Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта №16. 740. 11. 0068 от 01 сентября 2010 г. Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им.
Скачать 1.23 Mb.
|
 Рисунок 10 - Вертикальный разрез поля тектонической раздробленности коры, проходящий через вулкан Эльбрус. Он ориентирован вдоль простирания Кавказа (линия профиля совпадает с положением профиля 3-3' из [И.В. Гаретовская и др. 1984 г.]). 1 - область аномально пониженных значений поля тектонической раздробленности в низах базальтовой коры, рассматриваемая в качестве потенциального материнского магматического очага, служившего в прошлом поставщиком магмы (для заполнения вулканических камер) и палеоизвержений; 2 - область аномально пониженных значений поля тектонической раздробленности в верхней части коры, отождествляемая с вулканической камерой Эльбруса; 3 - один потенциально возможных путей перетока первичной магмы в вулканическую камеру Эльбруса; 4 - изолинии поля тектонической раздробленности. Над профилем дана его привязка к условной системе координат, а над разрезом приведен рельеф местности вдоль этого профиля с указанием конуса вулканической постройки Эльбруса [31]. Согласно данным о средней скорости накопления энергии в вулканических центрах, равной ~3×10 кал/с, за ~500 лет после последнего извержения в очаге могло быть накоплено ~4,5×1014 ккал (5,21011квт.ч). Это эквивалентно извержению, примерно, 0,7км3 лав и пирокластики продуктивностью 3,5108 кал/с, необходимо учитывать также возможность накопления за последний период покоя около 5,2×1015 ккал, что эквивалентно извержению 7,4 км3 вулканических пород. Имея ввиду, что в деятельности вулканов могут быть периоды со средней, при достижении максимально возможной продуктивности, равной ~109 кал/с, количество накопленной в недрах Эльбруса избыточной энергии может быть выделено при извержении 21,4 км3 вулканических пород.  Несмотря на практическое отсутствие специальных наблюдений, в районе Эльбруса известны проявления сейсмической активности. Землетрясения отмечались в 1900, 1907, 1934, 1950, 1959 гг. Известен ещё ряд землетрясений, зафиксированных Пятигорской сейсмической станцией, гипоцентры которых могут находиться вблизи Эльбрусского очага. В 1983 г. с помощью сейсмической аппаратуры, установленной в восточном секторе вулкана; отмечен ряд местных землетрясений энергетического класса 5,6-7,3. Особенности записей интерпретируются как следствие существования под Эльбрусом зоны поглощения сейсмических волн на глубине 0,5 – 2 км ниже уровня моря. Эти записи подобны записям вулканических землетрясений, возникающих в теле вулкана, при активизации магматического очага. Неопределенность положения гипоцентров Эльбрусских землетрясений не исключает их локализацию в очаговой зоне вулкана, а сравнительно высокая местная сейсмическая активность может относиться к категории предвестников извержения. Вышеприведенные данные однозначно свидетельствуют о возможности возобновления активной вулканической деятельности на Эльбрусе и, следовательно, о реальности его вулканической опасности. Результаты многочисленных исследований, проведенных в последние годы, однозначно свидетельствуют об активности собственно вулканических процессов на Эльбрусе в голоцене, включая историческое время. Эльбрус - современный вулкан, находящийся лишь в стадии относительного покоя. [32,33]. Анализу понятия «относительный покой» вулкана и обсуждению некоторых вытекающих отсюда следствий посвящена настоящая статья. «Относительный покой» можно рассматривать, во-первых, как состояние, соответствующее стадии постепенного угасания процессов, генерирующих вулканическую энергию; во-вторых, как паузу во внешних проявлениях непрерывно идущего глубинного процесса. Рассмотрим последовательно оба эти предположения в свете имеющихся геологических, геохимических и геофизических данных. Геологическими исследованиями установлено, что первые вспышки вулканической деятельности Эльбруса относятся к верхнему плиоцену - нижнему плейстоцену, в течение которых образовалась мощная толща игнимбритов и дацитов. Следующую стадию вулканической активности Е.Е. Милановский и Н. В. Короновский [1960] связывают со средним плейстоценом. Наиболее значительные потоки лав этого возраста образуют мощную (до 700 м) толщу в верховьях р. Баксан (Азау). В течение верхнего плейстоцена образовались западная периферия Эльбруса и лавовые потоки, расположенные в верховьях р. Малки и истоков р. Кубани. Восточная вершина Эльбруса образовалась в голоцене. Последние излияния вулкана Эльбрус происходили в I-X веках н.э. По уточненным данным, объемы вулканических пород распределяются во времени следующим образом: нижний плейстоцен - 25 км3; средний плейстоцен -55 км3; верхний плейстоцен-20 км; голоцен - 35 км3. Принимая в качестве критерия оценки интенсивности вулканической деятельности количество изверженных продуктов в единицу времени и используя последнюю геохронологическую шкалу для верхнего плиоцена и плейстоцена, мы можем оценить среднюю интенсивность вулканической деятельности. Эльбруса для выделяемых стадий. Она составляет соответственно 0,1·10-3, 0,5•10-3, 0,2•10-3, 2,9•10-3 км3/год. Отсюда можно заключить, что активность вулкана за весь рассматриваемый период его развития, до голоцена включительно, по меньшей мере, не убывает. Отсутствие извержений в течение последнего тысячелетия не может служить признаком окончания вулканической деятельности. При исследовании гидрохимической зональности района Приэльбрусья, проведенном нами установлено нарастание концентрации ряда компонентов в углекислых минеральных водах (С1, Р, В и др.) вблизи вулкана. Резкое возрастание концентрации хлора начинается примерно с 12 км от вершины Эльбруса. Ежесуточно