Вулканология и сейсмология, 2022, № 3, стр. 12-27

ВВЕДЕНИЕ

Прорыв магнезиальных базальтов, в ходе которого в 1975 г. сформировался Третий конус Северного прорыва (СП) Большого трещинного Толбачинского извержения (БТТИ), был предсказан с точностью до нескольких часов в ходе “оперативного анализа сейсмических событий в районе БТТИ” [Большое трещинное …, 1984, с. 386; Действующие вулканы …, 1991, с. 236]. Извержение Третьего конуса происходило одновременно с извержением Второго и четвертого конусов, а также лавовых котлов с 17 по 25 августа. Питающими каналами, скорее всего, были неглубокие ответвления от питающего канала Второго конуса, образование которых началось на глубине не менее чем 5–10 км [Большое трещинное …, 1984, с. 46]. Примерно за 8 суток работы третьего прорыва образовался конус высотой 108 м и объемом 0.022 км³ [Действующие вулканы …, 1991, с. 228]. Конус имеет двойной кратер – северный и южный кратеры (рис. 1). Южный кратер, ближайший ко Второму конусу, менее глубокий. Основание конуса вытянуто с юга на север, крутизна склонов менее 30° [Магуськин и др., 1978].

Рис. 1.

Северный прорыв Большого трещинного Толбачинского извержения, Третий конус, 1981 г. Светлые участки – фумарольные площадки (вид со Второго конуса). Фото И. Берманса.

Значительная часть пород, слагающих Третий конус, представлена спекшейся пирокластикой, что явилось следствием пароксизмальной эксплозивной деятельности третьего прорыва магмы, в ходе которого эксплозии характеризовались непрерывным фонтанированием лавы, а также интенсивностью, какой не было за все время извержения [Большое трещинное …, 1984, с. 40]. Согласно работе [Влодавец, Флоренский, 1966] шлаки, будучи извергнутыми почти в еще жидком состоянии, спекаются. При этом наблюдается прочное бесцементное соединение обломков, контуры которых хорошо заметны под бинокуляром. Визуально выходы спекшейся пирокластики ржавого и иссиня-красно-бурого цвета в пределах северного кратера прослеживаются на расстоянии до 150 м на внутренних западном, северо-западном и восточном склонах вблизи кромки кратера в виде чередующихся слоев с разной размерностью глыб, максимальный размер которых 2 × 1 × 1.5 м³ (рис. 2). В южном кратере выход спекшейся пирокластики площадью 20 × 10 м² фиксируется на внутреннем западном склоне вблизи дна кратера.

Рис. 2.

Северный прорыв Большого трещинного Толбачинского извержения, Третий конус, 1981 г. Северный кратер, восточная кромка. Вблизи кромки кратера видны выходы спекшейся пирокластики. Фото Л.П. Вергасовой.

Присутствие спекшейся пирокластики способствовало значительному по площади и длительному по времени сохранению высоких температур при относительно небольшом объеме изверженного материала, заключенного в постройке конуса. Как следствие изначально и длительно сохраняющейся высокой температуры получил широкое развитие окислительный процесс (переход в породах Fe²⁺ в Fe³⁺), благодаря которому большая часть изверженного материала окрашена в красный цвет не только на внутренних, но и на внешних склонах почти до самого подножия (красный конус). Обращает на себя внимание слабо выраженный характер зон деформаций на поверхности конуса, что может свидетельствовать о значительных объемах погребенной спекшейся пирокластики.

Наиболее активные фумарольные площадки Третьего конуса были приурочены к области проекций трещин прорыва [Действующие вулканы …, 1991, с. 221], а также к тем участкам конуса, в недрах которого, судя по выходам в бортах, под слоем рыхлой пирокластики погребена спекшаяся пирокластика.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Характеристика ранней постэруптивной деятельности представлена по материалам длительных (с 1977 по 2003 гг.) целенаправленных наблюдений за явлениями, сопровождающими остывание шлакового конуса, в частности, минералообразующими процессами. Проводились также измерения температуры, преимущественно, на площадках, в пределах которых наблюдались минералообразующие процессы, а также периодически по контуру обоих кратеров, поскольку фумарольная деятельность, как правило, приурочена к гребням кратеров, повторяя их очертания. Измерение осуществлялось лабораторным термометром ТЛ-500 и хромель-алюмелевой термопарой, в основном, на глубинах 15–20 см, а также в пределах встречаемости минералов эксгаляций (обычно не более 0.3–0.5 м от поверхности).

