2.8 Вариации условий магмообразования

Как уже отмечалось выше, необычный тип вулканических пород характерен для района сочленения Восточно-Камчатской вулканической дуги, включающей и вулканический пояс Центральной Камчатской депрессии, с Алеутской ОД. Особенности проявления вулканизма этого района, состав вулканических пород, закономерности пространственной их локализации подробно охарактеризованы в работах О.Н.Волынца с соавторами.

Северная группа вулканов от Толбачинской ареальной зоны шлаковых конусов до вулкана Шивелуч характеризуется высокой интенсивностью вулканизма и наличием магнезиальных базальтов и андезитов. Вулканы Харчинский и Заречный в этой группе почти целиком сложены магнезиальными базальтами с небольшим количеством магнезиальных андезибазальтов. Одноактные шлаковые и лавовые конуса Харчинской региональной зоны также сложены преимущественно магнезиальными базальтами и андезитами. В позднем плейстоцене за 30-40 тыс. лет эруптивными центрами Харчинского вулканического массива вынесено на поверхность около 80 км3 магнезиальных пород, преимущественно базальтов, что в 5-10 раз больше, чем для всей Камчатки в позднем плейстоцене - голоцене [18]. Магнезиальные породы отмечены также в Толбачинской зоне шлаковых конусов и в конусах побочных прорывов Ключевского вулкана, так же как и на вулкане Шивелуч [20].

Таким образом, полоса распространения магнезиальных андезитов протягивается вдоль простирания Восточно-Камчатской вулканической дуги, причем, количество магнезиальных пород заметно убывает как на юго-запад, так и на северо-восток от Харчинского массива, почти нацело сложенного магнезиальными базальтами. На удалении от этого массива также появляются более кислые породы - магнезиальные андезибазальты и даже андезиты [19,20].

Алеутское направление зоны сочленения также характеризуется наличием магнезиальных пород. На побережье Камчатского залива, к востоку от современного вулканического фронта магнезиальные базальты слагают небольшие изолированные лавовые и шлако-лавовые вулканы плейстоценового возраста [18,57]. Дайки аналогичного состава позднеплейстоцен-плиоценового возраста распространены на п-ове Камчатского мыса [18]. Магнезиальные андезиты драгированы также в Камчатском проливе и на подводном вулкане Пийпа, к северо-востоку от о.Беринга [17,18]. Общая протяженность зоны проявления магнезиальных пород на западном окончании Алеутской дуги ~430 км.

Чем отличаются условия магмообразования зоны сочленения Восточной Камчатки с Алеутской дугой, которые привели к появлению магнезиальной магмы, от условий стационарного режима Курил и Южной Камчатки? В случае косой субдукции, переходящей в трансформный разлом, в Камчатско-Алеутском сочленении создаются условия вспарывания и раздвижения погружающейся Тихоокеанской плиты и внедрения вещества более горячей подсубдукционной мантии в надсубдукционную зону. О высокой температуре расплава свидетельствуют ликвидусные температуры магнезиального оливина Заречного вулкана, составляющие ~1280oC [19]. Расчеты структуры поля температур, проведенные для объяснения природы современного вулканизма Срединного хребта, показали, что температура на контакте поддвигаемой пластины с более горячей мантией в таких условиях может повышаться на 200-300oС. При этом возможно не только плавление перидотита мантии под воздействием воды и других летучих компонентов с излиянием магнезиальных базальтов, но и частичное подплавление океанической коры на контакте ее с более горячей мантией и образование магнезиальных андезитов адакитового типа, как это наблюдается на подводном вулкане Пийпа [17]. О возможном подплавлении океанической коры в районе вулканов Шивелуч, Харчинский, Заречный свидетельствуют некоторые геохимические параметры, характерные для адакитов, в частности, высокие концентрации Sr, Ba, низкие концентрации тяжелых РЗЭ при высоких отношениях FeO/MgO, La/Yb и низких отношениях K/La[18,19].