углекислыми источниками выносится более 100 кг хлора. Такое количество хлора, как показывают эксперименты и расчеты, не может быть обеспечено взаимодействием воды с окружающими породами и, вероятно; связано с влиянием эндогенных процессов. Локализация вод с повышенным содержанием хлора и других компонентов вокруг вулкана может рассматриваться как признак существования под Эльбрусом магматического очага. Аналогичная точка зрения в свое время высказывалась А. П. Герасимовым [1926]. Влиянием Эльбрусского магматического очага, видимо, определяются и особенности газоносности Приэльбрусья: нарастание углекислой компоненты в составе газов по мере приближения к вулкану, концентрическое проявление вокруг вулкана газопроявлений с микропримесями углеводородов. Признаки современной вулканической активности зафиксированы непосредственными наблюдениями за фумарольной деятельностью вблизи вершины Эльбруса. Контуры аномальной зоны вулкана, выявленные при изучении геохимии газов и углекислых вод и обусловленные, по-видимому, наличием магматического очага, совпадают с площадью термоаномалии, оконтуриваемой выходами термальных вод. Гравиметрическими исследованиями установлено, что в районе Эльбруса имеется интенсивная отрицательная аномалия. Как полагает автор, указанная аномалия обусловлена, вероятнее всего, скоплением под вулканом «диоритового материала, обильно насыщенного водяными парами при температуре выше критической». Таким образом, в совокупности имеющихся геофизических и геохимических данных мы видим внешние признаки реально существующего магматического очага. Очевидно нельзя определить состояние и направление развития глубинного очага по таким исходным данным, как длительность периода покоя и наличие или отсутствие поверхностных проявлений вулканизма. Необходимо привлечь представления о некоторых общих чертах геологического развития вулканов с периферическими очагами. Для получения дополнительной информации приходится прибегать к реконструкции вулканических центров, эродированных на достаточную глубину. Суммируя данные по третичному магматизму Индонезии, Тихоокеанского побережья Америки, мы приходим к выводу, что андезитовые стратовулканы купольных структур, с периферическими очагами в своем возникновении, развитии и отмирании подчиняются в общем единой закономерности. Непременные элементы этой закономерности, развертывающиеся на фоне купольного вспучивания структуры - вулканизм, возникновение периферического очага с продолжающимися вулканическими процессами, образование кальдеры проседания и постепенная смена собственно вулканических форм деятельности гидротермальными процессами - неизменно повторяются на десятках изученных нами и описанных в литературе структур. Основываясь на приведенных геологических данных, мы приходим к заключению о том, что вулкан Эльбрус находится на восходящей ветви развития. Следовательно, сделанное выше предположение о постепенном угасании вулканических процессов не подтверждается. Нам кажется более вероятной справедливость второго предположения об «относительном покое» как о перерыве во внешних проявлениях глубинного процесса. При дальнейшем обсуждении мы будем основываться на представлении о постоянстве удельного потока энергии для вулканов, находящихся на одной либо близких по времени стадиях развития. О постоянстве этой величины говорят следующие данные. При измерении тепловой мощности молодых (возраст десятки и первые сотни тысяч лет) гидротермальных систем обнаруживается линейная зависимость между мощностью и площадью кальдеры, в которой расположены гидротермальные проявления. Величина удельного теплового потока - отношение тепловой мощности гидротермальной системы к площади кальдеры - для таких гидротермальных систем одинакова и составляет, в среднем 800 ккал/км2/сек, с отклонением ±15%. Так как, по мнению японского вулканолога И. Йокояма, основная доля энергии извержения приходится на тепло, выносимое продуктами извержений, то средняя мощность вулкана может быть определена, если известно время, в течение которого он формировался, и его объем. Если отнести среднюю тепловую мощность вулкана к площади его кальдеры либо вулкано-тектонической депрессии, в которой он расположен, то получается величина удельного теплового потока, близкая, как и в случае гидротермальных систем к 800 ккал/см2/сек. Из наблюдаемой прямой зависимости тепловой мощности от площади кальдеры следует, что ее (кальдеру) можно рассматривать как проекцию магматического очага (очага генерации тепла) на земную поверхность, и что энергетической основой активного вулканизма является некоторый эндогенный процесс, генерирующий поток энергии с постоянной плотностью около 800 ккал/км2/сек. Гидротермальная стадия вулканической деятельности, во всяком случае, начальный ее период, связана не с остыванием магматического очага - плотность потока энергии практически не уменьшается, а с изменением, формы теплопереноса по сравнению с действующим вулканом. По своей удельной мощности современные гидротермальные системы и активные вулканы эквивалентны, с тем лишь различием, что энергия последних выделяется импульсами во время извержения. Следовательно, в вулкане происходит накопление энергии. На реальность процесса накопления указывает, в частности, корреляция между длительностью периода «покоя» и мощностью завершающего этот период извержения. Как известно, катастрофическим извержениям многих вулканов обычно предшествовал период покоя в несколько сот лет. Если значение плотности теплового потока в 800 ккал/км2/сек действительно отражает существенные черты энергетики вулканического процесса, то в тех случаях, когда кальдеры нет и магматический очаг может быть оконтурен лишь геофизическими