Безымянный – один из сотни вулканов на полуострове Камчатка. Вопреки своему имени, этот вулкан с прошлого века получил широкую известность среди вулканологов и геофизиков: проспав более тысячи лет, в 1956 г. Безымянный неожиданно разразился мощным взрывом, разрушившим купол и большую часть вулканического массива, и с тех пор продолжает регулярно извергаться, выбрасывая, помимо потоков лавы, кубические километры газа. С помощью методов сейсмической томографии сибирские ученые попытались «заглянуть» внутрь вулкана, чтобы реконструировать механизмы идущих там процессов и получить надежный инструмент прогнозирования вулканической активности. Результаты этой работы были опубликованы в январе 2021 г. в журнале Scientific Reports (группа Nature). 

Безымянный находится всего лишь в 10 км от крупнейшего в Евразии действующего вулкана Ключевской (Ключевской Сопки) и долгое время считался его побочным ответвлением. В течение последней тысячи лет он не проявлял никакой активности, пока осенью 1955 г. не начал выбрасывать клубы газа и пепла. 

Несколько месяцев вулкан извергался с умеренной силой, а 30 марта 1956 г. извержение достигло кульминации: произошел колоссальный направленный взрыв, и купол вулкана, представлявший собой правильной формы конус, был снесен, в результате чего его высота уменьшилась на 250 м. Из вулканических недр были выброшены мощные магматические и пирокластические потоки, состоящие из смеси высокотемпературных газов, пепла и обломков горных пород, а также облако газа и пепла, которое поднялось на высоту до 35 км (Gorshkov, 1959, Belousov, 1996). 

С тех пор Безымянный извергается практически каждый год, хотя и не так драматично: в результате короткоживущих взрывов из вулкана выбрасывается лава, пирокластический материал, а также огромное количество пепла и газа (Girina, 2013). Извержения идут нерегулярно: иногда Безымянный «замолкает» на два-три года, а потом извергается несколько раз в течение нескольких месяцев. На сегодня изверженного материала оказалось столько, что вулкан смог практически полностью «отстроить» новый купол, который уже почти заполнил кратер 1956 года. 

Наблюдения за Безымянным показали, что несмотря на близость к вулканам Камень и Ключевской, он имеет иной режим извержения и состав лав, а значит, и структура недр под ним совершенно другая. В 2017 г. исследователи из лаборатории сейсмической томографии Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН (Новосибирск) совместно с немецкими коллегами из Потсдамского центра наук о Земле (GFZ) отправились в экспедицию на Камчатку с целью «засечь» землетрясения, предшествующие извержению Безымянного, построить томографическую модель земной коры под вулканом и определить его внутреннюю структуру. 

Группа специалистов, прибывшая на Безымянный на вертолетах, установила на его склонах 10 сейсмических станций и несколько таймлапс-камер, которые производят фотосъемку каждые 15 минут, превращая полученные кадры в ускоренное видео. 

Срок службы такой сейсмической станции рассчитан на один год, поэтому исследователи опасались, что вложенные усилия и средства могут не оправдаться. К счастью, 20 декабря 2017 г., спустя лишь три месяца после установки сейсмической сети, на вулкане случилось необычно сильное извержение. Всего за 15 минут облако пепла достигло высоты 15 км, а на поверхность был выброшен огромный объем вулканического материала. Несмотря на горячие обломки камней, лаву и пепел, большинство станций «выжили». 

Безымянный_исследования.jpg 

Таймлапс-камеры на склонах Безымянного смогли заснять процесс роста газовой активности, образования камнепада и, наконец, само взрывное извержение. На пике извержения камеры смогли зафиксировать лишь клубы пепла​ 

В планы немецких геофизиков из GFZ входила космическая радарная съемка Безымянного, с помощью которой можно очень точно проследить деформацию поверхности. Спутниковая съемка, проводившаяся каждые 11 дней, показала, что непосредственно перед извержением смещение земной поверхности в районе купола составляло десятки метров, что было связано со «вспучиванием» вулкана и образованием разломов. За 2 дня до извержения разломы соединились в подковообразную трещину длиной около 150 м и шириной 20 м, из которой и прогремел мощный взрыв. Когда спустя несколько месяцев исследователи поднялись на Безымянный, они ожидали увидеть там гигантскую дыру – эпицентр взрыва, из которого за короткое время вырвались огромные объемы газа, однако никаких следов на поверхности найти не удалось. 

В течение трех месяцев перед извержением сейсмические станции зарегистрировали лишь несколько единичных событий, что говорит о довольно низкой фоновой сейсмической активности, что отличает Безымянный от других вулканов. И только за 47 дней до взрыва был зарегистрирован кластер землетрясений на глубине около 8 км, а за 5 дней начало довольно сильно (70– 300 землетрясений ежедневно) «трясти» верхнюю часть вулкана. 

Проанализировав данные о сейсмической активности под Безымянным, специалисты ИНГГ СО РАН создали томографическую модель земной коры под действующим вулканом. Это позволило воссоздать строение земных недр, определить внутреннюю структуру магматических очагов и расположение газового резервуара. Исследователям также удалось реконструировать процессы, запускающие извержение, понять, как появляется в недрах под вулканом газ, и почему он накапливается с такой скоростью и в таком объеме.​ 

Безымянный_газ.jpg


Томографическая модель земной коры под вулканом Безымянный построена на основе распределения скоростей пробега продольных и поперечных сейсмических волн (Vp и Vs) и отношения этих скоростей (Vp/Vs). Последний параметр очень чувствителен к наличию жидкой и газообразной фазы: низкие значения говорят о скоплении газа в породах, высокие – о наличии магматического очага с большим содержанием расплавленных пород и растворенных флюидов​ 
​На томографической модели Безымянного на глубине около 2 км от поверхности выделяются две аномалии, соответствующие двум резервуарам: газовому (синяя область) и магматическому (красная область). Такая картина нетипична для вулканов: обычно для них характерен только магматический очаг, который обеспечивает материал для лавовых потоков и рост купола. 

