В кальдере вулкана

КАМЧАТКА — СТРАНА ВУЛКАНОВ И ГОРЯЧИХ ИСТОЧНИКОВ

Вулканизм — явление планетарное. На Земле во все геологические эпохи происходили извержения вулканов, причем в далеком прошлом масштаб вулканической деятельности был еще более грандиозным. Космическими исследованиями доказано, что и на других планетах Солнечной системы вулканические процессы играют большую роль в формировании их вещественного состава и рельефа.

Геологи давно подметили, что с древними вулканами в вулканическими породами тесно связаны многие месторождения полезных ископаемых. Именно поэтому изучение современных «живых» вулканов позволяет получить ответы на многие вопросы теории и практики геологии.

Выдающиеся советские геологи академики Л. Н. Заварицкий, Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, член-корреспондент АН СССР Б. И. Пайн положили начало развитию советской вулканологии. Под их руководством еще в 1935 г. на Камчатке была организована Ключевская вулканологическая станция.

Вулканология — как наука о вулканах — базируется непосредственно на фундаменте, заложенном геологией. Но в то же время именно материалы изучения вулканических процессов и продуктов извержения были отправной точкой первых геологических построений. С появлением более совершенных методов изучения глубинного состояния и строения Земли вулканология все более приобретает черты самостоятельной науки, широко использующей самые современные достижения физики, химии, математики, физикохпмип. В свою очередь, по закону обратной связи наблюдения, полученные на действующих вулканах, нередко дают толчок к открытиям в области физики, химии, минералогии, а в последнее время и биологии, углубляют наши познания о Земле, ее истории и этапах развития.

Камчатка вместе с расположенными южнее Курильскими островами является уникальным вулканическим регионом Земли. Из 817 известных на Земле в настоящее время действующих вулканов 28 находится на Камчатке и 37 — на Курильских островах. Кроме того, здесь имеется несколько сот вулканов, прекративших свою деятельность, но хорошо сохранивших свою форму.

Следует отметить, что и в настоящее время масштабы вулканической деятельности на Земле грандиозны. По подсчетам советского вулканолога В. И. Влодавца уже в XX в. произошло 1500 извержений 320 вулканов. Особенно часты извержения вулканов в зоне Тихоокеанского огненного кольца, обрамляющего Великий океан: на Камчатке, Курилах, в Японии, на Филиппинах, Гавайских островах. Широко известны извержения вулканов в Средиземноморье, в Восточной и Центральной Африке. В последнее время отличаются активностью вулканы Исландии. Причем если у нас, в СССР, как правило, населенные пункты располагаются вдали от вулканов, то в других странах люди издавна селились вблизи вулканов — часто из-за недостатка площади, а в основном из-за плодородности посыпанной вулканическим пеплом земли.

Поэтому самой главной задачей вулканологии является нахождение признаков, позволяющих предсказывать извержения, землетрясения, возникновение волн цунами, а также изучение самого механизма извержения. По образному выражению известного советского вулканолога С. И. Набоко, жерла вулканов — это те форточки, через которые можно заглянуть внутрь земных недр. Вот почему вулканологи стремятся как можно ближе подойти к кратеру извергающегося вулкана, чтобы измерить температуру лавы, изучить химический состав изверженных материалов — жидких, твердых и газообразных. Важно точно определить энергию извержения, массу изверженного материала, длительность процесса, его стадии и т. д.

И камчатские вулканы по скупятся на извержения. В марте 1956 г. здесь произошло ставшее всемирно известным грандиозное извержение вулкана Безымянного. Трехсотметровая вершина его была снесена гигантским вулканическим взрывом. Пепел извержения был обнаружен даже в Лондоне. В 1961 г. активизировались вулканы Плоский Толбачик, Мутновский. В ноябре 1964 г. проснулся огромнейший вулкан Шивелуч на севере Камчатки. Всего около часа длилось это извержение. Но по своей энергии (2×10¹⁴ Дж) и объему (1,5 км³) выброшенного материала оно превзошло все предыдущие его извержения. Скорость выброса составляла 31 м/с, давление 1000 атм. Многотонные глыбы породы были отброшены взрывом на 10–12 км.