методами, результаты расчетов, основанных на указанном значении плотности теплового потока, должны согласовываться с данными геофизики. Вычислим площадь очага генерации и сопоставим результаты с геофизическими данными для тех вулканов, для которых эти данные имеются. Вулкан Сакурадзима (о. Кюсю). Возраст, по данным С. Арамаки, 16350+350 лет. Объем вулкана, по данным X. Куно, оценивается в 19 км5. Приняв, следуя Йокояме, среднюю плотность пород равную 2,3 г/см2 и теплосодержание продуктов извержения Н=0,3 ккал/г, получаем среднюю мощность вулкана равную 2,6-104 ккал/сек. Отсюда площадь очага генерации тепла при удельной мощности 800 ккал/км2/сек получается равной 33 км2. По геофизическим данным С. Танеды, диаметр основного магматического очага под вулканом Сакурадзима равен 6,5 м, т. е. площадь его поперечного сечения равна 33 км2. Авачинский вулкан. По радиоуглеродной датировке возраст молодого конуса вулкана составляет 4370+70 лет. Объем изверженных за это время продуктов 3 км3. Средняя плотность пород, по данным М.И. Зубина [34,35], 2,5 г/см3. Приняв для теплосодержания изверженных продуктов величину 0,3 ккал/г, получим среднюю мощность вулкана 1,66-104 ккал/сек. К этой величине мы прибавляем мощность фумарольной разгрузки вулкана в 1,8-104 ккал/сек , полагая, что ее темп в течение рассматриваемого периода существенно не менялся. Тогда при удельной плотности потока 800 ккал/км2/сек мы получаем площадь очага генерации тепла 43 км2 По геофизическим данным [36], площадь очага лежит в пределах 30-60 км2. Вулкан Безымянный. Аномальная область, выявляемая под вулканом по данным магнитометрических измерений, интерпретируется как гипотетический магматический очаг диаметром 5-8 км. Объем пород, изверженных за время существования вулкана, составляет около 10 км3 (по подсчетам И. В. Мелекесцева), чему соответствует количество вынесенного тепла 1016 ккал. Из этих данных, при удельном потоке энергии 800 ккал/км2сек, получаем что возраст вулкана Безымянный лежит в интервале от 8 до 20 тыс. лет. Тепловая энергия 1955-1963 гг. имеет порядок величины 1025 эрг. Отсюда легко оценить период покоя, предшествовавший извержению. Он попадает в интервал 200-500 лет. Расчетные данные согласуются с представлениями о возрасте Ключевской группы вулканов ~ 10000 лет и вероятной длительности периода покоя вулкана Безымянный. Проведем теперь расчет для Эльбруса. Объем голоценовых лав при средней плотности 2,33 г/см3 оценивается в 35 км5. Продолжительность голоцена составляет 1,35-104 лет. Так как последнее тысячелетие вулкан не извергался, отнесем образование голоценового вулканического комплекса к периоду в 12 500 лет. При теплосодержании лав 0,4 ккал/г получаем среднюю мощность Эльбруса равной 8,3-104 ккал/сек и площадь проекции очага 100 км2. Согласно данным А.В. Авдулова [1962], поперечник очага равен около 10 км, а его простирание превосходит эту величину в 2-3 раза. Следовательно, площадь проекции очага составляет приблизительно 200 км2. Удовлетворительная сходимость результатов, полученных при использовании величины удельного теплового потока в 800 ккал/км2/сек„ с геофизическими данными указывает на некую универсальность этой величины для действующих вулканов и тем самым ставит Эльбрус в един ряд с ними. Следовательно, состояние относительного покоя Эльбруса мы должны рассматривать не как результат угасания глубинных процессов, а лишь как паузу в их внешних проявлениях. Тепловая разгрузка Эльбруса термальными источниками в настоящее время составляет около 100 ккал/сек. Если предположить, что путем скрытой разгрузки уносится тепла на два порядка больше, то все равно - эти потери не превысят 15% от средней мощности вулкана в голоцене. Предполагая, что вулкан находится в состоянии накопления энергии в течение 1000 лет, мы оцениваем ее величиной порядка 1026 эрг. Приведенная оценка не является реальным прогнозом будущих извержений, так как в настоящее время нет данных об условиях, определяющих полноту реализации накопленной энергии в извержениях и их периодичность. Среди тепловых аномалий Северного Кавказа на первый план выступает район Эльбрусского вулканического центра, так как Эльбрус является действующим вулканом в состоянии покоя [37]. Установлено, что периферический и материнский магматические очаги вулкана располагаются на глубинах 0-7 и 20-30 км ниже уровня моря соответственно, а геотермический градиент под вулканом составляет 100°С/км. Полученные данные указывают на наличие существенного температурного воздействия корневой системы вулкана на окружающую ее среду, что находит отражение и в температурном режиме углекислых минеральных вод (УМВ). Сегодня, в связи с получением новых данных о тепловых аномалиях в районе Эльбрусского вулканического центра [38], представляется важным выяснить характер воздействия вулканических очагов на температуру углекислых минеральных вод. Большинство геолого-геофизических процессов, связанных с формированием жизненного цикла вулканических центров, определяется магматическими структурами, включая и геотермальную активность. Оценка потоков энергии стала возможна благодаря изучению геолого-геофизического строения Эльбрусского вулканического центра и термических свойств окружающей среды, определяющих структуру наблюдаемых тепловых аномалий. Движение глубинных флюидов к поверхности через разломно-блоковые структуры приводит к формированию разномасштабных тепловых аномалий, проявляющихся, в том числе, и в изменении температурного режима УМВ. Измеренные в естественных условиях температуры УМВ Приэльбрусья и прилегающих территорий (всего более 500 источников) колеблются весьма незначительно: 7–12°С, реже температура опускается до 3–5°С или поднимается до 15°С. Исключение