Особенности морфологии кратерных озер Курильских островов

Козлов, Дмитрий Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Особенности морфологии кратерных озер Курильских островов
ВАК РФ 25.00.25, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "Особенности морфологии кратерных озер Курильских островов"

На правах рукописи УДК 551.432.7,912.644.4+912.648

КОЗЛОВ ДМИТРИИ НИКОЛАЕВИЧ

ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ КРАТЕРНЫХ ОЗЕР КУРИЛЬСКИХ ОСТРОВОВ

Специальность: 25.00.25 - Геоморфология и эволюционная география

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

2 6 СЕН 2013

005533555

Санкт-Петербург 2013

005533555

Работа выполнена на кафедре физической географии и природопользования федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена»

Научный руководитель: Субетто Дмитрий Александрович

доктор географических наук, профессор, заведующий кафедрой физической географии и природопользования Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена

Официальные оппоненты: Наумснко Михаил Арсеньевич

доктор географических наук, профессор, заведующий Лабораторией гидрологии федерального государственного бюджетного учреждения науки «Институт озероведения РАН»

Федоров Григорий Борисович

кандидат географических наук, доцент кафедры геоморфологии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет»

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «СевероВосточный федеральный университет имени М.К. Аммосова»

г- чв.

Защита диссертации состоится « / » Л? 2013 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 212.199.26 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, созданного на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена, расположенного по адресу: 191186, Санкт-Петербург, набережная реки Мойки, 48, корп. 12, ауд. 21.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, набережная реки Мойки, 4§^корп. 5. Автореферат разослан « {3 » ап'г^Мв 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета И.П. Махова

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. По последним оценкам 1200 из 84S0000 озер Земли относятся к вулканическим кратерным озерам (Meybeck, 1995), однако лишь по 269 из них имеются более или менее подробные сведения, собранные в мировой лимнологической базе WORLDLAKE (Ryanzhin, Straskraba, 1999; Рянжин, Ульянова, 2000). Эти уникальные и труднодоступные природные объекты привлекают пристальное внимание исследователей, как с теоретической точки зрения, так и с практической.

Кратерные озера обладают достаточно высоким рекреационным потенциалом, связанным, в том числе, со значительными запасами воды разного химического состава и выходами термальных вод, который реализован в США, Новой Зеландии и особенно в Японии. В то же время из-за связи с активным вулканизмом кратерные озера могут представлять серьезную угрозу инфраструктуре, населению и туристическим группам.

В России вулканические кратерные озера распространены на полуострове Камчатка и на Курильских островах. Морфология Камчатских кратерных озер рассмотрена в работах В.И. Бондаренко (1990), C.B. Ушакова и С.М. Фазлуллина (1997). Некоторые материалы об озерах Курил содержатся в работах К.К. Зеленова и М.А. Канакиной (1962), A.B. Зотова и др. (1988), С.М. Фазлуллина и В.В. Батояна (1989). Однако, в целом, до настоящего времени кратерные озера Курильских островов остаются практически не исследованными.

Цель работы - выявить особенности морфологии кратерных озер Курильских островов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- составить батиметрические схемы и модели озерных котловин;

- сравнить морфологию котловин кратерных озер;

- выявить наличие поствулканических процессов в кратерных озерах;

- систематизировать исследуемые озера по морфологическим параметрам и характеру поствулканических процессов в их котловинах;

- дополнить базу данных WORLDLAKE полученной информацией.

Объект исследования — кратерные озера Курильских островов.

Предмет исследования — изучение особенностей морфологии кратерных озер Курильских островов и поствулканических процессов в озерных котловинах.

Материалы и методика исследования. В качестве теоретической и методологической основы исследования автором использовались работы отечественных и зарубежных исследователей, среди которых Бондаренко В.И., Верещагин Г.Ю., Влодавец

B.И., Горшков Г.С., Добровольский А.Д., Дрознин В.А, Корсунская Г.В., Мархинин Е.К., Мелекесцев И.В., Михайлов В.Н., Муравейский С.Д., Рашидов В.А., Рянжин C.B., Ушаков

C.B., Фазлуллин С.М., Федорченко В.И., Forel F.A., Pasternack G.B., Larson G.L., Varekamp J.C., Giggenbach W.F., Rowe G.L. Материалом для исследования послужили данные эхолотной съемки кратерных озер, полученные автором и его коллегами в восьми комплексных научно-исследовательских экспедициях 2005-2011 гг. на Курильских островах. Экспедиционные работы были организованы ИМГиГ ДВО РАН и велись в составе вулканологического отряда под руководством A.B. Рыбина. Для получения дополнительной географической и геоморфологической информации использовались геоинформационные ресурсы, размещенные в сети Интернет - Google: Планета Земля 6.2. и GeoMapApp 3.3.0. Основной используемый метод — эхолотный промер с синхронной навигационной (GPS) привязкой эхолотных профилей и их последующей обработкой в программах Sonar Viewer

2.1.1, Excel 2010 и Surfer 10. Использовались эхолоты Lowrance: «Eagle SeaCharter 320DX» и «LMS-527cDF iGPS». Дополнительно применен метод тепловизионной съемки инфракрасной камерой SAT SDS Hotfind-LXS и проверки электронным термометром «Digitron-T200KC». Для получения и анализа экспедиционных материалов применялись как традиционные картографический и статистический методы, так и новые методы моделирования, геоинформационные и дистанционные методы.

Научная новизна. Впервые:

- составлены батиметрические схемы и модели кратерных озер Курильских островов с применением современной методики цифрового эхолокационного профилирования с компьютерной обработкой эхограмм;

- выявлены и количественно охарактеризованы подводные гидротермальные выходы, экструзивные купола и эксплозивные воронки, определяющие разнообразие форм озерных котловин;

- выполнена типизация кратерных озер Курильских островов по морфологии и наличию поствулканических процессов в озерных котловинах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Авторские батиметрические профили, схемы и модели кратерных озер Курильских островов детально отображают морфологию озерных котловин, их структурные элементы, выявляют специфику генезиса озер, а так же позволяют фиксировать местоположение, интенсивность и масштабы подводных гидротермальных процессов.

2. Морфология котловин кратерных озер определяется преимущественно типом и интенсивностью вулканических и поствулканических процессов.

3. Морфологическое разнообразие озерных котловин связано с различным сочетанием положительных и отрицательных эксплозивных и экструзивных форм вулканического рельефа —кальдер, кратеров, воронок, куполов и конусов.

4. По морфологическим особенностям и характеру поствулканических процессов кратерные озера Курильских островов можно объединить в следующие типы:

I тип - округлой формы, представляющие собой эксплозивные воронки и кратеры с гидротермальными выходами в днищах озерных котловин;

II тип - чашеобразной и серповидной формы, со сложным строением днищ с гидротермальными выходами в них;

III тип - серповидной формы со сложным строением днищ без гидротермальных выходов в них.

Теоретическое значение исследования заключается во вкладе в развитие теории геоморфологии и лимнологии, а именно в формировании представлений о развитии озерных экосистем вулканического генезиса. На примере района современного островодужного вулканизма успешно апробирована методика эхолокационной съемки озер с последующим моделированием в ГИС. Предложена типизация кратерных озер, учитывающая морфологию котловин и характер поствулканических процессов в них.

Практическое значение работы. Результаты исследования кратерных озер Курильских островов были использованы при вулканологическом районировании и составлении карт вулканоопасности для Курильской островной дуги, в отчетах НИР ИМГиГ ДВО РАН «Петролого-геохимические и морфогенетические особенности мезозойского и кайнозойского островодужного вулканизма Сахалина и Курильских островов» за 2009-2011 гг. Гр. 1200951744 и «Вулканическое районирование и контроль состояния вулканов Курильских островов» за 2006-2008 гг. Гр. № 01200609149. Результаты исследования использованы при разработке научно-образовательных материалов и экологических маршрутов Сахалинским государственным университетом, Государственным природным заповедником «Курильский», Сахалинским областным краеведческим музеем, туристическими и экологическими организациями. Результаты работы могут быть использованы для научных изысканий, а так же для навигационных целей и в научно-просветительской работе. Практическая часть исследования опубликована в рецензируемых

изданиях, входящих в перечень ВАК, и поступила в базу данных по озерам мира WORLDLAKE.

Апробация работы. Результаты исследования и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях и симпозиумах: «JKASP (Biennial Workshop on Japan-Kamchatka-Alaska Subduction Processes)-5» (Саппоро, Япония, 2006); «XIII научное совещание географов Сибири и Дальнем Востока» (Иркутск, 2007); JKASP-6, «IV Всероссийский симпозиум по вулканологии и палеовулканологии «Вулканизм и геодинамика», научная конференция «Вулканизм и связанные с ним процессы» (Петропавловск-Камчатский, 2006, 2009, 2012); Всероссийская научная конференция «Вопросы геологии и комплексного освоения природных ресурсов Восточной Азии» (Благовещенск, 2010); Международный симпозиум «Современные научные исследования на Дальнем Востоке», Сахалинская молодежная научная школа «Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз» (Южно-Сахалинск, 2006, 2007,

2008, 2009, 2010, 2011); JKASP-7 (Фейрбэнкс, США, 2011); Международные научно-практические конференции «LXV и LXVI Герценовские чтения» (Санкт-Петербург, 2012, 2013).

Значимость исследования и высокий интерес со стороны профессионального сообщества и регионального правительства подтверждается выделением автору целевых грантов различного уровня, в числе которых: грант РФФИ 12-05-31502-мол., гранты ДВО РАН: 007-Ш-Д-08-100, 09-III-B-08-478, 10-III-B-08-224, 11-III-B-08-056, 12-III-B-08-182, молодежный грант Правительства Сахалинской области 2011 г.

Личный вклад автора. В 2005-2011 гг. автор принимал активное участие в работе 8 комплексных научно-исследовательских экспедиций, организованных Институтом морской геологии и геофизики ДВО РАН (г. Южно-Сахалинск) на Курильские острова. В ходе экспедиций выполнено исследование особенностей морфологии уникальных природных объектов - кратерных озер: Горячее и Кипящее (кальдера Головнина, о. Кунашир), Бирюзовое (кальдера Заварицкого, о. Симушир), бухта Броутона (кальдера Броутона, о. Симушир), Малахитовое и Глазок (вулкан Кетой, о. Кетой), Черное (кальдера Немо, о. Онекотан). Для этих водоемов получены наиболее значимые результаты, составлены детальные батиметрические схемы и профили. Дана краткая характеристика современного состояния вулканов, в кратерах которых расположены озера. Современный и палеовулканизм Курильской островной дуги исследовался автором в составе вулканологического отряда Института морской геологии и геофизики ДВО РАН в комплексных научно-исследовательских экспедициях 2005-2012 гг. (Левин и др., 2007, 2008,

2009, 2010; Rybin, Zharkov, Kozlov et. al, 2009). Эти данные используются на протяжении всей работы при описании района исследования и вулканов. Полевой материал получен автором в результате экспедиционных работ как самостоятельно, в качестве студента-практиканта, аспиранта и научного работника, так и при тесном сотрудничестве с ведущими исследователями и специалистами Института морской геологии и геофизики ДВО РАН, Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена, Института озероведения РАН, Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН и Тихоокеанского института географии ДВО РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 10 работ в научных изданиях, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы (145 наименований). Объем рукописи - 110 страниц, в том числе таблица и 48 рисунков (фотографии, батиметрические профили, схемы и модели).