В 1966 г. произошло извержение из побочного кратера (высота 3200 м) самого крупного вулкана Евразпп Ключевской сопки (высота около 5000 м). Осенью 1974 г. он снова ожил и долгое время изливал лаву с температурой до 1100 °C. В состоянии постоянной активности находится вулкан Карымский. Только в XX в. он извергался 21 раз, а в мае 1976 г. он снова разразился мощным лавовым потоком. Во время его извержения выбрасывалась масса вулканических бомб — камней шаровидной, грушевидной, трубчатой форм размером от 10 см до 1,5 м (реже более крупные).

Вулканы могут проявлять свой бурный прав многие тысячелетия, временами затихая (иногда на сотни лет) и снова пробуждаясь. В конце концов извержения прекращаются. Но в недрах вулканических сооружений еще долгое время, также исчисляемое тысячелетиями, сохраняются остаточные очаги магмы с высокой температурой. Они прогревают вышележащие породы, которые в свою очередь становятся резервуарами тепла. Проникающие на глубину по трещинам поверхностные воды нагреваются, обогащаются магматическими газами и глубинными компонентами и выходят на поверхность в окрестностях вулканов, как правило, в пониженных местах.

Эти горячие источники, а иногда гейзеры, имеют огромное научное и практическое значение. Запасы их в вулканических районах практически неисчерпаемы. Камчатка, например, располагает уникальными как по степени концентрации на площади, так и по объему запасами горячих вод. К настоящему времени работами большого коллектива геологов и вулканологов здесь выявлено 115 групп термальных источников. Из них 22 группы с температурой 75–100 °C на поверхности и 16 групп имеют уже на небольшой глубине температуру свыше 100 °C.

Наиболее высокой тепловой мощностью обладают молодые (современные) гидротермальные системы, объединяющиеся в крупные естественные группировки, получившие название геотермальных районов. К ним относятся широко известные Паужетский, Мутповский и Семячинский.

Изучение гидротермальных систем посредством разведочного бурения (в настоящее время на Камчатке имеются скважины глубиной до 1500 м) обогатили наши знания об их природе. Работами советских гидрогеологов-геотермиков В. В. Лверьева, В. М. Сугробова, Е. Л. Вакина, В. И. Кононова, Б. Г. Поляка и др. было показано, что гидротермальные системы представляют собой специфические гидродинамические системы, возникающие в верхних частях земной коры при интенсивном поступлении тепла из более глубинных горизонтов в виде магматического пара или расплава. Тепловая мощность таких систем равна 25–75 тыс. ккал/с. Удельная плотность теплового потока здесь в 50–100 раз выше среднеземного.

Общая тепловая мощность камчатских высокотемпературных гидротерм по оценкам специалистов составляет 3,8×10⁸ кал/с, а гидротерм с температурой менее 100 °C — 7,7×10⁷ кал/с. Это значит, что только высокотемпературных ресурсов достаточно для сооружения геотермальных электростанций суммарной мощностью порядка 300 тыс. квт. Для наглядности можно сказать, что это эквивалентно сжиганию 1 млн. т угля в год. К тому же комплексное использование термальных вод, сбрасываемых с турбин электростанций:, например для отопления промышленных и жилых помещений, больниц, детских садов, плавательных бассейнов, теплиц и т. д., во много раз превышает эффективность работы геотермальных станций. Несомненным преимуществом применения геотермальной воды и пара в народном хозяйстве является минимальное загрязнение окружающей среды.

В мире сейчас уже работает около 30 электростанций на подземном тепле (в Италии, Новой Зеландии, США, Японии, Исландии, Мексике). Мощность самой крупной из них в Калифорнии — около 400 тыс. квт. В СССР с 1964 г. действует опытно-промышленная геотермальная электростанция.

С горячими водами связаны неисчерпаемые возможности развития теплично-парникового хозяйства. Достаточно сказать, что жители такого северного острова, как Исландия, богатого горячими источниками, используя их рационально, полностью обеспечивают себя овощами и фруктами.

На Камчатке уже построено несколько теплично-парниковых комбинатов на подземной горячей воде.

