Новости

Учёные ИФЗ РАН рассказали об исследовании лавовых полей вулкана Толбачик

28.09.2022

В 2012 году на вулкане Толбачик произошло мощное эффузивное извержение, в результате которого сформировалось огромное лавовое поле площадью 45.8 кв.км,  максимальные значения мощности лавового поля достигли 100 метров (рисунок 1).

Рисунок 1 – Мощность лавовых потоков (метры), сформированных в результате ТТИ-50 по данным [Dai, Howat, 2017]. Топографическая основа – цифровая модель рельефа SRTM. На врезке показано местоположение Толбачика на полуострове Камчатка.

Сотрудники Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН исследовали лавовое поле вулкана Толбачик с помощью методов спутниковой радарной интерферометрии. Эти методы позволяют определять смещения земной поверхности с очень высокой точностью: до сантиметров и миллиметров, в зависимости от задач.

По сериям спутниковых снимков (радиолокационных изображений) с 2017 по 2019 годы были получены оценки смещений на лавовом поле. Привлекла внимание аномалия в небольшой компактной зоне в окрестности кратера Набоко и конуса Клешня. Здесь наблюдаются самые высокие скорости оседания лавы – от 285 до 261 мм/год с 2017 по 2019 год соответственно. В то время как на основной части поля скорость оседания поверхности лавы не превосходит 80 мм/год и пропорциональна её мощности (рис. 2, рис. 3).

Рисунок 2 – Карта средних скоростей смещений поверхности лавы извержения 2012–13 по спутниковым данным (цветная шкала, мм/год), совмещённая с картой мощности лавы, построенной по данным, предоставленным Dai и Howat (2017) (чёрно-белая шкала, м).

Именно в область конуса Клешня поступали огромные объемы расплавленной лавы. Здесь поток разделился на два рукава, которые сформировали Ленинградское и Толудское лавовые поля. 

Для объяснения причин аномально высоких скоростей погружения поверхности лавы учёные построили детальную математическую модель остывания лавы с учётом выделения тепла при её кристаллизации,  зависимости теплофизических параметров от температуры и с учётом содержания пор, стёкол (незакристаллизованной части лавы) и кристаллов в магматическом расплаве. Были использованы данные конкретно для лав Толбачика. Также была задана скорость формирования лавового слоя по вертикали с учётом хронологии этого извержения.

Рисунок 3. А – Сравнение скорости оседания, полученной по данным радарной интерферометрии с мощностью лавового слоя. Красная линия обозначает границу между "нормальным" и "аномальным" группами точек. Б – Географическое положение точек с "нормальными" (зелёный цвет) и  "аномальными" (жёлтый цвет) скоростями оседания

Результаты моделирования показали, что на оседания поверхности лавы очень сильно влияют скорость наращивания лавового слоя, содержание стёкол и процент пористости.

Наилучшее соответствие данным интерферометрии было достигнуто для медленно формирующегося слоя лавы с пористостью между 10–30% и содержанием стекла между 30–50% (рис. 4).

Рисунок 4 – Результаты моделирования с параметрами, наилучшим образом соответствующие "нормальным" скоростям оседания лавы (зелёные круги). Жёлтые круги соответствуют области с "аномальными" скоростями. Результаты рассмотрены для сценария "медленного" формирования слоя.

Появление области с высокими скоростями погружения поверхности обусловлены условиями формирования лавового потока при извержении, поскольку аномальные значения фиксируются там, где накопление лавы шло очень быстрыми темпами. Первые 2 дня извержения расход магмы составлял 440 м3/с [Гордеев, Добрецов, 2017]. И это как раз согласуется с расчётами "быстрого" сценария образования слоя лавы, которые показывают значительно более высокие скорости оседания для слоев толщиной более 25 м (рис. 5).

Рисунок 5 – Сравнение результатов, полученных по спутниковым оценкам (зелёные круги – "нормальная" скорость, жёлтые круги – "аномальная" скорость) с результатами моделирования (цветные линии) при 10% пористости и 20% содержания стекла, которые лучшим образом соответствуют “аномальному” оседанию. На вертикальной оси показана скорость оседания поверхности в 2019 г. (в мм/год). Красная линия – результаты для моментального формирования слоя. Зелёная линия – "быстро" сформированный лавовый слой. Синяя линия – "медленно" сформированный лавовый слой лавы.

В то же время в части потока с относительно небольшой мощностью наблюдается значительное количество «аномальных» точек, которые не могут быть объяснены термическим уплотнением и в этом случае необходимо учитывать другие механизмы. Во время извержения в верхней части потока прямо под кратером Набоко образовалась система лавовых труб и каналов. Эти трубы опустошались во время извержения, лава стекала во внешнюю часть поля, что привело к образованию множества пустот. Области аномально быстрого оседания, вероятно, располагаются над такими «лавовыми пещерами».

Дополнительные материалы: 

Материал об исследовании опубликован в газете «Коммерсантъ» и на портале Vesti.ru