При исследовании процессов эксгаляционного минералообразования и изменения пород был использован комплекс аналитических методов в сочетании с микроскопическим изучением вещества. Осуществлялись традиционные химические исследования, включающие анализ водных вытяжек, количественный химический анализ измененных пород (ИВиС ДВО РАН), а также метод сканирующей электронной микроскопии (SEM, TESCAN “Vega3” с энергетическим спектрометром X-MAX50, Oxford), позволяющий проанализировать химический состав отдельных минералов, получить микрофотографии и изучить морфологию минералов эксгаляций. Параллельно с химическими исследованиями при наличии достаточного количества вещества проводился рентгенофазовый анализ (ДРОН-2 и XRD-7000, Shimadzu). При изучении новых природных соединений (лесюкит, хлорартинит) был использован комплекс методов: сканирующая электронная микроскопия, рентгеноспектральный анализ, порошковая рентгенография, а оптические константы и плотность определялись принятыми в минералогии методами [Филатов и др., 2021].

ПОСТЭРУПТИВНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ТРЕТЬЕГО КОНУСА в 1977 г.

Первое посещение конуса относится к лету 1977 г. Выходы газов в виде отдельных хорошо обособленных отверстий не наблюдались. На внутренних склонах обоих кратеров, от кромки и почти до самого дна, отмечались высокие температуры, достигавшие на незначительных глубинах 15–20 см максимальных показателей, составлявших более 500°С, вблизи выходов спекшейся пирокластики. В северном кратере на юго-восточной кромке по мелким трещинкам при 400°С в очень незначительных количествах образовывались корочки галита грязно-белого цвета (табл. 1, Тол-113/77). В южном кратере на западном внутреннем склоне недалеко от дна спекшейся пирокластики были обнаружены в шлаке белые налеты и пленки, в основном, хлоридов Mg, Ca, Na, K (см. табл. 1, Тол-114₃/77) и бархатно-черные сажистого облика примазки тенорита при температуре ≥100°С. На западной кромке южного кратера у выхода газа под глыбой при температуре менее 100°С осаждались в виде маломощных примазок белые, а на 2–3 см дальше от глыбы – бурые гигроскопичные минеральные фазы. Последние придавали мелким обломкам лав и шлаков вокруг газового выхода маслянистый облик (“мокрые” шлаки). Минеральные фазы по данным химических анализов представляют собой хлориды Ca, Mg, Fe, Al (см. табл. 1, Тол-112_а/77). В нерастворимом остатке были обнаружены частицы новообразованного гематита с необычной округлой формой агрегатов микрокристаллов (рис. 3), образование которого мы связываем с геохимической деятельностью микроорганизмов в современном вулканогенно-эксгаляционном минералообразовании [Кутузова и др., 2004; Вергасова и др., 2004; Филатов и др., 2004].

Рис. 3.

Электронно-микроскопическое изображение агрегата кристаллов новообразованного гематита. Вид сверху (а, б) и EDX ‒ спектры гематита (в, г).