составляют теплые нарзаны у западного и северного подножия Эльбруса: 17–22°С. На рисунке показан сглаженный температурный тренд углекислых минеральных источников (УМИ) Приэльбрусья, полученный как среднее значение температуры воды минеральных источников на площади 400 км 2 методом скользящего квадрата с шагом в 10 км. Обращает на себя внимание заметное отличие температур УМИ северного и южного склонов Главного хребта. На юге температуры выше. Это обстоятельство проявляется и в средних значениях температур источников: для севера и юга соответственно 8,2 и 11,2°С. Кроме того, в пределах северного склона в направлении от Главного хребта к предгорьям и равнине так же наблюдается общая тенденция некоторого повышения температур: от средней 7,8°С в высокогорной части Приэльбрусья до 9,5°С в среднегорной. Полученные данные позволяют сделать предположение о некоторой роли климатического фактора в формировании температуры воды углекислых источников. В этой связи обратимся к выявлению зависимости между температурой вод и дебитом источников. Априори представляется очевидным, что влияние глубинного прогрева вод с некоторой вероятностью должно сохраняться на многодебитных источниках, тогда как малодебитные больше подвержены поверхностным климатическим воздействиям – их легче и быстрее остудить или нагреть, то есть привести в температурное равновесие с окружающей средой. Таким образом, выявление прямой зависимости температуры воды от дебита источников позволило бы установить и реликтовую природу относительно повышенной температуры в многодебитных источниках. Отсутствие такой количественной связи между температурой и дебитом свидетельствовало бы о том, что поверхностные факторы преобладают настолько, что нивелируют возможный вклад глубинного температурного воздействия на углекислую воду источников. Анализ более 200 источников, содержащих данные об их дебите, показал, что для вод северного склона Главного хребта, начиная с дебита 500 л/сут. и более, обнаруживается положительная корреляция между дебитом и температурой. Следовательно, повышенные температуры вод УМИ Приэльбрусья отражают в среднем воздействие на воду эндогенных факторов. Для малодебитных источников (менее 500 л/сут.), представленных сравнительно небольшим числом, повышение температуры, скорее всего, связано с поверхностным прогревом воды, так как впрямую зависит от снижения их дебита, отражая тем самым поверхностные условия летнего отбора проб. Иная картина наблюдается для источников южного склона Главного хребта. Достаточно четкой зависимости между этими величинами не наблюдается. Однако, область разброса данных такова, что содержит в себе возможность существования такой зависимости, в частности, по верхней границе области разброса, где располагаются наиболее нагретые воды источников. Среди них вполне могут присутствовать носители реликтовых глубинных температур. Между тем, нижняя граница области разброса свидетельствует как бы об обратном – о превалирующем влиянии на температуру вод поверхностного прогрева. Так или иначе, а воздействия климатического фактора на температуру источников УМВ отрицать нельзя – в большей или меньшей степени он все равно проявляется. И в связи с этим представляется полезным попытаться устранить этот фактор для более точного выявления роли глубинной температурной составляющей. Наиболее устойчивым температурным параметром для той или иной климатической зоны является среднегодовая температура воздуха или температура нейтрального слоя. Для северного склона Главного Кавказского хребта в качестве такового нами принято +5°С, что примерно соответствует среднегодовой температуре в следующих пунктах: Нальчик – (+8,7°С), Архыз – (+5,0°С), Шиджатмаз – (+2,3°С), Юсенги – (+4,2°С), среднее – (+5,0°С). Принятые значения среднегодовых температур могут рассматриваться как фоновые, формируемые местными климатическими условиями. Согласно этому допущению отклонение от фона в большую сторону могло бы быть интерпретировано как реликт глубинной температуры, разумеется, для источников многодебитных, не обнаруживающих признаков явного летнего прогрева. Исходя из этих соображений, нами был рассчитан вынос глубинного тепла многодебитными источниками УМВ Приэльбрусья (более 100 источников). Он составил 21277 тыс. ккал/сут. или 1032 КВт. Особый интерес вызывает картина пространственного распределения этого глубинного потока энергии. Даже при учете всех скрытых и неучтенных потерь тепла суммарный вынос его из очага много меньше энергии, которая составляет среднюю продуктивность вулкана при его жизни. Она равна, примерно, 40-400 МВт. Произведенные расчеты и их графическое изображение представляют интерес как тепловая проекция периферического магматического очага на дневную поверхность (рисунок 3). Зона многократно повышенного выноса тепла образует аномалию, совпадающую с вулканической постройкой Эльбруса. В субширотном направлении (по тренду 3 млн. ккал/сут., с которого начинается его резкое возрастание), поперечник ее составляет 10 км, в субмеридиональном он равен 30 км. В этой связи заслуживает особого внимания и то обстоятельство, что размеры аномалии практически совпадают с размерами предполагаемых очаговых зон под вулканом, которые были выявленными различными геофизическими методами) в субширотном – 10 км [39,40] и субмеридиональном 20 и более км [41] направлениях. Сходимость результатов определения параметров очага по нескольким независимым методам исследования убеждает в надежности полученных данных и правильности избранного пути. Выполненный анализ современного выноса тепла углекислыми источниками Приэльбрусья отражает активное состояние очага. Тепловое воздействие очага на окружающую среду на порядки превышает