главная

Доклад на защите докторской диссертации (1950 г.)

«Ключевская сопка и ее извержения в 1944-1945 гг. и в прошлом».


Первоначальной целью защищаемой мною работы было описание извержений Ключевской сопки в 1944-45 гг., которые я лично наблюдал и изучал, работая в то время на Вулканологической станции Академии Наук СССР. Однако, по мере обработки и изложения материала, становилось ясным, что описываемые вулканические явления, повторяя многие особенности, присущие деятельности Ключевской сопки в целом, требуют показа их на фоне прошлых извержений. С другой стороны, стремясь представить себе причины и объяснить наблюдения, нельзя было не обратить внимания на геологические данные как самого вулкана, так и его окрестностей. К сожалению, подобного рода материал, известный из литературы, очень скуден для Ключевского вулкана.

     В течение 5 лет пребывания на Вулканологической станции я имел возможность совершить ряд поездок во внутренние области Ключевской группы вулканов. В результате удалось собрать довольно обширный геологический материал, который дает новые представления об этой изумительной по мощи и густоте скопления вулканической группе. Полученные данные дают возможность по-новому понять Ключевскую сопку, ее строение и сособенности, присущие ее извержениям.

     Благодаря существующим более двух с половиной веков поселениям русских у подножия Ключевской сопки, данные об ее извержениях, сравнительно с другими вулканами Камчатки, довольно многочисленны. Хотя эти сведения большей частью очень лаконичны, но, тем не менее, будучи увязаны с современными наблюдениями, которые с 1934 года производятся на Вулканологической станции, они дают возможность подметить ряд закономерностей в общей картине деятельности этого вулкана. Критической оценки прошлых данных и увязки их с современными, никем еще не делалось.

     Указанные соображения и имевшиеся у меня материалы послужили основанием  дать более широкий очерк о Ключевской сопке, выходящий за рамки описания только одного эруптивного цикла.

     Таким образом, работа оказалась состоящей из 3 самостоятельных разделов: 1 – морфологический и геологический очерк Ключевской группы вулканов; 2 – данные о прошлых извержениях Ключевской сопки за время с 1697 г. по 1939 г., и 3 – описание извержений 1944-45 гг. и их продуктов.

     Начнем с морфологии и геологии Ключевской группы вулканов. Ключевская группа вулканов является одной из интереснейших на Камчатке. 12 вулканов этой группы (Ключевская сопка, Плоский Толбачик – действующие вулканы, Ближняя и Дальняя Плоские сопки, Средняя сопка, Камень, Безымянная, Большая и Малая Зимины, Большая и Малая Удины и Острый Толбачик) образуют изолированное горное сооружение в северной части полуострова. Здесь самые большие высоты (Ключевская  - 4850 м. и Камень – 4615 м.) и самый мощный узел современного оледенения северо-восточной части Азии. Ключевская группа вулканов находится в месте смыкания Алеутской и Курило-Камчатской островных дуг, а также в центральной межхребтовой депрессии, расположенной между Срединным и Восточным хребтами.

Ключевская группа вулканов. Вид на юго-запад (от селения Камаки).1– Ближняя Плоская, 2–Дальняя Плоская, 3–Средняя, 4–Ключевская, 5–Камень, 6–Безымянная, 7–Острый Толбачик, 8–Плоский Толбачик, 9–Большая Зимина, 10–Малая Зимина, 11-Большая Удина.

     В фундаменте Ключевской группы вулканов находятся мощные осадки неогенового возраста, имеющие в основном туфогеновый состав.  На севере и северо-востоке под неогеновыми отложениями залегают палеогеновые отложения такого же состава, а на юго-востоке (хребет Тумрок) – меловые породы. Таким образом, в фундаменте Ключевских вулканов залегают складчатые третичные осадки, достигающие мощности 10-12 км, и лишь в юго-восточной части мощность их сильно уменьшается за счет высокого расположения верхнемезозойских отложений.

