Сейсмические наблюдения позволяют фиксировать возникновение роя землетрясений с большей величиной сейсмического момента и с более низкочастотным излучением; изменения в рое землетрясений непосредственно перед извержением; вулканическое дрожание — как краткосрочный (за месяц) предвестник побочных извержений. Землетрясения в верхней мантии служат среднесрочным (менее чем за год, но более, чем за месяц) предвестником, а связь извержений с 19-летним лунным приливом — долгосрочным (более чем год) предвестником. Соблюдение принципа технологической открытости ГИС «Вулканоопасность» позволяет подключать новые базы данных, наращивать производительность программно-аппаратного комплекса системы. Большое значение для системы имеет классификация вулканических извержений. Обычно используют три основные характеристики. Первая — масштаб (объем изверженных продуктов), по этому признаку они подразделяются на пять классов: более 100 км3; 10—100 км3; 1 — 10 км3; до 1 км3; менее 0.1 км3. Важен состав извергаемого материала, от которого зависят механизм и динамика извержения: эффузивная — излияние лавы, экструзивная — выжимание лавовых куполов, эксплозивная — взрывная, комплексная. По интенсивному затуханию сейсмических волн или по положительным гравиметрическим аномалиям под вулканами, наряду с глубоко залегающим слоем судят о существовании «промежуточных» магматических очагов («периферических» вулканических очагов или «интрузий» под вулканами), характерных для всех современных вулканических областей. На Камчатке и Курильской гряде подобные очаги располагаются как на глубинах от 30 до 60 км, так и от 2 до 20 км. На Гавайском архипелаге подобные очаги зафиксированы и под потухшими вулканами. Для вулкана Килауэа (США, Гавайи) и ряда других на основании гравиметрических, магнитометрических, электроразведочных исследований и результатов изучения деформаций земной поверхности во время извержений сделан вывод о наличии магматических камер на глубинах от 1.5 — 2 до 5—6 км. Близость к современной поверхности магматического очага установлена и на вулкане Эльбрус. Для субвулканических интрузий (бывших периферических вулканических очагов с размерами в поперечнике не более 10 км) характерная глубина формирования составляет от нескольких сотен метров до нескольких километров. Магма из очагов к поверхности поступает по более мелким разломам, о чем свидетельствует линейное расположение вулканов, шлаковых конусов и кратеров. В районе вулкана Плоский Толбачик на Камчатке протяженность их ареальной зоны достигает 60 км. Нередко по ра-диально расположенным разломам развиваются дайки (участки застывшей магмы).
Большое значение при извержении играет вязкость лавы, которая зависит не только от химического состава, но и от температуры лавы, а также от количества растворенных в ней летучих компонентов. В глобальном масштабе извержения подразделяются на подводные (глубоководные) и наземные (вместе с мелководными), к которым относятся вулканы Большого Кавказа и Курило-Камчатской островной дуги.
