Закономерности формирования геокриологических условий районов активного вулканизма

Абрамов, Андрей Андреевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Закономерности формирования геокриологических условий районов активного вулканизма
ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования геокриологических условий районов активного вулканизма"

На правах рукописи

Абрамов Андрей Андреевич

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РАЙОНОВ АКТИВНОГО ВУЛКАНИЗМА (НА ПРИМЕРЕ РАЙОНА КЛЮЧЕВСКОЙ ГРУППЫ ВУЛКАНОВ)

Специальность 25.00.08 «Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 я апр 2::з

Москва - 2009

003467286

Работа выполнена в лаборатории криологии почв Учреждения Российской академии наук Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

(ИФХиБПП РАН).

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук,

Гиличинский Давид Абрамович (ИФХиБПП РАН) Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор

Ведущая организация: открытое акционерное общество «Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве» (ОАО ПНИИИС).

Защита диссертации состоится 15 мая 2009 года в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 501.001.30 при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119992, г.Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, д. 1, Главное здание, геологический факультет, аудитория № 415.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова (Главное здание МГУ, сектор «А», 6 этаж).

Автореферат разослан 30 марта 2009 года.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинские горы, МГУ, д. 1, Главное здание, геологический факультет, ученому секретарю диссертационного совета Д 501.001.030, профессору В.Н.Соколову Факс: +7 (495) 932-88-89, адрес электронной почты: nistrat@geol.msu.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор геолого-минералогических наук,

Васильчук Юрий Кириллович (МГУ)

кандидат геолого-минералогических наук, Гирина Ольга Алексеевна (ИВиС ДВО РАН)

профессор

Актуальность темы. Условия, благоприятные для формирования многолетнемёрзлых пород (ММП), присутствуют на склонах почти 30% активных вулканов Земли (Kellerer-Piklbauer, 2007). Это горные районы Гавайских островов, Новой Зеландии, Японии, Исландии, Южной Америки (Мексика, Перу), Аляски, Антарктиды и России (полуостров Камчатка (рис. 1) и ряд вулканических построек Центрального Кавказа), традиционно относимых к горячим областям нашей планеты. Геокриологические условия этих территорий изучены слабо, а фактических данных о влиянии процессов, сопряжённых с вулканизмом, на температурное поле мёрзлых толщ нет. Между тем, эти процессы играют определенную роль в формировании температурного поля пород. Актуальность проблематики подтверждается проведением в последние годы специальных секций и международных конференций по взаимодействию льда и вулканов (Лондон, 2002; Рейкьявик, 2006; Рим, 2007). Основное внимание на них уделялось воздействию вулканизма на ледники, а вопросы взаимодействия вулканизма и мёрзлых пород не рассматривались. С вулканизмом в горных районах связаны и опасные геокриологические процессы, из которых наиболее разрушительными являются формирующиеся при извержениях грязевые потоки (лахары). Основной причиной возникновения лахаров служит таяние ледникового и снежного покровов. При распространении на склонах вулкана ММП, возможно оттаивание подземных льдов при извержении, что вносит свой вклад в развитие подобных явлений. Их прогнозирование невозможно без знания геокриологических условий территории.

Изучение закономерностей формирования и распространения мерзлых пород в областях активного вулканизма важно не только для составления геокриологических карт и прогноза опасных процессов, но и для понимания взаимосвязи вулканизма и криогенеза на других планетах. Сравнивая вулканические ландшафты, распространенные на территории района работ с имеющимися данными космических аппаратов и зондов, можно сказать, что они могут являться аналогами поверхностей Луны и Марса (Гирина, 1998). Большая часть поверхности Марса сложена вулканогенными отложениями, а в приполярных областях были обнаружены достаточно молодые шлаковые конуса (по данным Mars Express). При этом, химический состав марсианских отложений весьма близок к камчатским базальтам (Squyres et al., 2004), а проявления процессов морозобойного растрескивания на Марсе схожи с земными, о чём стало известно после получения

первых снимков со спускаемых аппаратов (Сагг, 1981, Кузьмин, 1982). Марс относится к планетам криогенного типа и содержит водный лёд в поверхностных слоях приполярных регионов. Это было установлено сначала на основе анализа данных о потоках эпитепловых нейтронов (Boynton et al., 2002), а затем и прямыми наблюдениями с аппарата Phoenix. Поэтому, марсианская криосфера все больше привлекает внимание, как геокриологов, так и специалистов по поискам жизни на планете. Проведение экспедиций по микробиологическому исследованию мёрзлых пирокластических отложений было поддержано Астробиологическим институтом Национального аэрокосмического агентства США (NAI). При этом были получены данные о геокриологических условиях района Ключевской группы вулканов, которые составили основу работы.

Основной целью работы было выявление закономерностей формирования геокриологических условий районов активного вулканизма для Ключевской группы вулканов.

В задачи исследований входило:

-Изучить природные условия района Ключевской группы вулканов, влияющие на формирование геокриологических характеристик территории.

-Проанализировать существующие методики картирования ММП в горных районах, и выбрать наиболее подходящую для района Ключевской группы вулканов (учитывая его малоизученность и труднодоступность), составить геокриологическую карту территории.

-Дать обзор геокриологических условий районов активного вулканизма.

-Изучить геокриологические условия района Ключевской группы вулканов и оценить влияние на них активного вулканизма. В том числе, создать сеть скважин для изучения температурного режима территории (особенно, вблизи активных вулканических построек), которую в дальнейшем можно использовать для мониторинга. Изучить теплофизические свойства вулканогенных отложений для понимания их роли в формировании геокриологических условий территории.

Фактический материал. Помимо немногочисленных литературных данных, основу работы составили результаты собственных исследований автора. Исследования выполнялись в рамках программ Президиума РАН: «Изменение окружающей среды и климата: исследования, мониторинг и прогноз состояния природной среды; природные катастрофы, анализ и оценка природного риска,

вулканизм» и «Исследование, мониторинг и прогноз состояния криосферы и изменений мерзлотных условий».

Необходимость проведения полевых исследований была обусловлена отсутствием фактического материала по геокриологическим условиям района (имеющиеся геокриологические карты на территорию Ключевской группы вулканов были построены расчетным путём). В различных высотных и ландшафтных зонах в 2002-2008 гг. были выбраны ключевые участки и создана сеть скважин и оборудованных площадок, где проведены температурные замеры и наблюдения за мощностью и динамикой сезонно-талого слоя. Режимные наблюдения являлись частью международных программ «Thermal State of Permafrost» и «Circumpolar Active Layer Monítoring» и в качестве проекта «Мониторинг температурного поля извергающихся вулканов» вошли в план реализации научной программы участия Российской Федерации в проведении Международного Полярного Года.

Расчёт среднегодовых температур пород и мощностей ММП выполнен во время стажировки в лаборатории гляциологии, геоморфодинамики и геохронологии географического факультета Университета Цюриха (заведующий - проф. W. Haeberli). В основу положен эмпирико-статистический подход, успешно применяющийся в Альпах и адаптированный автором к Камчатке (соавтор Dr. S. Gruber). Широко использовались данные дистанционного зондирования Земли. Работы выполнялись на основе цифровой модели рельефа, полученной в ходе радарной топографической миссии космического аппарата Шаттл в 2004 г. Для дешифрирования растительного и ледникового покровов использовались снимки с <осмических аппаратов Landsat и Aster. Оценка мощностей ММП проводилась )ешением серии двухмерных и осесимметричных задач в программе численного моделирования COMSOL Multiphysics.

Для расчёта температур воздуха использовались данные метеостанции Ключи и щнные автоматических метеостанций, работавших в 1996-1997 и 2000-2001 годах Maísumoto et al., 1999, Soné et al., 2003).

Изучение теплофизических свойств вулканогенных отложений проводились в голевых условиях и на кафедре геокриологии МГУ совместно с магистранткой ихоновой Е.П. под руководством к.г.-м.н. Р.Г. Мотенко, Научная новизна проведённых исследований заключается в следующем: 1.Впервые получены данные о температурном режиме пород в районе

Ключевской группы вулканов. До высот 800-900 м в зимнее время формируется инверсия температур воздуха и поверхности почвы. Показано широкое распространение в данном районе ММП, рассчитаны их максимальные мощности, а также размер зоны воздействия жерловых структур на температурное поле вулканической постройки Ключевской сопки.

2,Для района Ключевской группы вулканов была предложена методика картирования мёрзлых пород с использованием геоинформационных технологий и данных дистанционного зондирования Земли. Создана геокриологическая карта района масштаба 1:100 000.

3.Уточнено положение южной границы распространения современных повторно-жильных льдов, которые были обнаружены в районе Ключевской группы вулканов (55° северной широты) на высоте 1600 м.

4.0бобщены имеющиеся данные о присутствии многолетнемерзлых пород в районах активного вулканизма и показано их широкое распространение в пределах данных областей. Сформулированы основные виды воздействия вулканизма на формирование геокриологических условий.

5.Впервые была определена теплопроводность вулканических шлаков и пеплов в мёрзлом состоянии. Показано, что данные отложения обладают низкой теплопроводностью.

Практическое значение работы связано с применением для горных районов Камчатки эмпирико-статисгического подхода к картированию ММП. Эта методика позволяет создавать геокриологические карты территории при ограниченном количестве фактического материала. Это первый опыт применения подобного подхода в России. Созданная сеть мониторинговых скважин и площадок по наблюдению за слоем сезонного оттаивания позволит отслеживать изменения температурного режима многолетнемерзлых пород и закладывает основу для изучения климатических условий горных районов Камчатки. В перспективе планируется оборудование их автоматическими метеостанциями с передачей данных в режиме реального времени. Температурный мониторинг вблизи действующих вулканов позволит прогнозировать динамику мощностей ММП и, соответственно, развитие опасных геокриологических процессов. Полученные материалы были использованы студентами при написании курсовых и дипломных работ.

Основные защищаемые положения:

1 .Геокриологические условия района Ключевской группы вулканов отличаются от приведённых на существующих картах. Для большей части территории нижней границей распространения ММП является высотный диапазон 900-1000 м над уровнем моря, а выше 1300 м они имеют преимущественно сплошное распространение.