Достоверность результатов обеспечена использованием современной методики батиметрической эхолотной съемки с синхронной спутниковой привязкой по профилю, а так же инструментальной проверкой результатов и их корреляцией при помощи новейших геоинформационных приложений.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, определена его цель и поставлены задачи, обозначены объект и предмет исследования, указана научная новизна и практическая значимость результатов исследования, сформулированы основные защищаемые положения.

В первой главе «Кратерные озера. Общие положения» раскрыты основные классические и современные представления о кратерных озерах и основных процессах, происходящих на днищах их котловин, а так же приведены важнейшие понятия, используемые на протяжении всей работы.

Первое научное определение понятию «озеро» было дано основателем лимнологии Франсуа-Альфонсом Форелем (1901, 1912), согласно которому озеро - это относительно устойчивый естественный водоем суши с замедленным водообменном и не имеющий связи с океаном. Все последующие определения различных исследователей так или иначе используют вышеуказанную трактовку, дополняя и уточняя термин. Тем не менее, формулировка понятия «озера» до сих пор не может полностью охватить все водные объекты, именуемые озерами, в каждом конкретном случае следует учитывать как исторический, так и географический аспекты.

Кратер вулканический морфологически представляет собой чашеобразное углубление, как правило, на вершине вулкана, но иногда и на его склонах, образовавшееся в результате активной, преимущественно эксплозивной деятельности. Стенки кратера достаточно крутые. На дне располагается обычно одно, а иногда и несколько жерл. Размеры кратера колеблются от нескольких десятков метров до нескольких километров в диаметре, глубина — от нескольких десятков до нескольких сот метров (Влодавец, 1984).

Кратерные озера, согласно трудам Д. Хатчинсона (1967) и Д. Швербеля (1987), могут быть как вулканического, так и метеоритного происхождения (импактные). Установлено, что на сегодняшний день на Курильских островах кратерные озера имеют только вулканический генезис. Следовательно, при употреблении автором термина «кратерные озера» подразумеваются кратерные озера вулканического происхождения, так как импактных котловин в регионе не зафиксировано.

Термальные воды - воды с температурой выше среднегодовой температуры воздуха данного района. По Д.Уайту (1965) температура таких вод должна на 5-8,5° С превышать среднегодовую температуру подземных вод района. Могут иметь повышенное содержание солей (1 г/л и больше) и специфических компонентов (Fe, Br, I, В, As, Si) или растворенных газов (С02, H2S, Ra). Термальные воды распространены на Курильских островах и являются неотъемлемой частью многих кратерных озер, таких как Кипящее или Бирюзовое. Гидротермальные процессы влияют на изменение морфологии озер.

Морфология - один из основных признаков любого озера, которым может быть охарактеризована природа водоемов (Коломийчук, 1988), так как она отражает процессы, послужившие причиной образования котловин, и процессы, ведущие к дальнейшей эволюции всей озерной системы. Морфологические особенности озер выражаются через морфометрические характеристики, представляющие систему количественных показателей, позволяющую познать процессы, протекающие в водоемах и вызывающие изменения их подводного рельефа (Муравейский, 1960).

Котловина - естественное понижение земной поверхности различного генезиса, в пределах которого и расположено озеро (Гидрология, 2010).

Проблемой морфологии котловин кратерных озер занимается множество научных коллективов. К настоящему времени накоплен обширный материал по разным районам мира: Aeschbach-Hertig et al., 2002 (Альпы); Beck et al., 2001 (Альпы); Brothers et al., 2009 (США); Brown et al., 1989 (Коста-Рика); Byrne, 1962 (США); Casadevall et al., 1984 (Мексика); Christenson, Wood, 1993 (Новая Зеландия); Demelle, Bernard, 1994 (Индонезия); Giggenbach, 1971 (Новая Зеландия); Mailat, 2010 (Румыния); Hurst et al., 1981, 1991 (Новая Зеландия);

Kazmicrczak, Kempe, 2006 (Тонга); Kazmierczak et al., 2011 (Мексика); Larson, 1989 (озера мира); Legesse et al., 2004; Moemaut et al., 2010 (Африка); Morgan et al., 2003 (США); Rodriguez et al., 2004 (Испания); Pasternack, Varekamp, 1994, 1997 (озера мира); Tamura et al., 2005 (Япония), хотя точное количество озер до сих пор под вопросом.

В нашей стране изучена морфология кальдерных озер Камчатки — Курильского (Бондаренко, 1990) и Карымского (Ушаков, Фазлуллин, 1997). В пределах Курильской островной дуги проведены комплексные исследования частично затопленных и подводных кальдер Львиная Пасть (Бондаренко, 1991а; Подводный..., 1992), Горшкова и Внешней кальдеры Горшкова (Бондаренко, Рашидов, 2003), кальдеры у о. Онекотан (Бондаренко, 1990), бухты Кратерная (Бондаренко, 1986, 1991; Бондаренко и др., 1989).

Исследования морфологии кратерных озер Курильских островов до сих пор имели эпизодический характер. При геологических, географических и гидробиологических изысканиях измерялись отдельные параметры озерных котловин (в основном точечные замеры лотом), которые в настоящее время могут использоваться для сравнительного морфометрического анализа (Зеленое, Канакина, 1962; Зотов и др., 1988; Фазлуллин, Батоян, 1989). В настоящее время возможности приборов и программного обеспечения для батиметрической съемки и визуализации ее результатов значительно расширились, поэтому в работе подробно описана используемая методика.

Основным методом исследования является эхолокационная съемка с GPS-привязкой профилей. Съемка проводилась с помощью цифровых эхолотов, которые позволяют провести детальное батиметрическое картографирование котловин кратерных озер. При проведении батиметрической съемки кратерных озер Курильских островов использовались эхолоты фирмы Lowrance: «Eagle SeaCharter 320 DX» и «LMS-527cDF ¡GPS», которые монтировались на надувную лодку. Частота излучателя — от 50 до 200 кГц.

Высокая степень детализации достигается за счет выбора межгалсового расстояния и шага съемки. Такое оборудование позволяет так же проводить непрерывную съемку по профилю и обеспечивает высокую точность измерений.

В большинстве случаев объем эхолотных профилей может насчитывать несколько тысяч измеряемых значений в зависимости от частоты и времени записи в один файл. Каждое значение представляет собой информацию о координатах точки съемки, глубине, дате и времени эхолотного промера, температуре поверхности воды, смещении относительно предыдущей точки промера и другую вспомогательную информацию. В процессе обработки используются только значения координат и глубин. Выборка значений производится таким образом, чтобы на каждый квадратный метр площади озера приходилось одно усредненное значение глубины. Система профилей выбирается таким образом, чтобы плотность покрытия озера была максимально равномерной.

Алгоритм составления батиметрической схемы был адаптирован для использования на труднодоступных кратерных озерах. Суть его состоит в том, что данные эхолотного профиля в виде файла с расширением *.slg экспортируются в программу Lowrance Sonar Viewer (версии 1.3 — 2.2.1). Здесь он представляет собой визуализацию профиля с возможностью интерпретации данных (устраняются помехи от поверхности воды, посторонние шумы, выявляются неоднородности водной толщи в виде газов или резких разностей температуры и т.д.). На этом этапе возможно изучение характеристик донного рельефа, а из-за различной скорости звуковых волн в жидкости с различной минерализацией и содержанием газа, видны подводные газогидротермальные выходы. Здесь же можно определить их координаты. Далее производится экспорт в табличный формат. В таблице производится фильтрация информационного массива с целью получения только уникальных значений координат и глубин. Для этого используются GPS данные об изменении позиции. Полученная таблица экспортируется в программу Surfer, после чего мы получаем площадную картину озера и создается графический файл -кондиционная батиметрическая схема.

Описание морфологии и расчет основных морфометрических характеристик кратерных озер Курильских островов осуществлялся по общепринятым методикам (Верещагин, 1930; Муравейский, I960; Морфология..., 2004; Гидрология, 2010). При этом для контроля координатной привязки и точности получаемых значений использовались данные из общедоступного источника в сети Интернет - Google: Планета Земля 6.2. и ГИС GeoMapApp 3.3.0.

В современной науке при исследовании областей активного вулканизма используется высокотехнологичное оборудование — портативные цифровые тепловизоры. Такую аппаратуру применяют для поиска и обследования термоаномалий, мониторинга поствулканических процессов (Гордеев, Дрознин, 2010; Дрознин, 2009; Calvan, Spampinato, Lodato et al, 2005; Mongillo, Wood, 1995; Sahetapy-Engel, Harris, 2009).

При обследовании озер Кипящее, Горячее и Бирюзовое использовалась тепловизионная съемка и поверка измерений термометром. Этот метод позволил получить информацию о температурном режиме кратерных озер. Термосъемка озерных фумарольных полей и групп термальных источников велась при помощи камеры SAT SDS Hotfind-LXS и электронного термометра «Digitron-T200KC» с термопреобразователем КТХА 01.02Р-Т310. Диапазон температур, регистрируемых тепловизором SAT SDS Hotfind-LXS — от -20° до +1000°С. Визуализация и обработка термограмм осуществлялись при помощи программного пакета Sat IRDBReport Standard. Сравнение данных о распределении температур на термограммах, полученных при помощи тепловизора, и результатов измерения цифровым электронным термометром (от -200°С до +1350°С) показало, что расхождение показаний приборов находится в пределах от 0 до 10-20°С.

Таким образом, учитывая мировой и отечественный опыт в изучении морфологии кратерных озер и применяя новые методы и технические решения, можно провести детальное исследование особенностей морфологии кратерных озер Курильских островов.

Во второй главе «Природные условия района исследования» подробно описаны региональные природные факторы, влияющие на возникновение кратерных озер и их морфологию. Охарактеризована тектоника, характер вулканической и поствулканической активности, а так же описан вулканический рельеф Курильской островной дуги.

Курильские острова (Рис.1) представляют собой цепь вулканических островов, простирающуюся в форме дуги от юга Камчатки до Хоккайдо на 1250 км. С Камчаткой и северной частью Хоккайдо Курильские острова образуют сложную тектоническую структуру, состоящую из двух параллельных антиклинальных поднятий, внешней и внутренней дуг. Двумя глубокими, широкими проливами она делится на три группы островов: Северную, Среднюю и Южную. Площадь всей Курильской гряды - 10160 км2, в том числе Большой гряды - 9800 км2, Малой -350 км2 (Атлас.., 1967; Справочник.., 2003).

Курильская островная дуга является частью Курило-Камчатского вулканического пояса. Происхождение и развитие островов связано с вулканической деятельностью и общим тектоническим поднятием дуги. Глубинное сейсмическое зондирование (Аверьянов, 1960; Злобин, 2004) показало, что мощность и строение земной коры в различных участках зоны Курильской островной дуги неравномерны. Выделяются три типа коры: океанический тип мощностью 10-15 км, в пределах океанического ложа мощность базальтов и осадочных пород более или менее постоянна; континентальный тип, свойственный мелководным частям Тихого океана в районе северных и южных островов Курильской гряды, здесь земная кора состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев толщиной свыше 20 км; промежуточный тип, приуроченный к участку островной дуги, между проливом Фриза и островом Парамушир, здесь осадочные слои имеют мощность свыше 5 км, базальтовый — 4-8 км, общая толщина коры —12-18 км.

