оглавление

БОЛЬШОЕ ТРЕЩИННОЕ ИЗВЕРЖЕНИЕ ТОЛБАЧИКА*

  Вулканизм - одно из главных явлений в геологической жизни планет земной группы. Это наглядно показали космические исследования последних двух десятилетий. Бурная вулканическая деятельность протекала на Луне в ранние стадии ее развития. Самые большие вулканы из известных до сих пор человечеству находятся на Марсе. В поперечнике они достигают 700 км. Вулканы есть на Меркурии и Венере. Они неистово извергаются на Ио - спутнике Юпитера.

Продолжительность и масштабы такой деятельности огромны. Например, на Земле она началась на самых ранних стадиях существования планеты и продолжается до сих пор. Имеются веские доводы в пользу того, что кора, водная оболочка и атмосфера Земли образовались в течение миллиардов лет преимущественно из продуктов вулканической деятельности. В наше время из недр планеты на ее поверхность ежегодно поступает 5 - 15 км³ магмы, чье твердое вещество слагает новые горные породы и чьи газы пополняют атмосферу. Около четырех пятых магмы изливается на дне океанов в рифтах - расщелинах срединных океанических хребтов. Согласно представлениям тектоники плит базальтовая магма наращивает, “наваривает” здесь края раздвигающихся литосферных плит.

Сильные извержения вулканов в населенных местностях - страшное бедствие. Так, гигантский взрыв вулкана Санторин в Эгейском море, произошедший примерно за 1500 лет до н. э. и вызвавший огромные разрушения (было выброшено 25 км³ пемз и пепла), вероятно, стал причиной упадка Минойской цивилизации. Более слабый взрыв вулкана Кракатау унес десятки тысяч жизней в Индонезии в 1883 г. Нам необходимо научиться предсказывать извержения и по возможности уменьшать ущерб от них.

Большие трещинные извержения

Большие трещинные вулканические извержения, объем лав, пеплов и шлаков которых превышает 1 км³, - редкое явление природы. В историческое время оно наблюдалось всего шесть раз.

Два из них были в Исландии. В 930 г., в эпоху первых поселений на этом острове, произошло извержение в трещине Элдгья. Ее главная часть имела в длину 8 км. Излилось 9 км³ базальтовых лав, которые покрыли площадь размером 700 км². В 1783 -1784 гг. за восемь месяцев вдоль новой трещины, длина которой превысила 25 км, возник ряд небольших вулканических конусов Лакигигар. Потоки базальтовой лавы залили 565 км², объем лав составил 12,3 км³. Извержение вызвало тяжкие бедствия и голод, после которого население Исландии сократилось на четверть.

Два извержения произошли в Мексике. Оба были в несколько раз слабее Лакигигар. В 1759-1774 гг. вырос и действовал ряд новых базальтовых конусов на трещине Хорульо. В 1943 г. на другой трещине возник новый вулкан - Парикутин (точнее говоря, это был моногенный вулкан, т. е. конус, навсегда угасающий после своего первого извержения). Его вершина поднялась на 400 м над прежним уровнем местности. Объем лав и пепла достиг 2 км³. Извержение длилось девять лет, до 1952 г. От начала и до конца оно исследовалось американскими и мексиканскими вулканологами, геологами, геофизиками, геохимиками, которые получили исключительно ценные данные. Будучи одним из трех наиболее изученных крупных извержений (два другие - извержение массива Толбачик на Камчатке в 1975-1976 гг. и вулкана Сент-Хеленс на западе США в 1980 г.), оно стало школой для целого поколения североамериканских вулканологов.

Пятое великое трещинное извержение было в 1730-1736 гг. на острове Лансароте в Канарском архипелаге у северо-западного побережья Африки. За шесть лет вдоль трещины длиной более 17 км возникло 34 новых базальтовых вулканических конуса высотой до 250-300 м. Потоки базальтовой лавы постепенно залили 160 км² острова. Четвертая часть Лансароте была совершенно опустошена. Жители покинули остров в начале извержения, вследствие чего наблюдать его ход было некому.

Подготовительный этап Толбачинского извержения

 Район извержения, расположенный в знаменитой Ключевской группе вулканов, протянулся почти на 30 км к югу от вершины вулкана Плоский Толбачик вдоль южной региональной зоны шлаковых конусов этого вулкана (рис. 1). Широкий увал, понижающийся от вулкана, образован напластованиями лав базальтовых извержений, которые происходят здесь уже более 10 тыс. лет. Они локализуются вдоль трещин, над которыми возникают отдельные шлаковые вулканические конусы и их цепочки.

