Г. А. КАРПОВ
В КАЛЬДЕРЕ ВУЛКАНА
Ответственный редактор
кандидат географических наук
К. Н. РУДИЧ
© Издательство «Наука», 1980 г.
КАМЧАТКА —
СТРАНА ВУЛКАНОВ
И ГОРЯЧИХ ИСТОЧНИКОВ
Камчатско-Курильская дуга — одно из самых замечательных явлений в структуре земного шара. Разгадка ее природы является ключом к пониманию возникновения и самого Тихого океана, и процессов горообразования вообще.
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.