На Курилах выделяются шесть структурных ярусов, соответствующих следующим стратиграфическим подразделениям: шикотанской верхнемеловой серии; предполагаемым палеогеновым отложениям Малой Курильской гряды; средне-парамуширской серии

(верхний олигоцен - нижний миоцен); итурупской серии (средний миоцен); утесной серии (верхний миоцен - плиоцен) четвертичным породам (Геология СССР..., 1964).

На Курильских островах насчитывается 68 вулканических центров с 36 активными вулканами. Все четвертичные и современные вулканы приурочены к островам Большой Курильской гряды. По данным (Атлас..., 2009) на Курильских островах большие извержения происходят каждые 33 года, умеренно-большие - каждые 22 года, умеренные извержения - каждые 11 лет, а слабые извержения - каждые 1-5 лет.

Формирование вулканов

характеризовалось излиянием мощных лавовых потоков андезитового, а реже -андезито-базальтового и базальтового составов. Специфичная особенность вулканизма Курильской островной дуги -множество кальдер, возникающих из-за повышенной вязкости андезитовой магмы, формирующей вулканические взрывы. На протяжении практически всего

четвертичного времени излияния лав происходили достаточно часто, в настоящее время преобладающий тип извержений - эксплозивный (Горшков, 1967; Мархинин, 1985; Мелекесцев, 1980). Для Курильских островов характерно большое разнообразие и оригинальность форм и типов рельефа, сочетания которых почти не встречаются на территории России (Курильские острова..., 2004). Вулканогенный тип рельефа - основной. По классификации В.И. Федорченко (1985) здесь насчитывается семь типов вулканов: простые стратовулканы, кустовые изолированные вулканы, кустовые вулканы в системе хребтов, кальдерные стратовулканы, кальдерные пемзово-пирокластические вулканы, вулканы-экструзии центрального типа, региональные вулканы-экструзии. Во внутренней части кальдер и кратеров могут располагаться экструзивные и эффузивные купола, конусы и эксплозивные воронки. Кальдеры и кратеры могут быть заполнены озерами, такими как Горячее, Бирюзовое или Черное. У некоторых кальдер произошло частичное разрушение бортов и они заполнились морскими водами (например Львиная Пасть, Броутона).

Большинство из Курильских островов - это отдельные вулканы или цепь слившихся между собой вулканических построек типа Сомма-Везувий. Вулканы линейно-гнездового типа формируют хребты - крупнейшие геоморфологические структуры островов. Денудационный средне- и низкогорный рельеф предгорий вулканов и хребтов сформирован на породах миоцен-плиоценового возраста. Среднегорный рельеф характеризуется гребневидными водоразделами и крутыми сильно расчлененными склонами. Низкогорный

Рис. 1. Географическое положение Курильской островной дуги и кратерных озер.

рельеф обладает сглаженными формами. Денудационный рельеф характеризуется высокой степенью расчленения. На Курильских островах широко развиты процессы глубинной эрозии, приводящие к расчленению рельефа (Курильские острова..., 2004; Макарова, 2006; Ганзей, 2010).

Климатические особенности территории региона связаны с формирующимися в зимний период Сибирским антициклоном и Алеутским минимумом. В летний период над материком устанавливается область пониженного давления, при этом тихоокеанский субтропический максимум начинает проникать в умеренные широты, что формирует летний муссон с преобладанием ветров южного и юго-восточного направлений, которые приносят морской влажный воздух. Большая протяженность Курильских островов и наличие холодного и теплого течений оказывают сильное влияние на разнообразие ветрового режима. Температурный режим островов формируется под влиянием окружающих вод и воздушной циркуляции. Самые высокие температуры наблюдаются в июле-августе (23-32 °С), самые низкие — в феврале (-16 "С — -27 °С). Количество осадков на Курильских островах превышает 1000 мм/год, а на северных Курилах оно достигает 2355 мм/год (Атлас..., 1967; Леонов, Панькин, Белоусов, 1974).

По наблюдениям автора, в тех кратерных озерах (Кипящее, Горячее, Бирюзовое, Глазок), в которых сохраняется постоянная интенсивная подводная или береговая гидротермальная активность, зачастую не имеется постоянного сплошного ледяного покрова. По-видимому, из-за воздействия гидротермальных выходов тепловой баланс водных масс не достигает минимума, необходимого для полного замерзания поверхности. Такой вывод был сделан после изучения архива спутниковых снимков группы 8УЕ11Т.

Речная сеть внутри кратеров и кальдер по пространственному расположению относится к центробежному типу. Питание рек происходит за счет дождевых вод и таяния снега и льда, частично - за счет родниковых вод и термальных источников, которые распространены на Курильских островах. Их можно встретить на многих вулканах, зачастую они приурочены к зоне кольцевых и радиальных разломов. Что касается кратерных озер, то лишь озера острова Кунашир Горячее и Кипящее имеют вытекающие из них ручьи. В случае с ручьем, вытекающим из озера Кипящее, можно утверждать, что он имеет антропогенное происхождение. Ручей, вытекающий из озера Горячее, крупнее и впадает в море, он выработал глубокое русло через западный борт кальдеры Головнина.

По современным данным в мире насчитывается 8450000 озер (МеуЬек, 1995), из которых около 1200 считаются вулканическими кратерными, однако только о 269 озерах имеются лимнологические сведения (ЯуапгЫп, 81газкгаЬа 1999; Рянжин, Ульянова 2000). На Курильских островах насчитывается 1099 озер (Справочник..., 2003), генезис которых разнообразен. Больше всего лагунных озер, известных на всех крупных островах Большой Курильской гряды и на Малой Курильской гряде. На четырех крупных и одном малом острове Большой Курильской гряды располагаются кратерные озера (рис. 1).

Генетическую классификацию озер Курильских островов привела в своем физико-географическом очерке Г.В. Корсунская (1958). Она выделяет 9 групп озер с 23 разновидностями: 1. озера, связанные с вулканизмом: кратерные, кальдерные, три разновидности лавоподпрудных и сольфатарные; 2. озера, связанные с аккумулятивной деятельностью моря и рек, лагунные озера: озера намывных перешейков, песчаных кос, аллювиальных равнин, прибрежных равнин, выровненных берегов, береговых валов и древне-лагунные озера. 3. озера, связанные с деятельностью текучей воды: озера-старицы, старицы береговых валов; 4. озера, связанные с деятельностью ветра — дефляционные; 5. озера, связанные с процессами суффозии — суффозионные; 6. озера, связанные с нивацией: нивапьно-каровые постоянные и временные; 7. озера, связанные с подпором грунтовых вод: озера плоских водоразделов, временные озера атмосферного питания; 8. озера, связанные с четвертичным оледенением - моренные озера; 9. озера, связанные с деятельностью человека - озера серных разработок. Кратерные озера отличаются от остальных большой глубиной в несколько десятков и даже сотен метров (табл. 1), а так же смешанным питанием за счет

атмосферных осадков и термальных источников. Большинство озер зимой покрывается льдом толщиной до 1 м.

Генетическая классификация Курильских озер Г.В. Корсунской весьма полезна при исследовании кратерных озер. Однако, основанная на принципе происхождения котловины, она не учитывает некоторые важные для исследования факторы: наличие или отсутствие типичных вулканических форм рельефа в озере (эксплозивные воронки, эффузивные и экструзивные купола) и интенсивность вулканических и поствулканических процессов (извержения, гидротермальная и фумарольная активность).

Таким образом, формирование и развитие кратерных озер Курильских островов происходит под влиянием комплекса факторов: интенсивности вулканических и поствулканических процессов, геологической обстановки, климатических условий и степени развития гидрологической сети. Первоначальная форма и размеры озерной котловины зависят от характера извержения. При мощном кальдерообразующем извержении возможно образование крупного озера, наподобие Горячего или Кольцевого. При небольшом одноактном или многофазном, фреатическом или фреато-магматическом эксплозивном событии возможно образование небольших кратерных озер, таких как Кипящее или Глазок. Однако такие процессы могут сопровождаться возникновением новых воронок и осложнением уже существующих котловин. Такое явление можно наблюдать на днищах озер Горячее или Бирюзовое. При любых из перечисленных событий, а так же при эффузивных и экструзивных вулканических процессах существует вероятность осложнения кратерной озерной котловины конусом или куполом, как надводным, так и подводным. Подобные осложнения котловин можно наблюдать в бухте Броутона, озерах Кольцевое и Бирюзовое. Одним из факторов изменения морфологии днища и склонов котловин являются поствулканические процессы различной интенсивности. При условии отсутствия эксплозивных извержений решающими факторами изменения морфологии кратерных озерных котловин становятся денудационные, в том числе эрозионные, и аккумулятивные процессы.

В третьей главе «Особенности морфологии кратерных озер» изучаются натурные материалы, полученные автором в экспедиционных работах по исследованию морфологии кратерных озер Курильских островов. Проводится интерпретация эхолокационных данных, описание батиметрических профилей, схем и моделей озер.

Озера острова Кунашир. Озера Горячее и Кипящее располагаются в кальдере Головнина (абс. отметка 547 м) (рис. 3.1). Ранее рельеф дна этих озер изучали при помощи лота: озеро Горячее - С.М. Фазлуллин и В.В. Батоян (1989), озеро Кипящее - A.B. Зотов, В.И. Сорокин и И.Б. Никитина (1988). Эти исследования дали лишь примерное представление о строении озерных котловин.

Кальдера Головнина находится на юге острова Кунашир и имеет диаметр по гребню около 4.5 км. Дно кальдеры в основном ровное с небольшим уклоном на северо-восток. В центре кальдеры находятся два экструзивных купола андезидацитового состава: Центральный Восточный и Центральный Западный. (Мархинин, 1959; Федорченко, 1962).

Последнее проявление эруптивной деятельности в кальдере связано с фреатическим взрывом, в результате которого образовался кратер диаметром около 350 м, заполненный озером Кипящее. Образование этой воронки взрыва, по разным оценкам, произошло от 640680 л.н. (Фазлуллин, Батоян, 1989) до 1000 л.н. (Разжигаева, Ганзей, 2006). Детальное изучение продуктов фреатического извержения показало, что объем выброшенного материала составляет 0.00241 км3, что почти совпало с объемом воронки озера равным 0.00245 км3. Эти данные доказывают, что воронка озера была образована фреатическим извержением (Козлов, Белоусов, 2007; Kozlov, Belousov, 2006).

Воронка фреатического взрыва, заполненная озером Кипящее, врезана в озерные отложения и южную часть экструзивного купола Центральный Восточный. По нашим данным высота кромки кратера от 140 до 195 м над уровнем моря, средняя глубина кратера -30 м. Максимальная глубина озера, по данным A.B. Зотова с соавторами (1988), составляла

17 м, а по нашим данным -16 м, площадь — 0.33 км2. Температура воды в районе выходов термальных вод не превышает 95°С, температура поверхности в других частях озера варьирует от 30 до 60°С.