Рис. 1. Расположение южной части вулканов Ключевской группы и район Толбачинского извержения. 1 — главные шлаковые конусы и лавовые потоки извержения 1975—1976 гг.: Б — Северный прорыв, В— Южный прорыв; 2 — кальдера обрушения (провал кратера) на вершине вулкана Плоский Толбачик (А), возникшая в 1975 г.; 3 — кальдера обрушения на вершине вулкана Плоский Толбачик, возникшая в раннем голоцене (около 10 тыс. лет тому назад); 4 — шлаковые конусы и лавовые потоки голоценового возраста; 5 — они же плейстоценового возраста; 6— вулканы голоценового возраста; 7— вулканы верхнеплейстоценового возраста; 8 — экструзивные лавовые купола; 9 — разрушенный вулкан Горный Зуб (ГЗ); 10 — лавовое плато; 11 — дочетвертичные породы фундамента; 12 — четвертичные разрывные нарушения. Вулканы: ОТ — Острый Толбачик, ПТ — Плоский Толбачик, ОЗ — Острая Зимина, БУ — Большая Удина. Внизу справа отмечено местоположение района на полуострове Камчатка. Схема составлена И. В. Мелекесцевым.

Положение вулканов и расчеты указывают на то, что подъем магм из области их выплавления должен происходить по округлым вертикальным каналам - “магматическим колоннам”. Одна из них, вероятно, находится под вулканом Плоский Толбачик и его зонами трещин. Здесь ежегодно поднимается из глубин в среднем 20∙10⁶ т (или 7∙10⁶ м³) базальтовой магмы. Она постепенно накапливается в промежуточных магматических очагах, расположенных в нижних слоях земной коры или в переходном слое между земной корой и мантией. По данным глубинного сейсмического зондирования в районе Ключевской группы вулканов эти слои залегают на глубинах 25-40 км.

Система магматических очагов, располагающаяся под Ключевской группой, проявила себя во время Толбачинского извержения. Оказалось, что в поперечнике область очагов здесь достигает 80 км, а их объем измеряется тысячами кубических километров. Промежуточные очаги были непосредственным источником базальтов Толбачинского извержения. Магма накапливается в очагах под зонами трещин Плоского Толбачика несколько сотен лет, а затем вытекает из них за сравнительно короткие промежутки времени (несколько месяцев или несколько лет) при крупных извержениях. Предыдущее извержение такого типа происходило здесь, по-видимому, в 1740г., во времена знаменитого исследователя Камчатки С.П. Крашенинникова.

По мере накопления магмы давление в очаге постепенно повышается. Когда избыточное давление достигает нескольких сот атмосфер, в кровле очага возникают трещины, и магма начинает быстро внедряться в них. Трещины (в геологии их называют дайками), заполненные магмой, растут вверх. Наступает стадия образования питающих каналов трещинного извержения.

Механика образования и роста трещин, возникающих в горных породах при закачке в них вязкой жидкости, достаточно хорошо изучена в горном деле. “Толщина” дайки зависит от упругих свойств пород и пропорциональна избыточному давлению магмы в трещине. По расчетам и геологическим данным, толщина базальтовых даек колеблется в пределах от 0,6 до 6 м (преимущественно от 1 до 2 м).

Температура базальтовых магм — 1100-1300 °С; у горных пород, окружающих растущие дайки, она меняется от нескольких сотен градусов в глубине земной коры до температуры воздуха у поверхности. Для того, чтобы, поднимаясь с глубины 25-40 км, магма не застыла в тонких дайках, ее течение должно быть достаточно быстрым. Его минимальная скорость, найденная из уравнения теплового баланса, для дайки толщиной 1 м должна быть не менее нескольких сантиметров в секунду. В действительности, скорость может достигать 0,5 м/с. В Исландии доводилось наблюдать, как концы трещин базальтовых извержений вспарывают земную поверхность примерно с такой скоростью.

Новые трещины рассекают напряженный массив горных пород, в нем меняется поле напряжений, вокруг растущей дайки происходят сколы, подвижки, порождаются рои землетрясений. Она поднимается вверх как бы в облаке, в ореоле землетрясений. Их рой — главный предвестник трещинных извержений — свидетельствует о том, что начался рост новых даек.

Количество и особенно сила землетрясений в рое дают представление о горизонтальной протяженности новых даек. Ослабление роя говорит о том, что либо дайка останавливается, либо массив пород рассечен до конца, магма близка к поверхности и скоро может начаться извержение.

Течение магмы на малых глубинах часто сопровождается характерной вибрацией — “вулканическим дрожанием”. Если оно появилось при спаде роя, то вероятность того, что скоро начнется извержение, значительно повышается.

То, что подготовительный этап трещинного извержения выглядит именно так, выяснилось в полной мере при исследовании Большого трещинного Толбачинского извержения.

