тефрах прошлых извержений. Такие выводы для голоцена совсем не исключают возможности существенной роли эксплозивного вулканизма в изменении климата в более ранние периоды антропоге-на, когда происходили извержения с энергией в 10-100 раз превышающей таковую для голоцена (Мелекесцев, 1980; 81тк1п, 1993).

Излияния лав обычно охватывают площади порядка первых десятков км1. Одним из самых значительных эффузивных событий на Камчатке в голоцене было формирование лавового поля в верховьях реки Озерной, площадь которого достигала 100 км2 . Лавовые потоки оказывают механическое (погребение) и термическое воздействие, приводят к изменению речной сети, образованию подпрудных озер. С лавовыми потоками могут быть связаны лахары.

Наиболее мощные лавовые излияния на Камчатке в голоцене происходили в Срединном хребте, Ключевской группе вулканов, на вулканах Кизимен, Крашенинникова, Горелый, Дикий Гребень, в Жупанов-ской зоне шлаковых конусов и на Толмачевом долу. Основные эффузивные события голоцена тяготеют к его началу. Можно наметить еще один этап мощных эффузивных извержений около 2000-3000 лет назад.

Сопутствующие вулканическим извержениям явления, такие как обвалы и лахары, также могут воздействовать на природную среду, но в основном в локальном масштабе (склоны и подножия вулканов).

ВЫВОДЫ

1. Детальная реконструкция голоценовоЗ истории формирования ¡улкакическпх сооружений Камчатки возможна на основе изучения зтложений их подножий с помощью разработанной нами комплексной 1етодики, базирующейся на геолого-геоморфологических и тефро-:ронологических исследованиях с широким применением радиоуглеродного датирования.

2. Для обеспечения надежного датирования и корреляции форм зельефа и отложений создана геохронологическая пкала маркирующих тплов крупнейших извержений'вулканов Камчатки: изучено около 20 'оризонтов тефры регионального значения, разработаны методы их сорреляции и идентификации, определены их источники, ареалы рас-1ространения, возраст, состав, установлены корреляционные призна-:и каждого горизонта пепла, важнейшими из которых являются наяи-ше минералов-индикаторов (биотита и роговой обманки) и принад-1ежность пепла к определенной геохимической серии пород.

3. С помощью разработанной методики детально реконструирована 1стория формирования вулканов Кизпмен и Крашенинникова.

Установлено, что вулкан Кизрмен возник около 11-12 тысяч лет 1азад. Е истории его формирования выделено четыре цикла (КЗ I -СЗ 1У) длительностью от 2000 до 3400 лет каждый. К началу каждого (икла был приурочен период активизации, проявлявшийся мощными жсплозивными извержениями с выбросом тефры и формированием рав-!ин пкрокластических потоков и последующим ростом' эхструзпвных :уполов и излиянием лавовых потоков. Завершался каждый цикл пентодом относительного покоя.

Вулкан Крашенинникова возник также около 11-12 тысяч лет на-¡ад. Е истории его формирования выделено пять циклов, первые два [з которых (ЗС I и БС IX) отвечают формированию Южного конуса 1улкана, следующие два (НС I и ПС II) - формированию Северного мешнего конуса и, наконец, последний (М1*) - формированию Север-юго среднего конуса вулкана. Циклы имеют длительность от 2000 до 000 лет. К началу каждого цикла приурочены мощные эксплозивно-|ффузивные извержения, обеспечивавшие быстрый рост конусов, за-ерпается каждый цикл периодом относительного покоя.

4. Таким образом, на примере вулканов Кизимен и Крашенинникова становлено, что формирование голоценовых вулканических сооруже-ий Камчатки носит отчетливо выраженный циклический характер, ричем к началу циклов приурочены периоды активизации вулкани-еской деятельности, а следовательно, быстрый рост вулканических ооружений, а завершаются циклы периодами относительного покоя, икличность вулканической активности связывается нами с последо-ательными инъекциями новых порций магматического вещества в бласть питания вулканов.

5. Реконструкция истории формирования вулканических сооружений' позволяет "выявить тенденцию их развития и на этой основе дать долгосрочный прогноз дальнейшей деятельности вулкана. Так, длительность цикла КЗ IY на вулкане Кизимен (около 3000 лет) близка к предельной, что дает возможность ожидать в ближайшие сотни дет активизации вулкана, связанной с началом нового, пятого цикла его развития.

На вулкане Крашенинникова период покоя, завершающий последний цикл его формирования, продлится по меньшей мере еще несколько сот дет.

6. Проведенная с помощью разработанной нами геохронологической ■калы маркирующих пеплов корреляция этапов формирования вулканического рельефа во времени показала, что отмечаются определенные этапы субсинхронной активизации разных вулканов, причем выявляется некоторое запаздывание активизации вулкана Кизимен по сравнению с вулканом Крашенинникова, что согласуется с положением вулкана Кизимен в тыловой части вулканического пояса на большем расстоянии от зоны субдукции.

7. Установлено, что наибольшее вулканическое воздействие на природную среду в голоцене было связано с крупнейшими эксплозивными извержениями. Серии таких извержений были приурочены ко времени 7800-7500 и 1800-1300 лет назад (UC).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Главы в монографиях

1. Голоценовый вулканизм Толбачинской региональной зоны шлаковых конусов. В кн.: Большое трещинное Толбачинское извержение, Камчатка, 1975-76 гг. М., Наука, 1984, с. 177-209 (соавторы О.А.Брайцева, И.В.Мелекесцев, Г.Б.Флеров, Л.Д.Сулержицкий, С.Н.Литасова).