Батиметрическая съемка озера Кипящее проводилась по семи профилям, их общая длина составила 1.5 км, на основании профилей построены батиметрические схема и модель озера. Из анализа профилей следует, что озеро имеет простую воронкообразную форму и резкое, равномерное по окружности углубление от берегов к центру дна. Абсолютная высота дна озера - 121 м, высота береговой линии — 137 м, максимальная длина - 330 м, ширина — 220 м, общая длина береговой линии — 900 м, площадь зеркала — 0.033 км2, объем — 0.00122 км3, глубина - 16 м.

145.498* 145.499* 145.5* 145.591*

Рис. 2. Озеро Кипящее: А - батиметрическая схема, Б - З-Ц модель. Сплошными линиями показаны эхолотные профили, пунктиром - батиметрические.

Северная часть кальдеры Головнина занята озером Горячее. В настоящее время озеро занимает 3.1 км2, что составляет 1/3 площади дна кальдеры. Озеро сообщается с Охотским морем ручьем Озерный. Батиметрическая съемка озера Горячее проводилась по 30 профилям, общая длина которых составила 20 км. На основании профилирования были составлены батиметрическая схема и З-О модель озера Горячее. Из анализа профилей следует, что озеро имеет серповидную форму, абсолютная высота дна озера — 65.7 м, высота береговой линии - 128 м, максимальная длина - 3 км, ширина — 1.7 км, длина береговой линии — 8.48 км, площадь зеркала — 3.1 км2, объем — 0.16 км3, глубина — 62 м.

И5.И5

Рис. 3.

Озеро Горячее: А - батиметрическая схема, Б — 3-Б модель. Сплошными линиями показаны эхолотные профили, пунктиром — батиметрические.

В западной и восточной части кратерного озера Горячее обнаружены две воронки. Размер западной воронки около 250x200 м2, глубина 62 м. Размер восточной воронки 200x150 м2, глубина 60 м. Обе воронки имеют обширные гидротермальные выходы. Такие же выходы располагаются почти по всей площади дна озера Кипящее. Котловина озера Горячее имеет сложное строение и форму полумесяца, с несколькими глубоководными

участками в центральной части озера — подводными во

ронками эксплозивного генезиса.

Озера острова Симушир. Бухта Броутона является составной частью вулкана Уратман (массива Броутона), построенного по типу Сомма-Везувий и расположенного на северо-восточном окончании о. Симушир (Аносов и др., 1989; Горшков, 1967; Камчатка..., 1974). Бухта заполняет северо-западную часть кальдеры Уратман и является самым большим по размерам водоемом острова. На севере, между мысами Советский и Сторожевой, она соединяется с Охотским морем узкой протокой шириной 200-250 м. Фактически бухта представляет собой крупный водоем, расположенный в обширной кальдерной депрессии, предположительно бывший озером, который в самом ослабленном месте стенки кальдеры соединился с Охотским морем и был заполнен его водами.

Стратовулкан Уратман представляет собой крупную кальдеру размером 7.5Х7 км2, с внутренним центральным конусом Уратман и несколькими побочными образованиями — двумя шлаковыми конусами и куполом, находящимися к северу от подножия центрального конуса. Исторические сведения об извержении вулкана отсутствуют, он остается слабоизученным. (Горшков, 1967; Федорченко и др., 1989). Абсолютная высота гребня кальдеры Уратман 250-450 м. По подсчетам В.И. Мелекесцева (1988) площадь кальдеры по бровке составляет 45 км2, а объем — от 30 до 50 км3. Центральный конус Уратман образовался в голоцене и до настоящего времени хорошо сохранился (Горшков, 1967), его высота составляет 678 м.

Батиметрическая съемка бухты Броутона проводилась по 21 профилю, общая длина профилей составила 57 км, в результате съемки были составлены ее схема и З-Б модель (рис. 4). Бухта Броутона имеет форму полумесяца, дно ниже уровня моря на 250 м, высота береговой линии — 0 м, максимальная длина — 5.7 км, ширина 2.7 км, длина береговой линии — 18 км, площадь зеркала — 15 км2, объем — 2.45 км3, глубина - 250 м. Установлено, что подводные склоны бухты имеют крутизну склона около 15-25° до глубин 200-220 м, далее идет обширное субгоризонтальное дно, достигающее глубин 240-250 м. В восточной части бухты был обнаружен и тщательно промерен подводный вулканический купол (рис. 4),

охотское

НОРЕ

ТИХИЙ ОКЕАН

купол; 5 - побочные образования вулкана Уратман; 6 - профили эхолотных промеров.

который хорошо виден на ЗО-модели. Купол имеет размеры — 0.8x0.8 км2 по изобате 175 м. Относительная высота купола ~ 200 м, а его вершина находится на глубине 30 м. Подобный рельеф наблюдается вдоль всего берега, кроме самой южной и восточной оконечностей бухты, а так же участка вблизи подводного купола, обнаруженного во время наших работ. За многовековой период денудации стенок кальдеры и эруптивной активности вулкана обломочный вулканогенный материал изменил дно до современного состояния. Признаков подводной газогидротермальной активности не обнаружено.

Кратерное озеро Бирюзовое расположено в кальдерном комплексе Заварицкого (абс. 624 м). Комплекс расположен в центральной части острова Симушир и представляет собой три вложенных друг в друга кальдеры, диаметр молодой кальдеры около 2.5 км. Внутренние стенки, местами почти отвесные, имеют относительную высоту до 350 м. В северной части кальдеры располагаются экструзивный и

эффузивный купола.

12 ноября 1957 г. произошло сильное извержение, в результате которого образовался Северный экструзивный купол (Горшков, 1967; Мархинин, 1960). После извержения в районе купола длительное время проявлялась фумарольная активность. В юго-западной части кальдеры на берегу озера находились термальные источники с температурой 90-100°С (Зеленое, Канакина, 1962). По нашим данным в настоящее время эти источники полностью исчезли.

Батиметрическая съемка озера Бирюзовое проводилась по 30 профилям, их общая длина составила 16 км. Озеро имеет чашеобразную форму, котловина осложнена тремя эксплозивными воронками 42, 81 и 87 м, дно находится ниже уровня моря на 37 м, высота береговой линии — 50 м, максимальная длина - 2.7 км, ширина 1.8 км, длина береговой линии - 8.2 км, площадь зеркала —3.2 км2, объем —0.11 км3, глубина —87 м.

На основании полученных данных впервые составлена подробная батиметрическая схема озера (рис. 5). Подтвердилось наличие на дне субмеридиональной впадины, простирающейся с юго-запада на северо-восток, существование которой предполагал Г.С. Горшков (1967).

На дне озера были обнаружены три воронки. Одна воронка находится в южной части озера и имеет максимальную глубину 87 м. Вторая воронка находится южнее купола Восточный, в северо-восточной части озера. Ее максимальная глубина 81 м. Третья воронка с максимальной глубиной 42 м обнаружена в северо-западной части озера. Воронки имеют эксплозивный генезис. По своим морфологическим характеристикам они близки к воронкам, расположенным в кратерных озерах Горячее и Кипящее. В пределах воронок озер Горячее и Кипящее существуют интенсивные выходы подводных газогидротерм, а в воронках озера Бирюзовое таких выходов не обнаружено. Их днища не засыпаны продуктами извержений и

Рис. 5. Батиметрическая схема озера Бирюзовое. 1 — Восточный эффузивный купол; 2 - Северный экструзивный купол и лавовый поток; 3 — донные гидротермальные выходы. Сплошными линиями показаны эхолотные профили, пунктиром — батиметрические.

не перекрыты донными осадками, видимо потому, что они образовались сравнительно недавно. На профилях, расположенных в юго-западной части озера, виден участок с затопленными термальными источниками.

Для озера Бирюзовое характерны большие колебания уровня воды. За почти 50-летний период (1958-2007) глубина озера увеличилась на 12 м. По данным (Зеленое, Канакина, 1962) после извержения 1957 года уровень озера понизился на 6-8 м, а к 1959 г. — еще на 2 м. За прошедшее время, после извержения 1957 г, уровень озера Бирюзовое поднялся примерно на 10 м. Такое колебание уровня вод в озере можно объяснить интенсивностью постэруптивных процессов в пределах котловины, нивелированием дна озера обломочным материалом и тефрой, а так же появлением новых воронок и куполов.

В 2011 г. автором выполнена тепловизионная съемка внутренней кальдеры вулкана Заварицкого и озера Бирюзовое и получены 28 термограмм различной степени детализации. Максимальная температура поверхности озера в районе выхода гидротерм, зарегистрированная при помощи тепловизора, составила 65°С. Визуальная оценка термограмм и температурного профиля позволила сопоставить данные о дислокации и температурном режиме подводных гидротерм с данными измерений термометром и эхолокационным профилированием 2007 г. (Козлов, Жарков, 2009). В результате этого сопоставления выявлено соответствие значений температур инфракрасной съемки 2011 г. с контактными измерениями, выполненными электронным термометром 2007 г.

Озера острова Кетой. Остров Кетой расположен в центре Курильской островной дуги и имеет в плане форму окружности диаметром 10 км и площадью 71 км2. На острове находится вулкан Кетой - один из самых сложно построенных Курильских вулканов.

Значительную часть острова занимают остатки древней кальдеры, остатки постройки которой перекрыты более молодыми породами или разрушены. В центральной части острова располагается обширная эксплозивная кальдера, образовавшаяся в результате взрыва одного из молодых конусов, ее дно занято озером Малахитовое диаметром 1.5 км.

Батиметрическое исследование кратерных озер острова Кетой выполнял вулканолог А.Б. Белоусов в 2006 г, однако данные съемки не были опубликованы. Съемка озера Малахитовое проводилась по 11 профилям. Озеро имеет ассиметричную чашеобразную форму, его котловина осложнена крупной центральной эксплозивной воронкой глубиной 110 м и тремя побочными эксплозивными воронками глубиной

до 60-

Рис. 6. Озеро Малахитовое: А -батиметрическая схема, Б - ЗО-модсль. Сплошными линиями показаны эхолотные профили, пунктиром — батиметрические.

80 м. 538 м, длина

Дно находится выше уровня моря на высота зеркала — 648 м, максимальная - 1.55 км, ширина 1.32 км, длина береговой линии — 5 км, площадь зеркала - 5 км2, объем - 0.08 км3, глубина -110м (рис. 6).

На восточном краю озера Малахитовое расположен молодой экструзивный купол, а рядом с ним остатки внутрикальдерного конуса с потоками лавы. Согласно труду Г.С.

Горшкова (1967) древняя центральная постройка частично перекрыла гребень старой кальдеры, а на востоке осталось обширное атрио. Судя по донным отложениям, в нем длительное время существовало кратерное озеро. В этом атрио расположен современный внутрикальдерный активный конус - Пик Палласа. Диаметр кратера внутреннего конуса ~ 400 м, он имеет крутые внутренние стенки, а на дне расположено озеро Глазок.