2.Эмпирико-статистический подход, с использованием геоинформационных технологий и данных дистанционного зондирования, позволил создать геокриологическую карту района Ключевской группы вулканов масштаба 1:100000 без проведения полномасштабных съёмочных работ. Региональные особенности задавались модельными константами, вычисляемыми по данным замеров температур пород в скважинах. Созданная геокриологическая карта адекватно характеризует температурный режим пород данной территории и позволяет оценить мощность ММП.

З.Тепловое влияние вулканических структур на многолетнемёрзлые породы проявляется в пределах района Ключевской группы локально. Показанные на карте ареалы возможного формирования вулканогенных таликов дают представление о максимальной зоне теплового воздействия вулканизма. Наибольшее воздействие оказывают характерные для данного района особенности современного осадконакопления - площадное выпадение пирокластических отложений, которые являются хорошими теплойзоляторами, способствуют формированию и сохранению прослоев погребённых льдов и новообразованию ММП.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 3-ем съезде геокриологов России (Москва, 2005), конференциях «Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения» (Пущино, 2003), «Криосфера нефтегазоносных провинций» (Тюмень, 2004), «Криогенные ресурсы полярных регионов» (Салехард, 2007), «Россия в МПГ - первые результаты» (Сочи, 2007), 8-ой и 9-ой Международных и 2-ой Европейской конференциях по мерзлотоведению (Цюрих, 2003; Фейрбенкс, 2008; Потсдам, 2005), 3-ей Европейской астробиологической конференции (Мадрид, 2004), съездах Европейского Геофизического Союза (Вена, 2003; 2007) и 5-ой Астробиологической конференции (Санта-Клара, 2008). По мере выполнения, работа докладывалась на семинарах гляциологического отдела Института географии

РАН, кафедры геокриологии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и на заседании Международного Арктического комитета (С.-Петербург, 2007). Основные материалы исследований опубликованы в журналах «Криосфера Земли» и «Permafrost and Pereglacial Processes».

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и выводов. Она изложена на 112 страницах текста и сопровождается 46 иллюстрациями и 5 таблицами. Список литературы включает 116 наименований.

Работа выполнялась под руководством д. г.-м. н. Д.А. Гиличинского, которому автор выражает благодарность за плодотворное сотрудничество. Я благодарен также проф. Н.Н. Романовскому, под чьим руководством была написана магистерская работа по теме работы. Полевые работы проводились совместно с Институтом вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, спасибо зав. лабораторией активного вулканизма к. г. н. Я.Д. Муравьёву и всем сотрудникам, помогавшим нам на Камчатке. Автор признателен за обсуждение работы и ценные комментарии сотрудникам кафедры геокриологии Геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, особенно, к. г.-м. н. С.Н. Булдовичу, к. г.-м. н. В.Н. Зайцеву и к. г.-м. н. Е.Н. Оспенникову. Очень много дало мне общение с Штефаном Грубером и сотрудникам лаборатории гляциологии, геоморфодинамики и геохронологии географического факультета Университета Цюриха. Техническая поддержка осуществлялась Университетом Фербенкса, США, за что я признателен проф. В.Е. Романовскому.

Спасибо всем участникам полевых работ, особенно М.Ю. Александрину, С.В. Губину, Н.Э. Демидову, Т.В. Жиделеевой, Г.Н. Краеву, А.В. Кузмицкому, В.Г. Мамыкину, К.А. Новотоцкой-Власовой, А.Л. Холодову, З.А. Цыганковой и Л.А. Шмаковой, а также друзьям, которые были рядом, за поддержку.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Природные условия района Ключевской группы вулканов.

В первой главе даётся характеристика природных условий района работ (рис. 1). Приводятся данные о географическом положении, особенностях строения территории, климатическая характеристика, описание растительности, распространение оледенения. Для района характерен инверсионный тип

Глава 2. Методологический подход к изучению геокриологических условий.

Во второй главе приводится обзор методик исследования геокриологических

в. Шивелуу-

Ключи

ЯшМ^евск

в. Ичинский

юкой

.Толбачик-

юиск'-Каммитйклй

Высота, м

! Море | I 0 - 250

250 - 500 | 500-1000 ■ 1000-2000

горных тундр и пустынь. Оледенение, широко развитое в районе, также испытывает воздействие во время извержений. Характерно наличие большого Рис. / Район работ. количества прослоев

пирокластических отложений в толще льда, широкое распространение погребённых форм. Анализ природных условий Ключевской группы вулканов показывает наличие благоприятных условий для многолетнего промерзания на склонах вулканических построек. Вместе с тем, параметры природных условий высокогорной зоны изучены крайне слабо. Особенно не хватает данных о климатических условиях высокогорных территорий. Предоставить такие сведения может только сеть автоматических метеостанций, создание и развитие которой входит в планы автора в будущем.

климатической поясности. Граница зимней инверсии температур воздуха проходит на высоте 800900 м (рис. 2а). Максимальные мощности снежного покрова приурочены к залесённым территориям, а выше зоны леса снежный покров имеет небольшие мощности и подвержен сильному ветровому перераспределению. Распространение растительных сообществ определяется как климатическими факторами, так и воздействием вулканических

извержений. В целом происходит закономерная смена растительных сообществ с увеличением высоты местности от лесной зоны к зоне

условий горных районов, методологические аспекты проведённых исследований.

Для изучения геокриологических условий исследуемого района, были организованы полевые работы. Они включали в себя выбор ключевых участков, бурение скважин и оборудование их термометрической аппаратурой, маршрутные исследования, организацию площадок для наблюдения за динамикой сезонного протаивания.

Бурение проводилось станком УКБ 12/25, колонковым методом, без промывки или продувки. Использовались специальные ложки с твердосплавными коронками. Диаметр извлекаемого керна составлял от 9 до 4 см. Верхние 2 метра скважин обсаживались пластиковой трубой.

В диапазоне высот 800-3000 м пробурено более десяти скважин, четыре из которых имеют глубину более 10 м, а самая глубокая - 25 м (таблица 1, расположение скважин показано на рис. 6). Скважины располагались на ровных площадках, практически лишенных растительного покрова, с уклоном не более 6 градусов, в основном на склонах юго-западной ориентации. Места расположения скважин рассматриваются в качестве типичных ключевых участков.

В процессе бурения описывалось криогенное строение керна, отбирались образцы для определения гранулометрического состава, химического состава водной вытяжки, газового состава, рН, содержания органического углерода, микробиологических исследований (проводились в ИФХиБПП РАН) и

-25 -20 -15 -10 -5 О 5 10 15 20 0 1000 2000 3000

Температура ,°С Сумма градусодней (абс. значение)

Рис. 2. а) изменение среднегодовой температуры поверхности почвы (по данным логгеров за 2007-2008 гг.) и воздуха (по м/с Ключи) с высотой; б) изменение суммы градусодней (+ -положительных, - - отрицательных) на поверхности с высотой (по данным логгеров за 20072008 гг. и м/с Ключи).

Таблица 1. Скважины в районе Ключевской группы вулканов (за исключением двух последних, пробурены автором). Индекс указывает на район: 1 - Толбачик, 2 — Ключевской, 3 - Безымянный, 4 - Зимина, 5 — Камень, б - Ушковский. Серым цветом выделены замеры, использованные в рис. Зв.

Скв. Высота м Глубина, м Дата <Т| 'кому** (модель) cpt мтород замер/модель ,pt- IH'B Г(! 1HW Г И замер Примечания

3-02' 924 3 08/2002 -4,2 -/-0,9 - В лесу, мерзлота отсутствует.

1-03' 946 4 08/2003 -4,3 -/-1,3 Рядом с III конусом БТТИ, бурение прекращено по техническим причинам.

4,5,602' 957 4 08/2002 -4,3 1,3/-1,2 0,2 На верхней границе леса. Отмечены кристаллы льда в интервале глубин 1,5-2,8 м, логгер(0,2 м) с сентября 2006.

7-02' 1155 12 08/2002 -5,2 -/-2,1 Нет температурного замера из-за притока воды в скважину из верхних горизонтов мёрзлых пород.

7-03' 1218 10 08/2003 -5,5 -2,0/-2,4 Рядом с конусами Песчаные горки.

5,6-03' 1301 6 08/2003 -5,9 -/-2,4 _ Нет данных о температуре из-за повреждения скважины.

8-03(06)' 1326 25 09/2003, 09/2006 -6,0 -2,8/-2,8 -3,0 Расположена на площадке CALM R30A, начата в 2003 и добурена в 2006, логгер (0,1,3,5, 10, 15 м) с сентября 2006. AMS '4С датировка для шлака с глубины 19,5 м 2500±55 лет (UZ-5467/ETH-33847).

12-042 1410 6 09/2004 -6.3 -/-3.8 На дне кратера Цирк, мерзлота отсутствует. Скорее всего, из-за формирования озера в весеннее время.

10-043 1428 16 09/2004 -6,4 -2,8/-3.1 -3,0 Логгер (0, 1, 5, 11 м) с сентября 2007.

11-041 1445 10 09/2004 -6,5 —2,0/-3,6 -2,2 На гребне кратера Цирк, температурный замер отсутствует из-за всасывания воздуха и дальнейшего повреждения скважины, логтер (+0.5,0, 1, 2 м) с октября 2007.

1-064 1625 10 08/2006 -7,3 -4,0/—4,1 -4,0 Логгер (0, 1,4, 8 м) с октября 2007. AMS |4С датировка для пепла с глубины 2,4 м 1475±50 лет (UZ-5465/ETH-33846)

3-065 2103 5 09/2006 -9,5 -6.0/-6.6 В кратере конуса Квасова, наблюдалось всасывание воздуха, логгер (1, 2, 3, 4 м) с августа 2006.

1-02' 2512 10 08/2002 -11,3 —7,9/-7,5 -8,8 Наблюдалось всасывание воздуха, логгер (0,0.5 м) с сентября 2005.

К26 3900 219 06/1998 -17,5 -14,6/14,0 -16,6 Пробурена Шираивой и др. На леднике вулкана Ушковскй

N30' 946 54 1978 -4,3 -/-1.3 Пробурена М.Д. Лесных для разведки термальных вод рядом с III конусом БТТИ.