Особую опасность по масштабам смешанных извержений и сопутствующих явлений представляют стратовулканы («сложные конусы»), к которым принадлежит большая часть вулканов России (рис.6). К ним относятся взрывы различных углов наклона струи (вертикальные, крутонаклонные, косые). Изверженный обломочный материал при этом обычно задерживается на склоне вулканического конуса или в пределах кальдеры, но иногда крупные обломки, температура которых достигает 600°С, распространяются на расстояние до 7 км. При наклонном взрыве (угол с горизонтом менее 60°) ударное и термическое действие газовой струи может проявляться на расстоянии до 30 км — вулкан Безымянный (1956). Со взрывами направленного действия часто связаны палящие тучи с температурой до 900°С (например, зарегистрированные на вулкане Шивелуч, 1964). Они могут распространяться на расстояние до 20—30 км от вулкана со скоростью до 90 км/ч. Базисные (приповерхностные) волны — потоки горячего относительно свободного от пепла воздуха — могут пробегать несколько километров со скоростью 20—30 м/с. Возникновение их обычно связано со взрывами, стимулированными водой. Помимо воды и газов они включают окись и двуокись углерода. Во время извержения вулкана Килауэа (1790) отряд гавайских воинов был настигнут такой волной (тела были обожжены, но не покрыты пеплом). Извергаемый мелкообломочный материал (пепел) способен переноситься верхними потоками воздуха на большие расстояния или двигаться вниз по склонам вулкана. При извержении вулкана Безымянный (1956) пепел распространился на расстояние до 18 км, вулкана Шевелуч (1964) — более 15 км, вулкан Карымский с 1996 г. периодически извергает пепел на высоту до 4.5 км. При этом крупные потоки засыпают мелкие формы рельефа, нивелируя местность и совершенно изменяя ее облик. Так произошло при извержении вулкана Алаид на Курилах в 1972 г. При извержении вулкана Катмаи (США, Аляска) в 1912 г. 21 км выброшенного пепла засыпал толстым слоем тысячи квадратных километров. Под тяжестью пепла обрушились крыши домов в городе Кадьяка (в 160 км от вулкана). Извержение пепла из вулкана Ирасу (Коста-Рика) в 1964 г. причинило ущерб на сумму 150 млн долл. На Северном острове (Новая Зеландия) вулканическими горными породами (ингимбритами) было выстлано 25 тыс. км2 толщиной в несколько сотен метров. Последние крупные извержения пепла (125 и 1000 гг.) здесь поступали из двух кальдер (вулкан Таравера). Около 16 тыс. римлян погибло в Помпеях (79 г.) предположительно от удушья в насыщенном пеплом воздухе. Пепло-газовые вулканические столбы — следствие мощной и более или менее продолжительной эксплозивной деятельности зафиксированы при извержениях вулканов Камчатки. Температура основания подобного столба, образовавшегося при извержении Толбачика, оценена оптическим пирометром примерно в 1000°С. Смертельная комбинация высоких скоростей и температуры делает газонасыщенные пепловые потоки одним из самых страшных вулканических явлений. Наблюдаются также электрические разряды — многочисленные молнии длиной в несколько километров, прорезающие пеплово-газовые тучи. При извержении вулкана Ключевской на Камчатке в 1966 г. были замечены «огни святого Эльма» и шаровые молнии. Что касается лавовых потоков, они обычно характеризуются небольшой длиной (5—10 км) и малыми скоростями распространения (до 1 км/ч), но температура лавы может достигать 1000°С. Исключения: длина потоков, например, у кратера Билюкай (вулкан Ключевской, 1938 г.) — 16 км, на вулкане Толбачик — до 40 км. Большую опасность представляют грязевые потоки, сопутствующие извержениям с выбросом больших количеств раскаленных обломков, лавинами раскаленного рыхлого материала, палящими тучами. Обычная скорость грязевого потока составляет до 60 км/ч, а распространение — на расстояние до 80 и более километров. Три грязевых потока, которые погребли Геркуланум (79 г.), в сумме достигали 24-метровой мощности. Потоки вулкана Келут (Индонезия, о. Ява) — 30 млн м3 воды, смешанной с пеплом, — в 1919 г. уничтожили около 130 км2 сельскохозяйственных угодий и унесли жизни 5 тыс. жителей. При извержениях вулканов Камчатки грязевые потоки представляют наиболее реальную угрозу. Радиус опасной зоны (вдоль отрицательных форм рельефа) в зависимости от конкретных условий (силы извержения, характера рельефа и т.