Исследование Земли из Космоса, 2021, № 5, стр. 66-71

ВВЕДЕНИЕ

Вулкан Пик Сарычева, расположенный на о. Матуа (рис. 1) в центральной части Курильских о-вов, является одним из наиболее активных на архипелаге. По интенсивности и продуктивности извержений он сравним лишь с Алаидом – крупнейшим вулканом Курил, однако превосходит последний по степени опасности своих проявлений. В XX в. на о. Матуа произошло около десятка эруптивных событий, в том числе заметные и сильные эксплозивные извержения произошли в 1928, 1930, 1946, 1960, 1976 гг. (последнее – эффузивно-эксплозивное) (Горшков, 1967; Андреев и др., 1978). В результате извержений существенно менялось положение дна кратера. Впервые глубина дна была оценена в 1954 г. (Горшков, 1967) величиной около 200 м.

Рис. 1.

Остров Матуа. Фото с ИСЗ WorldView-4 от 24.10.2018. Виден парогазовый шлейф к северу от кратера и полоса маломощных пепловых отложений на снегу к юго-востоку от кратера.

В ходе сильного эффузивно-эксплозивного извержения вулкана Пик Сарычева в июне 2009 г. лавовая пробка, которая запечатывала кратер до его кромки (рис. 2, а), была разрушена (Гришин, 2011; Urai, Ishizuka, 2011). Твердый материал был раздроблен и вынесен мощными взрывами. Уровень дна кратера резко снизился, на дне сформировался округлый лавовый щит (рис. 2, б). Такое состояние дна продолжалось более 8 лет, при этом достаточно часто отмечался вынос парогазовых шлейфов из кратера. Данные о современных измерениях глубины кратера отсутствуют, кроме оценки в 100 м (вероятно, глазомерной, сделанной с гребня кратера в июне 2017 г.) (Чибисова, Дегтярев, 2019). Как показано ниже, эта величина мало соответствовала действительности. По спутниковым изображениям удалось зафиксировать реальную глубину кратера в период июнь 2009 г.– сентябрь 2017 г., выявить начавшийся в 2017 г. подъем лавовой пробки, измерить высоту подъема дна, а также определить период, в течение которого он произошел.

Рис. 2.

Кратер вулкана Пик Сарычева: а – вид с кромки на север. Август 2007 г. Фото А.К. Клитина; б – вид с вертолета на север–северо-восток. Июнь 2016 г. Изображение получено из видеосъемки А.Г. Лукьянова. Слева видна выемка-понижение на северо-западном склоне, справа – вершина вулкана, внизу – дно кратера. Пунктиром показано положение дна кратера в сентябре 2018 г.

ПАРАМЕТРЫ КРАТЕРА И ПОЛОЖЕНИЕ ЕГО ДНА ДО ПОДЪЕМА

Относительная высота кромки кратера неоднородна: северный и восточный края выше, чем южный и западный. Нижней точкой кромки являлась обратнотрапецевидная выемка шириной в основании около 60 м, расположенная в северо-западной части кратера, а высшей точкой – скалистый лавовый останец (1446 м) в юго-восточной части. Разница в высоте между ними в период 2009–2017 гг. составляла, по-видимому, около 150 м. Отметим, что такая высотная структура кромки, включая выемку, существовала и в 1950-х гг., до извержений 1976 и 2009 гг., судя по перспективному аэрофотоснимку (рис. 33 : Горшков, 1967). Размер поперечника кратера, измеренный по кромке, составлял ~375 × 425 м (длинная ось расположена в направлении северо-запад–юго-восток, короткая – вкрест длинной). Таким образом, средний диаметр составлял ~400 м; таким же он был до извержения 2009 г. Впервые эта (или близкая) величина была выявлена по космоснимкам (Гришин, Мелекесцев, 2010; Urai, Ishizuka, 2011).

Положение дна кратера сразу после извержения 2009 г., выявленное по снимку с ИСЗ ALOS от 22 июня 2009 (https://www.eorc.jaxa. jp/ALOS/img_up/l_pan_sarychev_090622.htm), было снижено, по разным оценкам, на ~50 м (Miyagi, 2010) или на ~200 м (Гришин, Мелекесцев, 2010). После появления качественных спутниковых изображений кратера, глубина его дна была измерена автором двумя методами. По снимкам WorldView-3 от 21 июля 2015 г. и WorldView-2 от 31 августа 2016 г. (рис. 3, а) глубина была вычислена по измеренной длине тени от кромки кратера, падающей на дно, и известному углу высоты солнца в момент съемки, с учетом азимута падения тени. Помимо этого, измерить глубину дна кратера, включая ее изменение, удалось в результате совмещения плановых спутниковых изображений и перспективных аэрофотоснимков. Вид внутренних субвертикальных стенок кратера был получен в результате обработки видео-съемки, выполненной с вертолета в июне 2016 г. (рис. 2, б). Изображения стенок по опознанным элементам рельефа были привязаны к спутниковым снимкам. Результаты измерений, полученных обоими методами, оказались сходными. Глубина дна в 2016 г. составила около 220 м относительно приподнятой юго-восточной кромки (измерено по тени) и около 190 м относительно северо-северо-восточной кромки (измерено по внутренней стенке кратера).