2. Вулкан Крашенинникова. В кн: Действующие вулканы Камчатки. М., Наука, 1991, т.2, с. 62-74 (соавторы О.Н.Волынец,

И.В.Флоренский).

Статьи

1. Применение минералогического анализа для корреляции пеплов' вулкана Шивелуч. Бюллетень вулканологических станций, 1979, N 56, с.126-130 (соавтор А.Р.Гептнер).

2. Возрастное расчленение гслоценовых вулканических образований Толбачинского дола. В сб.: Геологические и геофизические данные о Большом трещинном Толбачинском извержении 1975-76 гг. М., Наука, 1978, с.64-71 (соавторы О.А.Брайцева,И.В.Мелекесцев) .

3, Тефрохронологические и геохронологические исследования Толба-чинской региональной зоны шлаковых конусов. Вулканология и сейсмология, 1981, Н 3, с.14-28 (соавторы О.А.Брайцева, И.В.Мелекесцев, Литасова С.Н., Сулержицкий Л.Д.).

4. Тефра шлаковых конусов Толбачинского дола (Ключевская группа вулканов, Камчатка). Вулканология и сейсмология, 1982, N 2, с. 62-72.

5. О протяженных потоках зидкой кислой лавы на вулкане Крашенинникова. Вулканология и сейсмология, 1985, II 3, с.85-92

(соавтор A.A.Цюрупа).

6. История активности вулкана Кихпиныч з голоцене. Вулканология и сейсмология, 1985, И б, с.3-19 (соавторы О.А.Брайцева,

И.В.Флоренский, С.Н.Литасова).

7. Ключевская группа вулканов. В сб.: Активные вулканы и гидротермальные системы Камчатки. Петропавловск-Камчатский, 1985, с. 6-59 (соавторы Г.Е.Богоявленская, О.А.Брайцева, Н.А.Жаринов, И.Т.Кирсанов, И.В.Мелекесцев, А.П.Хренов).

8. Применение радиоуглеродного датирования в практике тефрохро-нологических исследований. В сб.:Новые данные по геохронологии четвертичного периода. М., Наука, 1987, с. 179-^.87 (соавторы О.А.Брайцева, Л.Д.Сулерницкий, И.В.Мелекесцев, С.Н.Литасова).

9. Динамика активности вулканов Мутновский и Горелый в голоцене и вулканическая опасность для прилегающих районов (по тефро-хронояогическим данным). Вулканология и сейсмология, 1987,

N 3, с.3-18 (соавторы И.В.Мелекесцев, О.А.Брайцева).

10. Вулкан Крашенинникова: история формирования и динамика активности. Вулканология и сейсмология, 1987, N 5, с.28-44.

11. Тефра как объект исследований при изучении эволюции магматического вещества. В сб.: Вулканологические исследо^ вания на Камчатке. Петропавловск-Камчатский, 1988,с.14-19.

12. Петрологические и тефрохронологические исследования вулкана Крашенинникова на Камчатке. Известия АН СССР, сер.геол., 1989, N 7, с.15-31 (соавторы О.Н.Волынец, А.А.Цюрупа).

13. Prediction of volcanic hazards on the basis of the study of dynamics of volcanic activity, Kamchatka. В сб.: Volcanic Hazards. Assessment and Monitoring. IAVCEI Proceedings in Volcanology 1. Springer, 1989, c. 10-35 (соавторы И.В.Мелекесцев, О.А.Брайцева}.

14. Крупнейпие эксплозивные извержения вулканов района Курильского озера в голоцене. В сб.:Вулканологические исследования на Камчатке.. Петропавловск-Камчатский, 1990, с.5-11.

15. Вулканическая опасность для района Кроноцкое озеро-Узон-Долпна гейзеров. Вулканология и сейсмология, 1990, N 1, с. 27-44 (соавтор О.А.Брайцева).

16. Возраст и динамика формирования действующих вулканов Курило-Камчатской области. Известия АН СССР, сер.геол., 1990, К 4, с. 17-31 (соавторы И.В.Мелекесцев, О.А.Брайцева, Л.Д.Сулер-жицкий).

17. Вулкан Кизвмен (Камчатка) - будущий Сент-Хеленс? Вулканология и сейсмология, 1992, N 4, с. 3-32 (соавторы И.В.Мелекесцев, О.Н.Волынец).

18. Tephra of the largest prehistoric Holocene volcanic eruptions in Kamchatka. Quaternary International, 1992, v. 13/14,

p.177-180 (соавторы О.А.Брайцева,И.В.Мелекесцев,В.Ю.Кирьянов,, С.Н.Литасова, Л.Д.Сулержицкий).

19. Radiocarbon dating and tephrochronology in Kamchatka. Radiocarbon, 1993, К 3 (соавторы О.А.Брайцева, Л.Д.Сулержицкий,

С.H.Литасова, И.В.Мелекесцев).

20. Катастрофические эксплозивные вулканические извержения и их воздействие на природную среду (на примере вулкана Пивелуч, Камчатка). Известия АН , сер.геогр., 1994, N 1, с.75-85, (соавторы М.М.Певзнер, И.В.Мелекесцев, Э.М.Раковская).

21. Возраст действующих вулканов Курило-Камчатской области. Вулканология и сейсмология, 1994, К 4, с.З (соавторы О.А.Брайцева, И.В.Мелекесцев, Л.Д.Сулержицкий, С.Н.Литасова).

tun l'ktp чик й /1