Общеизвестна громадная бальнеологическая ценность природных горячих вод. Но если созданные на базе кавказских минеральных вод многочисленные водолечебницы и курорты быстро получили признание, то история использования камчатских вод еще только начинается. Здесь имеются столовые питьевые минеральные воды, такие, например, как углекислая железистая гидрокарбонатно-хлоридная натриево-кальциевая «Малкинская», напоминающая по химическому составу «Ессентуки № 4». Ее используют для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта. Любопытно, что еще в 1818 г. русский врач II. В. Любарский организовал в местечке Малки (в 130 км южнее г. Петропавловска-Камчатского) водолечебницу на горячих источниках и с большим успехом лечил камчатцев от ревматических заболевании. Издавна известны Дранкинские термальные источники, а также расположенные недалеко от г. Петропавловска-Камчатского Налачевские и Краеведческие. Благоприятное сочетание температуры, химического состава и микроэлементов, среди которых особое место занимают мышьяк и бор, выдвигает их в один ряд с такими известными мировыми курортами, как Ла-Бурбуль (Франция) и Дюркхейм (ФРГ).

В настоящее время на Камчатке уже действуют два специализированных санатория — Начики и Паратунка, в арсенале лечебных процедур которых основное место занимают комплексы с использованием горячих минеральных вод и сероводородных грязей. Построены общеоздоровительные купальные бассейны на термальных водах в пос. Паратунке, Эссо, Анавгай. На Озерновских, Больше-Банных, Киреунских источниках имеются ванны и бассейны на открытом воздухе.

Исключительно важную информацию несут горячие воды об условиях образования месторождений полезных ископаемых. Так, при разбуривании некоторых современных гидротермальных систем в разрезе пород на небольшой глубине, а иногда и непосредственно в приповерхностной зоне были обнаружены отложения рудных минералов, аналогичных тем, которые слагают руды разрабатываемых месторождений. Изучить условия их образования — значит знать, как более рационально и где искать такие месторождения.

Примерами подобных природных лабораторий минералов являются известные Долина Гейзеров и кальдера вулкана Узон. Они находятся в 180 км к северу от Петропавловска-Камчатского, в так называемой Восточной вулканической зоне Камчатки, характеризующейся активным протеканием современных вулканических процессов. Здесь все говорит о недавней вулканической деятельности. Хорошо сохранились некоторые постройки потухших вулканов: Жупановского, Тауншица, Унаны, Крашенинникова, Кроноцкого. Периодически извергаются вулканы Карымский, Малый Семячик. Очень много вулканических массивов, находящихся на стадии гидротермальной деятельности, когда огненная магма уже не может прорваться к поверхности, а подземного тепла еще достаточно, чтобы нагревать и поднимать воду, поступающую в зону такого прогрева. Вот она и выходит здесь на поверхность в виде многочисленных парогазовых струй, горячих источников и иногда гейзеров. Закономерно, что горячие источники и гейзеры проявляются в наиболее пониженных участках рельефа окрестностей вулканических сооружений. На самих же вулканических горах выходят наиболее высокотемпературные парогазовые струп — фумаролы. Конденсируясь на поверхности, они образуют малодебитные горячие ручейки, насыщенные кислотами и чрезвычайно сильно воздействующие на породы. За многие тысячи лет гидротермальной деятельности породы, слагающие верхний панцирь вулкана, совершенно видоизменяются. Они превращаются в обеленные глинистые или плотные кремнистые массы, пространственное положение которых подчиняется определенным закономерностям.

Иногда в результате мощных, так называемых игнимбритообразующих извержений от собственно вулканического массива остается только невысокое кольцевое обрамление. Оно сложено наиболее древними породами вулкана, а молодые мощным взрывом разбрасываются и отлагаются в окрестностях. Такого рода извержения сопровождаются быстрым опустошением магматических камер на глубине и проседанием постройки. По громадным кольцевым разломам породы кровли вулкана опускаются вниз и как бы залавливают очаг. Возникает крупное сооружение в виде кольца — кальдера (от латинского — «чаша»). Предполагается, что так сформировалась и кальдера вулкана Узок на Камчатке, которая вместе с расположенной рядом Долиной Гейзеров считается жемчужиной Камчатки. Сюда стекаются все туристические маршруты по Камчатке.