п.) колеблется от 30 до 90 км. Не меньшую опасность представляют бурные, насыщенные льдом потоки, возникающие при извержении вулканов, покрытых ледяными полями или при сильном прорыве воды из запруженного ледником кратерного озера. При ледниковом наводнении 1934 г., имевшем место в долине р. Скейдара (Исландия), на широкие равнины между ледником и морем были вынесены громадные (до 30 м высотой) глыбы льда, а образовавшиеся волны прокатились на сотни километров вдоль побережья. Нередко катастрофические последствия вызывают крупные обрушения, сопровождающие формирование вулканических кальдер. Как считают некоторые ученые, одно из них, произошедшее около 1500 г. до н. э. на о. Санторин в Эгейском море, привело к полному затоплению большого города. Это событие совместно с разрушительным цунами, пронесшимся над прибрежными городами Кипра и Малой Азии, сыграло немалую роль в закате крито-минойской культуры Греции. В настоящее время установлено, что вулканы сами часто предупреждают о грозящем извержении. На горе Мон-Пеле (о. Мартиника в Центральной Америке) за месяц до извержения, произошедшего 8 мая 1902 г., начались выбросы небольших количеств пепла, чувствовался запах серы, а затем начались подземные толчки. Микросейсмические толчки начали предупреждать жителей Помпеи за пять лет до начала извержения горы Сомма (79 г. н.э.). Извержение горы Ламингтон (Папуа—Новая Гвинея) в 1951 г. (после 12.5 тыс. лет покоя) опустошило 190 км2 джунглей с рассеянными среди них деревнями и за 12 ч погубило 3 тыс. чел. Предупреждающими сигналами были обвалы внутри кратера, несколько землетрясений и выброс небольшого количества пепла в течение пяти дней до начала основного извержения. В кульминационный момент насыщенное пеплом грибообразное облако за несколько минут поднялось на 16 км и одновременно пенистая эмульсия газа и пепла начала изливаться из кратера, главным образом из пролома в одной из стенок. Затем она превратилась в пепловый поток, который пронесся по склонам горы в направлении предгорных равнин. В течение последующих шести недель пеплом было засыпано большое пространство, а над жерлом позже извержения пепловых потоков меньшей интенсивности вырос купол высотой 450 м. Пепловые тучи, попадая в долины и смешиваясь с водой, образовывали грязевые вулканические потоки, продолжавшие свое течение далее.
* * *
Итак, в процессе создания географической информационной системы «Вулканоопасность» выполнялись следующие исследования:
— спроектирована сама система, использующая данные мониторинга территории Российской Федерации с целью оценки вулканической опасности;
— по технологии ГИС создана база данных с унифицированными паспортами отдельных вулканов и групп, включающими результаты дистанционных методов исследования, геологические материалы и цифровые топографические карты;
— разработана методика, на основе которой построены трехмерные модели вулканов;
— детально обработаны результаты дистанционного зондирования вулканов Ключевской группы с целью создания методики классификации шлаковых конусов Ключевского вулкана и его ареальной зоны;
— разработана методика построения уточненных геолого-геоморфологических и структурных карт вулканов по результатам комплексного дешифрирования данных дистанционного зондирования Земли (мульти-спектральная, инфракрасная и радиолокационная съемки).
В заключение необходимо отметить, что актуальность исследований катастрофических природных процессов, к которым относятся вулканическая деятельность и землетрясения, современными методами (в том числе геоинформационными) постоянно подтверждается реальной жизнью. Вулканическая деятельность на планете постоянна, к наиболее крупным событиям последнего времени можно отнести извержение вулкана Стромболи (Италия) в марте 2007 г. Правда, землетрясения зачастую наносят значительно больший ущерб, к ним безусловно можно отнести землетрясение в Китае в мае 2008 г. с магнитудой 7.8 по шкале Рихтера, которое привело к неисчислимым жертвам среди населения и нанесло колоссальный экономический ущерб. За геоинформационными системами, с помощью которых можно сделать прогноз природных катастроф более реальным, большое будущее.
Большое значение при извержении играет вязкость лавы, которая зависит не только от химического состава, но и от температуры лавы, а также от количества растворенных в ней летучих компонентов. В глобальном масштабе извержения подразделяются на подводные (глубоководные) и наземные (вместе с мелководными), к которым относятся вулканы Большого Кавказа и Курило-Камчатской островной дуги.