фоновые значения теплового потока, и включают в себя не только кондуктивный, но и конвективный перенос тепла. И здесь немаловажная роль принадлежит углекислым минеральным водам. Интенсивная отрицательная аномалия силы тяжести под Эльбрусом интерпретируется как магматический очаг, обильно насыщенный водяным паром (до 3,6% по массе) при температуре выше критической с кровлей на глубине 2-6 км от поверхности Земли и простирающийся на глубину более 9 км. Горизонтальные размеры аномалии около 1025 км, площадь ~200 км2. Это близко соответствует площади эксплозий, включающей все вулканические аппараты Эльбруса и Приэльбрусья: 1235 км. Сходную величину имеет площадь вулканоструктур, обычно являющихся проекцией на поверхность Земли магматического очага: 2025 км. Геохимическая (по хлору и бору) и температурная аномалии близки к приведенным величинам. Совпадение в пространстве и близкие размеры площадей столь разных проявлений на поверхности Земли глубинных сигналов дают основание для суждения о приблизительных горизонтальных размерах Эльбрусского магматического очага: в пределах ~2035 км, при площади ~500-600 км2 и о глубине его верхней кромки, помимо приведенных геофизических данных (2–6 км), свидетельствуют теплофизические расчеты: 6-7км. Подошва очага должна располагаться на глубине <18 км относительно уровня моря, т.к. на такой глубине расположена граница гранитного и базальтового слоя, а очаг, судя по составу вулканических пород, образовался в пределах гранитного слоя. Принимая в качестве наиболее вероятной модели конусовидную форму очага, объём его оцениваем в ~3500 км3. Теория показывает, что объём выносимых на поверхность вулканических пород составляет не более 5% от объёма магматического очага. При объёме пород Эльбруса, равном 200 км3, магматический очаг, обеспечивший их извержение, должен составлять около 3800 км3 . Исследования гипсометрического распределения современных действующих вулканов мира позволил на новом уровне возродить гидростатическую модель вулкана и выделить среди них «предельные вулканы», достигшие максимально возможной для них высоты и находящиеся в гидростатическом равновесии. Выделение понятия предельных вулканов и разработка способов их нахождения позволило применить к ним теперь уже вполне обоснованно уравнение гидростатики для оценки вертикальной протяженности системы «вулкан–очаг». Согласно этим данным, Эльбрус относится к вулканам предельного типа. Расчетная глубина «забоя» его магматического канала составляет примерно 15 км от поверхности земли или 12 км ниже уровня моря. Это неплохо согласуется с имевшимися и недавно полученными данными о глубине геофизически выявленной нижней границы предполагаемого корового очага под ним: по разным данным она составляет, приблизительно, от 8 до 15 км ниже уровня моря [42]. Выполненные расчеты и огромный эмпирический материал позволили выявить обобщенную (идеальную) геометрию близповерхностных гранитоидных плутонов и очагов под вулканами. Они должны иметь и чаще всего имеют форму конуса, обращенного вершиной кверху. Это совпало с предполагаемой по геофизическим данным формой очага под Эльбрусом: «На глубинах порядка 5 км ширина камеры достигает размеров 8 км и по мере продвижения к поверхности постепенно уменьшается. Резкое уменьшение камеры начинается с глубины порядка 2 км (где она не превышает 5 км), а на глубине 1 км ее характерные размеры уже не превышают 2×2,5 км». При некотором подобии полученных разными методами представлений о положении и геометрии очага под Эльбрусом это представление все-таки оставляет желать лучшего. Заметное продвижение в этом направлении может дать дальнейшее изучение четвертичных деформаций вблизи вулкана. Оно может быть осуществлено на основе морфометрического анализа вершинных и базисных поверхностей и разломной тектоники в сочетании с детальными геологическими наблюдениями и корреляцией с температурой и химизмом минеральных вод. При оценке размеров опасности будущего извержения Эльбруса необходимо исходить из 1. типа ожидаемого извержения, 2. его масштаба, 3. конкретного места извержения, 4. рельефа окружающей территории и 5. взаимодействия продуктов извержения с ледниками. Предусмотреть все вероятные случаи в настоящее время невозможно, поэтому целесообразно остановиться на двух крайних вариантах, чтобы иметь представление о минимальных и максимальных размерах ожидаемой опасности. Минимальный вариант основывается на допущении, что количество накопленной избыточной энергии в очаге эквивалентно 0,7 км вулканических пород. Второе допущение состоит в том, что будущий ритм вулканизма реализуется не сразу в виде одноактного выделения этой энергии, а начнется с извержения одного лавового потока среднего для Эльбруса объёма. Он равен 0,2 км3. Залив площадь в 5,4км2 (длина 9 км, ширина 0,6 км), лавы растопят около 0,3 км3 льда. Общий объём образовавшегося от таяния льда грязевого потока составит ~0,4 км3. При средней мощности подобных потоков 0,02 км и ширине 0,5 км длина залитых им речных долин достигнет 40 км. Ожидаемое место извержения - кратер восточной вершины или южные и юго-восточные склоны вулкана; ориентация лавового потока - вдоль, ледников Азау, Гарабаши, Терскол или Ирик. Во всех случаях наиболее вероятная конечная локализация грязевого потока – долина р. Баксан. Скорость потока в истоках долин может достигать 80-100 км/час, мощность 30-50 м. Вероятно уничтожение и сильное разрушение сооружений по р. Баксан от истоков до г. Тырныауз. Максимальная вулканическая опасность связана с возможностью пароксизмального извержения, примерно, 7 км3 раскаленных лавин, агломератовых и пепловых потоков с разрушительными взрывными волнами и образованием грязевых потоков. Наиболее