-..... . —™ ,•:» Батиметрическая съемка озера Глазок

Ц\ [ /\ Хч I * проводилась по 9 профилям. Озеро имеет

близкую к симметричной воронкообразную форму, его котловина имеет весьма равномерное распределение глубин. Дно находится выше уровня моря на 681 м, высота береговой линии - 821 м, максимальная длина - 0.2 км, ширина 0.16 км, длина береговой линии - 0.55 км, площадь зеркала - 0.02 км2, объем — 0.0033 км3, глубина — 40 м (рис. 7).

Озеро Глазок является воронкой взрыва с ® — п» подводными гидротермами (как озеро

Кипящее), а озеро Малахитовое - затопленная часть кальдеры со слабыми термами вдоль линии берега.

Озера острова Онекотан. На острове Онекотан находятся два действующих вулкана: Пик Креницына (1325 м) и Пик Немо (1019 м), в их кальдерах находятся кратерные озера Кольцевое и Черное.

Рис. 7. Озеро Глазок: А - батиметрическая схема, Б - ЗО-модель. Сплошными линиями показаны эхолотные профили, пунктиром - батиметрические.

Кальдерный комплекс Немо представляет собой сложную вулканическую постройку. В пределах комплекса располагается бессточное кратерное озеро Черное. Оно находится в северной части острова, в пределах кальдеры Немо III. Озеро имеет размеры 4.5x1.5 км2, площадь 5.8 км2, высоту уреза воды относительно уровня моря 72 м. Берега обрывистые, труднопроходимые, часто изрезанные оврагами. Они представлены древними грубообломочными лавовыми потоками, которые повсеместно спускаются в воду. Озеро представляет собой клиновидное углубление в форме полумесяца между северным краем внутренней кальдеры Немо и постройкой действующего вулкана Пик Немо. По данным промеров, сделанных предыдущими исследователями с помощью лота и эхолота, максимальная глубина составляла около 80 м (Савваитова и др. 2000). Видимо, такие результаты получены потому, что эхолотные промеры проводились с помощью модели, у которой максимальный рабочий диапазон глубин составляет до 80 м.

Батиметрическая съемка озера Черное проводилась автором по 24 профилям. Озеро имеет форму полумесяца, схожую с озером Горячее, однако его котловина не осложнена какими-либо эксплозивными или экструзивными формами и не имеет гидротермальных выходов. Дно находится ниже уровня моря на 38 м, высота береговой линии — 72 м, максимальная длина — 4.5 км, ширина 1.5 км, длина береговой линии - 13 км, площадь зеркала - 5.8 км2, объем — 0.17 км3, глубина - 110 м. На основе профилирования была составлена батиметрическая схема озера (рис. 8.). На схеме видно, что максимальные глубины сосредоточены в центральной части озера. Наибольшее значение, зафиксированное нашим эхолотом, составило 110 м. Разница в измерениях глубины с другими исследователями в 30 метров выявлена благодаря современной методике.

Рис. 8. Озеро Черное: А - батиметрическая схема. Сплошными линиями показаны эхолотные профили, пунктиром -батиметрические.

Характер донного рельефа позволяет говорить о том, что в течение длительного периода времени здесь отсутствовали какие-либо эксплозии. По-видимому, многие донные неровности нивелируются илистыми отложениями. Об обилии таких отложений говорит полоса помех, которую можно рассмотреть на глубине 100 м. Для озера Черное необходимо провести дополнительные работы по эхолокационной съемке с целью увеличения точности схемы. Гидротерм в котловине озера не обнаружено, что подтверждается наличием в его водах специфической изолированной формы гольца Salvenius gritzenkoi.

Морфометрические параметры крупного кратерного озера Кольцевое вычислялись при помощи ГИС (Google: Планета Земля 6.2, GeoMapApp 3.3.0). Максимальная глубина озера - 264 м -отмечена вулканологом А.Б. Белоусовым в 2006 г. (Левин и др., 2007). Однако

измерения ограничились лишь небольшим количеством промеров, ввиду того, что время работы на вулкане было весьма ограничено, а морфометрические параметры озера поистине впечатляющие: площадь - 26 км2, максимальная длина - 6.5 км, ширина 3.3 км, длина береговой линии — 22 км, а объем — 3.75 км3. Для составления точной модели такого озера требуется отдельная, продолжительная экспедиция с подробной съемкой. Тем не менее основные величины вычислены, и можно с уверенностью характеризовать озеро и делать сравнительные характеристики с другими объектами региона.

Таким образом, кратерные озера Курильских островов имеют между собой как сходства, так и существенные отличия (рис. 9). Так, например, озера Кипящее и Горячее, располагаясь в пределах одной кальдеры, имеют различную форму и размеры, а так же площадь и количество гидротермальных выходов. Озеро Кипящее размером 300x200 м2 и глубиной 16 м представляет собой заполненную водами воронку фреатического извержения округлой формы. Повсеместно на его дне, частично на береговой линии выходят газы и воды с температурой до 95°С. В свою очередь, более крупное и глубокое озеро Горячее (3100x1700 м2) имеет форму полумесяца, заполняет большую часть дна кальдеры вулкана Головнина и является относительно холодным. На его дне так же обнаружены воронки, похожие по размерам (250x200 м2 и 200x150 м2) и происхождению с воронкой озера Кипящее. В пределах воронок тоже имеются выходы газов, отчетливо прослеживаемые на эхолотных профилях. Но в озере Горячее доля площади береговых и донных гидротермальных выходов сравнительно невелика. Можно предположить, что обе воронки на дне оз. Горячее образовались в результате фреатических извержений. Эти извержения были подобны извержению, образовавшему воронку озера Кипящее. Аналогичная ситуация с озерами острова Кетой - Малахитовое и Глазок. Располагаясь на одном вулкане, они отличаются по морфометрическим параметрам, наличию гидротермальных выходов и осложнением днища котловины (рис. 9).

4 \

Рис. 9. Батиметрические профили через кратерные озера Курильских островов. Положение профилей представлено на батиметрических схемах (рис. 2-8).

Три воронки, впервые обнаруженные на дне озера Бирюзовое, приурочены к эксплозивному рву. Эти воронки, по-видимому, имеют схожий генезис с воронками кратерных озер Горячее и Кипящее. Однако, по сравнению с воронками кальдеры Головина, в них не было обнаружено выходов газов и термальных вод. Это может быть связано с тем, что в кальдере вулкана Заварицкого существенно снизилась активность по сравнению с 1950-60 гг. Ее видимые проявления сохранились только в юго-западной части кальдеры на месте затопленных источников. По всей вероятности, прекращение фумарольной активности в северной части кальдеры Заварицкого связано с тем, что продукты последнего извержения вулкана были представлены преимущественно средне-основными породами. Эти породы менее продуктивны для стационарной фумарольной активности, чем более кислые породы кальдеры Головнина. Также на термы повлияли глубина и размеры магматического очага и возможность доступа к нему грунтовых вод.

В четвертой главе «Опыт типизации кратерных озер» рассмотрены работы отечественных и зарубежных исследователей по типизации озер, при этом особое внимание уделяется классическим представлениям об этом вопросе, а так же существующей классификации вулканических озер по степени поствулканической активности. Проводится авторская типизация кратерных озер Курильских островов по морфологии и степени активности в днищах котловин и их статистическая оценка.

Первую общую классификацию озер по генетическому признаку провели Д. Мюррэй и Л. Пуллар (1910), разделившие озера на три группы: озера с каменным бассейном, озера барьерного происхождения и органические озера. Эта классификация была уточнена и детализирована Д. Хатчинсоном (1967), а позднее дополнена Д. Швербелем (1987). Кратерные озера в этой классификации - подкласс вулканических озер, входящих в группу тектонических озер. В.Н. Михайлов и А.Д. Добровольский (1991), основываясь на усовершенствованной Д. Хатчинсоном классификации Мюррэя-Пуллара, выделяют тектонические, вулканические, метеоритные, ледниковые, карстовые, термокарстовые, суффозионные, речные, морские, эоловые и органогенные озера. Эту генетическую классификацию озер позднее модифицировали (Теоретические..., 1993). Классификации могут основываться на следующих критериях (Гидрология, 2010; Коломийчук, 1988): размеры, степень постоянства, географическое положение, происхождение котловины, характер водообмена, структура водного баланса, термический режим, минерализация вод, условия питания водных организмов, а в последнее время разработаны многокритериальные классификации (Мякишева, 2009).

Широко известна работа по типизации вулканических озер Г.Б. Пэстернака и Д.С. Вейркемпа (1997). Эту типизацию можно определить как генетико-физико-химическую, она разработана по модели энергетического баланса и подходит для определения условий существования вулканических озер. Модель применялась к 24 озерам, для которых были подходящие данные. Рассчитывались необходимые притоки газов для этих озер, чтобы получить измеренные температуры, а также были внесены поправки на широту, ветровые и климатические параметры, химический состав вод. После этого Г.Б. Пэстернаком и Д.С. Вейркемпом была составлена энергомассбалансовая модель «усредненного вулканического озера», на основе которой подсчитаны параметры, необходимые для существования озер, а конкретные озера разделены на группы по степени активности: высокой, повышенной, средней, умеренной и низкой. Исследование Г.Б. Пэстернака и Д.С. Вейркемпа по моделированию и типизации вулканических кратерных озер достаточно четко характеризует такие озера как объект потенциальной угрозы, а так же указывает на параметры, необходимые для существования этих озер.

На основе вышеперечисленных классификационных наработок отечественных и зарубежных исследователей и новых данных автором разработана типизации кратерных озер Курильских островов. Выявленные в ходе исследования морфологические параметры и классы кратерных озер Курильских островов представлены в таблице 1.

Таблица 1.

i и типизация

название озера Горвчее Кинащее Броутона Бирюзовое Малахитовое Глазок Черное Кольцевое Суммарный Срсдний

остров Кунашир Кунашир Симушир Симушир Кетой Кетой Онекотан Опекотан показатель

вулкан Головкина Головкина Уратман Заварицкого Кетой Палласа 11ик 11смо Тао-Русыр

координаты 43°52Ы, 43°51'N, 47°08'N, 46°54'N, 47°19'N, 47°20Ы, 49°34'N, 49о20'Ы,

и^зок 14S°WR 1S7.-IVF. 1 SI °S7'F. 1 S?°77'F.

выс. над ур. мора, отн. 128 137 0 50 648 821 72 385 -W 280,13

площадь зеркала, км1 3.1 0,033 15 3.2 1.5 0.02 5.8 26 54,65 6,83

длина береговой линии, км 8.48 0,9 18 8,2 5 0,55 13 22 76,13 9,52

объем, км1 0,16 0,00122 2.45 0,11 0,08 0,0033 0,17 3.75 6,72 0,84

длина, км 3 0,33 5.7 2,7 1.55 0,2 4,5 6.5 -\\- 3,06

ширина макс., км 1.7 0.2 2.7 1.8 1.32 0,16 1.5 3,3 1.59

глубина макс., м 62,3 16 250 87 110 40 ПО 264 AV- 117,41

форма* серп, (в) вороте. серп (кун) чаш (в) чаш (в) воронк серп. ссрн(к)

ПН 2.48 2,5 Н.Д. 7.5 П.Д. н.д -\\-

возраст, тыс. лет -30 0,6-1 н.д. н.д. н.д. н.д. -10 -10 -\V

■кдротермы (до 80°С) (до 95"С) нет (до 40°С) есть есть нет есть

класс. (Рш^егпаск, Уагекатр) ср. акт. выс.агг. н.акт. ср. акт. н.акт. выс.акт н.акт. ср.акт. -W

тины (Козлов, 2012) II (терм) 1 (терм) III II (терм) II I (терм) III 11 (терм)

•прим формы ссрп. - серповидная, воронк - воронкообразная, чаш -чашеобразная.

