Simulation of a Potential Sector Collapse on the Koryaksky Volcano and Volcanic Hazard Assessment for the Yelizovo-Petropavlovsk Agglomeration (Kamchatka)

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Обвальные отложения весьма распространены и известны на многих вулканах мира, таких как: Роке-Нубло, Канарские острова, Испания [Cacho et al., 1994], Таранаки, Новая Зеландия [Roverato et al., 2015], Антуко, Чили [Romero et al., 2022], Шаста, Калифорния, США [Crandell, 1989], Ирига, Филиппины [Yoshida, 2013]. На Камчатке около 30 активных вулканов, на 18 из которых были зафиксированы многочисленные обвалы от небольших (от 0.001 км³) до катастрофических (20–30 км³) объемов [Ponomareva et al., 2006]. С развитием современных геоинформационных технологий появилась возможность моделировать потенциальную опасность от обломочных лавин на вулканах, например, для вулкана Сюпхан в Турции [Ozdemir et al., 2016], Пико де Танситаро в Мексике [Morelli et al., 2010], Ирига на Филиппинах [Minimo, Lagmay, 2016]. