Влияние вулканизма и поствулканических процессов на окружающую среду

Институт вулканологии ДВО РАН

Отчет по проекту “Влияние вулканизма и поствулканических процессов на окружающую среду”.

Петропавловск-Камчатский

2003 Введение

Вулканы воздействуют на природную среду и на человечество несколькими способами. Во-первых, прямым воздействием на окружающую среду извергающихся вулканических продуктов (лав, пеплов и т. п.), во-вторых, воздействием газов и тонких пеплов на атмосферу и тем самым на климат, в-третьих, воздействием тепла продуктов вулканизма на лед и на снег, часто покрывающих вершины вулканов, что приводит к катастрофическим селям, наводнениям, лавинам, в-четвертых, вулканические извержения обычно сопровождаются землятресениями и т. д.. Но особенно долговременны и глобальны воздействия вулканического вещества на атмосферу, что отражается на изменении климата Земли.

При катастрофических извержениях выбросы вулканической пыли и газов, сублимирующих частички серы и других летучих компонентов, могут достигать стратосферы и вызывать катастрофические изменения климата. Так, в ХVII веке после катастрофических извержений вулканов Этна в Сицилии и Гекла в Исландии замутнение стратосферы привело к резкому двухлетнему похолоданию, массовому неурожаю и гибели скота, эпидемиям которые охватили всю Европу и вызвали 30-50%-ное вымирание европейского населения. Такие извержения, часто имеющие эксплозивный стиль, особенно характерны для островодужных вулканов. Фактически при таких извержениях мы имеем природную модель “ядерной зимы”.

Аналогичный эффект имело извержение вулкана Тоба в Индонезии 75 тысяч лет назад, когда на земную поверхность было вынесено не менее 1000 км³ лавы и выброшено в стратосферу около 5*10 ⁹ тонн аэрозолей серной кислоты, которые вызвали климатический эффект типа “ядерной зимы”.

Исследователями показано, что наиболее заметное влияние вулканизма на окружающую среду проявлено на стадии крупных извержений. Например крупные извержения Ключевского и Авачинского вулканов (1944-45 гг.) Безымянного (1952-57 гг.), Шивелуча, и БТТИ (1975-1976 гг.), вулканы Южных курил и Алаид. Приведенные извержения имеют индекс эксплозивности 4-5, что означает явное и заметное влияние на стратосферу. При извержениях вулканов Ключевского, Авачинского произошло образование нормальных плинианских эруптивных колонн, достигших высоты 12-15 км, выше тропопаузы. Высокая концентрация действующих вулканов в Курило-Камчатском регионе их большая высота и низкий уровень стратосферы способствуют образованию полярных туманов и разрушению полярного озонового слоя.

Эмиссия газов пассивно дегазирующих вулканов в целом может оказывать глобальное влияние на состав атмосферы. Так плинианские и ко-игнимбритовых колонны выносили вулканический материал в тропосферу с образованием аэрозольного облака, полярных дымок и нарушением состояния полярного озонового слоя.

Раздел I

Влияние на окружающую среду вулкана Карымский.¹

Карымский вулкан активен в последние годы. В 1996 году произошло одновременное извержение Карымского озера и одноименного вулкана. Кроме влияния на геологию, оно повлияло на экологию района: к выбросу большого числа пепла, шлака, вулканических бомб, пирокластики и ядовитого газа. Пепел покрыл дно кальдеры, поднялся в атмосферу и с потоками воздуха перенесся на большие расстояния и выпадал, покрывая слоем растительность, пирокластика образовала поток 1996 года, шлак и пепел покрыл подножие Карымского вулкана и дно кальдеры.

Извержение как известно имеет двойное влияние на окружающую среду.

Во-первых это разрушающее воздействие. Продукты извержения губят флору, фауну района и близлежащих мест, водоемы, отравляют воздух. После деятельности вулкана, особенно катастрофической, долгое время в районе извержения нет растительности и животных. Когда жизнь все же появляется в районе извержения, то она не так интенсивно распространяется.