     Наиболее древними лавами Ключевской группы вулканов являются своеобразные крупнопорфировые андезито-базальты и базальты, которые я предлагаю называть мегаплагиофировыми лавами. В основном они залегают ниже современной гидрографической сети, и только на Хапичинском долу и в одном месте на водоразделе Восточного хребта они занимают высокое положение – до 1000 м. над уровнем моря. Эта разница в уровне мегаплагиофировых лав свидетельствует с одной стороны – об опускании группы Ключевских вулканов, с другой стороны – о современном поднятии соседнего Восточного хребта.

     На  полого падающем щите, образованном из древних мегаплагиофировых лав, возвышаются 12 вулканов Ключевской группы. Все они построены, главным образом, из андезито-базальтовых и базальтовых лав, и только на вулканах, примыкающих к Хапичинскому долу (Зимины и Удины сопки) появляются лавы андезитового и дацитового состава, но не в виде отдельных вулканов, а как продукты эволюции уже существовавших вулканических очагов, в форме внедрений в толщу старых отложений. Самостоятельный очаг андезитовой магмы имела только Безымянная сопка и также Ключевская сопка в начале своей деятельности.

     Кроме крупных центральных вулканов здесь же находится множество шлаковых конусов – продуктов одиночных извержений. Их можно разделить на две группы: одни связаны с очагами крупных вулканов и располагаются на их склонах – это фокальные группы шлаковых конусов, другие образуют возвышенности, вытянутые в одном направлении и уходящие далеко в сторону от крупных вулканов – это региональные группы шлаковых конусов. Для последних характерны мегаплагиофировые лавы, но только излитые в более поздний период существования Ключевской группы вулканов.

     В расположении Ключевских вулканов можно подметить две особенности: 1-почти все вулканы располагаются парами; 2-более молодые вулканы в южной части группы располагаются ближе к середине группы, а в северной – направлены к северу.

     Считая, что парные вулканы располагаются на обших трещинах, и что шлаковые конуса лежат на разломах регионального типа, в Ключевской группе вулканов можно выделить систему трещин, питавших указанные вулканы. Часть трещин направлена радиально к оконечности Хапичинского дола, а часть или концентрична к выступу этого дола или соответствует общим для Камчатки линиям северо-восточных смещений. На северо-восточной линии, в частности, лежит сброс восточного склона вулкана Камень, а также Ключевская и Безымянная сопки, являющиеся наиболее молодыми образованиями Ключевской группы.

 

Вулканы Ключевской группы (слева направо): Безымянная, Камень (на переднем плане гигантский сброс восточного склона), Ключевская, лежащие на разломе северо-чосточного простирания.

     Историю образования Ключевской группы вулканов можно представить в следующем виде. Древние мегаплагиофировые лавы, занимающие огромную площадь – 8500 км3, были излиты из общего очага, расположенного на возникшем в начале четвертичного времени региональном разломе Восточно-Камчатского хребта. В результате извержений мегаплагиофировых лав была образована пологая щитовидная возвышенность огромных размеров. В дальнейшем происходило опускание местности под истощенным очагом под влиянием давления массы излитых лав. Большую роль в оформлении новых трещин сыграл жеский захороненный блок из верхне-мезозойских отложений в юго-восточной части фундамента – Хапичинский блок. В опускающихся вокруг него толщах третичных отложений и мегаплагиофировых лав возникли радиальные и концентрические трещины, на которых образовались новые вулканические очаги. Впоследствии начались смещения и вдоль регионального разлома северо-восточного направления. На первых расположились самые древние вулканы группы, а на вторых – самые молодые (Ключевская и Безымянная сопки, а также Южно-Толбачинская зона региональных шлаковых конусов).

Древний вулкан Ключевской группы -  вулкан Зимина (полевые зарисовки).

Молодой вулкан Ключевской группы – Безымянная сопка

     Вероятно, что оживление деятельности старых вулканов (Удины и Зимины сопки), которые начали извергать кислые лавы, произошло вдоль трещин второго типа. Таким образом, в Ключевской группе вулканов первоначально существовала общая магматическая камера, которая впоследствии была заменена более высокорасположенными второстепенными очагами, в дальнейшем перемещающимися вбок по плоскости трещин. Первоначальный общий очаг, судя по повторным излияниям мегаплагиофировых лав в зонах региональных шлаковых конусов, продолжал существовать и в дальнейшем. Происходившее в течение всей истории Ключевской группы постепенное опускание общего сооружения достигло к настоящему времени величины 800-900 м.