По местоположению и интенсивности изменения в южном кратере выделялась одиночная глыба (1 × 1.5 × 2 м³) охристо-желтого цвета с поверхности, расположенная обособленно в сторону перемычки между северным и южным кратерами на уровне выхода спекшейся пирокластики на внутреннем северо-западном склоне. Охристо-желтый цвет глыбе придавали мягкие, гигроскопичные тонкодисперсные минеральные фазы на ее поверхности. Сама глыба под отложениями новообразованных минеральных фаз незначительной мощности была интенсивного “мясо-красного” цвета. Замеренная температура вблизи глыбы, в шлаке на глубине 10–15 см, была более 300°С, температура верхней части глыбы, овеваемой воздухом, – 40–50°С. По данным комплекса минералого-кристаллохимических исследований основной новообразованной фазой отложений охристо-желтого цвета оказалось новое природное водное соединение гидроксил-хлорида алюминия [Серафимова и др., 1979], названное лесюкитом (рис. 4, спектр 43, ат. %: O 56.01, Al 23.28, Cl 16.01, Fe 3.03, прочие 1.67, сумма 100) [Вергасова и др., 1997]. В 2019 г. было установлено, что лесюкит и кадваладерит являются одним минеральным видом [Peterson et al., 2019]. Из-за приоритета по дате открытия за минералом было оставлено название кадваладерит, а название лесюкит дискредитировано [Peterson et al., 2019]. Спутниками кадваладерита (лесюкита), по данным визуальных наблюдений и химических исследований, являются предположительно простые хлориды Ca, Mg, Fe, Na, K, Al (см. табл. 1 и табл. 2, Тол-114/77 и Тол-114_1-2), большинство из которых неустойчивы на воздухе и обводняются, что придает отложениям влажный облик и мягкую консистенцию. Среди охристо-желтой дисперсной массы можно было встретить твердые кусочки – остатки породы “мясо-красного” цвета, аналогичные спекшейся пирокластике. Косвенные данные указывают на возможное участие в образовании минерала кадваладерита (лесюкита) биогенного фактора вследствие протекания поствулканических процессов в границах биосферы [Кутузова и др., 2004; Вергасова и др., 2004; Филатов и др., 2004]. По результатам наблюдений, выполненных в 1977 г., на раннем этапе постэруптивной активности Третьего конуса состав эксгаляционных минеральных фаз был существенно хлоридный. Режимные наблюдения за постэруптивной деятельностью Третьего конуса были продолжены. В 1979 г. в пределах Третьего конуса наблюдалась резкая интенсификация фумарольной деятельности, которая, возможно, явилась следствием сейсмической активизации (Ks ≥ 11) региона в 1978 г. [Большое трещинное …, 1984, с. 437].

Рис. 4.

Электронно-микроскопическое изображение агрегата кубических кристаллов кадваладерита (лесюкита).

ПОСТЭРУПТИВНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В ЮЖНОМ КРАТЕРЕ

В 1979 г. прогретые площадки южного кратера Третьего конуса, ближайшего ко Второму конусу, отмечались в пределах его западного и восточного внутренних склонов.

Фумарольное поле западного внутреннего склона южного кратера протягивается от кромки кратера почти до самого дна, включая выход горячей спекшейся пирокластики ржавого красно-бурого цвета с температурой 360°С на поверхности. Нижний край выхода образовывал уступ высотой 0.5–1 м. Вблизи уступа рыхлая пирокластика слабо спекалась и цементировалась минералами эксгаляций. Минералообразование в рыхлой пирокластике визуально имело место до глубины 20 см. На обломках спекшейся и рыхлой пирокластики на глубине 20 см в интервале температур 320–360°С осаждался кристаллический налет тенорита с галитом. Изредка встречались налеты бледного травяно-зеленого цвета, предположительно, из-за примеси минералов меди. На глубине 15 см шлак и мелкие обломки лав цементировались местами довольно плотным белоснежным цементом из галита с примесью сильвина (табл. 3, Тол-127/79). Ближе к поверхности рыхлая пирокластика была так изменена и насыщена эксгаляционными минеральными фазами (см. табл. 1, Тол-123/79 и Тол-132/79), что производила впечатление трухи светло-кремового, светло-бурого цвета. Новообразованные минеральные фазы имели белый цвет, различную степень гигроскопичности, неясную структуру (смесь скрытокристаллических разновидностей, плохо образованных кристаллов, зернистых масс). Менее гигроскопичные минеральные фазы содержали больше хлоридов щелочных металлов – галита, галита с сильвином, более гигроскопичные – хлоридов Ca и Mg (минеральные виды не выделены). Из примесей среди гигроскопичных минералов встречалась тончайшая сыпь белого цвета игольчатого облика (предположительно сульфатов Ca). Мелкие обломки лав на незначительной глубине были как бы присыпаны рыхлым тонкодисперсным белым налетом фторидов (уточнено по данным электронной микроскопии). За пределами выхода спекшейся пирокластики вверх по внутреннему западному склону до самой кромки кратера мелкая пирокластика слабо цементировалась в виде маломощной двухцветной корки, целостность которой нарушалась под тяжестью человеческого тела. На середине склона на поверхности корки температура была 40°С, непосредственно под коркой – 160°С, а на глубине 20 см в шлаке – 300°С. Корка состояла из ральстонита (табл. 4, Тол-82/79) с незначительной примесью еще одного фторсодержащего минерала, который, по данным электронной микроскопии, предположительно диагностирован как леонардсенит MgAlF₅·2H₂O. На кромке кратера фумарольное поле западного внутреннего склона распространялось на 50–60 м по направлению на север до самой высокой отметки Третьего конуса, что на перемычке между северным и южным кратерами, а также продолжалось вниз по внешнему склону на 10–20 м. С кромки кратера было видно, что фумарольное поле приурочено к радиальной просадке глубиной 0.5 м и шириной 10 м, секущей под острым углом в направлении на юг кромку кратера и далее прослеживающейся вниз по склону до самого подножия. Со стороны северного борта просадки поверхность фумарольного поля в пределах кромки кратера сложена окисленной мелкоглыбовой лавой, сцементированной фторидами в виде плотной (выдерживала тяжесть человеческого тела) двухцветной корки мощностью 3–5 см. Снаружи корка имела желтовато-белый цвет (до 2 см), снизу – красно-бурый. Под коркой красно-бурые мелкие обломки лав были с тончайшими налетами канареечно-желтого цвета. Температура на поверхности корки составляла 50–70°С, а непосредственно под коркой – 140–160°С. На дне радиальной просадки корки не было. Температура здесь составляла 380°С. По данным рентгенофазового анализа помимо ральстонита в корке присутствуют еще два фтористых минерала – флюорит и селлаит (см. табл. 4, Тол-84/79).