днища котловниы. в - воронка, кун. - купол, к - конус.

По морфологическим особенностям и наличию поствулканических процессов в пределах днищ котловин кратерные озера Курильских островов делятся на три типа:

I. Озера округлой формы, представляющие собой эксплозивные воронки и кратеры, с гидротермальными выходами в днищах озерных котловин (озера Кипящее и Глазок). Озера этого типа занимают небольшую площадь, однако в пределах их котловин находятся самые мощные гидротермальные выходы. Этот тип озер приурочен к современным активным вулканическим центрам и их эксплозивным кратерам; II. Озера чашеобразной и серповидной формы, со сложным строением днищ с гидротермальными выходами в них (озера Горячее, Бирюзовое, Малахитовое и Кольцевое); III. Озера серповидной формы со сложным строением днищ без гидротермальных выходов в них (озера Черное и бухта Броутона). Можно сказать, что по соотношению степени активности, а соответственно и температурам вод с их объемами, озера I и II типов существенно отличаются от озер III типа, так как в них такие выходы отсутствуют, притом, что в озерах I типа они весьма интенсивны и разогревают воды до высоких температур. Таким образом, все три типа озер, выделенные автором, имеют свои индивидуальные морфологические черты. Примеры типов озер приведены на рис. 10.

Рис. 10. Кратерные озера Курильских островов. 1,2- Кипящее; З-Глазок; 4-Горячее; 5-Бирюзовое; 6-Кольцевое; 7- Броутона; 8-Черное; 9-Малахитовое. Типы озер по морфологии и степени активности: 1\ высокой активности; П\средней активности Ш\низкой активности.

Фото автора (1, 2, 4, 5, 7, 8) и А.Б. Белоусова (6, 9).

Морфометрические характеристики озер I типа существенно отличаются от озер II и III типов (табл. 1). Глубина озер типа I составляет первые десятки метров (16-40 м), тогда как озера II и III типов имеют большие глубины (62-264 м). Длина озер I типа варьируется от 200 до 300 м, ширина - от 160 до 200 м, у озер II и III типов длина может составлять от 1.55 км до 6.5 км, ширина - от 1.32 км до 3.3 км. Площадь зеркала озер I типа может составлять от 0.02 до 0.033 км2, II и III типов - от 1.5 до 26 км2. Объем озер I типа может составлять от 0.00122 до 0.0033 км3, озер II и III типов-от 0.08 до 3.75 км3.

Рациональность типизации кратерных озер заключается в возможности оценки потенциальной опасности от озер I и II типов для туристических и научно-исследовательских групп, часто посещающих эти объекты, а так же для элементов инфраструктуры региона, особенно входящих в состав рекреационной и бальнеологической отраслей. Вероятность катастрофических природных событий в кратерных озерах с высокой гидротермальной активностью I и II типов определяется отношением динамики извержений и количества кратерных озер. В районе озер I и II типов существует наибольшая вероятность катастрофических, умеренных и слабых событий, соответствующая динамике извержений на Курильских островах и количеству озер I и II типов. Катастрофические события или извержения возможны в кратерных озерах примерно раз в 280-300 лет, умеренно-большие извержения — раз в 184-200 лет, умеренные извержения — раз в 90-100 лет, слабые извержения — раз в 25-50 лет.

На сегодняшний день в 68 вулканических центрах Курильских островов можно насчитать 10 кратерных озер, что составляет 0.91% от общего количества озер (1099) на Курилах. Из них 8 озер приурочены к вулканическим центрам, а на двух вулканах (Головнина и Кетой) имеется по два кратерных озера. Следовательно, на Курильских островах соотношение кратерных озер и вулканических построек составляет 11.75%. Соотношение активных вулканов с высокоактивными кратерными озерами с общим количеством активных вулканов на Курильских островах соответственно 4 к 36 или 11.11%. Для сравнения можно привести данные из работы (Раз1егпаск, Уагекатр, 1997) о том, что около 12% из 714 голоценовых вулканов мира имеют кратерные озера, а так же данные из базы АУОЯОЬАКЕ (Рянжин, Ульянова, 2000), согласно которым в мире всего 839 вулканических озер, 269 из которых - кратерные. Соотношение количества вулканов н кратерных озер на Курильских островах в целом соответствует мировому соотношению.

На основе вычисленных автором морфометрических характеристик впервые выполнена статистическая оценка кратерных озер Курильских островов по известной методике (Методические.., 1988): средняя глубина = 117.4 м; средняя длина = 3.06 км; средняя ширина = 1.59 км; средняя длина береговой линии = 9.52 км; суммарная длина береговой линии = 76.13 км; средняя площадь = 6.83 км2; суммарная площадь = 54.65 км2; средний объем = 0.84 км3; суммарный объем = 6.72 км3; озерность территории = 0.0056 %; коэффициент удлиненности = 5.98; показатель относительной глубины = 63.46 м.

Морфологические исследования кратерных озер представляются весьма перспективными, а точное количество этих вулканических структур до сих пор под вопросом. Становится очевидна важность сосредоточения усилий как на изучении известных и ранее обследованных кратерных озер Курильских островов, так и на мониторинге и поиске новых кратерных озерных котловин, возникших в результате современной вулканической активности.

В заключении диссертационного исследования автор пришел к следующим результатам и выводам:

1. Интерпретация данных батиметрических профилей, полученных в ходе цифровой эхолокационной съемки, позволила построить детальные батиметрические схемы и модели кратерных озер Курильских островов и выполнить последующий анализ морфологии озер, выделить их основные особенности и специфику генезиса. Применение улучшенной методики цифровой батиметрической съемки показало ее надежность, достоверность и эффективность.

2. Первоначальная форма и размеры озерной котловины зависят от типа извержения. После мощного кальдерообразующего извержения возможно образование крупного озера, наподобие Горячего или Кольцевого. При небольшом одноактном или многофазном, фреатическом или фреато-магматическом эксплозивном событии возможно образование небольших кратерных озер, таких как Кипящее или Глазок. Однако такие процессы могут сопровождаться возникновением новых воронок и осложнением уже существующих котловин. Такое явление можно наблюдать в днищах озер Горячее или Бирюзовое. При

любых из вышеперечисленных событий, а также при экструзивных и эффузивных вулканических процессах, существует вероятность осложнения кратерной озерной котловины конусом или куполом как надводным, так и подводным. Подобные осложнения котловин можно наблюдать в бухте Броутона, озерах Кольцевое и Бирюзовое. При условии отсутствия эксплозий решающими факторами изменения морфологии кратерных озерных котловин становятся денудационные, в том числе эрозионные и аккумулятивные процессы, происходящие во вмещающих озера кальдерах и кратерах. Они представлены сочетанием вулканических эксплозивных и экструзивных форм рельефа: кратеров, кальдер, воронок, куполов и конусов.

3. Котловины кратерных озер Курильских островов формируются при существенном влиянии поствулканических гидротермальных и газовых проявлений. Они оказывают физико-химическое воздействие на водную массу и породы, слагающие котловины, вследствие чего увеличивается интенсивность денудационно-аккумулятивных процессов.

4. Выявлено три типа кратерных озер Курильских островов: I. Озера округлой формы, представляющие собой эксплозивные воронки и кратеры, имеющие гидротермальные выходы; II. Озера серповидной формы, осложненные эксплозивными воронками, вулканическими конусами и куполами, имеющие гидротермальные выходы; Ш. Озера серповидной формы, которые могут быть осложнены вулканическими конусами и куполами, не имеющие гидротермальных выходов. Различия кратерных озер I, II и III типов четко выражены в их размерах, формах, глубинах и наличии гидротермальных выходов в пределах котловин. Наличие таких выходов влияет как на морфологию озер, так и на функционирование озерных систем в целом. Кратерные озера I типа могут быть в 5-10 раз меньше по размерам, чем озера II и III типа. В их котловинах и на береговой линии находятся интенсивные гидротермальные и фумарольные выходы. Кратерные озера П и Ш типа приурочены к более древним вулканическим образованиям — кальдерам, располагаясь несколько эксцентрично относительно вулканических центров. У II и III типов озер серповидная форма зеркала, они могут осложняться шлаковыми конусами, экструзивными или эффузивными куполами, эксплозивными воронками. Линейные, площадные и объемные параметры кратерных озер I типа существенно отличаются от аналогичных параметров кратерных озер II и III типов.

5. Сведения о морфометрических характеристиках кратерных озер Курильских островов внесены в крупнейшую многокомпонентную базу данных по озерам мира \VORLDLAKE (Рянжин, 2005а; Рянжин, 2000). По мере накопления информации база данных будет дополняться, а ее содержание может использоваться исследователями различных направлений при решении задач, в той или иной степени учитывающих особенности морфологии кратерных озер Курильских островов или всех озер мира.

6. Морфологическое описание, анализ интенсивности гидротермальных выходов и типизация кратерных озер позволили оценить вероятность наступления фреатических и фреато-магматических извержений. В районе озер I и II типов существует наибольшая вероятность катастрофических, умеренных и слабых событий, соответствующая динамике извержений на Курильских островах и количеству озер I и II типов. Катастрофические извержения возможны в кратерных озерах примерно раз в 280-300 лет, умеренно-большие извержения — раз в 184-200 лет, умеренные извержения — раз в 90-100 лет, слабые извержения — раз в 25-50 лет. В перспективе для озер исследуемого региона необходимо провести комплексные геолого-геофизические исследования, в том числе: непрерывное сейсмоакустическое профилирование, инфракрасную съемку береговой зоны, отбор проб донных отложений и озерных вод для составления моделей функционирования озерных систем.

7. Необходимо организовать комплексный мониторинг лимнологических параметров кратерных озер Курильских островов для составления динамических моделей озерных систем.

III. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Козлов Д.Н. Морфология бухты Броутона (о. Симушир, Курильские острова) / Козлов Д.Н., Рашидов В.А., Коротеев И.Г. // Вестник Камчатской региональной организации "Учебно-научный центр". Серия: Науки о земле. 2012. Выпуск № 2 (20). С. 71-77. (0,8/0,5 пл.).

2. Козлов Д.Н. Морфология и генезис озер кальдерных комплексов Головнина и Заварнцкого (Курильские острова) / Козлов Д.Н., Жарков Р.В. // Вестник ДВО РАН. 2010. № 3. С. 103-106. (0,8/0,25 пл.).

3. Козлов Д.Н. Новые данные по морфологии внутрикальдерных озер островов Кунашир и Симушир / Козлов Д.Н., Жарков Р.В. // Вестник Камчатской региональной организации "Учебно-научный центр". Серия: Науки о земле. 2009. №2. Выпуск № 14. С. 159-164. (0,8/0,4 пл.).