вероятное место извержения - восточная вершина и прилегающие южные или юго-восточные склоны. Предполагается полное перекрытие раскаленными продуктами вулканических взрывов южного и восточного секторов вулкана, частично - северного и в малой степени - западного. Протяженность взрывных отложений от места извержения 10-15 км, по долинам рек до 20-25км. Мощность взрывных отложений на этой территории составит от 5 до 100 м, в среднем около 20 м. От таяния льда в южном к юго-восточном секторах вулкана вероятно образование грязевого потока объёмом 3,5 км3. Длина его вдоль реки Баксана - более 100 км. Грязевой поток по реке Малке объёмом до 3 км3 полностью затопит долину до равнины. В западном секторе вероятны грязевые потоки длиной 8–15 км. Взрывные скорости распространения раскаленных лавин и их значительный объём приведут к полному разрушению всех сооружений вблизи вулкана (10-15 км от места прорыва) и на удалении до 25 км от него по долине р. Баксан. Вероятно также полное и частичное разрушение всех сооружений по долинам рр. Баксан и Малка от грязевых потоков. Ожидается ущерб от грязевых потоков и на предгорной равнине вблизи этих рек, где ими могут быть залиты сотни кв. км площади. Вулканическая опасность, связанная с вероятными извержениями Эльбруса, может быть существенно снижена или предотвращена в зависимости от характера и масштаба предлагаемых мероприятий. Предсказание извержения и вулканическое районирование могут существенно снизить опасность, сохранить десятки тысяч человеческих жизней и сберечь материальные ценности. Это возможно только при организации на Эльбрусе постоянно действующей Вулканологической станции, оснащенной комплексом современных методов прогноза и предсказания извержений. Прогностическая работа станции предполагает проведение следующего комплекса наблюдений: 1) геолого-вулканологические; 2) геохимические; 3) геотермические; 4) сейсмические; 5) геодезические и 6) гляциологические. Обеспечение указанного комплекса может быть достигнуто штатом научных и вспомогательных сотрудников в количестве 15-20 человек. Наиболее целесообразное местоположение стационара - западное подножие Эльбруса в долине р. Уллу-Хурзук, как зоне наименее вероятного поражения при извержении. Дополнительные опорные пункты стационарных наблюдений: северное подножие (р. Кизил-Кол) и южные склоны Эльбруса (Новый Кругозор). В задачи станции помимо слежения за состоянием вулкана, должно входить создание карты районирования вулканической опасности, прогноз извержений, оповещение и разработка методов защиты, комплексные исследования Эльбрусского магматического очага как потенциального источника тепловой энергии и химического сырья. На базе Эльбрусской вулканологической станции возможна организация и проведение комплексных работ, имеющих конечной целью предотвращение опасности вулканических извержений на основе искусственного снятия энергетического потенциала с магматического очага: 1. Районирование вулканической опасности Приэльбрусья на основе детальной реконструкции истории развития и продуктивности вулкана: а) определение вероятного масштаба и места предполагаемых извержений; б) выделение районов с разной степенью и характером ожидаемого поражения. 2.Слежение за состоянием вулкана: а) температурным и геохимическим режимом фумарольных проявлений и источников термоминеральных вод; б) сейсмическим режимом вулкана; в) деформациями поверхности на вулкане и прилегающих территориях; г) динамикой таяния ледников; д) изменениями магнитного, электрического, гравитационного полей. 3. Разработка методов прогноза извержений вулкана на основе имеющегося опыта прогноза, геолого-вулканологических реконструкций и режима эндогенных и антропогенных процессов. 4. Создание службы оповещения и разработка методов защиты от вулканической опасности. 5. Участие в программе «Комплексное изучение Эльбрусского магматического очага в целях использования его химического сырья и энергии как метода управления вулканическим процессом и предупреждения извержений». Теоретической предпосылкой для подобных работ является установление сравнительно невысокой продуктивности действующих вулканов, доступной для практического освоения. В среднем, за период жизни вулкана она составляет n×107 кал/с (40-400 Мвт), поднимаясь в отдельные периоды до 3,5×108 кал/с (1,6 тыс. Мвт) и достигая максимума - 109 кал/с (~4,2 тыс. Мвт). Как известно, в промышленных условиях используются значительно большие мощности - до 16 тыс. Мвт. Искусственное снятие с очага энергии в объёме 0,4-4,0 тыс.Мвт означало бы превышение возобновляемого глубинного источника энергии и тем самым - невозможность её накопления в очаге. Следствием этого было бы предотвращение извержений, являющихся результатом накопления избыточной энергии в очаге. В естественных природных условиях это происходит в тех случаях, когда роль носителя глубинной энергии вблизи поверхности Земли в полном объёме переходит к гидротермальному процессу - энергия от очага отводится не периодически происходящими извержениями, а нагретыми водами. По аналогии с экономически осваиваемыми районами новейшего и современного вулканизма (Новая Зеландия, Италия, Мексика, США и др.) можно предположить, что несколько десятков скважин глубиной 2-3 км в районе Эльбруса могли бы обеспечить снятие с очага энергии в 0,4-2,0 тыс. МВт. Это гарантировало бы регион от будущих извержений и обеспечило деятельность электростанции указанной мощности в течение нескольких тысяч лет, Запасы тепла в очаге позволяют существенно увеличить мощность электростанций без ощутимого для ближайших поколений сокращения времени её действия. Мировой опыт свидетельствует о том, что принципиально это разрешимая задача. Мощность