По состоянию Третьего конуса на 1981 г. (см. рис. 1) фумарольные площадки хорошо маркируются в виде более светлых зон, представленных на месте белесоватыми шлаками среди красно-бурых окисленных шлаков. И в 1981, и в 1983 гг. большая часть замеров поверхностных температур в южном кратере была в диапазоне более 100°С. В пределах западной кромки кратера, вблизи перемычки между южным и северным кратерами, корка, состоящая из фторидов и измененной пирокластики, к 1983 г. сохранилась местами (см. табл. 2, Тол-10/83). Шлаки под коркой сухие рыхлые, без видимой минерализации. Под коркой на глубине 0.5 м температура была 340°С. В пределах просадки на глубине 1–2 см от поверхности на мелкоглыбовой лаве встречался тончайший белый рыхлый тонкодисперсный налет фторидов до глубины не более 20 см при температуре 205°С. Там же наблюдались слабые кристаллические налеты сульфатов кальция (ангидрита, бассанита). В районе перемычки, вблизи кромки кратера на северо-западном внутреннем склоне, на шлаках были установлены маломощные тонкодисперсные налеты белого цвета, которые, по данным химических исследований, наряду с хлоридами и сульфатами содержали примесь карбонатов. На внутреннем западном склоне южного кратера ральстонитовая корка в 1983 г. отсутствовала. Вблизи дна, на поверхности массива спекшейся пирокластики в 1983 г. при температуре 300°С были отобраны плотные корочки сульфатов натрия, калия и магния грязно-белого цвета с примесью тонкодисперсного тенорита. Под микроскопом в проходящем свете корочки имели вид ориентированного срастания прозрачных пластинок псевдогексагонального облика. Количественный химический анализ корочек (Тол-109/83, мас. %): Na₂O 16.10, K₂O 5.81, CaO 0.84, MgO 14.11, SO₃ 53.30, H₂O^– 4.28, H₂O⁺ 4.53, сумма 98.97 (аналитик В.В. Дунин-Барковская, ИВиС ДВО РАН). Расчетная формула (Na_1.56K_0.36)_Σ1.92(Mg_1.05Ca_0.04)_Σ1.09(SO₄)₂·0.76H₂O. Минерал не идентифицирован в силу предполагаемой неустойчивости соединения и незначительного количества вещества. О неустойчивости исследуемого высокотемпературного маловодного сульфата Na, K и Mg свидетельствуют данные порошковой рентгенографии (см. табл. 4, Тол-109/83). Большинство наиболее интенсивных пиков межплоскостных расстояний соответствует минералу левеиту Na₁₂Mg₇(SO₄)₁₃·15H₂O, содержащему воду в значительном количестве, что противоречит высокотемпературным условиям отбора (300°С). На дифрактограмме наблюдается уширение оснований пиков, что может прямо свидетельствовать о некоторой разупорядоченности природной фазы, возможно произошедшей в связи с гидратацией вещества пробы Тол-109/83 при взаимодействии с атмосферной водой в ходе лабораторных исследований.