Анализ возможных механизмов появления на Камчатке внутриплитного геохимического типа вулканических пород, который характеризуется повышенными, по сравнению с ОД-породами, концентрациями Ti, Nb и Ta и отсутствием Ta-Nb минимума на спайдерграммах Д.Вуда, проведен О.Н.Волынцом . Им рассмотрены две возможные гипотезы. По одной из них, источником обогащения этими элементами внутриплитных магм служит та же самая субдуцируемая океаническая кора, которая определяет геохимическую специфику ОД-магм, но сценарии поступления Ti, Nb, Ta и других элементов в расплав различны.

Формирование ОД-магм происходит при плавлении вещества мантийного клина под воздействием флюидов, отделяющихся от поддвигаемой плиты. Низкие содержания Ta, Nb, Ti в ОД-магмах объясняются тем, что эти элементы, основным концентратором которых является рутил, обладают низкой растворимостью во флюиде. При более высоких температурах, превышающих 750oС, возможно частичное плавление базальта океанической коры в водонасыщенных условиях и эти выплавки, в соответствии с экспериментальными данными, имееют более высокие концентрации Ti, Nb, Ta. По мнению О.Н.Волынца, по такому сценарию могут формироваться только верхнемиоценовые - плиоценовые К-щелочные базальтоиды Западной Камчатки, слагающие преимущественно субвулканческие тела. Нам представляется этот сценарий вполне правдоподобным, тем более, что на спайдерграммах Д.Вуда в этих породах проявлен Ta-Nb минимум, хотя и менее глубокий [89, Fig.10]. Добавим лишь, что на глубинах около 200 км источником большого объема флюидов из поддвигаемой плиты может служить дегидратация серпентина и талька [3], а более высокая температура может быть обусловлена внедрением более горячего подсубдукционного мантийного материала в более высокие горизонты при отрыве и погружении нижней части поддвигаемой плиты за счет ее отрицательной плавучести после остановки субдукции.

Для объяснения появления внутриплитных магм в пределах Восточной Камчатки и Срединного хребта О.Н.Волынец привлекает гипотезу, по которой источником внутриплитных магм является горячее вещество обогащенных мантийных плюмов, взаимодействующее с деплетированной мантией MORB-типа. По предложенной О.Н.Волынцом модели, неактивная ("умершая") зона субдукции под Срединный хребет не препятствует подъему зарождающихся на больших глубинах мантийных плюмов в области мантийного клина над зоной субдукции, где в позднемиоцен-голоценовое время внутриплитные вулканиты проявлены вместе со значительно преобладающими ОД-породами. На Восточной Камчатке внутриплитные верхнемиоценовая щелочно-базальтовая и плиоценовая щелочнооливиновая серии формировались до ОД-этапа вулканизма, а в плиоцене новая зона субдукции отсекла мантийные плюмы от мантийного клина, в результате чего в плейстоцене и голоцене внутриплитный вулканизм не проявлен.

Не отрицая в целом вероятности такого сценария проявления внутриплитного вулканизма, хотим обратить внимание на следующие обстоятельства. Прежде всего, внутриплитные магмы характерны только для того сегмента ОД-системы, где произошел перескок зоны субдукции в конце миоцена - плиоцене см. рис.Д.5 (Приложение Д) Далее, внутриплитный вулканизм Срединного хребта проявлен вместе с островодужным как в пространстве, так и во времени, а на Восточной Камчатке предшествует ему. Прекращение ОД-вулканизма в Срединном хребте повлекло за собой прекращение и внутриплитного вулканизма, т.е. мантийный плюм иссяк вместе с затуханием ОД-вулканизма.

Исходя из этих обстоятельств, нам представляется более вероятным несколько иной сценарий проявления внутриплитного вулканизма. Если гипотеза отрыва субдуцированной части плиты под Срединным хребтом после прекращения субдукции в конце миоцена верна, то в образовавшуюся брешь будет внедряться более горячее вещество подсубдукционной части мантии см. рис.Е.6 (Приложение Е) В результате этого за счет повышения температуры более, чем на 80-100oС станет возможным частичное плавление слоев 1, 2 и 3А океанической коры в верхней части поддвигаемой пластины. Основная же масса вещества мантии будет плавиться под воздействием флюидов по ОД-сценарию. В результате будут выплавляться и типичные ОД-магмы, и магмы с повышенным содержанием Ti, Nb и Ta, т.е. магмы внутриплитного геохимического типа. При этом прекращение ОД-вулканизма за счет истощения флюидов из субдуцированной плиты повлечет за собой и прекращение внутриплитного вулканизма, так как оба эти типа вулканизма проявляются лишь при наличии источника воды, в данном случае за счет дегидратации серпентина и талька.