радиоуглеродного датирования. Так как содержание незамёрзшей воды в обломочных отложениях невысоко, то содержание льда определялось по весовой влажности образцов.Теплофизические свойства вулканических пеплов и шлаков определялись как в поле (зондовым методом), так и в лаборатории (методом регулярного режима I рода (а-калориметра)). Исследования проводились в мёрзлом и талом состоянии.

Подготовка образцов для определения возраста, и сами анализы методом AMS, проводились в радиоуглеродной лаборатории Университета Цюриха.

Единовременные замеры температур в скважинах проводились после периода выстаивания, косами с терморезисторными датчиками (точность измерения 0,1°С) производства ОАО «ПНИИИС». Для круглогодичного мониторинга температур использовались логгеры производства компании Onset computer corporation (НОВО Pro sériés, 2 и 4 канальные) с терморезисторными датчиками (точность измерения 0,25°С), замер производился каждые 6 часов (глубины установки датчиков приведены в таблице 1).

Измерения глубины слоя сезонного оттаивания проводились в шурфах и металлическими щупами. Для наблюдения за динамикой глубин сезонного оттаивания, рядом со скважинами было оборудовано 3 площадки (на высотах 1330 и 1630 м), размером 100x100 м, замеры проводились с шагом 10 м в конце теплого сезона (сентябрь).

Приведён обзор существующих методик экспресс картирования и оценки мощностей многолетнемёрзлых пород в горных районах. Анализ полученных полевых материалов и доступных данных дистанционного зондирования, показал целесообразность выбора эмпирико-статистического подхода к картированию многолетнемерзлых пород для района работ.

Как следует из истории изучения, все предыдущие исследователи прибегали к расчетным методам при геокриологическом картировании Камчатки. Поэтому, выбранная автором диссертации методика картирования многолетнемёрзлых пород района Ключевской группы вулканов, является логическим развитием идей предшественников, выполненная на современном техническом уровне и с привлечением фактических данных полевых работ.

Основными факторами, определяющими возможность формирования и температурный режим многолетнемерзлых пород в данном районе, являются температура воздуха, солнечная радиация, растительный и снежный покровы.

В качестве входных данных использовались данные метеостанции Ключи,

температурные замеры в скважинах и цифровая модель рельефа (ЦМР) разрешением 90 м, полученная в ходе Радарной Топографической миссии космического корабля Шаттл (USGS, 2004).

Для расчета среднегодовой температуры воздуха использовалась формула: cptBo»yxa = 0,0045 *ALT+t0 (1),

где ALT это высота поверхности над уровнем моря в метрах, взятая из ЦМР. Высотный градиент 0,0045°С/м был рассчитан по данным метеостанции Ключи (29 м над уровнем моря), данным с автоматических метеостанций на высотах 1000 и 1180 м и замерам на глубине 10 м в толще ледника Ушковского вулкана (высота 3900 м), который можно принимать равным среднегодовой температуре воздуха (Loewe, 1970). Все данные взяты за 1996-1997 гг. (рис. За), to - среднегодовая температура воздуха на уровне моря, которая для района работ, по данным метеостанции Ключи за последние десять лет, может быть принята равной 0°С. Среднегодовая температура пород рассчитывалась по формуле 2: CPtjiopoj = ^воздуха 0,02 * RAD (2),

где RAD это среднегодовая потенциальная прямая коротковолновая солнечная радиация (Вт/м2), рассчитанная по ЦМР с помощью алгоритмов, описанных в Corripio (2003). Коэффициент 0,02 взят из соотношения разности среднегодовых температур воздуха и пород (At) к величине RAD, где At = с\ород - cptB0,,yxa (рис. Зв).

Разница температур получена по фактическим данным о среднегодовой температуре пород для метеостанции Ключи и имеющихся скважин (таблица 1) и среднегодовой температуре воздуха для района скважин, рассчитанной по формуле (1). Радиационный режим всех точек, для которых доступны данные о температурах, оказался схожим, поэтому проведение результирующей прямой было возможным только с привлечением литературных данных. Ежедневные и еженедельные значения приведены для района скважины в Юте (рис. 36, Bartlet et al., 2006). Ежегодные значения посчитаны автором на основании ЦМР для района имеющихся скважин с замерами среднегодовой температуры пород (рис. Зв). Показан диапазон значений солнечной радиации характерных для района Ключевской группы вулканов, диапазон, в которую попадает 98% территории и значение, характерное для 50% территории. Отметим, что радиационный режим в районе имеющихся скважин, охватывает большую часть диапазона, характерного для района исследований. Итоговый тренд проведён исходя из допущения, что при отсутствии

100

200

* Pwornnuaa I,-,

-15

-JJ -1U -J V

Среднегодовая температура воздуха,°C §

-10

-5

° ---- .........„

о 0 100 200

& RAD, Вт/м2

Рис. 3. а) изменение среднегодовой температуры воздуха с высотой (¡996-1997 гг.) по данным м/с Ключи и автоматических метеостанций б) соотношение At и средней (за день, за неделю) прямой солнечной радиации (RAD) по Bartlet et al. (2006) в) соотношение At и средней (за год) прямой коротковолновой солнечной радиации (RAD), рассчитанной по модели рельефа для имеющихся скважин с замерами среднегодовой температуры пород, для незакрашенных точек замер At был произведён после создания модели (в 2007 и 2008 г.).

солнечной радиации среднегодовые температуры воздуха и поверхности равны (то есть At = 0) (Bartlet et al., 2006). В указанной работе проводили измерения в районе одной скважины (перевал Эмигрантов, Юта, высота 1750 м) в течении 10 лет, в то время как точки полученные автором для Ключевской группы характеризуют разные скважины в течении одного года. В отсутствие другой информации, и учитывая сопоставимость величин радиации, эти данные с точки зрения автора допустимо использовать для калибровочной кривой. Итоговая линейная зависимость для Ключевской группы вулканов характеризует локальные особенности формирования температурного режима, в том числе, и за счёт присутствия сезонного снежного покрова.

Растительный покров дешифрировался на основе анализа грунтово-адаптированного индекса растительности по спутниковым снимкам. Ледники дешифрировались по отношению пятого и третьего каналов (Roth, 1994) с ручной коррекцией для участков, закрытых обломочным чехлом и сезонным снежным покровом. Влияние лесной растительности, как и распространение снежного и ледникового покровов, на температурный режим пород напрямую при моделировании не учитывалось. Для участков распространения лесной растительности среднегодовые температуры пород на карте не указаны, но

предполагается, что они здесь положительны, и эти территории входят в зону сезонного промерзания отложений.

Контуры ледников показаны на карте в информационных целях. Так как показанные на карте среднегодовые температуры пород характеризуют верхние 1015 м отложений, то можно считать, что температурный режим верхней части ледников будет соответствовать таковому в прилегающих массивах пород. Предполагается, что большая часть ледников в данном районе относится к «холодному» типу, и под ними, соответственно, развиты субгляциальные многолетнемерзлые породы.

Мощность ММП оценивалась путём численного моделирования методом конечных элементов. Использовался программный продукт COMSOL Multiphysics (COMSOL AB, Sweden). Были поставлены две задачи. Во-первых, оценить возможные максимальные мощности зоны многолетнего промерзания для основных вулканических построек района работ. В качестве верхних граничных условий задавались рассчитанные при составлении карты среднегодовые температуры грунта, на боковых границах задавался нулевой теплопоток. Вертикальные размеры расчётной области составляли 5 км, на нижней границе задавался тепловой поток 60 мВт/м2. Для упрощения расчётов принималось, что вся вулканическая постройка сложена базальтом, теплопроводность которого принималась равной 2,5 Вт/м*К, теплоёмкость - 850 Дж/кг и плотность - 2600 кг/м3. Решалась стационарная задача.

Вторая задача состояла в оценке теплового воздействия лавоводов вулкана Ключевская сопка на температурное поле окружающих мёрзлых отложений. В качестве начальных условий использовалось решение стационарной задачи. Воздействие извержения задавалось как одномоментное повышение температуры в зоне лавовода. В зоне лавоводов, шириной 60 метров, расположенной в осевой части вулканической постройки, задавалась начальная температура 1200 °С, использовалась осесимметричная модель.

Глава 3. Геокриологические условия района Ключевской группы вулканов.

В третьей главе даётся обзор современного распространения мёрзлых пород в районах активного вулканизма, описываются история изучения геокриологических условий Камчатки, влияние вулканизма на формирование геокриологических условий и приводится характеристика геокриологических условий района Ключевской группы вулканов.

Возможность формирования многолетнемерзлых пород на склонах активных

вулканов определяется сочетанием климатических факторов и теплового потока из недр. В большинстве случаев, формирование и существование многолетнемерзлых пород на склонах вулканов связано с горными регионами. Это вызвано тем, что активные вулканические центры расположены вне широтных границ распространения ММП, поэтому наличие условий, благоприятных для формирования ММП связано с высотной климатической поясностью.

Изучение геокриологических условий Камчатки началось в 60-х годах прошлого века. В дополнение к описаниям погребённых льдов и встречаемости мёрзлых грунтов в шурфах на склонах вулканических построек Камчатки (Ермаков, Трубицын, 1965), первые сведения о геокриологических условиях севера полуострова (район р. Паланы и Камчатского перешейка) были опубликованы по геокриологическим изысканиям 1952 г. в долинах рек (Бобов, 1960, Бобов, Новосельская, 1975). В 70-х годах прошлого века существовало мнение, что проявления вулканизма препятствуют формированию ММП на склонах активных вулканов. Это отражено на изданной в 1977 году «Геокриологической карте СССР масштаба 1:5000000», специальное содержание для которой было разработано И .Я. Барановым (1977), где для района Ключевской группы вулканов показана зона сезонного промерзания пород. При составлении геокриологической карты Камчатки (Замолотчикова, Смирнова, 1979, 1982) авторы отошли от традиционных методов мерзлотной съёмки. При отсутствии полевых данных, ими был использован метод количественной оценки влияния на геокриологические условия каждого из факторов природной среды (климата, растительности, вулканов, ледников) и расчета геокриологических параметров моделированием на гидроинтеграторе. Построение карты проводилось без использования замеров температур по скважинам. Эта карта легла в основу разделов, посвящённых Камчатке, в «Геокриологии СССР» (Замолотчикова, 1989) и «Основах геокриологии» (Шевченко, 1998), и была использована при составлении «Геокриологической карты СССР масштаба 1:2500000» (1997). Для вулканов Ключевской группы на высотах 1000-1500 м на ней показано островное распространение многолетнемерзлых пород со среднегодовыми температурами пород не ниже -1°С, а на более высоких отметках -прерывистое и сплошное распространение со среднегодовыми температурами пород, понижающимися в интервале высот 1500-3000 м от -2 до -8°С, а на высоте 4000 м до -12°С и ниже. Эти данные были использованы и при составлении «Циркумарктической карты многолетнемерзлых пород и грунтовых льдов масштаба

1:10000000» (Brown et al., 1997). При составлении этих карт полевых работ не проводилось.