скважин, пробуренных в геотермальных районах со сравнительно невысокими энергетическими параметрами (в удалении от магматических, очагов) составляет от 2 до 8 МВт при средней глубине 1 км и Т°=120°С. Общее число скважин в некоторых разбуриваемых районах достигает нескольких сотен при концентрации 1-2 скважин на кв. км (Лордерелло в Италии, Кламант-Фолс в США и др.). Стоимость пары скважин системы тепловой котел (закачка холодной воды в одну из них и снятие тепла другой) глубиной 3 км составляет ~1,1 млн. руб. Мощность такой системы может достигать 50 МВт. Помимо тепла, Эльбрусский очаг является практически неисчерпаемым источником разного рода химического сырья: водорода, бора, редких щелочей и др. Извлечение водорода из очаговой зоны может оказаться энергетически более эффективным, чем непосредственное снятие с очага тепла. Целесообразность современного использования химико-энергетического сырья Эльбруса в сочетании с возможностью избежать таким способом будущих его извержений делает предлагаемый путь жизненно необходимым. Настоящая проблема имеет перспективу развития путем вовлечения в круг исследований и освоения других вулканических районов Кавказа. В первую очередь это касается Казбека. Последние его извержения происходили в голоцене, магматический очаг находится в состоянии активности. Возможно возобновление вулканической деятельности, что представляет опасность для прилегающих территорий и, прежде всего, для Военно-Грузинской дороги. Овладение новым видом энергии и сырья путем вторжения в естественный ход природного глубинного процесса практически началось в разных районах мира. Основываясь на новейших теоретических разработках, мы предлагаем приложить этот опыт к таким объёктам и в таких масштабах, которые позволят управлять вулканическим процессом и достигнуть большого экономического эффекта. Выше уже шла речь об использовании углекислых минеральных вод в качестве источника информации о состоянии и геометрии периферического магматического очага. Благоприятствующим фактором является многочисленность источников этих вод в Приэльбрусье и более или менее удовлетворительное покрытие ими всей площади вулканического центра. Это открывает исключительные возможности составить представление о плотности, структуре и составе эндогенного потока вещества и энергии и в том числе, вероятно, оконтурить зону магматического очага. Составление карт плотности распределения источников, температуры, дебита, расхода различных компонентов в них, расчет глубинных температур и выноса тепла конвективным путем в вулканическом центре – далеко не полный перечень данных, которые могут быть получены этим способом для уточнения состояния очага под вулканом. Для изучения истории развития рельефа как отражения новейших тектонических событий одним из наиболее эффективных методов является морфометрический. Несмотря на то, что метод этот был разработан на примере равнинных областей и что теоретически он, по мнению некоторых исследователей, еще недостаточно разработан и обоснован, опыт применения его для структурного анализа вулкано–тектонических объектов, в том числе вулканических центров и купольно–кольцевых структур, оказался весьма успешным. Метод основывается на априори однозначном факте разновозрастности отдельных элементов гидрографической сети – речных долин разного порядка. Совершенно очевидно, что река, принимающая в себя приток и являющаяся базисом эрозии для этого притока, должна быть старше притока, и участок реки у ее устья старше всех элементов ее гидрографической системы как первичный и главный ее базис эрозии. А самые последние ее части, образующие врезы почти что сегодняшнего дня – это те ручьи, которые образуют самые крайние элементы системы в ее истоках. На этом основании гидрографическая сеть делится на порядки долин, образуемые слиянием двух однопорядковых элементов или фрагментов. По ложам однопорядковых долин строится образуемый ими базисный рельеф поверхности соответствующего порядка. Сравнение базисных поверхностей разного порядка вскрывает динамику приращения разнопорядковых долин и, следовательно, динамику формирования рельефа местности за счет его воздымания и вреза в него новой системы однопорядковых долин. Такая работа должна быть проделана для всей Эльбрусской вулканической области и, подобно тому, как это было сделано для вулканических центров современного вулканизма Камчатки, она определенно вскроет динамику куполообразования и логику заложения на куполе сводовых депрессий, вулканических образований и местоположение современного магматического очага. Для Камчатки установлено, что вулканиты зрелых вулканических центров обнаруживают концентрическую петрохимическую зональность. Она характеризуется постепенным нарастанием кремнесодержания в среднем составе пород вулканов, расположенных в пределах центра, от периферии к середине структуры. Это обстоятельство было истолковано как увеличение масштабов плавления кислых гранитоидных пород в недрах центральной части купола, характеризующихся повышенным термическим градиентом. В литературе содержится немалое число сведений о широком развитии кислых вулканитов на своде куполов и внутри венчающих их кальдер [43]. Все это дает основание предполагать, что выявленная петрохимическая зональность в элементарной вулкано–тектонической структуре имеет универсальный характер. Ранее некоторое подобие петрохимической зональности камчатского типа было установлено и для Пятигорского магматического центра. Здесь она проявлена не по кислотности магматических пород, а по другим петрохимическим признакам, тем не менее, отражающим либо латеральную концентрически зональную неоднородность в горизонтальном сечении эндогенного потока вещества, либо дренирование