Рой предшествовавших ему землетрясений начался 27 июня 1975 г. (рис. 2). Будучи одним из самых сильных в Ключевской группе за 30 лет инструментальных наблюдений и располагаясь под очень активной зоной трещин и полосой моногенных базальтовых конусов, он сразу привлек к себе большое внимание. Глубины очагов землетрясений варьировались от 6 до 30 км и со временем уменьшались. 2 июля было зарегистрировано довольно сильное землетрясение (его магнитуда — 5,5). 3 июля рой стал утихать.

Рис. 2. Эпицентры землетрясений, предварявших извержение (первый рой) — кружки. 1 — вулканы Плоский и Острый Толбачик; 2 — кальдера обрушения Плоского Толбачика; 3 — зона “ареального” вулканизма; 4 — главные конусы извержения 1975—1976 гг. (римские цифры — их номера); 5 — сейсмические станции. Определение глубины очагов имеет разной величины ошибку.

Обстановка была правильно оценена заведующим лабораторией прогноза и механизма извержений Института вулканологии П.И. Токаревым, который опубликовал в газете “Камчатская правда” предупреждение о приближающемся вулканическом извержении в этом районе. Прогноз оказался верным. 

6 июля 1975 г. в 9 часов 45 минут по местному времени в 18 км юго-западнее вулкана Плоский Толбачик открылась трещина длиной около 600 м, и над ней выросла стена огня. Вскоре она разбилась на отдельные фонтаны раскаленного пирокластического материала (вулканические бомбы, шлак, пепел), вокруг которых стали быстро образовываться небольшие шлаковые конусы. Через несколько часов осталось только одно жерло — кратер конуса I извержения.

В начальной стадии извержения расход пирокластики был практически постоянным — примерно 170 т/с. Диаметр жерла конуса I в его верхней части составлял несколько десятков метров. Раскаленная газо-пирокластическая струя вырывалась из жерла со скоростью 200-300 м/с (и более) и образовывала “свечу” высотой до 2 км (рис. 3). Из-за сопротивления воздуха скорость струи падала с

Рис. 3а и 3б. Фонтанирующая струя конуса I в первые недели его деятельности (в сумерках и ночью). Высота видимой части раскаленной “свечи”.около 800 м.

высотой, но на высоте 1-2 км начинала вновь возрастать после того, как раскаленный пепел отдавал свое тепло вовлеченному в струю воздуху. Здесь подъем вещества по инерции сменялся подъемом свободно восходящей турбулентной струи, которая, расширяясь, поднималась вверх на 8-9 км, иногда на 12 и более, и вытягивалась по ветру на расстояние до 1500 км.

Струя извержения обладала огромной тепловой мощностью: в среднем около 150 млн. кВт, а в отдельные дни и значительно больше. На рис. 4 показана струя в один из тех дней, когда извержение достигло максимальной силы. Высота конуса — около 300 м — определяет масштаб на снимке. Видно, как в турбулентную струю втягивается пыль, поднятая вулканическими бомбами на склоне конуса I.

Рис. 4. Турбулентная струя газов и пирокластики конуса I при усилении его деятельности (29 июля 1975 г., 24-й день извержения).

За первые 22 дня извержения, равномерно увеличиваясь, вырос (насыпался) огромный конус I (впоследствии он был назван вулканом Горшкова в честь блестящего советского вулканолога, долгие годы работавшего на Курильских островах и Камчатке). Однако лава не появлялась.

Геодезические измерения показывали, что местность вокруг конуса повышается. Позднее подъем его основания сменился опусканием. Это произошло, когда, наконец, потекли лавовые реки. Отсюда был сделан вывод, что на небольшой глубине под конусом накапливалась магма, потерявшая часть своих газов через жерло. Спустя три недели после начала извержения накопилось так много дегазированной магмы (эпимаг-мы), что она стала внедряться в тело конуса I и прилегающие к нему шлаковые конусы прежних извержений, а в кратере конуса I появились лавовые всплески.

Под напором эпимагмы конус дал трещины, и в его склонах появились провалы (рис. 5). Большая трещина (на рис. 5 справа от кратера) рассекла конус от его южного до северного подножия. После этого отсеченная западная часть конуса, расположенная ниже по склону (справа на рис. 5), стала оплывать. Началось разрушение конуса I, которое остановилось только тогда, когда лава стала вытекать из него.

Рис. 5. Трещины и провалы в конусе I (28 июля 1975 г., 23-й день извержения). Он оплывает вправо перед образованием лавовых бокк у его подножия

Первый большой лавовый поток появился на 24-й день извержения из Южной бокки ¹    (рис. 6). Его исток находился на склоне соседнего шлакового конуса, который возник при подобном извержении более тысячи лет тому назад.