Влияние вулканизма на формирование геокриологических условий может быть разделено на две группы факторов. Первая связана с тепловым воздействием вулканических структур и отложений. Это воздействие может быть как глубинным (за счёт повышенного теплопотока), так и поверхностным (например, при излиянии лавы на поверхность мёрзлых пород). Вторая - связана с характерным для данных районов катастрофическим типом осадконакопления. Выпадение пирокластических отложений влияет на геокриологические условия территории, изменяя условия на поверхности (уничтожая растительный покров, меняя альбедо поверхности), а также за счёт погребения ледников, снежного покрова, слоя сезонного промерзания. Данные отложения характеризуются низкой теплопроводностью и являются хорошим теплоизолятором. При излиянии магмы, с верхней и нижней поверхности потока сразу же формируется корка застывшей лавы, которая сама по себе обладает высокими теплоизолирующими свойствами из-за высокой пористости. Поэтому, под лавовыми потоками не происходит значительных изменений температурного поля. Внутри потока высокие температуры сохраняются более длительное время, большая часть потоков остывает за несколько лет, хотя для мощных потоков повышенные температуры могут сохраняться и несколько десятилетий. Показано, что для ледников максимальное соотношение мощности льда, который может растаять и размеров магматического источника тепла соответствует 2-5 при излиянии лавы на поверхность ледника, 6-7 при подлёдных извержениях и до 10 при внедрении даек в лед (Head, Wilson, 2007), т. е. максимальный радиус воздействия вокруг внедряющегося в ледовый массив тела будет составлять десять его размеров. При взаимодействии лавовых потоков с поверхностью мёрзлых отложений, роль дополнительной теплоизоляции играет слой сухих пирокластических отложений (формирующийся под лавовым потоком). Поэтому, соотношения размеров источника тепла к размерам зоны температурного влияния будет, по нашему мнению, ещё меньше чем для случая с ледниками. Это подтверждают измерения температур вокруг дайки, внедрившейся в ходе Большого трещинного толбачинского извержения 1975-1976 гг. (БТТИ) между I конусом Северных прорывов БТТИ и конусом 1004. Ширина зоны с повышенными температурами составляет здесь порядка 50-60 м, при ширине дайки, оцененной в 5-10 м (Connor et al., 1997).

К особенностям формирования ММП в районах развития активного вулканизма

можно также отнести:

-Быстрый рост или разрушение вулканических построек, с изменением высоты которых меняются и климатические условия (в том числе среднегодовые температуры воздуха) на поверхности.

-Формирование морозных пород при охлаждении лавовых потоков, интрузивных тел и разрушенных вулканических построек, причем верхние части профиля часто содержат шлиры льда, образующие трещинные и расширенные трещинные криогенные текстуры.

-Фильтрацию воды в верхних метрах кровли мерзлой толщи из-за высокой пористости вулканических отложений и неполного заполнения пор льдом.

-Образование полостей с пониженным давлением воздуха при формировании вулканических построек. При бурении на шлаковых конусах и с поверхности древнего лавового потока, неоднократно наблюдалось засасывание воздуха в скважины. Ток воздуха был достаточно сильный, и приводил к растеплению скважин, а порой и к обрушению стенок. Через несколько дней засасывание воздуха прекращалось.

Расчет воздействия подъёма магмы по лавоподводящим каналам на температурное поле постройки Ключевской сопки показал, что размер зоны воздействия в случае формирования лавоподводящего канала диаметром 60 м составляет порядка 250 м.

Из анализа климатических данных следует, что район Ключевской группы вулканов можно отнести к континентальному типу высотной геокриологической поясности. Нижняя граница распространения ММП здесь, в основном определяется характером растительности. Мощность снега на территориях занятых кустарником и лесом превышает критическую (составляя 1,5-2 м) и формирования многолетнемёрзлых пород при существующих среднегодовых температурах воздуха не происходит. Так как распространение растительности здесь контролируется не только высотной поясностью, но и частыми извержениями, на отдельных участках нижняя граница распространения ММП имеет сложную структуру. Она поднимается выше на участках с неповреждённой растительностью, и опускается на участках, где растительность была уничтожена.

Бурением были вскрыты обломочные и скальные породы с льдистостью 20-80%, базальными и массивными криогенными текстурами (рис. 4). Заполнение пор льдом, как правило, неполное. Рыхлые отложения представлены вулканическими шлаками, песками и пеплами. Скальные породы представлены лавами, преимущественно

[-02

7-03

Г^декяость. ли

Скважины 7-02

10-04

8-03(06)

Литология Криотекстура

ЕЯ' @86

шт? Е37

ПН

ш* №

I \ю

Рис. 4. Литология и криогенное строение отложений по скважинам: 1 - вулканический шлак. 2 - вулканический песок, 3 - лава базальтового состава. 4 - вулканический пепел, 5 -растительные остатки, б - базальная. 7 -массивная, 8 - ледяные прослои. 9 - трещинная. 10 -слоистая, II - места отбора образцов на датирование по 14С и их возраст.

10-04 (1428 м)

5 10 15 20 25 -16 -14 -12 -10 -8 -б -4 -2 0 2

Скважина 8-03(06) (1330 м) (высота, м)

-25 -20 -15 -10 -5

1-06 (1625 М)

10 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 1 0 15 20 25

1 ' а —----- '

2 \

3 \

4 1

5 1

3 ||

9 1 10

18 ■

19 •

Температура. С

Рис. 5. Данные температурных замеров в скважинах. Огибающие построены по минимальной и максимальной температурам, зафиксированным за год на данной глубине. Точками показаны данные единовременных замеров в разные годы.

573026.945041

503026,945041

593026,945041

603026.945041

613026,945041

623026,945041

У)пМЖСк-НЙ"

•li-lil-KOU

Точки наблюдений

7-03

Скважины В Площадки CALM

• Мерзлота обнаружена

• Мерзлота не обнаружена

Природные зоны Горные пустыни ; ' Горная тундра

О Лес ('.'I Ледники

R30B

6-02 Л 03

}

R30A/ 8-03(06)

'1-03

Северные прорывы БТ'ГИ

Вулканогенные талики -see- Горизонтали -*- - -»-£Линии профилей_

Распространение талых мерзлых пород

Сплошное распространение мёрзлых пород

Преимущесп

Приемуществе»

мерзлых

Массивно-островное (до 50%)

распространение мерзлых пород (>80

Южные прорывы у> /ИНГИ

талых пород

Среднегодовая температура пород"С

Полулереходнь

Переходный (Полулнреходнвц

Длительно:

и полярный

Тип сезонного промерзания и оттаивания по среднегодовой температуре породаС_

Длительно устойчивый

2...S

Устойчивый

Мощность

573026.945041

Рис. 6. Геокриологическая карта Ключевской группы вулканов. Оригинальный масштаб 1:100 000. Система координат 18 84, поперечная проекция Меркатора, зона 5 7и.

базальтового состава, различной степени выветрелости. В целом, для мёрзлых пирокластических отложений данного района характерны нейтральные рН, крайне низкое содержание органики и растворимых солей. Данные грунты не относятся к засоленным, и температура их замерзания близка к 0°С. В соответствии с историей извержений, возраст этих отложений составляет от десятков до первых тысяч лет.

Лабораторное и полевое изучение теплофизических свойств пирокластических отложений показало, что данные отложения характеризуются низкими значениями теплопроводности (к). В сухом состоянии для вулканических шлаков и пеплов характерны значения X в районе 0,17-0,19 Вт/м*К. Теплопроводность данных отложений при естественных значениях влажности обычно не превышает 1 Вт/м*К. При экспериментальном исследовании теплоемкости сухих вулканических пород были получены следующие значения: теплоемкость шлаков равна 750 Дж/кг*К, пеплов 750-800 Дж/кг*К. Из проведённых исследований следует, что пирокластические отложения характеризуются высокими изоляционными свойствами, особенно в сухом состоянии. При насыщении влагой их изоляционные способности уменьшаются. В основном, это обусловлено их высокой пористостью. В случае если данные отложения в тёплое время года находятся в сухом состоянии, а перед промерзанием насыщаются влагой, они характеризуются достаточно большой разницей теплопроводности в мёрзлом и талом состоянии (до 10 раз). При значениях теплопроводности, соответствующих полевым определениям влажности пирокластических отложений, в мёрзлом состоянии их теплопроводность в 1,5-1,6 выше, чем в талом.

Расположенная на высоте 920 м в лесу скважина 3-02 не вскрыла мёрзлых грунтов. В то же время, скважины 4-6-02, расположенные у верхней границы леса на высоте 950 м, вскрыли маломощный горизонт пород с кристалликами льда (как показали круглогодичные замеры температур, это был остаток слоя сезонного промерзания). Из анализа графиков изменения с высотой суммы градусо-дней за тёплый и холодный периоды (рис. 26), можно заключить, что многолетнее промерзание пород на южном склоне вулкана Плоский Толбачик возможно с высоты 1000 м. Среднегодовые температуры пород здесь понижаются с увеличением высоты от положительных значений на высотах порядка 900-1000 м, до -2,8 на отметках 1300 м и -7,9°С на высоте 2500 м.

