Смелкова А. Ю. Роль вулканических процессов в формировании ландшафтов Камчатки - Глава 4. Влияние современных вулканических извержений на ландшафты
Содержание материала
А. Ю. Смелкова. Роль вулканических процессов в формировании ландшафтов Камчатки
Квалификационная (дипломная) работа студентки
географо-экологического факультета естественно-экологического института
Московского государственного областного университета (Москва, 2007)
Научный руководитель — профессор кандидат геолого-минералогических наук В. И. Зубов
Глава 4. Влияние современных вулканических извержений на ландшафты
4.1. Большое Трещинное Толбачинское извержение (БТТИ)
БТТИ происходило в 1975–1976 годах на Толбачинском долу в районе вулкана Плоский Толбачик — одного из вулканов Ключевской группы.
Острый Толбачик (3682 м над уровнем моря) и Плоский Толбачик (3085 м над уровнем моря) в орографическом плане представляют собой единый массив, который в Ключевской группе вулканов занимает крайнее юго-западное положение. С юга к этому массиву примыкает обширный лавовый щит площадью около 800 км2 — Южная толбачинская зона шлаковых конусов, или Толбачинский дол.
По данным И. Гущенко, до 1931 года за предшествующие 1700 лет было 18 крупных извержений побочных конусов Толбачика.
БТТИ относится к числу наиболее значительных вулканических событий XX века. Извержение началось 6 июля 1975 года в 18 км южнее кратера вулкана Плоский Толбачик на высоте 880 м над уровнем моря образованием Северной группы конусов.
За 72 дня извержения Северного прорыва, по данным А. Федотова и др. (1984), на поверхности земли появилось 3 крупных шлаковых конуса общим объемом 0,254 км3. Их высота к концу извержения достигла 332 м. Объем пирокластического материала, выброшенного за пределы конусов, составил 0,7 км2. Пирокластика слоем от 1 мм до 8– 10 м отложилась на площади 31 420 км2. Например, в Кроноцком заповеднике на расстоянии более 100 км от центра извержения слой выпавшего пепла составил, по данным А. Т. Науменко (1984), 8 мм. Пеплопады меньшей мощности отмечались на площади 100 тыс. км2. В отдельные дни тонкая пирокластика распространялась на расстояние свыше 1000 км.
В ходе извержения образовалось лавовое поле площадью около 9 км2 и мощностью до 80 м с объемом лавы 0,223 км3.
Из приведенных цифр видно, что первая фаза БТТИ была преимущественно эксплозивной.
Второй этап деятельности вулкана в период БТТИ, связанный с извержением Южного прорыва, носил в основном эффузивный характер. Всего за БТТИ излилось около 1 км3 лавы. Извержение закончилось 10 декабря 1976 года.
Влияние пеплопадов данного извержения на древесно-кустарниковую растительность было изучено в 1978–1981 годах (Тупикин, 1983). Зона активного действия вулканокластики на растительность охватывает площадь с радиусом 25 км (196 км2). Травянистая растительность подверглась воздействию на расстоянии до 12 км, береза каменная и кедровый стланик — до 13 км.
Для каждой породы (лиственница камчатская, береза каменная, кедровый и ольховый стланики) выделены зоны воздействия по интенсивности влияния пеплопадов и их (зон) протяженность, мощность выпавшего пепла и процент поврежденности кроны в каждой зоне. Наиболее чувствительными к пеплопадам оказались береза каменная и кедровый стланик, менее чувствительными — лиственница и ольховый стланик. В мертвой зоне до 6,7 км от центра извержения погибла вся растительность, в зоне очень сильного поражения поврежденность древесно-кустарниковых пород составляла в среднем 85–95 %, в зоне сильного поражения — 50–60 %, среднего — 16–26 % и в зоне слабого поражения — 1,5–6 %. В зоне очень сильного поражения идет постепенное усыхание кустарников.
Комплексное действие пеплопадов и пониженной радиации приводит к снижению прироста древесных пород, произрастающих даже за сотни километров от центра извержения (Ловелиус, Афанасьев, 1978). При изучении влияния Толбачинского извержения на прирост в высоту лиственницы оказалось, что она резко замедляет свой рост в годы извержения на расстоянии до 14 км. В среднем лиственница снизила свой прирост на 52 % с колебанием от 44 до 69 %.
За пределами 14 км от центра извержения лиственница в последующие годы увеличила свой прирост. За 1970–1981 годы средний прирост в высоту составлял 20,4 см, а за 1975–1976 годы — 10,7 см. Средний прирост в высоту лиственницы до извержения (с 1970 года по 1974 год) был 19,8 см, после извержения (1978–1981) — 32,9 см. Особенно резко увеличила прирост лиственница на расстоянии 11, 20 и 25 км от центра извержения.