	Рис. 6а и 6б. Первый лавовый поток конуса I, появившийся из Южной бокки (29 июля 1975 г., 24-й день извержения). Она образовалась на склоне соседнего шлакового конуса, который возник при одном из предыдущих подобных извержений. На Рис. 6а. несколько увеличенное изображение 1 Отверстие на склоне или у основания вулкана, откуда вытекает лава.

 За несколько часов склон был рассечен трещинами. Значительная его часть поднялась на 30 м и сдвинулась на 50 м, после чего возникло небольшое серповидное ущелье, из которого потекла лава.

Через четыре дня с северной стороны конуса I образовался другой исток — Северная бокка (рис. 7).

Рис. 7. Лавовый поток конуса I из Северной бокки (ночь 2 августа 1975 г., 28-й день извержения). Она появилась под провалом, который виден на рис. 5. Лава “водопадом” течет из бокки, а затем разливается широким “языком”.

Базальтовая лава обоих потоков была довольно вязкой (10⁶-10⁷ П) и текла вниз по склону со скоростью 120-200 м/ч. Температура лавы была 1050-1100 °С. Потоки лавы, сжигая лес, неумолимо двигались к главному лагерю экспедиции и через два дня после открытия Южной бокки подошли к нему, преодолев 4 км холмов, распадков и скал (рис. 8).

Рис. 8. Лавовый поток конуса I на расстоянии 4 км от его истока — Южной бокки (31 июля 1975 г., 26-й день извержения).

Лавовые потоки конуса I текли 11 дней. Утром 9 августа он утих после 35 дней деятельности. Его высота превышала 300 м, а объем достиг 0,133 км³. В последние дни извержения конус I работал не так ровно: появились длинные паузы, происходили сильные взрывы, а 8 августа он выбросил около 10⁷ м³ светлого базальтового пепла иного состава.

Возникает естественный вопрос, почему прекратилось извержение конуса I и случайное ли это явление или закономерное?

Толбачинское извержение продолжалось еще 14 месяцев, так что истощение магматического очага не могло быть причиной остановки. Примечательно, что конус II, возникший рядом с конусом I, действовал почти такое же время - 38 дней и достиг почти тех же размеров. Причина прекращения их работы должна была быть связана с закономерными изменениями питающих их каналов в ходе извержения.

Как уже отмечалось, избыточное давление магмы в очаге сравнительно невелико - несколько сотен атмосфер. Она может подняться по дайке в сжимающих ее породах в несколько раз выше, чем по открытому жерлу. Плотность магмы около 2,5 г/см³ и ее столб высотой порядка 1 км в жерле вулкана оказывается достаточно тяжелой пробкой, способной остановить извержение. Когда жерло доходит до некоторой критической глубины, оно закупоривается, и магма должна пробивать новые выводные трещины.

И в самом деле, через 12 часов после остановки конуса I в 700 м севернее его центра стала раскрываться новая трещина, длина которой достигла 400 м (рис. 9). Вдоль нее вновь образовалась стена огненных фонтанов, которые вскоре стянулись к центру, после чего стал расти конус II.

17 августа 1975 г. севернее конуса II подобным образом возник конус III, а 21-22 августа к северо-западу от конуса II образовалась новая система трещин, конус IV и ряд мелких конусов (рис. 9, 10). Позднее геодезические наблюдения показали, что конус III, живший одну неделю, был сателлитом конуса II.

Рис. 10. Изменения расстояний (горизонтальные деформации — сжатие и растяжение), связанные с образованием питающих трещин Северного прорыва в июле —августе 1975 г., вдоль светодальномерных линий, отмеченных на рис. 9 арабскими цифрами. Линии 12—10 и 12—11 пересекали трещины. Линии 7—15, 7—16, 7—6 проходили западнее трещин. Отмечены следующие моменты извержения: ЮБ — образование Южной бокки, СБ — образование Северной бокки, ФСБ — фонтанирование Северной бокки, II — образование конуса II, Т-П — раскрытие трещин перед образованием конуса III, III — образование конуса III. Римскими цифрами внизу отмечены периоды деятельности конусов I, II и III.

Образованию конусов II и III предшествовали рои землетрясений, сходные с наблюдавшимися перед началом извержения. Они позволили предсказать место и, с точностью до дня, время образования конуса III. Свидетелями достоверности прогноза оказались телекорреспонденты и журналисты ГДР, Польши и Чехословакии, которые приехали в лагерь вулканологов утром 17 августа. Узнав о прогнозе, они прибыли на место, где ожидалось появление нового вулкана, и увидели его рождение вечером того же дня.