Вулканизм определяет формы и расположенность жизни. К примеру, растительность в кальдере вулкана Карымский. В основном это можжевельник, иван-чай, полярная ива, кусты жимолости и голубики. Лишь у нарзанового ручья и по берегам реки Карымская распространена высокая трава и кусты ивы. Но в большинстве своем это невысокие растения-низкие кустарники, прижатые к земле. У подножия и на самом подножии растительность представлена только полярной ивой. И хотя растительность есть в районе активного вулкана, она угнетена им-пораженна пеплом имеет желтые обожженные листья, пригнутые к земле.

Поражение выражается также в том, что пепел покрывает слоем листья и

в результате газообмен замедляется, и растения не в полной мере выделяют O² в атмосферу.

Животный мир в Карымском центре тоже не богат. В основном это зайцы, медведи, грызуны, птицы. Но они распространены на отдалении от активного вулкана.

В июне в Карымском центре произошло событие, которое наглядно показывает, как вулканизм влияет на фауну и флору в частности. На него есть 2 предположения по мнению В. Л. Леонова, и Д. В. Кобренкова.

Предположение 1.

Вместе с другими продуктами извержения (пепел, лава, бомбы, шлак), извергается газ, он периодически выбрасывается из вулкана с характерным свистом и шумом. И в июне по южному склону с вершины вулкана сошел поток, состоящий из обломков, пепла, шлака и, вероятно, газа. Поток разделился на несколько языков, которые растеклись полукругом по подножию южного склона вулкана.

В результате схода потока на склоне от вершины до подножия образовалась шарра-выработанная неглубокая долина высотой 1500 метров (высота вулкана). Из-за того, что подножие вулкана обрамляет растительность, поднимающаяся с кальдеры Карымская к самому вулкану, растения подвергаются опасности. Так и произошло. Из-за поражения газом трава пожелтела и засохла.

Растения имеют в настоящий момент двойной вид. Со стороны кальдеры зеленый, а со стороны вулкана-желтый.

Поражены растения с каждой из сторон по-разному. В одном месте расстояние от отложений потока до растительности 10 метров, в другом-2 метра. И судя по тому, что трава поражена у подножия вулкана на большом расстоянии от отложений, газ прошел дальше, чем остановился поток.

Предположение 2.

Возможно, растительность поразил горячий воздух, спустившийся вместе с лавиной.

При извержениях выходит горячий воздух. Обычно он уходит вертикально вместе с выбросом. Но в момент схода лавины порция воздуха сошла вместе с потоком вниз и обожгла растительность.

Но что заставило сойти лавину?

Как известно, вулкан Карымский извергается с 1996 года. Выбросы различны по мощности. Вероятно, в день схода лавины произошел мощный выброс, насыщенный горячим воздухом, заставивший сойти с вершины лавину, образовавшую шарру, и поразившую горячим воздухом растительность.

И здесь возникает другой вопрос. Что заставило воздух сойти вместе с лавиной вниз? Возможно при выходе из кратера при взрыве, вызвавшем поток, воздух увлекло вниз лавиной.

Раздел II

Влияние на окружающую среду Большого Трещинного Толбачинского Извержения.

Северный прорыв

Ландшафт

Изменился ландшафт места БТТИ. Сейчас это выженная шлаково-пепловая пустыня со шлаковыми конусами и очагами преимущественно низкой растительности до 0,5 метра с погибшими деревьями и лесом. Ландшафт местности общий для Северного и Южного прорыва.

Рельеф

Толбачинское извержение изменило рельеф местности. Образовались новые конуса, эрруптивные центры, провалы в земле, шлаковая пустыня, более выровненная из-за этого поверхность земли, поток лавовый от 2 конуса на Северном прорыве, который образовал своего рода холмистый хребет.

Поток протягивается на 2,5 км по бывшему кустарнику и лесу от конуса. Поток лавы тек языками, постепенно остывая, и образовал в конце поле округлой формы. Стенки потока высотой от 30 до 60 метров.

В кратере глубиной 80 метров первого конуса Северного прорыва на глубине 1,5 метра под остывшей лавой, шлаком и измененными вулканическим породами захоронена мерзлотная порода, сохранившаяся с холодного сезона (конца осени, зимы). Она сохранилась в результате осыпания пород с кромки кратера. Диаметр кратера 20 метров.