Особо опасные явления
Особую опасность по масштабам смешанных извержений и сопутствующих явлений представляют стратовулканы («сложные конусы»), к которым принадлежит большая часть вулканов России (рис.6). К ним относятся взрывы различных углов наклона струи (вертикальные, крутонаклонные, косые). Изверженный обломочный материал при этом обычно задерживается на склоне вулканического конуса или в пределах кальдеры, но иногда крупные обломки, температура которых достигает 600°С, распространяются на расстояние до 7 км. При наклонном взрыве (угол с горизонтом менее 60°) ударное и термическое действие газовой струи может проявляться на расстоянии до 30 км — вулкан Безымянный (1956). Со взрывами направленного действия часто связаны палящие тучи с температурой до 900°С (например, зарегистрированные на вулкане Шивелуч, 1964). Они могут распространяться на расстояние до 20—30 км от вулкана со скоростью до 90 км/ч. Базисные (приповерхностные) волны — потоки горячего относительно свободного от пепла воздуха — могут пробегать несколько километров со скоростью 20—30 м/с. Возникновение их обычно связано со взрывами, стимулированными водой. Помимо воды и газов они включают окись и двуокись углерода. Во время извержения вулкана Килауэа (1790) отряд гавайских воинов был настигнут такой волной (тела были обожжены, но не покрыты пеплом). Извергаемый мелкообломочный материал (пепел) способен переноситься верхними потоками воздуха на большие расстояния или двигаться вниз по склонам вулкана. При извержении вулкана Безымянный (1956) пепел распространился на расстояние до 18 км, вулкана Шевелуч (1964) — более 15 км, вулкан Карымский с 1996 г. периодически извергает пепел на высоту до 4.5 км. При этом крупные потоки засыпают мелкие формы рельефа, нивелируя местность и совершенно изменяя ее облик. Так произошло при извержении вулкана Алаид на Курилах в 1972 г. При извержении вулкана Катмаи (США, Аляска) в 1912 г. 21 км выброшенного пепла засыпал толстым слоем тысячи квадратных километров. Под тяжестью пепла обрушились крыши домов в городе Кадьяка (в 160 км от вулкана). Извержение пепла из вулкана Ирасу (Коста-Рика) в 1964 г. причинило ущерб на сумму 150 млн долл. На Северном острове (Новая Зеландия) вулканическими горными породами (ингимбритами) было выстлано 25 тыс. км2 толщиной в несколько сотен метров. Последние крупные извержения пепла (125 и 1000 гг.) здесь поступали из двух кальдер (вулкан Таравера). Около 16 тыс. римлян погибло в Помпеях (79 г.) предположительно от удушья в насыщенном пеплом воздухе. Пепло-газовые вулканические столбы — следствие мощной и более или менее продолжительной эксплозивной деятельности зафиксированы при извержениях вулканов Камчатки. Температура основания подобного столба, образовавшегося при извержении Толбачика, оценена оптическим пирометром примерно в 1000°С. Смертельная комбинация высоких скоростей и температуры делает газонасыщенные пепловые потоки одним из самых страшных вулканических явлений. Наблюдаются также электрические разряды — многочисленные молнии длиной в несколько километров, прорезающие пеплово-газовые тучи. При извержении вулкана Ключевской на Камчатке в 1966 г. были замечены «огни святого Эльма» и шаровые молнии. Что касается лавовых потоков, они обычно характеризуются небольшой длиной (5—10 км) и малыми скоростями распространения (до 1 км/ч), но температура лавы может достигать 1000°С. Исключения: длина потоков, например, у кратера Билюкай (вулкан Ключевской, 1938 г.) — 16 км, на вулкане Толбачик — до 40 км. Большую опасность представляют грязевые потоки, сопутствующие извержениям с выбросом больших количеств раскаленных обломков, лавинами раскаленного рыхлого материала, палящими тучами. Обычная скорость грязевого потока составляет до 60 км/ч, а распространение — на расстояние до 80 и более километров. Три грязевых потока, которые погребли Геркуланум (79 г.), в сумме достигали 24-метровой мощности. Потоки вулкана Келут (Индонезия, о. Ява) — 30 млн м3 воды, смешанной с пеплом, — в 1919 г. уничтожили около 130 км2 сельскохозяйственных угодий и унесли жизни 5 тыс. жителей. При извержениях вулканов Камчатки грязевые потоки представляют наиболее реальную угрозу. Радиус опасной зоны (вдоль отрицательных форм рельефа) в зависимости от конкретных условий (силы извержения, характера рельефа и т.