Данные термометрических замеров в скважинах приведены на рисунке 5. Из сравнения огибающих (построенных по результатам круглогодичного мониторинга)

и разовых замеров, видно, что последние хорошо характеризуют среднегодовую температуру пород при замере на глубинах более 10 м. Многолетнемёрзлые породы распространены с высот 650-800 м для склонов северной экспозиции, и с 750-900 м на склонах южной экспозиции (рис. 6). Разница среднегодовых температур пород на склонах северной и южной экспозиции составляет 0,6-1,0°С на пологих, и до 3°С на крутых склонах.

Различия температурного режима пород между склонами западной и восточной экспозиции не выявлены. Надо отметить, что за счёт высоких теплоизолирующих свойств вулканических шлаков, погребённые мёрзлые слои могут быть обнаружены и на более низких высотных уровнях.

Для проверки точности моделирования, рассчитанные среднегодовые температуры пород были сравнены с данными замеров по скважинам, полученными после моделирования. Сравнение показало хорошую сходимость результатов (рис. 7), с ошибкой в пределах 0,1-2,5°С, что является допустимым для выбранной методики.

Среднегодовая температура порея (замер),"С

моделировании.

Оценить мощности ММП прямыми методами в районе исследований сложно, так как отсутствуют скважины на полную мощность ММП. Оценка возможных мощностей осуществлялась расчётным способом. Максимальные мощности ММП, по данным моделирования, составляют более 1000 м для вулканических построек высотой более 4500 м над уровнем моря и 500 м для вулканов высотой порядка 3000 м. Для высотного диапазона 1200-1600 м, в котором расположено большинство наших скважин, характерна мощность многолетнемерзлых пород в 100-200 м. Вулканогенные талики приурочены к терминальным частям активных вулканов,

недавним шлаковым конусам и крупным лавовым потокам. Максимальные зоны вулканогенных таликов отмечены на созданной геокриологической карте (рис. 6). Температура на поверхности этих таликов составляет 80-600°С, а при извержениях может доходить до 1200°С. Контуры этих таликов непостоянны, и меняются год от года. По результатам проведённого моделирования, они влияют на температурное поле многолетнемерзлых пород только на локальном уровне. Размер области вокруг лавоводов, которая подвержена воздействию высоких температур при извержениях, составляет первые сотни метров.

Талики могут формироваться и в значительных по площади отрицательных формах рельефа (особенно в кратерах шлаковых конусов). Происходит это за счёт аккумуляции снега в зимний период, и образования озера в конце периода снеготаяния.

В исследуемом районе на высотах 1000-1600 м широко распространены солифлюкционные сплывы и террасы, пятна-медальоны и структурные грунты. Частым явлением является образование стебелькового льда, встречаются полигональные формы рельефа и ледяные жилы (шириной до 10-20 см) в основании трещин. Полигональные структуры отличаются неправильной формой. Полигоны часто вытянуты, характерные размеры 6-15 м, но по длинной стороне размер может достигать и 30 м. Границы полигонов часто окаймлены растительностью. По нашему мнению, они являются результатом морозобойного растрескивания как первичного мерзлотного процесса, либо как вторичного, развивающегося по трещинам остывания. Обнаружение полигональных структур в данном районе, позволяют проводить южную границу распространения современных повторно-жильных льдов для территории Камчатки по крайней мере выше 55° северной широты. Это существенно южнее её положения, приведённого на карте распространения повторно-жильных льдов для территории Евразии (Васильчук, 2006), где она проходит выше 63° северной широты, не захватывая территории Камчатки.

Выводы.

Основные результаты проведённых исследований:

1.Впервые получен фактический материал о геокриологических условиях района Ключевской группы вулканов.

ММП широко распространены в данном районе и занимают площадь порядка 2000 км2. Формирование ММП в данном районе возможно с отметок 650 м на склонах северной экспозиции, а для большей части территории нижней границей

распространения ММП является высотный диапазон 900-1000 м.

По данным замеров в скважинах на южном склоне вулкана Плоский Толбачик, среднегодовая температура пород изменяется от положительных значений на высоте 950 м до -2,8°С на 1300 м и -7,9°С на 2500 м.

Мощность слоя сезонного оттаивания уменьшается с 2-2,5 м на высоте 900 м до 50 см на высоте 2500 м и сокращается практически до нуля на высотах 4000- 4500 м.

За время наблюдений (2002-2008), направленных трендов изменений температурного поля и мощности слоя сезонного оттаивания не зафиксировано.

2.Применение эмпирико-статистического подхода к картированию ММП, является оправданным при отсутствии возможности проведения полномасштабных съёмочных работ. Была составлена геокриологическая карта района Ключевской группы вулканов в масштабе 1:100 000.

Точность расчета среднегодовых температур пород составила 0,1-2,5°С. Данные о температурном режиме ММП, полученные при составлении геокриологической карты, позволили рассчитать их максимальные мощности в данном районе. Максимальные мощности ММП оценены в ~1000 м для самых высоких вершин высотой 4500-4800 м над уровнем моря, для вершин высотой 3000 метров характерны мощности порядка 500 м.

З.Закономерности формирования геокриологических условий в районе Ключевской группы вулканов близки к таковым для обычных горных территорий.

Показано, что тепловое воздействие вулканизма на формирование и распространение ММП проявляется локально. Зона максимального воздействия связана с терминальными и центральными частями активных вулканических построек, размеры этой зоны обычно не превышают нескольких сотен метров. Исследования теплофизических свойств пирокластических отложений показало что вулканические шлаки и пеплы обладают высокими теплоизолирующими свойствами, и могут способствовать сохранению мёрзлых толщ от протаивания. При зимних извержениях может происходить погребение сезонно мёрзлых отложений на достаточно большой площади. Таким образом, возможно существование островов многолетнемёрзлых пород на достаточно низких высотных уровнях, ниже климатической границы их распространения. Суммируя, можно сказать, что вулканическая активность вызывает только локальную деградацию многолетнемерзлых пород в местах выхода расплавленной магмы и горячих газов, и

может вызывать аградацию ММП при масштабных эксплозивных извержениях. К особенностям формирования геокриологических условий районов активного вулканизма относятся также высокая скорость роста и разрушения вулканических построек и высокая пористость вулканогенных отложений.

Публикации по теме диссертации в журналах, рекомендованных ВАК

¡.Геокриологические условия Ключевской группы вулканов (Камчатка) // Криосфера Земли, т. XII, № 1,2008. с. 29-40. (в соавторстве с Гиличинским Д.А.)

2.Mountain permafrost on active volcanoes: field data and statistical mapping, Klyuchevskaya volcano group, Kamchatka, Russia // Permafrost and Periglacial Processes, N 19 (3), 2008. pp. 261-277, doi:10.1002/ppp.622 (в соавторстве с Гиличинским Д., Грубером С.)

Материалы научных конференций

1 .Криолитозона Ключевской группы вулканов на примере массива Плоского Толбачика // Тезисы международной конференции «Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения», Пущино, 2003. с. 145. (в соавторстве с Холодовым A.JI.)

2.Kamchatka: mountain permafrost, volcanoes and life // 8th international conference on permafrost, Extended abstracts on current research and newly available information (edited by W. Haeberly and D. Brandova), Zurich, Switzerland, 2003. p. 1. (в соавторстве с Булдовичем С.Н., Гиличинским Д.А., Лауриновичусом К.С., Ривкиной Е.М., Щербаковой В.А., Холодовым А.Л.)

3.Thermophile bacteria in permafrost: Model for astrobiology // Geophysical Research Abstracts, vol. 5, N 12773, 2003. (в соавторстве с Гиличинским Д.А., Лауриновичусом К.С., Ривкиной Е.М., Щербаковой В.А., Холодовым А.Л.)

4.Frozen volcanic tefra - new terrestrial Earth analog of Martian ecosystems // Proceedings of the III European workshop on Exo-Astrobiology. Mars: The search for life. ESA SP-545, 2004. p. 161. (в соавторстве с Булдовичем С.Н., Гиличинским Д.А., Лауриновичусом К.С., Ривкиной Е.М., Щербаковой В.А.)

5.Мёрзлые вулканические отложения Камчатки - возможный аналог экосистем Марса // Материалы международной конференции «Криосфера нефтегазоносных провинций», Тюмень, 2004. с. 165. (в соавторстве с Булдовичем С.Н., Ривкиной Е.М., Мотенко Р.Г.)

6.Новые данные о геокриологических условиях Ключевской группы вулканов (Камчатка) // Материалы Ш-ей конференции геокриологов России, Москва, МГУ,

2005. с. 1-4. (в соавторстве с Гиличинским Д.А., Ривкиной Е.М., Мотенко Р.Г.)

7.Volcano permafrost - terrestrial model for extraterrestrial systems // II European conference on permafrost (Potsdam, Germany), 2005. p. 86. (в соавторстве с Булдовичем С.Н., Гиличинским Д.А., Мотенко Р.Г.)

8.Микромицеты мерзлых вулканических отложений вулкана Безымянный (Камчатка) // Материалы международной конференции «Криогенные ресурсы полярных регионов», Салехард, 2007. с. 100-103 (в соавторстве с Иванушкиной Н.Е., Кочкиной Г.А., Озерской С.М., Гиличинским Д.А.)

9.Mountain permafrost in areas of modern volcanic activity: Kluchevskaya volcano group (Kamchatka) // EGU letters, N 00243, 2007. (в соавторстве с Гиличинским Д.А., Мотенко Р.Г., Тихоновой Е.П.)

Ю.Создание сети мониторинга температурного поля многолетнемёрзлых пород в зоне развития современного вулканизма (Ключевская группа вулканов) // Материалы конференции «Россия в МПГ - первые результаты», Сочи, 2007. с. 76. (в соавторстве с Муравьёвым Я.Д., Гиличинским Д.А.)

11.International 2006 astrobiology expedition to Kamchatka // Astrobiology, vol. 8, N 2, 2008. p. 452. (в соавторстве с Моул Д., Леуко С., Анитори Р., Морил П., Шоу А., Цыганковой 3., Гостевым Е., Гиличинским Д.)

12.Experimental study of thermal properties for frozen pyroclastic volcanic deposits (Kamchatka, Kluchevskaya volcano group) // Proceedings of the 9thinternational conference on permafrost (edited by D. Kane and K. Hinkel), Fairbanks, Alaska, USA, 2008. pp. 1251-1254. (в соавторстве с Мотенко Р.Г., Тихоновой Е.П.)