Рис. 3.

Кратер вулкана Пик Сарычева: а – 31.08.2016, ИСЗ WorldView-2; б – 05.10.2018, ИСЗ WorldView-4; в – 07.09.2019, ИСЗ GeoEye-1; г – кратер и лавовый поток на склоне, 16.04.2021, ИСЗ WorldView-2.

На спутниковых изображениях, начиная с 2011 г., на дне виден слабовыпуклый лавовый щит. В последующий период до сентября 2017 г. дно, по-видимому, находилось в стабильном положении. Об этом можно судить (по имеющимся снимкам 2015–2017 гг.), в частности, по положению отдельных опознаваемых глыб и светлых пятен (по-видимому, фумарольных возгонов) на темном лавовом щите. Стенки кратера в 2009–2017 гг. были субвертикальными (при этом кратер заметно расширялся в верхней части), представлены чередованием многометровых светлых слоев лавовых потоков (крупнейший горизонт лавы превышал по мощности 40 м), с участием прослоев красноватого шлака в верхней части обнажения (рис. 2, б).

На дне кратера до сентября 2017 г. наблюдалась лавовая “лепешка” темного цвета, округлой формы, диаметром около 230 м, в целом слабовыпуклая, состоящая из трех концентрически расположенных зон – центральной, промежуточной и краевой (рис. 3, а). Центральная и краевая зоны, судя по тени от их краев, были слегка приподняты (на 1–1.5 м). Краевая зона дна имела ширину 25–30 м и была покрыта сетью радиальных трещин, которые были распределены почти регулярно, с шагом 3–5 м. Центральная зона, диаметром около 100 м, в 2016 г. была густо и хаотично покрыта трещинами, в результате чего ее поверхность была отчасти похожа на вспененный материал бродящей жидкости. К трещинам, окаймляющим центральную зону, была приурочена часть фумарол. За пределами лавовой “лепешки”, между краевой зоной и стенками кратера была выражена транзитная зона, до 20–25 м шириной, светло-серого (местами – палево-желтоватого) цвета, с выходами парящих фумарол, усеянная обломками и глыбами породы.

ПОДЪЕМ ДНА КРАТЕРА

Спутниковые изображения 2018 и 2019 гг. (рис. 3, б, в) показали резкий подъем уровня дна кратера. Подъем начался, по-видимому, осенью 2017 г. Если на снимке ИСЗ WorldView-4 от 7 сентября 2017 г. ясно виден лавовый щит на дне и тень на большой глубине кратера, то на снимках WorldView-4 от 21 и 25 октября 2017 г. виден кратер с предположительно изменившейся конфигурацией дна; вероятно, в этот период шел процесс заполнения кратера лавой. На снимках ИСЗ TERRA (MODIS) от 21 октября 2017 г. была выявлена термальная аномалия, которая (со слабыми парогазовыми выбросами с пеплом) отмечалась до середины ноября 2017 г. (Чибисова, Дегтерев, 2019). Эти проявления, по-видимому, были связаны именно с подъемом лавовой пробки. Состоявшееся изменение положения дна фиксируется на снимках ИСЗ WorldView-4 от 31 марта и 18 апреля 2018 г., Sentinel-2 от 4 апреля 2018 г.

Измерения нового высотного положения дна выполнены на северной и северо-восточной стенках кратера (стенки имеют, соответственно, южную и юго-западную экспозиции) (рис. 2, б). Они показали подъем на 140–145 м к октябрю 2018 г. и небольшой дополнительный подъем (по-видимому, не более 5–10 м) к сентябрю 2019 г. В результате кратер оказался заполнен примерно на 3/4 высоты (относительно положения дна в период 2009–2017 г.), причем перекрытой оказалась основная часть с наиболее крутыми субвертикальными стенками. Частично перекрытой оказалась и выемка в северо-западной части кратера. Заполненный объем можно приблизительно оценить как объем усеченного конуса высотой 150 м, имеющего нижний диаметр 240 м и верхний – 330 м; он равен около 10 млн м³.

На снимке от 5 октября 2018 г. (рис. 3, б) сквозь пары фумарол видно достаточно плоское дно, покрытое рыхлым обломочным материалом. Короткая тень от приподнятого юго-восточного края кратера показывает глубину около 60 м относительно кромки. Далее, по направлению к центру кратера, виден уступ, с падением около 15–20 м. В центральной части дно (возможно, слабовогнутое) испещрено углублениями овальной или округлой формы, до 20–30 м в поперечнике. Их глубина, определенная по тени, не превышает 3–6 м. Возможно, это структуры проседания в рыхлом материале, образовавшем толщу поверх лавовой пробки в ходе небольшого извержения. Оно произошло летом–осенью 2018 г. (Гирина и др. 2018). Фумаролы приурочены в основном к периферийной части дна, в полосе шириной до 30–40 м, примыкающей к стенкам кратера. Возможно, они отражают зону трещин в полосе напряжения, по которой происходит смещение дна.