Итак, в зоне сильного воздействия извержения вследствие выпадения пирокластики гибнут деревья и кустарники, в зоне среднего и слабого воздействия они уменьшают свой прирост в высоту. В последующие годы (в данном случае — 5 лет) может наблюдаться резкое увеличение темпов роста. Например, лиственница резко увеличила свой прирост в высоту более чем в 2 раза.
4.2. Извержение вулкана Безымянного 1955–1956 годов
Вулкан Безымянный располагается в центральной части Ключевской группы вулканов, к юго-западу от вулкана Ключевского. Координаты вершины 56о04` с. ш., 169о43` в. д. Стратовулкан представлен сложным вулканическим массивом, слегка вытянутым в субширотном направлении. Высота его 2900 м над уровнем моря. Вершина венчается кратером размером 1,3 х 2,8 км и глубиной 700–1000 м. Склоны вулкана покрыты лавовыми потоками и пирокластикой. Современный стратовулкан Безымянный возник 5–5,5 тыс. лет назад.
За последние 2,5 тыс. лет выделяются три периода активизации вулкана: 2400–1700, 1350–1000 лет назад и 1955–1956 годы. Каждый период характеризовался мощной эксплозивной активностью и излиянием лавовых потоков андезитового и андезитобазальтового состава.
Катастрофическое извержение 1955–1956 годов произошло после 900–1000-летнего покоя и продолжается до настоящего времени. В октябре 1955 года стали отмечаться землетрясения вулканического характера, затем началось довольно сильное пепловое извержение. В декабре 1955 года и январе-феврале 1956 года извержение снизило свою активность, но стало отмечаться выжимание жесткой экструзии и разрушение вершинной части постройки.
30 марта 1956 года на вулкане произошел катастрофический взрыв, который полностью уничтожил вершинную и частично восточную части постройки. Высота вулкана уменьшилась на 200 м. Обломочный материал постройки был выброшен в восточном направлении на расстояние 25–39 км, где он отложился в виде обвала площадью в 500 км2 и мощностью от 0,5 до 15–20 м. Объем материала, выброшенного направленным взрывом, составил 1 км3, скорость выброса достигала 300–500 м/с.
За направленным взрывом началось извержение плинианского типа. Эруптивное облако, нагруженное пеплом, поднялось на 35–40 км и полосой 5 км стало распространяться в северо-восточном направлении.
Силой взрыва на расстоянии до 25 км были сломаны, повалены и местами обожжены крупные деревья. Раскаленный материал отложился на площади около 500 км2, уничтожив всю растительность, в том числе 400 км2 леса.
Через образовавшуюся в кратере брешь хлынули мощные потоки раскаленного вулканического материала, заполнившие долину реки Сухая Хапица протяженностью 18 км. Они вызвали быстрое таяние снега, что способствовало образованию бурных грязевых потоков, которые, дойдя до реки Большая Хапица, повернули вдоль долины к северу, снося все на своем пути, и, пройдя около 90 км, влились в реку Камчатку. Грязевой поток представлял собой необычную смесь обломков пород и растительности; при впадении в Камчатку он достиг почти 6-километровой ширины.
Начиная от постройки вулкана и на расстоянии 10–12 км от нее просматривалась поверхность взрывных отложений — хаос неотсортированного вулканического материала (глыб, бомб, лапиллей, песка и пепла), выброшенного взрывом.
Но извержение несло с собой не только разрушения. В результате пеплопада на каждый квадратный метр площади бассейна одного из многих нерестовых озер Камчатки выпало по 20 кг вулканического пепла. С ним в озеро поступило много легкорастворимых солей. Это привело к резкому (почти в 100 раз!) увеличению численности диатомей в августе того же года.
Через некоторое время скачкообразно возросло количество циклопов и дафний, питающихся диатомовыми водорослями. А они играют главную роль в питании молоди многих рыб. Естественно, что в воспроизводстве этой рыбы впоследствии также наблюдался резкий скачок.
Последствия извержения сказались и на жизнедеятельности растений. Изучение свежих пеплов показало, что на их поверхности сорбируется большое количество подвижных фосфатов и реже калия, которое вызывает вспышку урожайности. После извержения вулкана Безымянного в 1956 году в поселке Ключи и в других местах, где выпал пепел, резко возросли урожаи овощей. Сделанные И. И. Товаровой расчеты показали, что в пеплах, выброшенных вулканом Безымянным только за один день 30 марта 1956 года, содержалось в виде легкорастворимых солей 450 тыс. т азота, 80 тыс. т калия, 36 тыс. т магния, 35 тыс. т кальция.
4.3. Извержение вулкана Шивелуч в 1964 году
Шивелуч представляет собой огромное вулканическое сооружение. Диаметр его основания равен 40 км, а площадь почти 1200 км2. Вулкан расположен на пересечении разломов, и это, по-видимому, определяет его необычайную активность.