Заказ № 152/03/09 Подписано в печать 24.03.2009 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,5 /р^Х ООО "Цифровичок", тел. (495) 797-75-76; (495) 649-83-30

\vw\v.

\cfr.ru; е-таИ:info@cfr.ru

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Абрамов, Андрей Андреевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА КЛЮЧЕВСКОЙ ГРУППЫ ВУЛКАНОВ.

1.1 Климатические условия.

1.2 Растительность и почвы.

1.3 Геологическое строение и вулканизм.

1.4 Геоморфологическое строение.

1.5 Оледенение.

ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ИЗУЧЕНИЮ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ.

2.1 Существующие методики картирования и оценки мощностей ММП горных районов.

2.2 Методика эмпирико-статистического картирования ММП, использованная для района ключевской группы вулканов.

ГЛАВА 3. ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА КЛЮЧЕВСКОЙ ГРУППЫ ВУЛКАНОВ.

3.1 Распространение ММП в районах активного вулканизма.

3.2 История изучения геокриологических условий Камчатки.

3.3 Влияние вулканизма на формирование геокриологических условий.

3.4 Свойства мёрзлых отложений вскрытых бурением.

3.4.1 Характеристика физических и химических свойств.

3.4.2 Теплофизические свойства пирокластических отложений.

3.5 Характеристика геокриологических условий.

3.5.1 Факторы, влияющие на температурный режим пород.

3.5.2 Температурный режим пород.

3.5.3 Сезонное промерзание-оттаивание пород.

3.5.4 Мощность ММП.

3.5.5 Геокриологические процессы.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Закономерности формирования геокриологических условий районов активного вулканизма"

Актуальность. Условия, благоприятные для формирования многолетнемёрзлых пород (ММП), присутствуют на склонах почти 30% активных вулканов Земли (Kellerer-Piklbauer, 2007). В литературе встречаются упоминания о присутствии мёрзлых пород в районах активного вулканизма Гавайских островов (Woodcook, 1974), Новой Зеландии, Японии (Higuchi, Fujii, 1971), Исландии (Etzelmuller et al., 2007), Южной Америки (Мексика, Перу) (Palacios et al., 2007), Аляски (Beget et al., 2005), Антарктиды (Gambino et al., 2005) и России (полуостров Камчатка и ряд вулканических построек Центрального Кавказа), традиционно относимых к горячим областям нашей планеты. Геокриологические условия этих территорий изучены недостаточно, а фактических данных о влиянии процессов, сопряжённых с вулканизмом, на температурное поле мёрзлых толщ нет. Между тем, эти процессы играют определенную роль в формировании температурного поля пород. Актуальность проблематики подтверждает проведение в последние годы специальных секций и международных конференций по взаимодействию льда и вулканов (Лондон, 2002; Рейкьявик, 2006; Рим, 2007). Основное внимание уделялось процессам взаимодействия вулканических процессов и ледников, а вопросы взаимодействия вулканизма и мёрзлых пород не были рассмотрены.

С вулканизмом в горных районах связаны и опасные геокриологические процессы, из которых наиболее разрушительным является формирование при извержениях грязевых потоков (лахаров). Основной причиной возникновения лахаров служит таяние ледникового и снежного покровов. Таяние ММП также вносит свой вклад в развитие подобных явлений, прогнозирование которых невозможно без знания геокриологических условий. Изучение закономерностей формирования и распространения мерзлых пород в областях активного вулканизма важно не только для составления геокриологических карт и прогноза опасных геокриологических процессов, но и для понимания взаимосвязи вулканизма и криогенеза на других планетах. Сравнивая вулканические ландшафты, распространенные на территории района работ со снимками, переданными космическими аппаратами и зондами, можно сказать, что они могут являться аналогами поверхностей Луны и Марса (Кирсанов, Гирина, 1992, Гирина, 1998). Большая часть поверхности Марса сложена вулканогенными отложениями, в том числе, в приполярных областях были обнаружены достаточно молодые шлаковые конуса (по данным Mars Express). При этом, химический состав марсианских отложений весьма близок к камчатским базальтам (Squyres et al., 2004), а проявления процессов морозобойного растрескивания на Марсе схожи с земными, о чём стало известно после получения первых снимков со спускаемых аппаратов (Сагг, 1981, Кузьмин, 1982). Марс относится к планетам криогенного типа и содержит водный лёд в поверхностных слоях приполярных регионов. Это было установлено сначала на основе анализа данных о потоках эпитепловых нейтронов (Boynton et al., 2002), а затем и прямыми наблюдениями с аппарата Phoenix. Поэтому, марсианская криосфера. все больше привлекает внимание, как геокриологов, так и специалистов по поискам жизни на планете. Первоначально, проведение на Камчатке экспедиций по микробиологическому исследованию мёрзлых пирокластических отложений было поддержано Астробиологическим институтом Национального аэрокосмического агентства США (NAI NASA). В ходе этих работ были получены данные о геокриологических условиях района Ключевской группы вулканов, которые и легли в основу диссертации.

Основной целью работы было выявление закономерностей формирования геокриологических условий районов активного вулканизма для района Ключевской группы вулканов.

В задачи исследований входило:

-Дать обзор геокриологических условий районов активного вулканизма.

Фактический материал. Помимо немногочисленных литературных данных, основу работы составили результаты собственных исследований автора в районе Ключевской группы вулканов. Исследования выполнялись в рамках программ Президиума РАН: «Изменение окружающей среды и климата: исследования, мониторинг и прогноз состояния природной среды; природные катастрофы, анализ и оценка природного риска, вулканизм» и «Исследование, мониторинг и прогноз состояния криосферы и изменений мерзлотных условий».

Необходимость проведения полевых исследований была обусловлена отсутствием фактического материала по геокриологическим условиям района (имеющиеся геокриологические карты на территорию Ключевской группы вулканов были построены расчетным путём). В различных высотных и ландшафтных зонах в 2002-2008 гг. была создана сеть скважин и оборудованных площадок, где проведены температурные замеры и наблюдения за мощностью и динамикой сезонно-талого слоя. Режимные наблюдения являлись частью международных программ «Thermal State of Permafrost (TSP)» и «Circumpolar Active Layer Monitoring (CALM)» и в качестве проекта «Мониторинг температурного поля извергающихся вулканов» вошли в план реализации научной программы участия Российской Федерации в проведении Международного Полярного Года.

Расчет среднегодовых температур пород и мощности ММП выполнен во время стажировки в лаборатории гляциологии, геоморфодинамики и геохронологии географического факультета Университета Цюриха (заведующий - проф. W. Haeberli). В основу был положен эмпирико-статистический подход, успешно применяющийся в Альпах и адаптированный автором к Камчатке (соавтор Dr. S. Gruber). Широко использовались данные дистанционного зондирования Земли. Работы выполнялись на основе цифровой модели рельефа, полученной в ходе радарной топографической миссии космического аппарата Шаттл в 2004 г. Для дешифрирования растительного и ледникового покровов использовались снимки с космических аппаратов Landsat и Aster. Оценка мощностей многолетнемёрзлых пород проводилась решением двухмерных, а влияния извержения на температурное поле пород - осесимметричной задачи в программе численного моделирования COMSOL Multiphasics.

Для расчёта температур воздуха использовались данные метеостанции Ключи (http://cliware.meteo.ru, http://meteo.infospace.ru) и данные автоматических метеостанций, работавших в 1996-1997 и 2000-2001 гг (Matsumoto et al., 1999, Sone et al., 2003).

Необходимые определения теплофизических свойств вулканогенных отложений проводились в полевых условиях и на кафедре геокриологии МГУ совместно с магистранткой Тихоновой Е.П. под руководством к.г.-м.н. Р.Г. Мотенко.

Научная новизна проведённых исследований заключается в следующем:

1.Впервые получены данные о температурном режиме пород в районе Ключевской группы вулканов. До высот 800-900 м в зимнее время формируется инверсия температур воздуха и поверхности почвы. Показано широкое распространение в данном районе ММП, рассчитаны их максимальные мощности, а также размер зоны воздействия жерловых структур на температурное поле вулканической постройки Ключевской сопки.

2.Для района Ключевской группы вулканов была предложена методика картирования мёрзлых пород с использованием геоинформационных технологий и данных дистанционного зондирования Земли. Создана геокриологическая карта района масштаба 1:100 ООО.

4.Обобщены имеющиеся данные о присутствии многолетнемерзлых пород в районах активного вулканизма и показано их широкое распространение в пределах данных областей. Сформулированы основные виды воздействия вулканизма на формирование геокриологических условий.

Практическое значение работы связано с применённой для горных районов Камчатки методикой эмпирико-статистического картирования ММП. Эта методика позволяет создавать геокриологические карты территории при ограниченном количестве фактического материала. Это первый опыт применения подобного подхода в России. Созданная сеть мониторинговых скважин и площадок по наблюдению за слоем сезонного оттаивания позволит отслеживать изменения температурного режима многолетнемерзлых пород данного района и закладывает основу для изучения климатических условий горных районов Камчатки. Температурный мониторинг вблизи действующих вулканов позволит прогнозировать динамику мощностей ММП, и связанные с этим опасные геокриологические процессы. Полученные в ходе работ материалы были использованы студентами при написании курсовых и дипломных работ.

Основные защищаемые положения:

1.Геокриологические условия района Ключевской группы вулканов отличаются от приведённых на существующих картах. Для большей части территории нижней границей распространения ММП является высотный диапазон 900-1000 м над уровнем моря, а выше 1300 м они имеют преимущественно сплошное распространение.

2.Эмпирико-статистический подход с использованием геоинформационных технологий и данных дистанционного зондирования позволил создать геокриологическую карту района Ключевской группы вулканов масштаба 1:100000 без проведения полномасштабных съёмочных работ. Региональные особенности задавались модельными константами, вычисляемыми по данным замеров температур пород в скважинах. Созданная геокриологическая карта адекватно характеризует температурный режим пород данной территории и позволяет оценить мощность ММП.