На основе данных предыдущих региональных сейсмических исследований (Koulakov et al., 2017), геофизики пришли к выводу, что выходящие из недр магматические флюиды накапливаются в средней коре на глубине около 8 км, питая по каналам вышележащие магматические резервуары. Растворенной в магме воде очень трудно мигрировать в мягкой пластичной высокотемпературной массе, поэтому она накапливается там в больших количествах, пока ее не становится слишком много. Из-за роста давления в магматическом очаге вода начинает выходить в окружающие более холодные и хрупкие породы, где образуются трещины гидроразрыва. Так происходят землетрясения – эти сейсмические события на глубине 8 км были зарегистрированы на Безымянном за 47 дней до извержения. 

Выделяющиеся из глубинного источника магматические газы легко мигрируют через пористую среду и образуют под вулканом газовый резервуар высокого давления. Примерно за неделю до извержения давление там достигает критических значений, и породы непосредственно под вулканом начинают разрушаться, что сопровождается роем малоглубинных землетрясений. Под вулканом появляются трещины, которые постепенно объединяются в единый канал – тогда происходит взрыв. 

К сожалению, неизвестно, что происходит с подземными резервуарами в дальнейшем, так как после кратковременного взрывного извержения сейсмичность полностью исчезает, поэтому построить томографическую модель на этом этапе невозможно. 

Исследования новосибирских ученых на Камчатке в 2017–2018 гг. дали не только уникальную информацию о внутреннем строении и механизме извержений вулкана Безымянный, но и новый инструментарий для прогнозирования взрывных извержений. Возможность с большой долей вероятности предсказывать подобную вулканическую активность крайне важна для многих регионов, особенно для таких, как Индонезия и Коста-Рика, где «взрывные» вулканы расположены в густонаселенной местности. 

Безымянный_изверж.jpg 
Кадры из «летописи» извержения вулкана Безымянного 20 декабря 2017 г., запечатленной камерой в пункте наблюдений Камчатского филиала Единой геофизической службы РАН (п. Козыревск) 

Источники

"Бомба" под Безымянным
Наука из первых рук (scfh.ru), 22/01/2021
Наука из первых рук: "Бомба" под Безымянным
Новости сибирской науки (sib-science.info), 25/01/2021

Похожие новости

  • 11/01/2021

    Институты и научные центры СО РАН в 2020 году: события и достижения. Часть I

    ​​Институт солнечно-земной физики СО РАН завершил строительство объекта "Оптические инструменты" в Бурятии. Академик Валерий Бухтияров прокомментировал попадание Института катализа СО РАН под санкции США.
    412
  • 14/06/2019

    ИНГГ СО РАН: места проведения подземных ядерных испытаний необходимо контролировать

    Специалисты Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН утверждают: радиоактивные вещества, оставшиеся в недрах после проведения подземных ядерных взрывов, могут распространяться в окружающую среду.
    1309
  • 13/01/2021

    О консорциуме «Космические лучи и элементарные частицы»

    ​​​Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» стал инициатором создания консорциума «Космические лучи и элементарные частицы». В его состав которого кроме НИЯУ МИФИ вошли:Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.
    304
  • 14/01/2021

    «Исторический» сибиряк родом из Питера»: очерк об академике Николае Добрецове

    15 января – 85 лет со дня рождения Добрецова Николая Леонтьевича (1936-2020 гг.), российского ученого-геолога, академика РАН, доктора геолого-минералогических наук. Окончил Ленинградский горный институт им.
    655
  • 22/01/2021

    Год, изменивший мир

    ​​В Новосибирске началась череда итоговых собраний. Первым отчитался Советский район. 19 января обсудить результаты, достигнутые в 2020 году, собрались представители мэрии и администрации, депутаты, руководители предприятий и организаций, общественники.
    494
  • 13/08/2020

    Как привлечь молодежь в науку и заинтересовать ее остаться на родине: интервью с председателем СО РАН Валентином Пармоном

    ​​Новосибирский Академгородок всегда находился в фокусе мировой научной общественности. С началом реализации здесь комплексной программы по развитию Новосибирского научного центра (ННЦ) "Академгородок 2.
    1430
  • 17/07/2020

    СО РАН направляет в Арктику большую норильскую экспедицию

    ​​Группа ученых из Российской академии наук всесторонне изучит экологическую среду территории и представит предложения и рекомендации по наилучшим природосберегающим решениям для деятельности промышленных компаний в Арктическом регионе.
    1679
  • 04/08/2020

    Лето исследований. Сразу несколько экспедиций отправились в Арктику

    Совместный проект ЮНЕСКО и Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова — плавучий университет, научно-исследовательское судно «Академик Николай Страхов» вошло в акваторию Баренцева моря, где более 20 студентов из МГУ и других российских вузов при поддержке Министерства образования и науки России будут изучать перспективы нефтегазоносности этого района.
    1042
  • 20/07/2020

    Ученые ИНГГ СО РАН продолжают подготовку высококлассных специалистов на кафедре геофизических систем НГТУ НЭТИ

    ​Созданная на базе ИНГГ СО РАН кафедра геофизических систем Новосибирского государственного технического университета продолжает успешную работу. В выпуске 2020-го года – шесть бакалавров и трое магистров.
    414
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    378