С этих же позиций объяснимо и появление внутриплитных магм на Восточной Камчатке в плиоцене перед проявлением ОД-вулканизма. В начальный этап субдукции передний край поддвигаемой плиты контактирует с более горячей мантией, в результате чего происходит частичное плавление слоев 1, 2 и 3А океанической коры с повышением концентраций Nb, Ta и Ti в расплаве. Аналогичный механизм был ранее предложен К.Кобаяши для объяснения условий формирования бонинитов.

Таким образом, для объяснения природы проявления внутриплитного геохимического типа пород среди ОД-вулканитов, а также появления магнезиальных пород адакитового типа в зоне сочленения Курило-Камчатской ОД-системы с Алеутской дугой предлагается один и тот же механизм частичного плавления кровли поддвигаемой плиты за счет более высокой температуры контактирующих участков мантии. Для проверки этой гипотезы требуются дополнительные исследования по условиям формирования геохимической специфики островодужных и внутриплитных магм в типовых и аномальных районах Камчатки, по выявлению глубинной структуры под Срединным хребтом Камчатки геофизическими методами, в первую очередь методом сейсмической томографии, а также математическое моделирование структуры поля температур аномальных участков.

3. ВЛИЯНИЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА

3.1. Экологические последствия землетрясений

В широком смысле экологические последствия, по-видимому, следует подразделять на социальные, природные и природно-антропогенные. В каждой из групп могут быть выделены прямые и косвенные последствия.

В настоящее время мы достаточно полно знаем прямые проявления (последствия) землетрясений на земной поверхности и, следовательно, их прямые действия на элементы общественного организма, меж тем как сопровождающие (предшествующие, следующие) косвенные явления на уровне микро и даже макроаномалий действий в литосфере и вне ее начали учить совершенно не так давно.

Более исследованы и наглядно отражают сейсмическую опасность экономические утраты в итоге землетрясений. За последние десятилетия, учтённые экономические утраты от землетрясений возросли на порядок и достигают сейчас около 200 миллиардов долларов. За десятилетие. Если в предшествующее десятилетие в эпицентральной зоне, к примеру, 8-балльного землетрясения средний убыток в расчёте на одного обитателя составлял 1,5 тыс. долл., То сейчас он достигает 30 тыс. долл. Естественно, что с повышением балльности (и магнитуды) возрастают площади поражённых территорий, а следовательно, и вред.

Число жертв землетрясений на земном шаре, хотя и неравномерно распределяется по годам, в целом непреклонно, по указанным выше причинам, растёт. За последние 500 лет от землетрясений на Земле погибло 4,5млн. Человек, то есть раз в год землетрясения уносят в среднем 9 тысяч человеческих жизней. Но в период 1947-1976гг. Средние утраты составляли 28тыс. Человек в год. С точки зрения экологических, как и социальных последствий, не менее важен и тот факт, что число покалеченных (включая тяжело покалеченных) традиционно во много раз превосходит число погибших, а число оставшихся бездомными превосходит количество прямых жертв на порядок и более. Так, в зонах полного разрушения зданий (зоны 8баллов и выше) количество жертв может составлять 1-20%, а покалеченных –30-80%, обратные соотношения редки.

Социальные последствия, то есть действие сейсмических явлений на популяция, включает как прямой социальный вред (смерть людей, их травматизм физический либо психический, утрата крова в условиях нарушения систем жизнедеятельности и т.п.), Так и косвенный социальный вред, тяжесть которого зависит от размеров прямого и обусловлена резким, на фоне материальных утрат, конфигурацией морально-психологической обстановки, спешным перемещением огромных масс людей, нарушением социальных связей и общественного статуса, сокращением трудоспособности и падением эффективности труда оставшихся в живых, частью отвлечённых от привычной индивидуальной и публичной деятельности. Мощное землетрясение, в особенности в огромных городах и в густонаселённых районах, безизбежно ведёт к дезорганизации жизнедеятельности на тот либо другой срок. Нарушения общественного поведения могут возникать даже в отсутствии самого действия, а только в связи со слухами о землетрясении, сколь бы ни были эти ожидания нелепы и ничем не обоснованы. Применительно к последнему десятилетию такового рода примеры известны для ряда городов бывшего русского Союза. Последствия же сейсмических катастроф, тем более в периоды общего ослабления хозяйственно-экономического состояния и политической нестабильности и длительной социальной дезориентированности населения, могут сказываться на протяжении десятилетий.