магматическими расплавами разных гипсометрических уровней куполо - или конусовидной поверхности магматического очага. Подобное явление связи состава вулканитов с местом локализации вулкана в купольной структуре должно быть проверено и в Эльбрусской вулканической области. От этой проверки зависит определение для Эльбрусской области степени подобия современным вулканическим центрам островных дуг и других орогенов, уровня ее зрелости и вероятных путях дальнейшего развития. Такая проверка должна состоять в опробовании и анализе всех новейших магматических проявлений на территории Эльбрусской вулканической области, в построении карт петрохимической зональности и в выявлении корреляционных связей между ними и параметрами пространственного их положения. Проблема основного и периферического магматического очага, то есть проблема источников магмы и механизмов ее образования может быть решена на основе вещественного, а именно, петрографического, петрохимического, минералогического и геохимического изучения состава продуктов вулканизма, их соотношения друг с другом и распределения во времени и пространстве. До настоящего момента эта проблема для Эльбрусской области лишь слегка затронута редкими и частичными исследованиями. А, между тем, от ее решения в целом зависит понимание путей дальнейшего развития вулканизма в области и, главное, оценка вероятных форм и масштабов предстоящих извержений – будут ли это обычные эффузивно-пирокластические извержения центрального типа или катастрофические площадные игнимбритовые. Уже сейчас есть некоторые основания предполагать возможность последних в относительно недалеком будущем. Масштабы бедствий от подобных извержений в столь населенном и освоенном регионе как Эльбрусская вулканическая область трудно переоценить. Поэтому углубление знаний в этой области имеет не только теоретический аспект, но и прямое практическое значение как основа для прогностических построений. Накоплено немалое количество определений абсолютного возраста различных магматических проявлений Эльбрусской вулканической области. Это открывает большие возможности для сравнительного анализа состояния и перспектив ее развития путем привлечения данных о длительности существования других подобных вулкано-структур, находящихся в разных стадиях развития и в разных геодинамических обстановках. Присоединение к этим материалам сведений о современном состоянии Эльбрусского магматического очага (очагов), полученных геологическими методами (петрология, петрохимия, минералогия, гидрохимия и температура, в том числе расчетная глубинная, и т.д.) в сочетании с новейшими геофизическими данными, позволит на новом уровне создать современную модель очага и тем самым основу для прогностических построений в части практического использования глубинного тепла и предстоящих извержений. Учитывая то обстоятельство, что более или менее достоверно установленное последнее извержение Эльбруса происходило около 1000 лет назад, можно сделать вывод о том, что в течение всего этого времени он находился в состоянии накопления энергии для будущего извержения. Были сделаны оценки общего количества тепла в очаге (1021дж) и ее количества, способного реализоваться в процессе извержения – 1026 эрг или 1019 дж. Реализация такой энергии при одноактном извержении будет иметь катастрофические последствия. При этом следует иметь ввиду, что средняя длительность покоя для 25 известных случаев катастрофических извержений составляет 865 лет, так что Эльбрус обещает нечто еще более катастрофическое. Разумеется, при верности сделанных оценок, которые нуждаются в проверке и уточнении. |
Похожие:
 | Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта №14. 740. 11.... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... | | Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта № П371 от 07... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... |
| Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № П1676 от... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... | | Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта № П782 от 24... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... |
| Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № П710 от 12... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... | | Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № п 716 от... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... |
| Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № П1084 от... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... | | Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № П869 от 18... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... |
| Отчет о выполнении 4 этапа Государственного контракта №14. 740. 11.... О выполнении 4 этапа Государственного контракта №14. 740. 11. 1071 от 24. 05. 2011 г | | Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта №14. 740. 11.... «Московский государственный университет экономики, статистики и информатики (мэси)» |
| Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта №16. 740. 11.... Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013... |  | Отчет по исполнению I этапа Государственного контракта №05. 043.... Исполнитель (Поставщик): Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы... |
| Отчет по исполнению I этапа Государственного контракта №05. 043.... Исполнитель (Поставщик): Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы... | | Отчет о проделанной работе Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... |
| Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный... | | Отчет о выполнении работ по шестому этапу государственного контракта... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