3.Тепловое влияние вулканических структур на многолетнемёрзлые породы проявляется в пределах района Ключевской группы локально. Показанные на карте ареалы возможного формирования вулканогенных таликов дают представление о максимальной зоне теплового воздействия вулканизма. Наибольшее воздействие оказывают характерные для данного района особенности современного осадконакопления - площадное выпадение пирокластических отложений, которые являются хорошими теплоизоляторами, способствуют формированию и сохранению прослоев погребённых льдов и новообразованию многолетнемёрзлых пород.

Заключение Диссертация по теме "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение", Абрамов, Андрей Андреевич

Основные выводы работы:

1.Впервые получен фактический материал о геокриологических условиях района Ключевской группы вулканов.

Мёрзлые породы широко распространены в данном районе и занимают Л площадь порядка 2000 км . Формирование ММП в данном районе возможно с отметок 650 м на склонах северной экспозиции, а для большей части территории нижней границей распространения ММП является высотный диапазон 900-1000 м.

Мощность слоя сезонного оттаивания уменьшается с 2-2,5 м на высоте 900 м до 50 см на высоте 2500 м и сокращается практически до нуля на высотах 40004500 м.

Точность расчета среднегодовых температур пород составила 0,1-2,5°С. Данные о температурном режиме ММП, полученные при составлении геокриологической карты, позволили рассчитать максимальные мощности многолетнемерзлых пород в данном районе. Максимальные мощности многолетнемёрзлых пород оценены в -1000 м для самых высоких вершин высотой 4500-^4800 м над уровнем моря, для вершин высотой 3000 метров характерны мощности порядка 500 м.

Показано, что тепловое воздействие вулканизма на формирование и распространение многолетнемерзлых пород проявляется локально. Зона максимального воздействия связана с терминальными и центральными частями активных вулканических построек, размеры этой зоны обычно не превышают нескольких сотен метров. Исследования теплофизических свойств пирокластических отложений показало что вулканические шлаки и пеплы обладают высокими теплоизолирующими свойствами, и могут способствовать сохранению мёрзлых толщ от протаивания. При зимних извержениях может происходить погребение сезонно мёрзлых отложений на достаточно большой площади. Таким образом, возможно существование островов многолетнемёрзлых пород на достаточно низких высотных уровнях, ниже климатической границы их распространения.

Суммируя, можно сказать, что, а влияние вулканической активности вызывает только локальную деградацию многолетнемерзлых пород в местах выхода расплавленной магмы и горячих газов, и может вызывать аградацию ММП при масштабных эксплозивных извержениях. К особенностям формирования геокриологических условий районов активного вулканизма относятся также высокая скорость роста и разрушения вулканических построек и высокая пористость вулканогенных отложений.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Абрамов, Андрей Андреевич, Москва

1. Андреев В. И. Мёрзлые тощи в районе Толбачинского извержения // Вопросы географии Камчатки. Петропавловск-Камчатский: Дальневосточное книжное издательство, Вып. 8, 1982. с. 98-99.

2. Андреев В.И. Андреев А.В, Самкова Т.Ю., Соболевская О.В. Влияние Большого Трещинного Толбачинского извержения (БТТИ) 1975-76 гг. на некоторые параметры окружающей среды в течение 30 лет // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле, вып. 8, №2, 2006. с. 163-176.

3. Бакалин В.А., Ветрова В.П. Взаимосвязь растительности и мерзлоты в зоне спорадического распространения многолетней мерзлоты на Камчатке // Экология, №5, 2008. с. 338-346.

4. Балобаев В.Т. Геотермия мёрзлой зоны литосферы севера Азии. Новосибирск: Наука, 1991. 193 с.

5. Бобов Н. Г. Торфяные бугры Камчатки // Труды института мерзлотоведения им. В .А. Обручева АН СССР. 1960. с. 60-71.

6. Бобов Н. Г., Новосельская Н. Б. О мёрзлых породах Камчатки / Региональные геокриологические исследования. Новосибирск: Наука, 1975. с. 35-38.

7. Брайцева О. А., Мелекесцев И. В. Четвертичные оледенения Камчатки и Курильских островов // Плейстоценовые оледенения Востока Азии. Магадан: 1984. с. 90-102.

8. Брайцева O.A. Мелекесцев И.В., Евтеева И.С., Лупикина Е.Г. Стратиграфия четвертичных отложений и оледенения Камчатки. М.: Наука, 1968. 226 с.

9. Васильчук Ю.К. Повторно-жильные льды: гетероцикличность, гетерохронность, гетерогенность. М.: Изд-во Моск. ун-та., 2006. 404 с.

10. Ю.Васильчук Ю.К., Трофимов В.Т. Карта-схема геокриологического районирования. Приложение к инженерно-геологической карте России масштаба 1:2500000. М.: ВСЕГИНГЕО (в издании).

11. П.Виноградов В.Н. Современное оледенение районов активного вулканизма. М.: Наука, 1975. 103 с.

12. Виноградов В.Н., Муравьёв Я.Д. Климат и состояние ледников Камчатки в современную эпоху // МГИ, Вып. 54, 1985. с. 97-103.

13. Геокриологическая карта СССР масштаба 1:2500000. Винница, Украина, 1997.

14. Геокриологическая карта СССР масштаба 1:5000000. Москва, ГУГК, 1977.

15. Гирина О.А. Современные пирокластические отложения вулканов Камчатки и их инженерно-геологические особенности. Дисс. к. г.-м. н.: МГУ, 1994.262 с.

16. Гирина О.А. Пирокластические отложения современных извержений андезитовых вулканов Камчатки и их инженерно-геологические особенности. Владивосток: Дальнаука, 1998. 174 с.

17. Глазовская М.А. Почвы мира. М.: Изд. МГУ, 1973. 428 с.

18. Гришин С. Растительность субальпийского пояса Ключевской группы вулканов. Владивосток: Дальнаука, 1996. 154 с.

19. Двигало В.Н., Федотов С.А., Чирков A.M. Вулкан Плоский Толбачик // Действующие вулканы Камчатки (под ред С. А. Федотова и Ю. П. Масуренкова). В 2-х т. Т.1. М.: Наука, 1991. с. 58-66.

20. Дмитриева В. К., Гундобин В. М. Объяснительная записка к Государственной геологической карте СССР масштаба 1:200 000, серия Восточно Камчатская, лист"М-57-У / под ред. Марченко А. Ф. М.: Аэрогеология, 1979. 120 с.

21. Ермаков В.А., Трубицын С.Н. Некоторые новые данные о строении конуса вулкана Ключевского // Вопросы географии Камчатки. Петропавловск-Камчатский: Дальневосточное книжное издательство, Вып. 3, 1965. с. 59-65.

22. Ершов Э.Д. Общая геокриология. М.: Изд-во МГУ, 2002. 682 с.

23. Ершов Э.Д., Гирина О.А. Криогенные типы вулканических отложений // Вестн. МГУ. Сер. 4. Геология, № 6, 1997. с. 41-47.

24. Кирсанов И.Т., Гирина О.А. Особенности вулканогенных отложений

25. Климатологический справочник СССР. Метеорологические данные за отдельные годы. Температуры воздуха и почвы. М.: Гидрометеоиздат, Вып. 27, ч. 1, 1970.

26. Кондратюк В. И. Климат Камчатки. М.: Гидрометеоиздат, 1974. 202 с.

27. Короновский Н.В., Якушева А.Ф. Основы геологии. М.: Высш. шк., 1991. 416 с.

28. Кузьмин P.O. Строение криолитосферы Марса и проявление ее в рельефе планеты // Проблемы криолитологии, М.: Изд. Моск. Ун-та, вып. X, 1982. с. 18-41.

29. Леонов B.JL, Кобренков Д.В. Основные закономерности распространения ледников последнего верхнеплейстоценового оледенения на юго-восточной Камчатке // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле, №1, 2003. с. 74-85.

30. Малышев А.И. Жизнь вулкана. Екатеринбург: УрО РАН, 2000. 210 с.

31. Мелекесцев И.В., Брайцева О.А., Пономарева В.В. Новый подход к определению понятия «действующий вулкан» // Геодинамика и вулканизм Курило-Камчатской островодужной системы. Петропавловск-Камчатский: ИВГиГ ДВО РАН, 2001. 428 с.

32. Марченко С.С. Криолитозона Северного Тянь-Шаня: прошлое, настоящее, будущее. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 2003. 106 с.

33. Мелекесцев И.В., Краевая Т.С., Брайцева О.А. Рельеф и отложения молодых вулканических районов Камчатки. М.: Наука, 1970. 104 с.

34. Методика мерзлотной съёмки. М.: Изд-во МГУ, 1979. 358 с.

35. Муравьев Я.Д. Снежный покров горных районов Камчатки // Вопросы географии Камчатки. Петропавловск-Камчатский: Дальневосточное книжное издательство, Вып. 9, 1985. с. 30—40.

36. Новейший и современный вулканизм на территории России / Отв.ред. Н.П. Лаверов. М.: Наука, 2005, 604 с.

37. Романовский Н.Н. Основы криогенеза литосферы. М.: Изд-во МГУ, 1993. 346 с.

38. Соколов И.А. Вулканизм и почвообразование. М.: Наука, 1973. 223 с.

39. Сугробов В.М., Яновский Ф.А. Геотермическое поле Камчатки, вынос тепла вулканами и гидротермами // Действующие вулканы Камчатки (под ред С. А. Фёдотова и Ю. П. Масуренкова). В 2-х т. Т.1. М.: Наука, 1991. с. 58-66.

40. Фотиев С.М. Гидрогеотермические особенности криогенной области СССР. М.: Наука, 1978. 236 с.

41. Шамшин В.А. Каменноберёзовые леса Камчатки: биология, экология, строение древостоев. М.: Геос, 1999. с. 23-32.

42. Шевченко В.К. Камчатка / Основы геокриологии. Региональная и историческая геокриология мира (под ред. Ершова Э.Д.). М.: Изд-во МГУ, 1998. с. 380-388.

43. Шерстюков А.Б. Корреляция температуры почвогрунтов с температурой воздуха и высотой снежного покрова на территории России // Криосфера Земли, Том XII, № 1, 2008. с. 79-87.

44. Якубов В.В. Флора природного парка «Ключевской» // Вторая конференция Защита биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей. Петропавловск-Камчатский, 2001. с. 115-117.