4. Козлов Д.Н. Тепловизионная съемка активных вулканов Курильских островов в 2009-2011 гг. / Козлов Д.Н., Жарков Р.В. // Вестник Камчатской региональной организации "Учебно-научный центр". Серия: Науки о земле. 2012. Выпуск № 1 (19). С. 231-239. (0,8/0,6 пл.).

5. Козлов Д.Н. Тепловизионный анализ постэруптивной активности вулкана Экарма в 2010 году / Козлов Д.Н., Жарков Р.В. // Тихоокеанская геология. Том 31, № 6,2012. С. 27-30. (0,8/0,4 пл.).

6. Козлов Д.Н. Современная фумарольная и гидротермальная активность вулкана Синарка (о. Шикотан, Курильские острова) / Жарков Р.В., Козлов Д.Н., Дегтерев A.B. // Вестник Камчатской региональной организации "Учебно-научный центр". Серия: Науки о земле. 2011. № 1. Вып. № 17. С. 179-185. (0,1/0,4 пл.).

7. Козлов Д.Н. Экспедиция «Вулкан Пик Сарычева — 2010» (Курильские острова) / Левин Б.В., Мелекесцев И.В., Рыбин A.B., Разжигаева Н.Г., Кравчуновская Е.А., Избеков П.Э., Жарков Р.В., Козлов Д.Н., Чибисова М.В., Дегтерев A.B., Власова И.И., Гурьянов В.Б., Коротеев И.Г., Харламов A.A., Макиннес Б. // Вестник ДВО РАН. 2010. № 6. С. 152-159. (0,1/0,6 пл.).

8. Козлов Д.Н. Комплексная экспедиция «Вулкан Сарычева - 2009» (о. Матуа, Курильские острова) / Левин Б.В., Рыбин A.B., Разжигаева Н.Г., Василенко Н.Ф., Жарков Р.В., Козлов Д.Н., Фролов Д.И., Прытков A.C., Коротеев И.Г., Чибисова М.В., Салюк П.А., Майор Д.С., Дегтерев A.B. // Вестник ДВО РАН. 2009. №6. С. 98104. (0,1/0,4 пл.).

9. Козлов Д.Н. Комплексная экспедиция на Курильские острова в 2008 г. (III этап) / Левин Б.В., Фитцхью Б., Буржуа Д., Рыбин A.B., Разжигаева Н.Г., Накагава М., Пономарева В.В., Василенко Н.Ф., Фролов Д.И., Прытков A.C., Копанина A.B., Жарков Р.В., Козлов Д.Н., Ганзей К.С., Чибисова М.В., Чирков CA., Нюшко Т.И., Гурьянов В.Б., Коротеев И.Г., Дегтерев A.B. // Вестник ДВО РАН. 2009. № 2. С. 134142. (0,1/0,6 пл.).

10. Козлов Д.Н. Комплексная экспедиция на Средние Курильские острова в 2007 г. (И этап) / Левин Б.В., Рыбин A.B., Кайстренко В.М., Сасорова Е.В., Разжигаева Н.Г., Копанина A.B., Борисов С.А., Носов М.А., Василенко Н.Ф., Ивельская Т.Н., Прытков A.C., Евдокимов Ю.В., Жарков Р.В., Козлов Д.Н., Ганзей К.С., Чибисова М.В., Чирков С.А., Нюшко Т.И., Харламов A.A., Коротеев И.Г. // Вестник ДВО РАН. 2008. №3. С. 111-122. (0,1/0,75 пл.).

11. Козлов Д.Н. Современные методы исследований внутрикальдерных озер активных вулканов (на примере вулкана Головнина, о. Кунашир, Курильские о-ва) / Козлов Д.Н., Белоусов А.Б. // Материалы XIII научного совещания географов Сибири и Дальнего Востока, Иркутск, 27-29 ноября 2007 г. — Т. 1. — Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2007. С. 142-144. (0,5/0,2 пл.).

12. Козлов Д.Н. Кратерные озера Курильских островов / Козлов Д.Н., Жарков Р.В. //

Материалы IV Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии «Вулканизм и геодинамика)) Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 22-27 сентября 2009 г. Т. 2. С. 761-765. (0,7/0,3 пл.).

13. Козлов Д.Н. Результаты исследования внутрикальдерного озера Бирюзовое на вулкане Заварицкого (о. Симушир, Курильские острова) / Козлов Д.Н., Жарков Р.В. // Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз: III Сахалинская молодежная научная школа, Южно-Сахалинск, 3-6 июня 2008 г., сб. материалов. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2009. С. 57-62. (0,7/0,4 п.л.).

14. Козлов Д.Н. Новые данные о внутрикальдерном озере Черное (о. Онекотан) / Козлов Д.Н. // Вопросы геологии и комплексного освоения природных ресурсов Восточной Азии: Всерос. науч. конф. : сб. докладов. Благовещенск: ИГиП ДВО РАН, 2010. С. 163166. (1/0,25 пл.).

15. Козлов Д.Н. Морфогенетические особенности кальдерных озёр Курильской островной дуги / Козлов Д.Н., Жарков Р.В. // Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз: сборник материалов V Сахалинской молодежной научной школы, Южно-Сахалинск, 8-11 июня 2010 г. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2011. С. 153-161. (0,7/0,7 пл.).

16. Козлов Д.Н. Вулканические озера Курильской островной дуги: особенности строения и типизация / Козлов Д.Н., Жарков Р.В. // Современные научные исследования на Дальнем Востоке: материалы молодежного научного симпозиума. — Южно-Сахалинск: Изд-во ИРОСО, 2012. С. 49-55. (0,7/0,4 пл.).

17. Козлов Д.Н. Морфология и генезис озер кальдерных комплексов Головнина и Заварицкого (Курильские острова) / Козлов Д.Н. // География: проблемы науки и образования. Материалы ежегодной международной научно практической конференции LXV Герценовские чтения, посвящённой 215-летию Герценовского университета и 80-летию факультета географии, Санкт Петербург, РГПУ им. А. И. Герцена, 19-21 апреля 2012 года. - СПб.: Астерион, 2012. - С 41-43. (1/0,2 пл.).

18. Kozlov D.N. Hydrothermal eruption — the most probable scenario of volcanic disaster in the Golovnina Caldera, Kunashir Island, Southern Kuriles / Kozlov D.N., Belousov A.B. // 5th Biennial Workshop on Subduction Processes emphasizing the Japan-Kuril-Kamchatka-Aleutian Arcs (JKASP-5) and International Volcanological Field School for Graduate Students. Linkages among tectonics, magma genesis, and eruption in the northern Pacific arc. Hokkaido University Int. Congress Hall, Sapporo, Hokkaido, Japan, July 9-14, 2006. P. 140-141. (0,5/0,15 пл.).

19. Kozlov D.N. Current data describing the condition of the intracaldera lake Biryuzovoe (Kuril islands) / Kozlov D.N., Zharkov R.V. // 6th Biennial Workshop on Japan-Kamchatka-Alaska Subduction Processes (JKASP-2009) 2009. P.281-282. (0,7/0,15 пл.).

20. Kozlov D.N. Preliminary results from a study of active central Kuril islands volcanoes under the auspices of the «КВР 2006-2008» project / Rybin A.V., Zharkov R.V., Kozlov D.N., Chibisova M.V., Degterev A.V. // 6th Biennial Workshop on Japan-Kamchatka-Alaska Subduction Processes (JKASP-2009), 22-26 June 2009, Fairbanks, 2009. P. 292-293. (0,2/0,15 пл.).

Подписано в печать 06.08.2013 Формат 60x90/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,75 Тираж 100 экз. Заказ 265

Отпечатано в типографии «Адмирал» 199178, Санкт-Петербург, В.О., 7-я линия, д. 84 А

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Козлов, Дмитрий Николаевич, Санкт-Петербург

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А. И. Герцена»

На правах рукописи

КОЗЛОВ ДМИТРИЙ НИКОЛАЕВИЧ

ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ КРАТЕРНЫХ ОЗЕР КУРИЛЬСКИХ ОСТРОВОВ

Специальность 25.00.25 - Геоморфология и эволюционная география

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Субетто Дмитрий Александрович

Санкт-Петербург - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................2

Глава 1. КРАТЕРНЫЕ ОЗЕРА. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ...................10

1.1. Основные термины и понятия....................................................10

1.2. Изученность проблемы............................................................13

1.3. Методы исследования..............................................................15

Глава 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ.......20

2.1. Географическое положение........................................................20

2.2. Тектоника и история геологического развития территории................22

2.3. Вулканизм и вулканический рельеф.............................................27

2.3. Климат, реки и озера.................................................................31

Глава 3. ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ КРАТЕРНЫХ ОЗЕР.........39

3.1. Озера острова Кунашир............................................................39

3.2. Озера острова Симушир............................................................48

3.3. Озера острова Кетой..................................................................62

3.4. Озера о. Онекотан.....................................................................70

Глава 4. ОПЫТ ТИПИЗАЦИИ КРАТЕРНЫХ ОЗЕР............................78

4.1. Подходы к классификации озер...................................................78

4.2. Зарубежная типизация вулканических кратерных озер......................81

4.3. Типизация кратерных озер Курильских островов..............................86

^а!/» ттшиаиий 09

IV/ ............. •>■ •.................I I • •••••• I I I •....................».................. I • • • • У

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................96

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. По последним оценкам 1200 из 8450000 озер Земли относятся к вулканическим кратерным озерам (Meybeck, 1995), однако лишь по 269 из них имеются более или менее подробные сведения, собранные в мировой лимнологической базе WORLDLAKE (Ryanzhin, Straskraba, 1999; Рянжин, Ульянова, 2000). Эти уникальные и труднодоступные природные объекты привлекают пристальное внимание исследователей, как с теоретической точки зрения, так и с практической.

Кратерные озера, расположенные в таких областях проявления современного вулканизма, как, например, Японские и Большие Зондские острова, Новая Зеландия, Центральная Америка, достаточно хорошо лимнологически изучены. Изучение особенностей морфологии кратерных озер и их термального режима представляет самостоятельный научный интерес, так как позволяет создавать модели функционирования и развития озерных экосистем. В России вулканические кратерные озера распространены на полуострове Камчатка и на Курильских островах. Морфология Камчатских кратерных озер рассмотрена в работах В.И. Бондаренко (1990), C.B. Ушакова и С.М. Фазлуллина (1997). Некоторые материалы об озерах Курил содержатся в работах К.К. Зеленова и М.А. Канакиной (1962), A.B. Зотова и др. (1988), С.М. Фазлуллина и В.В. Батояна (1989). Однако, в целом, до настоящего времени кратерные озера Курильских островов остаются практически не исследованными.

Цель работы - выявить особенности морфологии кратерных озер Курильских островов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- составить батиметрические схемы и модели озерных котловин;

- сравнить морфологию котловин кратерных озер;

- выявить наличие поствулканических процессов в кратерных озерах;

- систематизировать исследуемые озера по морфологическим; параметрам и характеру поствулканических процессов в их котловинах;

- дополнить базу данных WORLDLAKE полученной информацией. Объект исследования - кратерные озера Курильских островов. Предмет исследования - изучение особенностей морфологии

кратерных озер Курильских островов и поствулканических процессов в озерных котловинах.