п.) колеблется от 30 до 90 км. Не меньшую опасность представляют бурные, насыщенные льдом потоки, возникающие при извержении вулканов, покрытых ледяными полями или при сильном прорыве воды из запруженного ледником кратерного озера. При ледниковом наводнении 1934 г., имевшем место в долине р. Скейдара (Исландия), на широкие равнины между ледником и морем были вынесены громадные (до 30 м высотой) глыбы льда, а образовавшиеся волны прокатились на сотни километров вдоль побережья. Нередко катастрофические последствия вызывают крупные обрушения, сопровождающие формирование вулканических кальдер. Как считают некоторые ученые, одно из них, произошедшее около 1500 г. до н. э. на о. Санторин в Эгейском море, привело к полному затоплению большого города. Это событие совместно с разрушительным цунами, пронесшимся над прибрежными городами Кипра и Малой Азии, сыграло немалую роль в закате крито-минойской культуры Греции. В настоящее время установлено, что вулканы сами часто предупреждают о грозящем извержении. На горе Мон-Пеле (о. Мартиника в Центральной Америке) за месяц до извержения, произошедшего 8 мая 1902 г., начались выбросы небольших количеств пепла, чувствовался запах серы, а затем начались подземные толчки. Микросейсмические толчки начали предупреждать жителей Помпеи за пять лет до начала извержения горы Сомма (79 г. н.э.). Извержение горы Ламингтон (Папуа—Новая Гвинея) в 1951 г. (после 12.5 тыс. лет покоя) опустошило 190 км2 джунглей с рассеянными среди них деревнями и за 12 ч погубило 3 тыс. чел. Предупреждающими сигналами были обвалы внутри кратера, несколько землетрясений и выброс небольшого количества пепла в течение пяти дней до начала основного извержения. В кульминационный момент насыщенное пеплом грибообразное облако за несколько минут поднялось на 16 км и одновременно пенистая эмульсия газа и пепла начала изливаться из кратера, главным образом из пролома в одной из стенок. Затем она превратилась в пепловый поток, который пронесся по склонам горы в направлении предгорных равнин. В течение последующих шести недель пеплом было засыпано большое пространство, а над жерлом позже извержения пепловых потоков меньшей интенсивности вырос купол высотой 450 м. Пепловые тучи, попадая в долины и смешиваясь с водой, образовывали грязевые вулканические потоки, продолжавшие свое течение далее.
* * *
Итак, в процессе создания географической информационной системы «Вулканоопасность» выполнялись следующие исследования:
— спроектирована сама система, использующая данные мониторинга территории Российской Федерации с целью оценки вулканической опасности;
— по технологии ГИС создана база данных с унифицированными паспортами отдельных вулканов и групп, включающими результаты дистанционных методов исследования, геологические материалы и цифровые топографические карты;
— разработана методика, на основе которой построены трехмерные модели вулканов;
— детально обработаны результаты дистанционного зондирования вулканов Ключевской группы с целью создания методики классификации шлаковых конусов Ключевского вулкана и его ареальной зоны;
— разработана методика построения уточненных геолого-геоморфологических и структурных карт вулканов по результатам комплексного дешифрирования данных дистанционного зондирования Земли (мульти-спектральная, инфракрасная и радиолокационная съемки).
В заключение необходимо отметить, что актуальность исследований катастрофических природных процессов, к которым относятся вулканическая деятельность и землетрясения, современными методами (в том числе геоинформационными) постоянно подтверждается реальной жизнью. Вулканическая деятельность на планете постоянна, к наиболее крупным событиям последнего времени можно отнести извержение вулкана Стромболи (Италия) в марте 2007 г. Правда, землетрясения зачастую наносят значительно больший ущерб, к ним безусловно можно отнести землетрясение в Китае в мае 2008 г. с магнитудой 7.8 по шкале Рихтера, которое привело к неисчислимым жертвам среди населения и нанесло колоссальный экономический ущерб. За геоинформационными системами, с помощью которых можно сделать прогноз природных катастроф более реальным, большое будущее.