Шивелуч является наиболее активным вулканом Камчатки, и извержения его случались нередко, среди них были и катастрофические. Одним из них несколько сот лет назад было уничтожено древнекамчадальское поселение. В XX столетии подобные извержения происходили в 1928–1930 и в 1944–1950 годах.
Но особенно выделяется гигантское извержение 1964 года, которое в какой-то мере напоминало извержения вулканов Кетмайского и Мон-Пеле.
Извержение началось 12 ноября 1964 года около 7 часов утра. Над вулканом на высоте 10–15 км появилась пепловая туча. Ее пронизывали в разных направлениях яркие молнии, которые сопровождались мощными раскатами грома. Через полтора часа после начала извержения туча нависла над Усть-Камчатском (расстояние от вулкана около 100 км). Начался обильный пеплопад. На каждый квадратный метр площади за короткое время выпало 28 кг пепла! А через несколько часов туча достигла Командорских островов.
Во время извержения даже на значительном расстоянии от вулкана атмосфера была весьма насыщена электрическими разрядами. Наблюдались так называемые "огни святого Эльма".
При извержении произошел направленный взрыв необычайной силы, который уничтожил купол Центральной вершины, Суелич и несколько других куполов. Образовался новый кратер вулкана сечением 1,5 х 3 км и глубиной до 700 м. Общий объем взорванного материала — 1,5 км3.
Вследствие этого извержения образовался покров, состоящий из обломочного вулканического материала, площадью 70 км2. Площадь, покрытая пеплом, оценивается в 150 000 км2. Протяженность обломочного (пирокластического) вулканического потока достигла 15 км. Этими потоками на значительной площади уничтожена вся растительность, в том числе и большой (около 45 км2) массив леса. Сохранился лишь маленький участок, прикрытый возвышенностью. В других местах остались единичные обломанные и изувеченные деревья. Верхняя граница распространения еловых лесов у юго-западного подножия вулкана была снижена до 420 м над уровнем моря (Манько, 1974).
Когда началось извержение, на склоны вулкана, покрытые снегом, выпадали раскаленные частицы вулканического материала. Снег интенсивно таял, и водные потоки устремились вниз, увлекая за собой обломки лавы, песок, пепел, создавая мощные грязевые потоки. Одним из таких потоков и уничтожена широкая полоса леса. Деревья, находившиеся на большом расстоянии от места извержения, были уничтожены пеплом.
Но и после окончания извержения влияние вулканической деятельности весьма заметно. В 1972 году Манько и другими были собраны некоторые материалы по динамике лесной растительности под влиянием "сухой" речки Каменской, берущей свое начало на вулкане Шивелуч. Склоны вулкана, в которых промыта долина речки, сложены древними флювиогляциальными отложениями (Меняйлов, 1955). В прошлом речка начиналась на высоте более 2400 м над уровнем моря. В результате гигантского извержения 1964 года верхняя часть долины, имевшая врез до 70 м (Горшков, Дубик, 1969), была погребена пирокластическим покровом до высоты 420 м над уровнем моря, что нарушило сложившуюся систему стока и изменило деятельность "сухой" речки. После этого события начал интенсивнее действовать правый приток речки, активно формирующий долину в рыхлом свежеотложенном материале и одновременно расширяющий отрезок старой долины, проходившей по покрытой лесом территории.
Результатом нарушения сложившейся системы стока следует считать усиление эрозионной деятельности на залесенной территории, прилегающей к границе отложенного взрывом пирокластического покрова. Здесь в ряде случаев отмечается движение воды по заросшим стоковым ложбинам, которое сопровождается расширением и углублением долин и вследствие этого вывалом подмытых деревьев.
Прокладка "сухой" речкой новых русел по залесенной территории приводит к механическому повреждению деревьев, оказавшихся в ложе водотока (обнажение и повреждение корневых систем, поранение коры и заболони в нижней части стволов). Водно-грязевые потоки, текущие по территории, покрытой лесом, имеют слабоврезанное русло и растекаются по площади, чему способствует не только периодическое отложение наносов, но и микрорельеф, наличие древостоя и валежа. На одном из участков, где "сухая" речка действует на территории, занятой ельником из группы зеленомошных, было раскопано несколько оснований стволов ели, которые были покрыты свежими отложениями на 0,5–0,7 м. Эти стволы толщиной от 4 до 55 см на высоте груди имели в конце июня 1972 года побуревшую хвою (особенно в южной части кроны); на части деревьев хвоя осыпалась. Основной причиной гибели деревьев следует считать резкое ухудшение условий деятельности корневых систем, вызванное недостатком кислорода.
А. Ю. Смелкова.
Дипломная работа публикуется по копии,
представленной автором.