Материалы и методика исследования. В качестве теоретической и методологической основы исследования автором использовались известные работы отечественных и зарубежных исследователей, среди которых Бондаренко В.И., Верещагин Г.Ю., Влодавец В.И., Горшков Г.С., Добровольский А.Д., Дрознин В.А, Корсунская Г.В., Мархинин Е.К., Мелекесцев И.В., Михайлов В.Н., Муравейский С.Д., Рашидов В.А., Рянжин

(~Л ТЗ VlTTOtrrvn Р ifS О Г» ГГ* 7 TT TTTIТ Т Р Л/Т rho ПАМТТаТТТГ/Л ТЭ Т/Т 17 Л ünn^^nnlr

.J-/.? ш/ iLiuiwu .JL-*.2 jijiiiii v.ivi.j M'Vjifu^Twinvu jj.ii.j ± uivi ± ,n.j x uoiviiiaciv

G.B., Larson G.L., Varekamp J.C., Giggenbach W.F., Rowe G.L. и другие. Материалом для исследования послужили данные эхолотной съемки кратерных озер, полученные автором и его коллегами в восьми комплексных научно-исследовательских экспедициях 2005-2011 гг. на Курильские острова. Экспедиционные работы были организованы Институтом морской геологии и геофизики ДВО РАН и велись в составе вулканологического отряда под руководством A.B. Рыбина. Для получения дополнительной географической, морфометрической и геоморфологической информации использовались геоинформационные ресурсы размещенные в сети Интернет - Google:

Планета Земля 6.2. и GeoMapApp 3.3.0. Основной используемый метод -эхолотный промер с синхронной навигационной (GPS) привязкой эхолотных профилей. Использовались эхолоты Lowrance: «Eagle SeaCharter 320 DX» и «LMS-527cDF iGPS». Обе модели оснащены 12-канальным GPS-приемником. Частота излучателя эхолота выбиралась в зависимости от глубины озера и составляла 50-200 кГц. Обработка и визуализация результатов промеров выполнялась в программах Lowrance Sonar Viewer 2.1.1, Excel 2010 и Surfer 10. Использовалась дополнительная методика тепловизионной съемки при помощи ИК-камеры SAT SDS Hotfind-LXS и электронного термометра «Digitron-T200KC» с термопреобразователем КТХА 01.02Р-Т310 и программного пакета Sat IRDBReport Standard 2009. Для получения и анализа экспедиционных материалов использовались как традиционные картографический и статистический методы, так и новые методы моделирования, геоинформационные и дистанционные методы.

Научная новизна. Впервые:

выявлены и количественно охарактеризованы подводные гидротермальные выходы, экструзивные купола и эксплозивные воронки, определяющие разнообразие форм озерных котловин;

Основные положения, выносимые на защиту:

3. Морфологическое разнообразие озерных котловин связано с различным сочетанием положительных и отрицательных эксплозивных и экструзивных форм вулканического рельефа - кальдер, кратеров, воронок, куполов и конусов.

II тип - чашеобразной и серповидной формы, со сложным строением днищ с гидротермальными выходами в них;

III тип - серповидной формы со сложным строением днищ без гидротермальных выходов в них.

паилио ллопм*аиилгл лптпптт ттл/илипгт» -отгт^от.ттп**о лглгтатттттп

ХХ^/ХХ1*Х V риХХ^Ии V V УХЧХХЧУХ V/ и у ] VIIVXXX11V

апробирована методика эхолокационной съемки озер с последующим моделированием в ГИС. Предложена типизация кратерных озер, учитывающая морфологию котловин и характер поствулканических процессов в них.

мезозойского и кайнозойского островодужного вулканизма Сахалина и Курильских островов» за 2009-2011 гг. Гр. 1200951744 и «Вулканическое районирование и контроль состояния вулканов Курильских островов» за 2006-2008 гг. Гр. № 01200609149, Научный руководитель - к.г-м.н. А.В. Рыбин. Результаты исследования были использованы при разработке научно-образовательных материалов и экологических маршрутов Сахалинским Государственным Университетом, Государственным природным заповедником «Курильский», Сахалинским областным краеведческим музеем, туристическими и экологическими организациями. Результаты работы могут быть использованы для научных изысканий, а так же для навигационных целей и в научно-просветительской работе. Практическая часть исследования опубликована в рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК, и поступила в базу данных по озерам мира WORLDLAKE.

//Плгпъ'от.тиги/г и лптог.тт.тт то г» т.ттха * ттплиаллтт\\ (\ I атм гуттппплп л>т/Т/" о* тптотгттт" ОПП^ wj-fj'лпшшлм xi vu/ijuiiiiiuv v ипш iipui^vvvm// ^iivi^»vii«ujiuuviv-ivamiuivi\.ni'ij z-wUj

2009, 2012); Всероссийская научная конференция «Вопросы геологии и комплексного освоения природных ресурсов Восточной Азии» (Благовещенск, 2010); Международный симпозиум «Современные научные исследования на Дальнем Востоке», Сахалинская молодежная научная школа «Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз» (Южно-Сахалинск, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011); JKASP-7 (Фейрбэнкс, США, 2011); Международные научно-практические конференции «LXV и LXVI Герценовские чтения» (Санкт-Петербург, 2012, 2013).

Значимость исследования и высокий интерес к нему со стороны

профессионального сообщества и регионального правительства подтверждается выделением целевых грантов различного уровня, в числе которых: грант РФФИ 12-05-31502-мол, гранты ДВО РАН: 007-Ш-Д-08-100, 09-III-B-08-478, 10-III-B-08-224, 11-III-B-08-056, 12-III-B-08-182, целевой молодежный грант Правительства Сахалинской области 2011 г.

Личный вклад автора. В 2005-2011 гг. автор принимал активное участие в работе 8 комплексных научно-исследовательских экспедиций, организованных Институтом морской геологии и геофизики ДВО РАН (г. Южно-Сахалинск) на Курильские острова. В ходе экспедиций выполнено исследование особенностей морфологии уникальных природных объектов -кратерных озер: Горячее и Кипящее (кальдера Головнина, о. Кунашир), Бирюзовое (кальдера Заварицкого, о. Симушир), бухта Броутона (кальдера Броутона, о. Симушир), Малахитовое и Глазок (вулкан Кетой, о. Кетой), Черное (кальдера Немо, о. Онекотан). Для этих водоемов получены наиболее значимые результаты, составлены детальные батиметрические схемы и профили. Дана краткая характеристика современного состояния вулканов, в кратерах которых расположены озера. Современный и палеовулканизм Курильской островной дуги исследовался автором в составе вулканологического отряда Института морской геологии и геофизики ДВО РАН в комплексных научно-исследовательских экспедициях 2005-2012 гг.

(TTqdtju tí rrt-i ")(\(\1 ОПЛЯ ОППО 1П1Л' PvWn 7tidflrnv Fr.'jInT; olí ТППОЛ r^m,

^ IVLIilli XX . 2 \J \J I j V ^ w«/ J V 1 V j XV^ L/ lllj ¿JiiWl 1VV V 2 l\U¿JlV V Vlt Ull^ \J S J • í 1ГХ

данные используются на протяжении всей работы при описании района исследования и вулканов. Полевой материал получен автором в результате экспедиционных работ как самостоятельно, в качестве студента-практиканта, аспиранта и научного работника, так и при тесном сотрудничестве с ведущими исследователями и специалистами Института морской геологии и геофизики ДВО РАН, Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена, Института озероведения РАН, Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН и Тихоокеанского института географии ДВО РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 10 работ в научных изданиях и 10 работ в научных изданиях, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы (145 наименований). Объем рукописи - 110 страниц, в том числе таблица и 48 рисунков (включая фотографии, диаграммы, батиметрические профили, схемы и модели).

Благодарности. Автор выражает глубочайшую признательность научному руководителю, доктору географических наук, проф. РГПУ им. А.И. Герцена Дмитрию Александровичу Субетто за руководство выполнением диссертационного исследования, плодотворное обсуждение и корректуру работы, помощь в формировании структуры и содержания диссертации.

Так же автор выражает благодарность уважаемым коллегам: заведующему лабораторией вулканологии и вулканоопасности ИМГиГ ДВО РАН A.B. Рыбину, А.Б. Белоусову, Р.В. Жаркову, Н.Г. Разжигаевой, В.А. Рашидову, В.М. Фирсенковой, C.B. Рянжину, Б.В. Левину, A.B. Дегтереву, JI.A. Ганзей, И.Г. Коротееву, В.А. Мелкому, Н.В. Ловелиусу, Т.М. Побережной, А.О. Горбунову, В.М. Граннику, Р.В. Шамину, М.В. Чибисовой, A.A. Ефимовой, Т.Ю. Новиковой, О.В. Протасовой, В.А. Моисеенковой, В.Б. Гурьянову, И.П. Кремневой, а так же своей семье - Л.С. Козловой, Н.В. Козлову и А.Н. Козлову, родственникам и друзьям.

Глава 1. КРАТЕРНЫЕ ОЗЕРА. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Основные термины и понятия

Озеро. Первое научное определение понятию «озеро» было дано основателем лимнологии Франсуа-Альфонсом Форелем (1901, 1912). Согласно его представлениям, озеро - это относительно устойчивый естественный водоем суши с замедленным водообменном и не имеющий связи с океаном. Все последующие определения различных исследователей так или иначе используют вышеуказанную трактовку, незначительно расширяя термин новыми дополнениями и уточнениями. Тем не менее, формулировка понятия «озера» до сих пор не может полностью охватить все водные объекты, именуемые озерами, в каждом конкретном случае следует учитывать как исторический, так и географический аспекты.

Для образования озера необходимы два непременных условия -наличие котловины, то есть замкнутого понижения земной поверхности и определенного количества воды, заключенного в котловине (Михайлов, Добровольский 1991), то есть озеро - это углубление суши, заполненное водой и не имеющее взаимной связи с океаном (Китаев, 2007).

Кальдера. Первое научное упоминание о термине «кальдера» в

ТТ тч /"ТЧ 1 1 ПЛ)"\ "I—Г

литературе приводится по л. ьуху (гшсп, ю/з). но его определению это громадный кратер поднятия, размером 11.1 км в поперечнике и 1600 м в глубину, дно которого лежит на высоте 680 м, а стенки его высотой около 1200 м (о-в Пальма). По его теории «кратеров поднятия», накапливающиеся лавы, изгибаясь, образуют конусы. При дальнейшем изгибании потоков лавы на склонах могут образоваться зияющие трещины, а на вершине - глубокая впадина - кальдера. Этот взгляд просуществовал недолго, но наименование «кальдера» стало термином, применявшимся ко многим котлообразным впадинам. В дальнейшем кальдерам давалось различное толкование. Одни авторы применяли этот термин в морфологическом, а другие в генетическом

смысле. В.И. Влодавцем (1984) кальдера определялась как впадина с крутыми стенками и более или менее ровным дном, площадью, измеряемой в поперечнике километрами, образовавшаяся в результате:

1 - провалов, вызванны�

Информация о работе

Козлов, Дмитрий Николаевич
кандидата географических наук
Санкт-Петербург, 2013
ВАК 25.00.25

Диссертация

Особенности морфологии кратерных озер Курильских островов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы