ГАЗОВЫЙ ФАКТОР В ВУЛКАНИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ. Динамика извержений вулкана Безымянoгo

C http://www.ceninauku.ru/news/page_22445.htm, http://ai-malyshev.narod.ru/PDF/Malyshev_Ref3.pdf

Летучие являются одним из основных факторов, определяющих форму извержения.

Основной источник информации о относительном изменении газонасыщенности ювенильного материала в ходе извержения –анализ самого хода извержения и изучение последствий извержения. Dополнительным источником информации является облик выжимающегося лавового материала. Высокая пористость поверхности лавовых потоков Безымянного рассеивает и поглощает солнечный свет. Поэтому высокопористые потоки с пировойлочной текстурой поверхности с больших расстояний выглядят черными, хотя и состоят из светло-серого андезита. С уменьшением пористости лав их внешний облик светлеет, достигая естественного светло-серого цвета у плотных лав обелисков и наиболее вязких и медленных” лавовых потоков. Все это позволяет отслеживать пористость выжимающихся лав и судить о газонасыщенности поступающего на поверхность ювенильного материала.

Наблюдения Безымянoгo показали, что для большой группы извержений характерно наличие четко выраженной кульминации, сопровождающейся бурной эксплозивной деятельностью. Кульминации предшествует период лавинообразной активизации, первые признаки которой проявляются за месяц до извержения. Сама активизация имеет непрерывно-импульсный характер, когда последовательно нарастающие вспышки активности вулкана разделяются интервалами его пониженной активности.По мере приближения к кульминации, поступающий на поверхность материал становится все более газонасыщенным, высокотемпературным и пластичным. В начальные периоды активизации он представлен жесткими, дегазированными в ходе предыдущих периодов активности блоками, поверхность которых благодаря низкой пористости слабо поглощает солнечные лучи и сохраняет естественный светло-серый цвет. По мере развития извержения жесткие блоки разрушаются, и на их месте появляется газонасыщенная и высокотемпературная лава. Дополнительное поглощение солнечного света за счет более высокой пористости обусловливает кажущийся более темный цвет.

Меняется и характер извержения. В ходе обвалов, сопровождающих развитие экструзивного процесса, появляются и усиливаются эффекты автоэксплозивности. Последние приобретают черты автоэксплозивных лавин. Дальнейшее нарастание температуры, газонасыщенности и пластичности ювенильного материала, соответствующее общей активизации вулкана, создает предпосылки для формирования пирокластических потоков, а максимальная газонасыщенность, совпадающая с кульминацией извержения, соответствует непрерывным вертикальным газопепловым выбросам, образующим мощную эруптивную колонну. Oдновременно идeт излияние наиболее пластичных, максимально пористых лав, для поверхности которых характерно повсеместное распространение пировойлочных текстур максимально высокого поглощения света.

Начиная с кульминационных моментов извержения, тенденция газонасыщенности меняет знак Последовательное снижение количества летучих в ювенильном материале обусловливает переход от практически непрерывных вертикальных газопепловых выбросов сначала к формированию пирокластических потоков затухающей мощности, затем –ко все более редким автоэксплозивным лавинам. Завершает процесс стабилизации переход от остаточной экструзивной деятельности к затухающим деформациям привершинной части активного блока вулкана, сопровождающихся все более слабыми каменными лавинами. В процессе затухания извержения прослеживается “лавинообразность” , отличающаяся от лавинообразности активизации вулкана лишь знаком, чем ниже уровень активности вулкана, тем медленнее происходит ее снижение.

Альтернативу представляют извержения, у которых отсутствует четкaя кульминация, а максимальная активность вулкана сохраняется на высоком уровне в течение длительного (до года и более) времени . Все это время вулкан находится в состоянии экструзивного или экструзивно-эффузивного извержения. Эксплозивная деятельность отсутствует. Лишь в ходе обрушений проявляются признаки автоэксплозивности. В этом состоянии вулкан находился в конце 60-х–начале 70-х г., в первую половину 1982 г. и в течение 1987 г. Лавы этих извержений с больших расстояний выглядели темно-серыми. Для них характерна закрытая пористость с 2– мм порами неправильной формы. Пировойлочные текстуры отсутствуют. Их зачаточные формы прослеживались внутри породы в виде зон с повышенной концентрацией пористости. Размеры этих зон достигали первых сантиметров, а в их центрe соединявшиеся поры образовывали двухфазную структуру взаимопроникновения “расплав–летучие”, аналогичную пировойлочным текстурам.

Bсе разнообразие характера извержений Безымянного определяется режимом расширения летучих. Если извержения первой группы соответствуют лавинообразной дегазации ювенильного материала, то характер извержений второй группы определяется спокойным расширением летучих в пределах ювенильного материала.

В плане изучения процесса дегазации ювенильного материала интерес представляет анализ трещиноватости в крупных (десятки куб. м) глыбах андезита, часто встречающихся в отложениях пирокластических потоков Безымянного. Ювенильность материала этих глыб диагностируется овальной формой, текстурами смятия, пирокластическим выветриванием и большим количеством контракционных трещин, в различных направлениях рассекающих глыбу перпендикулярно поверхности. Максимальная ширина этих трещин -1 см, стенки прямые и гладкие. Встречаясь у центра глыбы, эти трещины рассекают глыбу на остроугольные блоки. Спустя несколько недель после извержения, подобные глыбы разрушаются, превращаясь в хаотический развал обломков.

Hаряду с контракционными трещинами в крупных глыбах ювенильного андезита встречается вид трещиноватости, имеющий отношение к процессу дегазации ювенильного материала. В отличие от контракционных, эти трещины (назовем их автоэксплозивными) встречаются в наиболее крупных глыбах ювенильного андезита, их ширина в приповерхностной части глыб достигает десятков сантиметров. Как и контракционные трещины, автоэксплозивные ориентированы к центру глыбы, но по мере приближения к внутренним частям, появляются признаки разделения главной трещины на ряд более мелких субпараллельных с образованием древоподобной структуры, вершина которой ориентирована к центру глыбы. Hаиболее существенным различием автоэксплозивных трещин является повсеместное распространение по их стенкам пировойлочных текстур, четко выраженa тенденция увеличения пористости андезита по направлению к осевой плоскости трещины. В поперечном разрезе на протяжении 10–5 см прослеживается переход от обычного мелкопористого андезита к предельным по пористости представителям пировойлочных текстур. Характер и масштабы автоэксплозивных трещин свидетельствуют о том, что они образуются после прекращения движения глыбы, так как в противном случае произошло бы разрушение последней. К концу первого десятилетия XXI века в автоэксплозивных трещинах глыб ювенильного андезита возросла длина “волос Пеле” иголочки которых в отдельных трещинах достигали 2 см.

Автоэксплозивная трещиноватость в крупноглыбовом ювенильном материале пирокластических потоков Безымянного наглядно демонстрирует, что не только условие граничной декомпрессии может реализоваться по трещинам внутри газированного и вязкого ювенильного материала, но и сами ветвящиеся декомпрессионные трещины могут спонтанно формироваться под воздействием энергии сжатых газов.
С учетом сказанного в деятельности Безымянного можно выделить четыре типа процессов газоотделения и освобождения энергии сжатых газов:

1. дегазация ювенильного материала происходит за счет миграции летучих по долгоживущим зонам повышенной трещиноватости в постройке вулкана. Непрерывное газоотделение по этим зонам обеспечивает устойчивый фон умеренной и сильной фумарольной деятельности вулкана как в спокойном состоянии, так и во время извержений.

2. Вторую разновидность процессов дегазации и освобождения энергии сжатых газов представляет выделение и спокойное расширение летучих внутри магмы, ведущие к общему расширению объема системы и –к затяжным и спокойным экструзивным, экструзивно-эффузивным или эффузивным извержениям.

3. Tретий тип дегазационных процессов представляет автоэксплозивность, т.е. лавинообразная дегазация ювенильного материала по автоэксплозивным (декомпрессионным) трещинам. Этот тип газоотделения соответствует более высокому уровню активности вулкана. Высокое давление летучих обусловливает заложение самой трещины или даже целой системы ветвящихся трещин, распространяющихся вглубь газированного и вязкого ювенильного мaтериала. Вдоль поверхности этих трещин происходит “вскипание”ювенильного материала. Расширяющийся по трещинам газ с захваченными частицами дробления выносится на поверхность в виде газопепловых выбросов.

Автоэксплозивная дегазация может быть как эпизодической (дискретной), так и непрерывной, эпизодический вариант характерен для ранних этапов формирования купола Нового, когда над его постройкой периодически формировались грибообразные газопепловые выбросы. Источником их служила вся вершинa купола Нового. Пocле подобных cбросов вершина оставалась в неизменном состоянии, лишь в некоторых частях образовывались воронкообразные углубления, возникавшие в районе крупных трещин как результат пирокластической эрозии и последующего осыпания в устье трещины обломочного материала.

Hепрерывный вариант автоэксплозивной дегазации ювенильного материала характерен для кульминационных стадий бурных эксплозивно-эффузивных извержений вулкана в 80-е годы. В этом случае быстро выжимающийся вязкий и газонасыщенный ювенильный материал в зоне выхода на поверхность непрерывно рассекался aвтоэксплозивными трещинами, а бурно выделяющаяся газопепловая взвесь формировала над вершиной вулкана эруптивную колонну.

Особую роль в процессе извержений Безымянного играет четвертый тип процессов дегазации ювенильного материала –спровоцированная эксплозивность. Этот тип представлен процессами газоотделения, протекающими в условиях дополнительных механических воздействий (гравитационно-разгрузочных и ударно-механических). Диапазон этих процессов широк: от слабых камнепадов холодных и дегазированных обломков, при механическом дроблении которых освобождаются остатки содержащихся в них летучих, через процессы формирования автоэксплозивных лавин и пирокластических потоков к мощным направленным эксплозивным извержениям, разрушающим значительные части постройки (извержения 1956 и 1985 гг.). Во всех этих случаях разрушающий эффект энергии сжатых газов дополнялся и усиливался внешним воздействием на породу, в результате чего происходило близодновременное образование большого числа декомпрессионных (автоэксплозивных) трещин по всему объему вещества, подвергнувшемуся дополнительному механическому воздействию. Наибольшего размаха эти процессы достигали в тех случаях, когда происходило гравитационное соскальзывание с одновременным ударно-механическим (и автоэксплозивным) дроблением значительной части вулкана.

Соотношения между перечисленными типами дегазации различны на разных стадиях активности вулкана. В состоянии покоя происходит лишь миграция летучих по долгоживущим зонам повышенной трещиноватости, внешне проявляющаяся в фумарольной деятельности. В процессе затяжных экструзивных,экструзивно-эффузивных или эффузивных извержений этот тип дегазации дополняется спокойным расширением летучих в пределах ювенильного материала и слабой спровоцированной эксплозивностью в процессе формирования обвальных лавин.

Эти же типы дегазации доминируют на начальных и заключительных стадиях извержений с четкой эксплозивно-эффузивной (на ранних этапах исторического цикла –эксплозивно- экструзивной) кульминацией. По мере приближения к кульминации одновременно с ускорением поступления на поверхность ювенильного материала происходит усиление расширения во внутрипоровом пространстве блоков ювенильного материала. Наряду с этим появляются и усиливаются процессы автоэксплозивной дегазации по спонтанно закладывающимся трещинам. В ходе обвалов усиливаются и процессы эксплозивности, спровоцированной внешним ударно-механическим или гравитационно-разгрузочным воздействием. Если часть постройки оказывается неустойчивой и разрушается, то спровоцированная эксплозивность становится доминирующим типом дегазации ювенильного материала, обусловливая наиболее мощные извержения вулкана.

В целом развитие извержений с четко выраженной кульминацией соответствует лавинообразному предкульминационному усилению и посткульминационному ослаблению процессов дегазации ювенильного материала.

Этот своеобразный газовый разряд происходит за счет летучих, находящихся под большим давлением, но рассеянных в порах близповерхностной части магматического канала. Не исключено, что в процессе разряда происходят дополнительное увеличение газонасыщенности ювенильного материала и увеличение энергии сжатого в порах газа за счет дополнительного выделения летучих непосредственно из расплава

Модель М.А. Алидибировa (1987) предполагает наличие сильновязкого или затвердевшего магматического расплава, содержащего поры, заполненные газом с некоторым избыточным давлением. Освобождение энергии сжатого газа происходит при условии декомпрессии ювенильного материала и развивается в виде волны дробления,распространяющейся вглубь газированного вязкого расплава. При разрушении межпоровых перегородок в верхнем слое сжатый газ расширяется до давления окружающей среды. При этом и сам газ, и захваченные им продукты дробления приобретают определенное ускорение. Снижение давления у вновь образованной поверхности приводит к возникновению перепада давления в следующем слое, который также начинает разрушаться.
Таким образом, реализуется послойный отрыв. Поверхность, разделяющая не разрушенную систему газ–магма и смесь газа и частиц раздробленной
магмы и называемая М.А. Алидибировым фронтом волны дробления, будет двигаться вглубь системы с некоторой конечной скоростью. Bо
время отделения летучих в канале вулкана не происходит формирование газового объема, имеющего значительное давление, идет медленное освобождение запасенной энергии. Скорость распространения волны дробления низка и сопоставима с процессом горения.
Хотя модель М.А. Алидибирa соответствует действительности, она нуждается в уточнениях условий развития декомпрессии. Для выполнения условия граничной декомпрессии достаточно трещины в объеме сильно-вязкого и газонасыщенного ювенильного материала. Перпендикулярно по-верхности закладывающихся трещин и движется фронт волны дробления.

Газовый фактор
Состав газовых выделений вулкана
Pазвития Безымянного
Жизнь вулкана
Постройкa Безымянного