При образовании питающих даек конусов II и III удалось выполнить уникальные светодальномерные наблюдения. К 26 июля стало ясно, что извержение имеет трещинную природу, благодаря чему уже за две недели до образования конуса II были начаты измерения расстояний между выбранными точками в районе будущего выхода даек конусов II и III (рис. 9 и 11). Эти точные светодальномерные наблюдения дали много ценных результатов. Оказалось, что основные горизонтальные деформации, вызванные внедрением новых даек, происходят в течение нескольких часов до и после начала извержения. Затем трещины смыкаются, что свидетельствует об упругой природе деформаций. Сжатие пород по обе стороны от трещины показывает, что ее ширина была примерно 1,1 м, а избыточное давление магмы и газов в ней менялось в пределах 100-250 атм.

Рис. 11. Одна из трещин, связанных с образованием малых конусов Северного прорыва (21—22 августа 1975 г.). Трещина на глубине уже, чем на поверхности, где ее края осыпаются. Видны оголенные ветви погребенных сосен кедрового стланика

Конус II действовал столь же бурно и рос так же быстро, как и конус I (рис. 12).

Среди вулканических бомб конуса II часто встречались овоиды (рис. 13) с поперечными размерами от нескольких сантиметров до полуметра и более. Внутри таких бомб находились угловатые обломки различных пород. Иногда это были очень мягкие вулканогенно-осадочные породы с ископаемыми раковинами или отпечатками листьев раннечетвертичных ив. Обломки были покрыты несколькими слоями мелких спекшихся базальтовых частиц, придававшими бомбе округлую форму. Овоиды образуются в раскаленной пепло-газовой струе извержения из обломков, на поверхность которых навариваются раскаленные частицы базальта. Появление таких бомб свидетельствовало о том, что скорость струи, вырывавшейся из кратера конуса II, достигала сотен метров в секунду. Обнаружение овоидов на некоторых соседних конусах прежних извержений указывает на то, что они действовали подобно конусам I и II Толбачинского извержения.

Рис. 13. Овоид. Такие вулканические бомбы образовывались из угловатых обломков в раскаленной пеплогазовой струе конуса II, имевшей скорость порядка 300 м/с (слева- апельсин, “задающий” масштаб).

Вулканические бомбы и крупные куски вулканического шлака падали преимущественно на склоны конуса и наращивали их. За пределами конусов Новых Толбачинских вулканов выпадали мелкие камешки-лапилли, вулканические гравий, песок и пепел. Песок уносился на расстояние до 20 км от кратеров, пепел - еще дальше. Вокруг конусов I, II и III выпало 0,68 км³ шлаков и пепла.

На расстоянии до 100 км растительность была покрыта слоем пепла (для многих видов растений - ядовитого). Ближе к конусам под вулканическими шлаками и пеплом были погребены оленьи пастбища и заросли кедрового стланика, погибли мелкие животные и птицы, деревья лишились листьев, ветвей и коры (рис. 14-16). Во все стороны от конусов на расстоянии в несколько километров перелески превратились в каменную пустыню, черная поверхность которой напоминала лунный ландшафт.

Рис. 14. Шлакопад конуса II (3 сентября 1975 г.). Вокруг него расстилается мертвая равнина, засыпанная пеплом и мелким шлаком. Расстояние до конуса около 5 км.

Рис. 15. Чайка, погибшая под шлакопадом конуса II (3 сентября 1975 г.).

Рис. 16. Деревья, пострадавшие от шлакопада (5 сентября 1975 г., 62-й день извержения). Действует конус II.Его заслоняет конус I; на его склонах видны следы грязевых потоков (стекавшего “белого пепла”, намокшего после дождей). Расстояние до конуса I — около 2,5 км

Конус II со дня своего образования изливал лаву. Главный ее поток устремился на запад и вынес стенку кратера, образовав его ворота. Из-за этого кратер приобрел форму подковы, что видно на рис. 9.

На поверхность потока в кратере и в воротах падал раскаленный пирокластический материал (рис. 17), а несколько дальше от кратера -

Рис. 17. Ворота кратера конуса II (4 сентября 1975 г., 61-й день извержения, 27-й день работы конуса II).

остывший шлак, который образовывал временами плотное покрытие, позволявшее пересечь лавовую реку. Ширина главного потока конуса II превышала местами 1 км, длина достигла 5 км, а толщина — 80-90 м (рис. 18). Он был вязким, и скорость его продвижения доходила всего до нескольких десятков метров в сутки.

Рис. 18. Внешний осыпающийся борт лавового потока конуса II на расстоянии 4 км от кратера (31 августа 1975 г., 57-й день извержения, 23-й день работы конуса II). Высота борта — около 50 м. Вдали — фонтанирующая струя конуса II.

Через два месяца после начала извержения образовался ряд Новых Толбачинских вулканов (рис. 19).