     Теперь перейдем к имеющимся данным о прошлых извержениях Ключевской сопки. Последние 15 лет извержения Ключевской сопки наблюдались и детально изучались сотрудниками Камчатской Вулканологической станции. Данные о прошлой ее деятельности, хоть и скудны по содержанию, но более обильны, чем для других вулканов полуострова. Интересно было проанализировать эти данные и сопоставить их с результатами современных наблюдений с целью определить характерные особенности, присущие типу деятельности Ключевского вулкана в целом. Об извержениях Ключевского вулкана имеются опубликованные сводки, но такого типа анализа и сравнения в них нет. Исключением по своей подробности и обстоятельности является недавно опубликованный обзор данных об извержениях Ключевской сопки, слеланный В.И.Влодавцом, но и здесь мы не находим общей характеристики деятельности рассматриваемого вулкана.

     Итак, характерные особенности эруптивной деятельности Ключевской сопки:

1. Извергается чаще других вулканов Камчатки. Интервалы полного спокойствия от 1 до 5 и, реже, до 9 лет.

 

2. Циклы эруптивной активности имеют разную продолжительность и бывают разной интенсивности. Например, циклы пароксизмальных извержений протекают бурно и кратковременно. Во время кульминационной фазы этих извержений взрывы происходят через полное отверстие кратерной впадины, при этом образуются огромные вулканические тучи и происходит ряд других явлений, которые надолго сохраняются в памяти жителей. Такими были извержения 1737, 1762, 1790, 1821, 1853, 1878 гг, и, по-видимому, 1904 и 1926 гг. В периоды между пароксизмальными извержениями наблюдаются циклы другого рода. Они более слабые, более продолжительные, и извержения происходят через отдельные кратерные бокки. Это циклы межпароксизмальных извержений. Анализируя данные об извержении 1937-1938 гг., о которых сообщает А.А.Меняйлов, я отношу это извержение к межпароксизмальному типу.

     Для деятельности Ключевской сопки характерно также образование и длительное существование на одних и тех же направляющих склона  конуса постоянных расщелин или долин, по которым во время извержений скатываются вниз массы рыхлого материала и иногда потоки лавы. Такие долины были образованы при пароксизмальных извержениях 1737, 1878 и 1945 гг. Они сохраняются в течение многих эруптивных циклов, особенно, если в кратере существует питающая их бокка. Если нарушаются условия, при которых они заполняются рыхлым материалом, то с течением времени происходит их заполнение снегом и льдом, и они и дают начало ледникам, которые мы наблюдаем на конусе Ключевской сопки. Эти долины не являются баранкосами, очень похожи на шарра дель Фуоко вулкана Стромболи и также образуются в результате абразии одного и того же участка склона огромными массами рыхлого вулканического материала. Предлагаю называть такие долины – шарра. Существование на склоне Ключевской сопки нескольких шарра и появление время от времени новых говорит о преобладании о преобладании при изаержениях этого вулкана рыхлых масс над лавовыми излияниями.

     Извержения Ключевской сопки, как это наблюдается и на многих других стратовулканах, не отличаются однообразным характером, а слагаются из явлений, которые можно отнести к разным классификационным типам. Ключевской напоминает Везувий по форме пароксизмальных извержений, образованию внутрикратерных конусов и чередованию пароксизмальных и межпароксизмальных циклов. С другой стороны, эксцентрические кратеры, расположенные в нижних частях склона конуса, характеризуют Ключевской как вулкан типа Этна. Однако, отличия Ключевского от Везувия и Этны связаны с более вязким характером лавы.

     Извержения 1944-1945 гг проявились в такой же форме, как это было во время прошлого эруптивного цикла 1937-1938 гг, то есть деятельность началась сначала в терминальном кратере, а потом, спустя 5 месяцев, закончилась прорывом эксцентрических кратеров далеко внизу на склоне конуса. Отличие от прошлого цикла заключается в напряженности, сжатости и непродолжительности явлений.