На снимке от 7 сентября 2019 г. (рис. 3, в) зона фумарол отчетливо видна в краевой полосе на дне кратера. В центре кратера видна неправильно-округлая структура, в поперечнике около 80–100 м. Западную ее половину по дуге ограничивает вал рыхлых отложений шириной 30–40 м, с пологим внешним склоном и относительно крутой внутренней стенкой. Западная внутренняя стенка вала освещена солнцем, тени нет, но по деталям рельефа можно предположить, что она имеет глубину не менее 10 м. Вероятно, структура в центре кратера – это частично засыпанный рыхлыми отложениями кратерный колодец. На изображении с ИСЗ Sentinel-2 от 28 сентября 2019 г. в этой части кратера обнаружена термальная зона (Global Volcanism Program, 2019).

ДИНАМИКА ДНА КРАТЕРА И ПРИБЛИЖЕНИЕ НОВОГО ИЗВЕРЖЕНИЯ

Периодическое изменение положения дна в течение последних 75 лет, начиная с сильного извержения вулкана 1946 г., изучено по данным аэрофотосъемки 1950–1980 гг., спутниковой съемки 1994–2021 гг., а также по наблюдениям исследователей и очевидцев, поднимавшихся к кратеру, включая их фотографии. В целом выявлено, что опускание дна кратера происходило трижды, после каждого сильного или существенного извержения 1946, 1976 и 2009 гг. Затем, соответственно, дно трижды поднималось: перед извержениями 1976, 2009 гг. и в настоящее время. При этом, если для новейшей ситуации выявлено, что дно кратера поднялось (в значительной мере) через 8 лет после извержения 2009 г., то в предшествующий период интервалы времени, в течение которых дно могло быть как опущено, так и поднято, превышали 20 лет. Так, согласно фото очевидцев, поднимавшихся на вершину вулкана в 1989 и в 2007 гг., дно кратера почти доходило до его кромки (рис. 2, а) и лишь через 20 лет после 1989 г. произошло сильное извержение.

В последние годы, в связи с подъемом дна кратера в 2017–2018 г., а также после него, наблюдается определенная активность вулкана (Гирина и др., 2019; Чибисова, Дегтерев, 2019; Global Volcanism Program, 2019, 2021). Осенью 2018 г. несколько раз происходили небольшие выбросы пепла. В 2019 г. также зафиксированы выбросы пепла, а в кратере была обнаружена термоаномалия (Global Volcanism Program, 2019). На снимке с ИСЗ Sentinel-2 от 20 января 2021 г. выявлено излияние лавы из центральной части кратера на расстояние около 400 м (Global Volcanism Program, 2021). По-видимому, лава частично заполнила кратер, после чего лавовый поток вытек из кратера на склон через трапецевидное понижение в северо-западном секторе, не полностью перекрытое в ходе поднятия дна в 2017–2019 гг. К 24 января 2021 г. поток достиг высоты ~800 м на северо-западном склоне, пройдя около 800–900 м от кромки кратера (снимок c ИСЗ WorldView-2). На 25 февраля 2021 г. видно, что поток прошел ~2000 м от кромки кратера, спустившись до высоты ~380 м (снимок c ИСЗ WorldView-3). Ширина потока в нижней части не превышает 100 м, при этом он, по-видимому, прошел по лавовому потоку 1976 г., продвинувшись ниже его языка на ~500 м. Объем лавы 2021 г. ~3 млн м³. После излияния в центре кратера виден темный контур диаметром ~50 м, вероятно, это жерло (снимок c ИСЗ WorldView-2 от 16 апреля 2021 г., рис. 3, г). Для вулкана Пик Сарычева в целом характерна сильная эксплозивная деятельность, сочетаемая с эпизодическими эксплозивно-эффузивными извержениями, такими как эруптивные события 1976 и 2009 гг. Однако есть данные и об относительно спокойном излиянии лавы, произошедшем в 1878–1879 гг. (Горшков, 1967). Аналогичное событие, по-видимому, произошло зимой 2021 г.

Динамика дна кратера, выявленная за минувшие 75 лет, показывает, что цикл “опускание–подъем дна” заканчивается масштабным извержением, опасным для населения, инфраструктуры и экосистем о. Матуа. Cобытия 1946 и 1976 гг. вызвали массовую эвакуацию людей с острова; в 2009 г. Матуа был необитаем (иначе эвакуация, по-видимому, также бы состоялась). Небольшие извержения, подобные произошедшим в 2018–2021 гг. (образование жерла, его эпизодическая проработка эксплозиями с выбросами пепла, заполнение лавой кратера и последующее излияние лавы за пределы кратера), являются, вероятно, лишь промежуточными эпизодами в цикле “опускание–подъем”. Такие события вряд ли могут быть предвестниками сильного извержения (при этом, возможно, они могут отложить его приближение). В отличие от них, поднятие дна кратера в 2017–2019 гг. (которое явно еще не завершилось), по-видимому, сигнализирует о подготовке вулкана к новому, потенциально разрушительному извержению. Эти сигналы могут быть важны для оценки вулканической опасности, учитывая, что для о. Матуа в последние годы появились новые проекты освоения.