Рис. 19. Ряд больших конусов Северного прорыва Толбачинского извержения через два месяца после его начала (3 сентября 1975 г., 60-й день извержения). Справа налево — конусы I, II и III; их высоты соответственно — 310, 270 и 120 м (над поверхностью до извержения). Действует конус II. Правее него — борт лавового потока и дымка газов над его руслом. На переднем плане — погибшие заросли кедрового стланика.

В последнюю неделю извержения конуса II его деятельность стала меняться. Фонтанирование сменяли длинные паузы, жерло прочищалось взрывами, грохот которых напоминал выстрелы гигантского орудия. Временами усиливался опасный тяжелый шлакопад (рис. 20). Видимо, глубина жерла конуса II также становилась критической, и оно вскоре должно было закупориться столбом лавы и обломков пород.

Рис. 20. Усиленный шлакопад конуса II в последние дни его деятельности (10 сентября 1975 г., 67-й день извержения, 33-й день работы конуса II).

Однако главная перемена касалась состава базальтов. 7-8 сентября у подножия конуса открылось пять небольших бокк, лава которых была значительно более жидкой, чем прежде в главном потоке. 11 сентября образовались новые бокки, и из них полились стремительные базальтовые реки, каких еще не было в Северном прорыве. Это было поразительно красивое зрелище (рис. 21). Широкие лавовые потоки глубиной всего в 1 м потекли по пологим склонам Толбачинского дола со скоростью 1 км/ч. Новая лава заполнила русло прежнего главного потока и глубоко прорезала его. Деятельность конуса II закончилась 15 сентября 1975 г.

Рис. 21. Появление жидких базальтовых лав другого состава из бокк конуса II (11 сентября 1975 г., 68-й день извержения, 34-й день работы конуса II).

 I, II, III, IV и малые конусы действовали 72 дня. Конусы I и II были очень крупными для моногенных базальтовых вулканов. Их высота в конце извержения соответственно - 310 и 290 м (впоследствии они уменьшились примерно на 10 м вследствие оседания). Общий объем конусов I, II и III - 0,26 км³. Объем их лавовых потоков - 0,32 км³, а объем шлака и пепла, отложенных за пределами конусов, - 0,68 км³. Таким образом, общий объем продуктов извержения достиг 1,26 км³.

Позже эта группа конусов была названа Северным прорывом. Его деятельность сама по себе была бы одним из крупнейших вулканических извержений XX в. Однако она оказалась только первой стадией Большого трещинного Толбачинского извержения. Важные события развивались к северу и югу от Северного прорыва.

 Образование новой вершинной кальдеры на вулкане Плоский Толбачик

До извержения на вершине Плоского Толбачика на высоте 3 км находилась неглубокая кальдера² диаметром 3,8 км. В ее юго-западной части располагался колодцеобразный кратер диаметром 380 м и глубиной 170 м, характерный для базальтовых вулканов гавайского типа. Иногда на его дне появлялось лавовое озеро. 28 июня во время роя землетрясений, предшествовавших Толбачинскому извержению, а также позднее, в переломные моменты работы Северного прорыва и вплоть до образования конуса III 17 августа, в колодцеобразном кратере происходили выбросы пепла. В конце июля его дно покрылось трещинами. Затем постепенно произошло огромное обрушение. В сентябре вместо прежнего кратера появилась новая вершинная кальдера диаметром 1700 м, глубиной 400-500 м и объемом 0,35 км³.

² Циркообразная впадина диаметром более 1 км, которая образуется при взрыве вулкана или его провале в собственный магматический очаг, опустевший вследствие извержения.

В провал обрушилось много льда, после таяния которого образовалось озеро (рис. 22). На дне и в стенках кальдеры было много фумарол (выходов газа и пара). Иногда происходили слабые паровые взрывы, однако заметных извержений в новой кальдере не наблюдалось.

	Рис. 22а. и рис.22б. Вершинная кальдера, возникшая на вулкане Плоский Толбачик вместо прежнего колодцеобразного кратера. На ее дне видны фумаролы и озеро, которое появилось после таяния льда. 4июля 1976 г., через год после начала извержения.

По всей вероятности, обрушение кратера Плоского Толбачика произошло из-за оттока магмы в систему очагов и каналов, которая сообщалась с питающими очагами и трещинами Северного прорыва, расположенного на 2 км ниже вершины вулкана.

Перетекание базальтов из вершинной кальдеры вниз вдоль зоны радиальных трещин - распространенное явление. Достоверно установить, произошел ли отток примерно 0,25 км³ базальтов из-под вершины Плоского Толбачика по трещинам в сторону Северного прорыва или по питающему каналу этого вулкана вглубь, нам не удалось. Однако в любом случае явная взаимозависимость событий, происходивших на Северном прорыве и на вершине вулкана, была очень интересной. Она показала возможность гидравлической связи магматического очага, находящегося под вершиной Плоского Толбачика, с конусами Северного прорыва через промежуточные очаги, лежащие на глубинах 25-40 км.