     Терминальное извержение началось со слабых, а затем все более усиливавшихся взрывов, через три недели достигло максимального напряжения и вскоре после этого прекратилось.

Пароксизмальная стадия извержения 1 января 1945 года.

     Это извержение следует отнести к пароксизмальному типу, и его результатами являются: 1. образование новой глубокой расщелины типа шарра на склоне вулкана, выдолбленной падавшими с огромной высоты вулканическими бомбами и позже пропаханной лавинами рыхлого материала; 2. излияние потока лавы по руслу новой шарры; 3. отложение огромного количества горячего рыхлого материала в устье новой шарра, что обусловило появление здесь очень высоких и длительно существовавших столбов пара, вызвавших ложное впечатление об извержении побочных конусов; 4. перемещение вниз на расстояние до 30 км от кратера потоков талой воды и грязи. Все эти явления были необычными для рядовой деятельности Ключевского вулкана.

     Эксцентрическое извержение произошло на юго-восточном склоне вулкана, примерно в 12 км от главного кратера в зоне высот 1000-1500 м над уровнем моря. В результате извержения была образована цепочка кратеров, вытянутая по напрвлению к вершине Ключевской сопки. Из нижнего кратера был излит поток лавы длиной в 5 км.  Так как извержение произошло в год празднования 220-летия Академии Наук, то группа кратеров была названа Юбилейной, а отдельные кратеры получили имена академиков. 

     Интересным является вопрос о механизме эксцентрических извержений. В результате каких причин магма направляется в сторону от главного выводного канала, и каким способом и по какому направлению она движется к поверхности? В случае Этны Понти полагал, что причиной является гидростатическое давдение магмы, поднятой высоко в жерле вулкана, а благоприятными условиями для внедрения магмы в тело вулкана являются внутренние пусоты и туннели, существующие в лавовых потоках Этны. На Ключевской сопке лавовые потоки другого типа: они более вязкие и тунелей не имеют, и с другой стороны терминальный кратер здесь более активный по сравнению с Этной, где извержений из кратера почти не происходит. Поэтому объяснение Понти мне кажется неприемлимым  для Ключевской сопки. Другое объяснение дается нашими вулканологами В.И.Влодавцем, А.А.Меняйловым и С.И.Набоко. Они полагают, что извержения этого типа происходят непосредственно из магматического очага, причем по отдельным для каждого побочного кратера каналам. Расположенные выше по склону кратеры получают питание из верхнего дифференцированного слоя магмы в очаге, а более низкие кратеры – из более низких уровней очага. Соответственно этому очаг приходится представлять себе в виде широкой камеры, апикальная часть которой распространяется на расстояния 15-20 км в стороны от главного выводного канала, и глубина которой только 1 км от поверхности в районе эксплозивных кратеров и 3 км под главным кратером. Я нахожу, что такая форма и такие размеры очага невозможны просто механически. Вулкан, покоящийся согласно этому объяснению, в виде тонкой коры на жидком субстрате должен был бы погрузиться в него. Где по этой схеме размещаются третичные отложения фундамента, ксенолиты которых мы встречаем в лавах эксцентрических извержений?  Если эксцентрические кратеры имеют самостоятельное соединение  с очагом, то почему через эти кратеры никогда не происходит повторных извержений? На эти вопросы трудно дать ответ. Вероятно, надо искать другое объяснение.