Под 1 конусом под продуктами извержения (шлак, пепел) погребен снег, ставший ледником. Он многолетний, не тает полностью из-за того, что погребен.

Вода от подтаивающего в теплый сезон ледника питает растительность, растущую между 1 конусом и горой 1004.

Растительность

Так как в ходе извержения было выброшено на поверхность 2,2 км³ пирокластики, шлака, лавы и пепла, то смертоносными продуктами извержения накрылась огромная площадь земли, и погибла вся растительность в районе БТТИ. Это место называют аналогом ядерной зимы. От лагеря на Северном прорыве в 1 км пустыня без леса, только мох, каменоломка.

Растительность в районе БТТИ погибла из-за поражения ее химически-температурным ожогом и механического повреждения. Когда лава извергалась и текла по поверхности земли, она имела высокую температуру и из-за этого сгорала низкая растительность, трава, невысокие кусты. Деревья обгорали благодаря сопровождающему лаву газу, который в своем составе имеет вредные химические вещества. Есть мох на конусах. Есть погибшие деревья на самих конусах. Раньше был холм, образовавшийся вследствие поднятия земной коры в момент создания района, потом при извержении его засыпало продуктами извержения, превратив холм в конус.

Район БТТИ окружен лесом, кустарниками, богатой видами растительностью. Но в самом районе лишь остатки кустов кедрача и флора, растущая только на мелкой фракции, камнях, лаве. Это трава, мох, карликовая ива, рябина, осока, иван-чай, кусты высотой до 2 метров, маленькие цветочки. Растительность в районе БТТИ любит мелкую фракцию.

У сопки в 1 км от Северного прорыва начинается лес, редкий и местами в 1,3 км трава, осока, каменоломка. Количество деревьев~80,100 % поражение растительности. Сопка округлой формы, в середине провал в виде кратера. На кромке сопки и в центре пораженные деревья, остатки кедрача. Растет трава, иван-чай. После сопки дальше до линии горизонта идет погибший лес на шлаковом поле.

Лес проходит полосой широкой от горы Звезда, через сопку на востоке от лагеря на Северном прорыве, и идет дальше через другие конуса. Сопка окружена мертвым лесом.

Животный мир

Животный мир практически отсутствует в районе БТТИ. Встречаются членистоногие (шмели, комары, короеды) и только следы лосей и медведей. Вероятно, они пересекали зону извержения в поисках пищи.

Остаточное явление вулканизма

Вулканизм БТТИ созидательно влияет и на сами конуса Северного и Южного прорыва. Дело в том, что конуса с кромок до сих пор выделяют в атмосферу газ и тепло, что сопровождается высокой температурой (от 22,8^·С до 200^·С и более 300^·С.) Выделение идет очагами из-под пород, слагающих кромки кратеров, в ходе него идет воздействие температуры на породы, происходит ее изменение и позже минералообразование. Также выделяющиеся газ и тепло влияют на атмосферу, меняя ее химический состав.

Южный прорыв

Ландшафт

Ландшафт Южного прорыва это выженная шлаково-пепловая пустыня с тополиным лесом, невысокими кустарниками и лавовыми полями перед конусом.

Рельеф

Рельеф Южного прорыва включает в себя большую равнину, заполненную лавой и шлаком, Южный конус, лавовые и шлаковые поля.

Растительность

Домик на Южном прорыве. В 1 км от лагеря на Северном прорыве начинается растительность (тополиный лес) и идет до южной границы БТТИ. Среди тополей встречается осока, каменоломка, иван-чай, трава, мох, кедрач. Растет все на лаве, засыпанной шлаком.

Растительность зональна. Лава от горы Звезда вклинилась в пихтовый лес по середине и погубила растительность. Сейчас там растут тополя, рябина, грибы, шикша, каменоломка. У сопки Лагерной сухостой.

Остаточное явление вулканизма

Вулканизм БТТИ влияет на сам конус Южного прорыва. Дело в том, что с кромки конуса до сих пор выделяется в атмосферу газ и тепло, что сопровождается высокой температурой. Выделение идет из-под породы, слагающей кромку кратера, в результате происходит воздействие температуры на породы, происходит ее изменение и позже минералообразование. Также выделяющийся газ и тепло влияют на атмосферу, меняя ее химический состав.