 Южный прорыв. Остановка извержения

16-17 сентября землетрясения сосредоточились на глубинах до 5 км на участке, находящемся в 10 км южнее Северного прорыва, показывая, что здесь, вероятно, идет образование новых даек. 17 сентября рой стал стихать, а 18 сентября вулканологи четвертый раз убедились в правдивости сейсмических предвестников: возле центра роя началось извержение из новой трещины (см. рис. 1). Ее длина была около 600 м. Вдоль нее выросла цепочка маленьких шлаковых конусов, которые за несколько дней слились в один конус.

Базальты Южного прорыва содержали меньше магния, больше щелочей и алюминия, чем основная часть базальтов Северного и, главное, имели в 100 раз меньшую вязкость (10⁴-10⁵ П). Средний расход магмы (ее плотность — 2,8 г/см³) снизился со 110 м³/с в Северном прорыве до 20 м³/с в Южном. Эти различия определили совершенно иной характер извержения в Южном прорыве.

В кратере сравнительно небольшого шлакового конуса происходило 5-15 взрывов или лавовых всплесков в минуту с высотой выброса около 200 м (рис. 23, 24). Такая активность называется “стромболианской” по имени вулкана Стромболи (остров Стромболи, недалеко от Сицилии), для которого она типична.

	Рис. 23. Слабая взрывная деятельность конуса Южного прорыва (11 ноября 1975 г., 129-й день извержения). Высота конуса - 120 м. Справа от него - широко растекшиеся лавовые потоки.
	Рис. 24. Всплески лавы в кратере конуса Южного прорыва (“стромболианская” деятельность): высота выброса - 100-200 м (12 ноября 1975 г., 130-й день извержения).

Шлаковый конус скоро достиг своей предельной высоты - 160 м. Его объем был невелик - 0,012 км³.

Скрытые лавовые потоки, выходившие из-под конуса, оттаскивали вниз под уклон местности большие блоки и целые его сегменты, образуя своеобразные пирокластические холмы (рис. 25). 

Рис. 25. Конус Южного прорыва в день годовщины Толбачинского извержения 6 июля 1976 г. Высота конуса - 160 м. Вокруг него - лавовые потоки. Справа - пирокластические холмы, образованные из материала конуса и движущиеся вправо вниз со скоростью около 1 см/ ч. На переднем плане - “старая” лава, присыпанная пеплом.

У подножия конуса, в основном на обрывах пирокластических холмов, возникали истоки быстрых лавовых рек (рис. 26, 27), исчислявшихся десятками. Скорость течения лавы в них часто достигала 0,5 м/с, а на перекатах и 2 м/с.

Рис. 26. Исток лавовой реки в пирокластических холмах возле конуса Южного прорыва (9 июля 1976 г., 370-й день извержения). В истоке происходят слабые взрывы, подбрасывающие комки лавы на 10-15 м.	Рис. 27. Базальтовая лавовая река, вытекающая из склона конуса Южного прорыва (2 августа 1976 г., 394-й день извержения).

На Южном прорыве сотни раз образовывались лавовые трубы. Они характерны для базальтовых рек. Быстрый базальтовый поток плавит и размывает свое ложе; он углубляет свое русло на метры за день. Сверху же образуется корка из застывшей лавы, и лавовая река уходит в трубу, тоннель (рис. 28). Потери тепла при этом резко уменьшаются, а лава течет по тоннелю многие километры, почти не остывая. Затем она может снова вынырнуть, появиться на поверхности растущего лавового поля или покрова. Нередко так происходит, когда труба обрушивается или закупоривается иным способом. Накапливающаяся лава поднимает кровлю, на поверхности покрова, сложенного напластованиями застывшей лавы, появляется вздутие, при прорыве которого возникают вторичные лавовые потоки (рис. 29).

Рис. 28. Лавовая река, уходящая в лавовую трубу (23 октября 1976 г., 476-й день извержения). Скорость течения лавы около 1м/с. Ширина потока около 5 м. Дымка — вулканические газы.

Рис. 29. Появление вторичных лавовых рек (всего их было 13) из вздутия, возникшего в лавовом покрове Южного прорыва (9 июля 1976 г., 370-й день извержения). Позже кровля вздутия осела.

Лавовые потоки широко растекались от конуса Южного прорыва по пологой местности. Они покрыли 36 км². Здесь наблюдалось все многообразие базальтовых лавовых потоков - от стекловатых канатных возле конуса до глыбовых на краях лавового покрова (рис. 30, 31).

Рис. 30. Поверхность жидких лавовых потоков возле конуса Южного прорыва (31 августа 1976 г., 423-й день извержения).	Рис. 31. Глыбовые лавы на краю лавового покрова Южного прорыва в 9 км от его конуса.