С 1985 г. по трещинкам в массиве спекшейся пирокластики западного внутреннего склона южного кратера в значительных количествах были обнаружены белые мучнистые массы сульфатов кальция (бассанита и др.). В 1988 г. наблюдались существенные деформации на юго-западном внешнем склоне. Как следствие этих деформаций мы предполагаем проявление значительных температур до 300°С в 1992 г. на внешнем западном склоне южного кратера до 50 м вниз от кромки в районе просадки.

Фумарольное поле внутреннего восточного склона южного кратера приурочено к области проекции трещины прорыва [Действующие вулканы …, 1991, с. 221] в пределах восточной кромки южного кратера. Представляет собой выположенный участок вблизи кромки кратера, в пределах которого фиксировались высокие температуры на протяжении длительного периода времени. Поверхность фумарольного поля сложена шлако-лавовым среднеглыбовым материалом. Мелкая пирокластика имела белесовато-сиреневый цвет. В 1979 г. на небольшой площади 10 × 5 м², ориентированной вдоль оси прорыва (то есть, в меридиональном направлении), в пределах вышеуказанного участка мелкая пирокластика была сцементирована ральстонитом в виде двухцветной корки (в 1977 г. корки не было) мощностью до 2 см, довольно крепкой вблизи глыб.

До 1983 г. температуры на поверхности фторидной (см. табл. 2, Тол-13/83) корки в пределах восточной кромки южного кратера были до 100°С, под коркой – до 200°С. На внешнем склоне со стороны Второго конуса, вблизи предполагаемого пересечения южной кромки кратера с питающей трещиной прорыва субмеридионального простирания [Действующие вулканы …, 1991, с. 221] по трещинкам, в которых температуры достигали немногим более 200°С, был встречен галит (см. табл. 3, Тол-11/83). Здесь новообразованный галит в виде плотного скрытокристаллического цемента белого цвета скреплял почти неизмененный шлак.

К 1985 г. площадь участка фумарольного поля, покрытого коркой, состоящей из измененной пирокластики и ральстонита, значительно увеличилась и достигала в длину 30 м. По внутреннему склону вниз заметно увеличилась также площадь распространения белесой зоны с температурами на глубине 5–10 см от поверхности до 270–340°С. В 1983 г. температура здесь достигала лишь 165°С. На обломках мелкой пирокластики, начиная с глубины 1–2 см от поверхности склона, были широко распространены белые налеты ангидрита с бассанитом, что подтверждено данными рентгенофазового анализа. Налеты под бинокулярной лупой просматривались в виде удлиненных молочно-белых микрокристаллов, собранных в розетки.

В 1987 г. было зафиксировано смещение зоны проявления высоких температур по внутреннему южному склону, начиная с 20–30 м от южной кромки кратера в северо-западном направлении. На самой кромке температуры соответствовали температуре окружающей среды.

Отмечаемые в пределах южного кратера повышения близповерхностных температур в 1985, 1987, 1992 гг. указывают на образование новых зон проницаемости для подтока высокотемпературных газов. Тому свидетельство зафиксированная в 1988 г. существенная деформация на внешнем юго-западном склоне южного кратера. Формирование деформации может быть обусловлено влиянием значительного объема бомб и лавовых шаров к юго-западу от конуса в связи с их остыванием.

ПОСТЭРУПТИВНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В СЕВЕРНОМ КРАТЕРЕ