     Особенности эксцентрического извержения 1945 г. указывают, что инъекция магмы, питавшая это извержение, двигалась в направлении от терминального кратера. Об этом свидетельствует яйцевидная в плане форма очертаний каждого из эксплозивных кратеров, которая могла получиться только в результате последовательно перемещавшихся взрывов и локализации источника лавы только на самом низком гипсометрическом уровне. Наблюдения показывают, что верхние эксплозивные кратеры были образованы в первые два дня извержений, и в дальнейшем они уже не действовали, а самый нижний, лавовый кратер был деятелен все 17 дней извержения. Сосредоточение эксплозивных кратеров, в том числе и газовой бокки лавового кратера на стороне, обращенной к вершине Ключевской сопки, может быть объяснено только тем, что в верхней части магматической инъекции находились газы, которые прорывались к поверхности скорее, чем более инертная , уже лишенная части газов, жидкая часть магматического вещества. Мне кажется, что в данном случае нельзя говорить о дайковой форме инъекции, ибо в этом случае все кратеры были бы в одинаковом положении и должны были бы действовать если не одновременно, то в течение всего периода извержения. Остаются возможными пластообразные инъекции. Они могут быть или нисходящего или восходящего типа. По моему мнению, магматическая инъекция описываемого мною извержения была восходящего типа. Помимо всего прочего, в этом предположении меня убеждает факт присутствия в лавах данного извержения многочисленных ксенолитов третичных пород, которые не встречаются в лавах терминального кратера,  и не могут быть объяснены нисходящими пластообразными инъекциями.

     Как мы видим по данным нашего цикла извержений, а также предшествовавших событий, эксцентрические извержения представляют собой производные терминальных извержений. Естественно предполагать,  что они отвечают наиболее сильным, кульминационным фазам терминальных извержений. Имея в виду, что терминальные извержения являются преимущественно эксплозивными, надо думать, что одним из факторов обособления эксцентрических инъекций является избыточное давление, развивающееся при эксплозиях. Уподобляя выводной канал вулкана стволу гигантского артиллерийского орудия, можно представить себе, что при кульминационных извержениях, которые происходят на каком-то уровне ниже вершины магматической колонны, развивается такое реактивное давление (направленное вниз вдоль выводного канала), которое будет превышать давление поднимающейся магмы, и таким образом «загонит» часть магмы вбок, в тело вулкана.

     Подробное исследование лавовых продуктов, как терминальных, так и эксцентрических извержений, обнаружило в них ряд интересных особенностей. Новая лава по общему составу является типичным для Ключевской сопки плагиоклазовым базальтом. Для терминальных лав докульминационной фазы характерно присутствие    небольшого количества гиперстена, который отсутствует в лавах и пеплах кульминационной фазы. Кроме того, своеобразной особенностью этих лав является замещение гиперстена оливином и относительно более железистый состав оливина по сравнению с оливином кульминационных лав. Эксцентрические лавы, будучи близкими к терминальным, несколько отличаются от них в деталях. Эти лавы более богаты порфировыми вкрапленниками и не содержат гиперстена, клинопироксен в них беднее кальцием и богаче магнием, оливин по мере хода извержения становится более магнезиальным. Отмеченные особенности состава лав указывают, что магма в очаге перед началом извержений подвергалась дифференциации. Такие факты, как присутствие гиперстена и относительно железистого оливина в первых фазах терминального извержения и появление более магнезиального оливина и исчезновение гиперстена на последних фазах, а также возрастание основности состава лав по данным химических анализов, действительно могут быть объяснены только явлением гравитационной дифференциации. Ряд других данных, а именно замещение гиперстена оливином и характер метаморфизма включений (например, развитие в старых лавах пневматолических оливина, диопсида и гиперстена, а также замещение мелилитом карбонатовых включений) дает возможность предполагать, что гравитационная дифференциация перед началом извержениям стала заменяться обратной тенденцией, а именно явлением газового переноса, стремящимся восстановить первоначальный состав.

     Несомненно в работе имеется много пробелов. Автор не претендует на окончательное разрешение многих сложных вопросов, которых он касается.  Приведенные материалы и высказанные идеи могут служить только стимулом к дальнейшим исследованиям, для которых нужны десятки лет и коллективный труд многих лиц.

     С признательностью автор отмечает большую помощь, оказанную ему во время его пребывания на Камчатке Б.В.Энман и В.П.Энман. Особенно благодарен автор академику А.Н.Заварицкому за его ценные указания, советы и предоставление исключительно благоприятных условий для выполнения этой работы как в поле, так и в лаборатории.

наверх