Средняя толщина лавового покрова Южного прорыва достигла 30 м, а его объем - 0,97 км³.

Примечательно, что примерно половина базальтов внедрилась в лавовый покров, не показываясь на его поверхности. Столь большие размеры “скрытого стока” были неожиданностью.

Сила извержения Южного прорыва постепенно убывала к концу 1976 г. В начале декабря его конус стал обрушиваться, базальты, выжатые из-под него, образовали свод у его подножия (рис. 32). 10 декабря 1976 г. извержение прекратилось.

Рис. 32. Конец извержения Южного прорыва. Конус обрушился; лава, выжатая из-под конуса, образовала свод у его подножия (на переднем плане).

Сразу после остановки извержения возобновились землетрясения. В течение 20 дней они перемещались вдоль линии Толбачинского извержения то на юг (на 15-20 км), то в обратном направлении, но магма так и не смогла снова пробиться на поверхность.

Последующие исследования механизма внедрения даек и трещинных извержений показали, что появление жидких базальтов и длительное сравнительно вялое течение извержения в Южном прорыве были закономерными.

Если магматический очаг перед извержением находился под определенным избыточным давлением, а сопротивление выводного канала течению магмы остается постоянным в ходе извержения, то расход магмы со временем довольно быстро убывает по экспоненциальному закону. Однако давление магмы и скорость ее течения по каналу падают пропорционально ее расходу. В свою очередь, толщина питающей дайки пропорциональна давлению, а расход магмы в дайке очень сильно зависит от ее толщины. В итоге, если считать вязкость магмы неизменной, то расход последней оказывается пропорциональным четвертой степени давления. В этом случае небольшое его снижение в очаге и соответствующее уменьшение толщины питающей дайки должны быстро останавливать извержение.

Длительная “разгрузка” магматического очага по экспоненциальному закону возможна при двух условиях: во-первых, если начальная питающая дайка в ходе извержения заменяется округлым каналом (диаметр канала уже практически не зависит от давления) и, во-вторых, если вязкость магмы уменьшается по ходу извержения хотя бы пропорционально кубу давления. Уменьшение вязкости магмы в Южном прорыве по сравнению с Северным и замена питающей трещины жерлом (и, вероятно, круглым каналом на глубине) позволили Толбачинскому извержению длиться 524 дня.

Расчеты показывают, что главной причиной остановки извержения было падение избыточного давления в магматическом очаге, а не застывание канала, по которому поступала магма. В ходе извержения давление снизилось со 100-250 до 10 атм или до еще меньшего значения. Если бы Большое трещинное Толбачинское извержение продлилось еще около 200 дней, то теоретически расход магмы в его канале мог бы снизиться до 0,2-0,3 м³/с и стал бы равен ее притоку из мантии в промежуточный очаг на глубине 25-40 км. В этом случае, на месте Южного прорыва стал бы постепенно расти новый постоянно действующий базальтовый щитовой вулкан. Этого не случилось. Тем не менее, размах и геологические последствия извержения были огромными.

Активная область Большого трещинного Толбачинского извержения протянулась на 28 км от Плоского Толбачика до конуса Южного прорыва. Вдоль нее выросла цепь крупных шлаковых конусов — Новые Толбачинские вулканы. Вокруг Южного прорыва образовался базальтовый лавовый покров. Лавы залили площадь около 45 км². Общий объем изверженных лав, шлаков и пепла достиг 2,3 км³. В атмосферу было выброшено около 10⁸ т вулканических газов.

После окончания последнего роя землетрясений в районе извержения началась поствулканическая деятельность. На крупных конусах интенсивно образуются возгоны - различные минералы, вынесенные в газообразном состоянии из трещин или лавового потока, либо возникшие в результате взаимодействия вулканических газов между собой или со шлаками (рис. 33). Идет оседание конуса и опускание местности вокруг них. Эти процессы будут продолжаться десятилетия.

	Рис. 33a и 33b.  Поствулканические процессы на конусе I (июль 1977 г.) и конусе II (апрель 1976 г.) Северного прорыва - обильное образование возгонов на их гребнях.

Как мы уже говорили, Большое трещинное Толбачинское извержение стало одним из трех наиболее изученных крупных извержений. Оно дало возможность исследовать ряд особенностей и черт, присущих базальтовому вулканизму. Впервые удалось много узнать о механизме сложного большого извержения. Эти сведения помогут более детально изучить природу вулканических явлений. Извержения, подобные Толбачинскому, бывают не каждое столетие. Фактические данные, накопленные в ходе обширных наблюдений Большого трещинного Толбачинского извержения, послужат поколениям.

В заключение автор вновь выражает благодарность и признательность участникам Толбачинской экспедиции.