В пределах северного кратера наиболее активные фумарольные площадки были приурочены к выходам спекшейся пирокластики, визуально фиксируемых на внутренних западном и восточном склонах. Наблюдаемая в 1979 г. интенсификация фумарольной деятельности Третьего конуса в пределах северного кратера характеризовалась образованием в значительном количестве соединений натрия и калия. Например, хлориды Na и K вблизи выходов спекшейся пирокластики ржавого и иссиня-красно-бурого цвета встречались в виде плотного цемента белого цвета, иногда с желтоватым или зеленоватым оттенком. Например, в пределах северо-западного внутреннего склона при температуре 460°С в 1979 г. были отобраны тонкозернистые биминеральные отложения галита с сильвином с соотношением атомных количеств K : Na = 1.89 (Тол-75). На восточном внутреннем склоне вблизи кромки кратера при температуре 400°С это соотношение в биминеральных отложениях галита с сильвином составляло 1.04 (Тол-78) и 1.76 (Тол-79) [Филатов, Вергасова, 2002]. На северо-восточной, северной кромке кратера в мелкошлаковом субстрате и даже на внешнем склоне, например, северо-восточном, повсеместно встречался галит (см. табл. 3, Тол-80) в виде белых налетов по неглубоким трещинам, либо в виде белоснежного цемента, местами очень плотного. Обращает на себя внимание образование хлоридами Na и K зон цементации мощностью до 3–4 см на глубине 2–5 см от поверхности. На северо-восточном внешнем склоне зона цементации, состоящая из галита и пирокластики красно-бурого цвета, плащом опускалась вниз по склону, выклиниваясь на расстоянии 30 м от кромки кратера на глубине 25 см. Температура на поверхности кромки кратера была 85°С, непосредственно под зоной цементации 225°С, на некоторой глубине (не более 15–20 см) в рыхлой пирокластике 265°С; в 10 м от кромки на восточном внешнем склоне конуса температура под зоной цементации была 140°С, мощность цементации составляла 2 см. Аналогичные плотные прослои мощностью 3–4 см из галита с сильвином отмечались на внутренних северном и северо-западном склонах северного кратера вблизи глыб спекшейся пирокластики. В последующие годы такого обилия образования хлоридов Na и K не наблюдалось, хотя температуры оставались высокими. Если обратиться к результатам [Большое трещинное …, 1984, c. 492] геодезических и наклономерных работ, проведенных в 1978 и 1979 гг. после извержения вблизи конусов СП, которые свидетельствовали о локальном смещении поверхности вблизи Третьего конуса над возможно возникшим в ходе извержения “неглубоким магматическим очагом”, то формирование значительных скоплений хлоридов Na и K может быть следствием высвобождения летучих элементов при остывании расплава вследствие образования трещин за счет напряжений, образующихся при сокращении объема очага. Помимо хлоридов Na и K на прогретых площадках вблизи глыб спекшейся пирокластики на восточном внутреннем склоне, недалеко от кромки кратера, при температуре 350°С в шлаке, после обильного дождя, было обнаружено значительное скопление сульфатов Na, K, Ca в виде белого тонкодисперсного плотного и не очень цемента. Изучение сульфатов проводилось комплексным методом. Был использован анализ водной вытяжки из пробы (см. табл. 1, тенардит-79), рентгенофазовый анализ и метод электронной микроскопии, что позволило выявить в пробе помимо преобладающего тенардита (см. табл. 4, тенардит-79), афтиталит и, возможно, бубноваит.

Также в 1979 г. Е.К. Серафимовой в северном кратере, вблизи пересечения северной кромки кратера и питающей трещины Третьего конуса субмеридионального простирания [Действующие вулканы …, 1991, с. 221], были отобраны образцы карбонатов. Изучение этих проб позволило установить и описать первую находку нового природного водного соединения гидроксил-хлорид-карбоната магния, названного по близости составов с минералом артинитом – хлорартинитом [Вергасова и др., 1998]. На рис. 5 представлено электронно-микроскопическое изображение агрегата длиннопризматических индивидов минерала хлорартинита (спектр 20, ат. %: С 20.67, O 58.45, Mg 16.92, Cl 3.76, прочие 0.20, сумма 100).

Рис. 5.

Электронно-микроскопическое изображение хлорартинита.

В 1981 г. близповерхностные максимальные температуры в пределах северного кратера не превышали 300°С. Фумарольное поле на восточном внутреннем склоне северного кратера (место подъема со стороны перемычки между северным и южным кратерами) вблизи кромки кратера, визуально проявляющееся в виде белесой зоны (см. рис. 2), увеличилось по площади. Местами пятнами вблизи “глухих” трещинок происходило термическое спекание мелкой пирокластики с образованием корочек незначительной мощности – до 1–2 см. Снаружи корочка была светло-кремовой, предположительно из-за выноса темноцветных минералов, а с нижней стороны – красно-бурой в связи с окислительными процессами. Корочка легко разрушалась молотком. Под коркой вскрывалась горячая рыхлая пирокластика красно-бурого цвета. По трещинкам осаждался скрытокристаллический галит грязно-белого цвета. В 1983 г. температуры здесь снизились до 135°С на глубине 10–15 см, а размеры белесой зоны составляли 40 × 20 м². Поверхностная корка в месте развития белесой зоны сохранилась местами. Здесь же по трещинкам встречалось много белоснежных, местами плотных, отложений флюорита мучнистого облика (см. табл. 4, Тол-2/83). Измененная пирокластика имела белесовато-сиренево-бурый цвет. Много было измененной пирокластики (см. табл. 2, Тол-3/83) без следов начальной структуры грязно-кремового цвета с массой включений гематита, в том числе, в виде хорошо ограненных таблитчатых микрокристаллов, возможно, образовавшихся в ходе перекристаллизации. Благодаря бликованию среди измененной пирокластики еще были обнаружены мельчайшие бесцветные прозрачные слюдоподобные частицы, которые, при изучении их под электронным микроскопом, большей частью имели хорошую огранку в виде псевдогексагональных табличек (рис. 6). Слюдоподобные частицы состояли только из алюминия и кислорода, что позволило диагностировать новообразованную минеральную фазу как корунд, что также подтвердилось определением параметров элементарной ячейки по монокристальным рентгендифракционным данным.

Рис. 6.

Электронно-микроскопическое изображение (а) и EDX-спектры (б, в) новообразованного корунда.

Находки галита с сильвином, галита, а также сульфатов тенардита и пикромерита фиксировались на внутренних восточном (см. табл. 3) и западном склонах северного кратера, но в намного меньших масштабах, вплоть до 1992 г. На окисленных обломках лав при температуре более 100°С часто встречались белые тончайшие налеты сульфатов кальция (ангидрита, бассанита), количество и распространение которых растет, начиная с 1985 г.

В табл. 2 представлен анализ измененных пород (Тол-15₃, отбор 1985 г.) северного кратера с остывшего участка фумарольного поля западного внутреннего склона, обогащенного кристаллическим гематитом, возможно, образовавшимся в ходе перекристаллизации аналогично пробе Тол-3/1983.

К ХАРАКТЕРИСТИКЕ ВУЛКАНОГЕННО-ЭКСГАЛЯЦИОННОГО МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ ПОРОД НА ТРЕТЬЕМ КОНУСЕ

Вторичные минеральные фазы на поверхности фумарольных площадок Третьего конуса имели различный облик: наиболее типичны были пленки, присыпки, выпоты на открытой поверхности массивов спекшейся пирокластики, маломощные скопления в нишах под глыбами или по мелким трещинкам, а также в виде тонкозернистого цемента, скрепляющего мелкошлаковый пирокластический субстрат вблизи массивов спекшейся пирокластики. Исключения составили значительные по площади и по мощности отложения хлоридов Na и K и фторидов (в основном, ральстонит). Образование значительных скоплений хлоридов наблюдалось в северном кратере в 1979 г. Оно было кратковременным и предположительно вследствие высвобождения летучих элементов при остывании гипотетического очага, повлекшего локальное “проседание земной поверхности вокруг северных конусов” [Большое трещинное …, 1984, с. 494]. Скопления фторидов в виде покровов мощностью от 2 до 5 см встречались на фумарольных площадках южного кратера. Ввиду плохой растворимости отложения фторидов сохранялись длительное время. Различия по цвету для большей части новообразованных минеральных фаз были незначительны: от белого, грязно-белого до кремовато-белого цвета.

Результаты минералого-геохимического изучения вулканогенно-эксгаляционного минералообразования свидетельствуют о существенно хлоридном составе новообразованных (вторичных) минеральных фаз Третьего конуса в 1977 г. Значительные изменения в количественном отношении и в составе отмечены в 1979 г., когда наряду с хлоридами широкое распространение получают фториды, особенно в пределах южного кратера. В это время состав минералов вулканических эксгаляций становится преимущественно галоидным (хлориды и фториды) с примесью сульфатов и карбонатов. К 1987 г. доминирующее положение в обоих кратерах начинают приобретать сульфаты Са (ангидрит, бассанит).

При наиболее высоких температурах порядка 300–500°С были установлены хлориды и сульфаты Na и K – галит, сильвин, тенардит, афтиталит, бубноваит, а также, предположительно, левеит; от 100 до 200°С – ральстонит, селлаит, флюорит, ангидрит, бассанит; при менее 100°С – пикромерит, кадваладерит (лесюкит), хлорартинит и др.

В табл. 5 представлен список минералов вулканогенно-эксгаляционного происхождения с фумарольных площадок Третьего конуса СП БТТИ. Из минералов меди, характерных для Второго конуса, в незначительных количествах встречался только тенорит. Следует отметить единичные находки конденсированных углеродных фаз абиогенного происхождения [Карпов и др., 2017] (рис. 7).

Рис. 7.

Углеродсодержащая фаза с включениями скелетных кристаллов галита (а) и ее EDX-спектр (б).

Перерождение пород под воздействием газов в пределах кратерных зон Третьего конуса установлено в незначительных масштабах. В табл. 3 представлены анализы измененных пород Третьего конуса. При наиболее высоких температурах изменению подвергался мелкошлаковый субстрат вблизи массивов спекшейся пирокластики (см. табл. 2, Тол-3/83). При этом мелкий шлак визуально обесцвечивался. Под бинокуляром среди обесцвеченного шлака можно было увидеть многочисленные точечные черные бесформенные микровключения гематита. Изредка встречались и хорошо окристаллизованные индивиды гематита, возможно образовавшиеся в результате перекристаллизации. Происходило также изменение пород под воздействием фторсодержащих газов. Фторметасоматическому преобразованию при температурах более 100°С подвергались как мелкая фракция, так и глыбовый материал (см. табл. 2, Тол-10/83). Отдельно стоит рассматривать измененные породы (см. табл. 2, Тол-114_1-2/77), в образовании которых предполагается активное участие микроорганизмов. Температура их образования менее 50°С [Вергасова, Филатов, 2016].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Пароксизмальная эксплозивная активность Третьего конуса предопределила специфику его постэруптивной деятельности, обусловленную формированием значительных по площади массивов высокотемпературной спекшейся пирокластики. Отсутствие выраженных зон деформаций свидетельствует о значительных объемах погребенной спекшейся пирокластики. Как следствие высоких температур, широкое развитие получил окислительный процесс (переход в изверженных породах Fe²⁺ в Fe³⁺), благодаря которому большая часть постройки конуса окрашена в красные тона не только на внутренних, но и внешних склонах почти до самого подножия. Выходы вулканических газов в виде отдельных хорошо обособленных отверстий и трещин не наблюдались. Присутствие спекшейся пирокластики существенно затрудняло свободную циркуляцию вулканических газов при остывании изверженных пород Третьего конуса, в связи с чем проявление постэруптивных процессов здесь оказалось менее значительным по сравнению с Первым и особенно Вторым конусами Северного прорыва БТТИ. Предполагается, что в составе вулканических газов, просачивающихся через толщу спекшейся пирокластики, значительную долю составляют окклюдированные и адсорбированные газы.

Получены результаты картирования температурных неоднородностей в пределах кратерных зон Третьего конуса. На период с августа 1977 г. по июль 1978 г. температура поверхности (на глубине 15–20 см) колебалась от 15 до 550°С. Максимальные значения температур фиксировались вблизи выходов массивов спекшейся пирокластики. В местах, перекрытых шлаковым чехлом, например, в южном кратере, высокие температуры фиксировались в области проекции трещины прорыва – известного тектонического нарушения [Действующие вулканы …, 1991, с. 221], которое сопровождалось процессами минералообразования и изменения пород (см. рис. 1). По материалам периодического картирования температурных неоднородностей, максимальные близповерхностные температуры, достигающие значений до 300°С, сохранялись длительное время в пределах кратерных зон Третьего конуса [Андреев и др., 2004]. Выделена локальная высокотемпературная зона в пределах западного окончания перемычки между северным и южным кратерами (“высокая отметка”). Здесь длительное время фиксировались и сохранялись до 2003 г. температуры более 100°С, что, возможно, связано с близостью бокк “седьмого и восьмого лавовых потоков (400 и 300 м), выжатых из южного и северного краев начальной трещины, на которой возник Третий конус” [Большое трещинное …, 1984, с. 64]. В 1999 г. в этом месте температуры соответствовали 148–169°С, в то время как большая часть поверхности на внутренних склонах и на кромках обоих катеров были остывшими либо имели температуры намного меньше 100°С. По данным измерений, например, в 2001 г., вблизи высокой отметки в мелкошлаковом субстрате на западном внутреннем склоне, недалеко от кромки северного кратера, температура была от 146 до 254°С, а на западном внутреннем склоне, недалеко от кромки южного кратера – 120°С; в 2003 г. – там же, от 115 до 215°С. Повышение температуры могло носить временный характер в связи с усилением сейсмической либо вулканической активизации региона.