В рамках экологических закорочек посреди часто провоцируемых сильными землетрясениями, то есть вторичных, последствий следует отметить (на фоне повреждения и смерти ландшафтных и культурных памятников и нарушения среды обитания как такой) такие, как возникновение эпидемий и эпизоотий, рост заболеваний и нарушение воспроизводства населения, сокращение пищевой базы (смерть запасов, утрата скота, вывод из строя либо ухудшение свойства сельскохозяйственных угодий), неблагоприятные конфигурации ландшафтных условий (к примеру, оголение горных склонов, заваливание долин, гидрологические и гидрогеологические конфигурации), ухудшение свойства атмосферного воздуха из-за туч поднятой пыли и появления аэрозольных частиц в итоге возникающих при землетрясении пожаров, понижение свойства воды, а также свойства и ёмкости рекреационно-оздоровительных ресурсов. Действие мощных землетрясений на природную среду (геологическую среду, ландшафтную оболочку) может быть очень разнообразным и значимым, хотя в большинстве случаев ареал (зона) конфигураций не превосходит 100-200км. Посреди прямых, более выразительных и важных действий выделим следующие. Геологические, гидрологические и гидрогеологические, геофизические, геохимические, атмосферные, биологические.

Природно-техногенные последствия землетрясений сказываются на природной среде охваченного землетрясением района в итоге нарушения (разрушения) искусственно созданных сооружения (объектов). Сюда можно отнести, в первую очередь, следующие:

1. Пожары на объектах антропогенной среды, ведущие к экологическим последствиям.

2. Прорыв водохранилищ с образованием водяного вала ниже плотин.

3. Разрывы нефти, газо и водопроводов, разлитие нефтепродуктов, утечка газа и воды.

4. Выбросы вредных химических и радиоактивных веществ в окружающую среду, вследствие повреждения производственных объектов, коммуникаций, хранилищ.

5. Нарушение надёжности и безопасного функционирования военно-промышленных и военно-оборонительных систем, спровоцированные взрывы боеприпасов.

Приведённый выше перечень последствий землетрясений, быстрее всего, не полон, в особенности в отношении отдалённых последствий, част которых нам ещё неизвестна. Но и посреди перечисленных некие не имеют пока довольно определённых количественных черт и соответственно не могут быть оценены по степени угрозы и объёму причиняемого вреда с нужной полнотой и надёжностью.

Лучше остальных известны геологические признаки, для которых в настоящее время можно привести количественные свойства в соотношении с силой землетрясений. Представление о размерах очагов (в проекции на земную поверхность) для землетрясений различной силы даёт таблица. (В данном случае таблица №2)

Таблица№1

Магнитуда	Длина очага, км.	Ширина очага, км.
5,0	11	6
6,5	25	18
7,0	50	30
7,5	100	35
8,0	200	50

Эти величины приблизительно определяют и ареалы разрушительных последствий. Как видно из таблицы(№2), эти ареалы могут обхватывать площади в сотни и тысячи, а при самых мощных землетрясениях в десятки тысяч квадратных километров.[10]

Ясно, что столь бессчетные и значительные нарушения ландшафтной среды (и, естественно, биосферы) не могут не повлечь за собой нарушения экологических условий на этих и прилегающих площадях. Более важные и просто выявляемые выражаются в ликвидировании растительного покрова, местообитания животных (а тотчас и их самих, равно как и людей), в нарушениях обычных местообитаний и наземных миграционных путей, изменении акварежима, перераспределении аквазапасов, ухудшении свойства кормовых угодий и т.д.[27]