45. Bartlet MG, Chapmen DS, Harris RN. A decade of ground-air temperature tracking at Emigrant pass observatory, Utah // Journal of climate, N 19, 2006. pp. 37223731.

46. Beget J, Kargel J, Wessels R. Landforms Produced by Permafrost-Volcano Interactions, Arctic Alaska // American Geophysical Union, Fall Meeting, 2005. V12B-07.

47. Braitseva O, Melekestsev I, Ponomareva V, Sulerzhitsky L. Ages of calderas, large explosives craters and active volcanoes in the Kuril-Kamchatka region, Russia // Bull. Volcanol., N 57, 1995. pp. 383-402.

48. Brown J, Nelson FE, Hinkel KM. The circumpolar active layer monitoring (CALM) program research design and initial results // Polar geography, N 3, 1998. pp. 165258.

49. Brown J, Ferrians OJ Jr, Heginbottom JA, Melnikov ES. Circum-Arctic Map of Permafrost and Ground ice Conditions. IPA and USGS: Reston, Virginia, 1997.

50. Cannone N. Permafrost mapping through vegetation survey-methodological introduction // PACE—Permafrost and Climate in Europe Annual Report. 1998. pp. 81-90.

51. Carr MH. The surface of Mars. New Haven; L.: Yale Univ. press, 1981. 227 p.

52. Cermak V, Safanda J, Bodri L, Yamano M, Gordeev E. A comparative study of geothermal and meteorological records of climate change in Kamchatka // Stud. Geophys. Geod., N 50,2006. pp. 675-695.

53. Connor CB, Lichtner PC, Conway FM, Hill BE, Ovsyannikov AA, Federchenko I, Doubik Yu, Shapar VN, Taran YA. Cooling of an igneous dike 20 yr after intrusion // Geology, N25, 1997. pp. 711-714.

54. Corripio JG. Vectorial algebra algorithms for calculating terrain parameters from DEMs and solar radiation modeling in mountainous terrain // International Journal of Geographical Information Science, N 17, 2003. pp. 1—23.

55. Etzelmuller B, Farbot H, Gudmundson A, Humlum O, Tveito O, Bjornsson H. The regional distribution of mountain permafrost in Iceland // Permafrost and Periglacial Processes, N 18, 2007. pp. 185-199. DOI: 10.1002/ppp.583

56. Etzelmuller B, Heggem ESF, Sharkhuu N, Frauenfelder R, Kaab A, Goulden C. Mountain permafrost distribution modeling using a multi-criteria approach in the Hovsgol area, northern Mongolia // Permafrost and Periglacial Processes, N 17,2006. pp. 91-104.

57. Etzelmuller В, Hoelzle M, Heggem ESF, Isaksen K, Mittaz C, Von der Muhll D, Idegard RS, Haeberli W, Sollid J. Mapping and modeling the occurrence and distribution of mountain permafrost // Norsk Geografisk Tidsskrift, N 55, 2001. pp. 186-194.

58. Frauenfelder R, Allgower B, Haeberli W, Hoelzle M. Permafrost investigations with GIS a case study in the Fletschhorn area, Wallis, Swiss Alps // Proceedings of the 7th International Conference on Permafrost: Yellowknife, 1998. pp. 551-556.

59. Gambino S, Falzone G, Ferro A. Air and permafrost temperature at Mt. Melbourne (1989-1998) // Geophysical Research Abstracts, Vol. 7, N 04840, 2005.

60. Gambino S. Air and permafrost temperature at Mt. Melbourne (1989-1998) // Antarctic Science, N 17, vol. 1, 2005. pp. 151-152.

61. Gruber S, Hoelzle M. Statistical modeling of mountain permafrost distribution -local calibration and incorporation of remotely sensed data // Permafrost and Periglacial Processes, N 12, 2001. pp. 69-77.

62. Guglielmin M, Aldighieri B, Testa B. PERMACLIM: a model for the distribution of mountain permafrost, based on climatic observations // Geomorphology, N 51(4), 2003. pp. 245-257.

63. Haeberli W. Die Basis-Temperatur der winterlichen Schneedecke als moglicher Indikator fur die Verbreitung von Permafrost in den Alpen // Zeitschrift fur Gletscherkunde und Glazialgeologie, N 9, 1973. pp. 221-227.

64. Haeberli W. Untersuchungen zur Verbreitung von Permafrost zwischen Fluelapass und Piz Grialetsch (Graubunden). Mitteilungen der Versuchsanstalt fur Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie der ETH Zurich, N 17, 1975. pp. 221.

65. Head J. W. Ill, Wilson L. Heat transfer in volcano-ice interactions on Mars: synthesis of environments and implications for processes and landforms // Annals of Glaciology,N 45, 2007. pp. 1-13.

66. Head J. W. Ill, Wilson L. Heat transfer in volcano-ice interactions on Earth // Annals of Glaciology, N 45, 2007. pp. 83-86.

67. Higuchi K, Fujii Y. Permafrost at the Summit of Mount Fuji, Japan // Nature, N 230, 1971. p. 521, doi:10.1038/230521a0

68. Hoelzle M, Haeberli W, Keller F. Application of BTS-measurements for modeling mountain permafrost distribution // Proceedings of the 6th International Conference on Permafrost, Beijing, Vol. 1, 1993. pp. 272-277.

69. Hoelzle M, Mittaz C, Etzelmuller B, Haeberli W. Surface energy fluxes and distribution models of permafrost in European Mountain areas: an overview of current developments // Permafrost and Periglacial Processes, N 12, 2001. pp. 5368.

70. Hoelzle M. Permafrost occurrence from BTS measurements and climatic parameters in the Eastern Swiss Alps // Permafrost and Periglacial Processes, N 3, 1992. pp. 143-147.82.http://meteo.infospace.ru/wcarch/html/rselstn.sht?adm=575

71. Huete RA. Soil-Adjusted Vegetation Index (SAVT) // Remote Sensing of Environment, N 25, 1988. pp. 295-309.

72. Janke JR. The occurrence of alpine permafrost in the Front Range of Colorado // Geomorphology, N 67, 2005. pp. 375-389.

73. Keller F, Frauenfelder R, Gardaz JM, Hoelzle M, Kneisel C, Lugon R, Phillips M, Reynard E, Walker L. Permafrost map of Switzerland // Proceedings of the 7th International Conference on Permafrost, Yellowknife, 1998. pp. 557-562.

74. Keller F. Automated mapping of mountain permafrost using the program PERMAKART within the Geographical System ARC/INFO // Permafrost and Periglacial Processes, N 3, 1992. pp. 133-138.

75. Kellerer-Pirklbauer A. A global Perspective on active Volcanoes and Permafrost // Geophysical Research Abstracts, N 09205, 2007.

76. Lewkowicz A, Ednie M. Probability mapping of mountain permafrost using the BTS method, Wolf Creek, Yukon Territory, Canada // Permafrost and Periglacial Processes, N 15,2004. pp. 67-80.

77. Loewe F. Screen temperatures and 10m temperatures // J. Glaciol., N 28, 1970. pp. 117-128.

78. Marchenko S. A model of permafrost formation and occurrences in the intracontinental mountains // Norsk Geografisk Tidsskrift Norwegian Journal of Geography, N 55, 2001. pp. 230-234.

79. Mittaz C, Imhof M, Hoelzle M, Haeberli W. Snowmelt evolution mapping using an energy balance approach over an alpine terrain // Arctic, Antarctic and Alpine Research, N 34(3), 2002. pp. 274-281.

80. Palacios D, Zamorano JJ, Andres N. Permafrost distribution in tropical stratovolcanoes: Popocatepetl and Iztaccihuatl volcanoes (Mexico) // Geophysical Research Abstracts, N 05615, 2007.

81. Regional map of potential permafrost distribution at a scale of 1:50,000 for the Swiss Alps. Swiss Federal Office for the Environment, 2008.

82. Romanovskii NN, Zaitsev VN, Volchenkov SYu, Zagryazkin DD, Sergeyev DO. Alpine permafrost temperature zonality, northern trans-Baikal region, U.S.S.R. // Permafrost And Periglacial Processes, Vol. 2 (3), 1991. pp. 187-195.

83. Rott H. Thematic studies in alpine areas by means of polarimetric SAR and optical imageiy // Advances in Space Research, N 14,1994. pp. 217-226.

84. Saijo K, Yamagata K, Otsuki Y. Landform development in cirque on mountains in the vicinity of Esso, Central Kamchatka // Cryospheric studies in Kamchatka II. Sapporo: Hokkaido University, 1999. pp. 131-137.

85. Salamatin AN, Shiraiwa T, Muravyev YD, Ziganshin M. Heat transfer in the seasonal active layer of Gorshkov Ice Cap on the summit of Ushkovsky Volcano, Kamchatka Peninsula // Bulletin of glaciological research, N 19, 2002. p. 47-52.

86. Sone T, Yamagata K, Kazakov N. Mountain permafrost on the north slope of Mt. Ushkovsky, Central Kamchatka, Russia // Zeitschrift fuer Geomorphologie, vol. 130, 2003. pp. 167-177.

87. Smith MW, Riseborough DW Climate and the Limits of Permafrost: A Zonal Analysis // Permafrost And Periglacial Processes, N 13, 2002. pp. 1-15.

88. Sugrobov V, Yanovsky F. Terrestrial heat flow, estimation of deep temperature and seismicity of the Kamchatka region // Tectonophysics, N 217, 1993. p. 43-53.

89. USGS. Shuttle Radar Topography Mission, 1 Arc Second scene SRTMu03n55el60, n56el60 Unfilled Unfinished 2.0, Global Land Cover Facility, University of Maryland, College Park: Maryland, 2004.

90. Utnasin VK, Abdurakhmanov AL, Anosov Gl. Types of magma foci of island arc volcanoes and their study by the method of deep seismic sounding of Kamchatka // Volcanoes and Tectonosphere, Tokai University Press, 1976. pp. 123-137.

91. Woodcock A. Permafrost and climatology of a Hawaii volcano crater // Arctic and Alpine research, N 6, 1974. pp. 49-62.

Информация о работе

Абрамов, Андрей Андреевич
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2009
ВАК 25.00.08

Диссертация

Закономерности формирования геокриологических условий районов активного вулканизма - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы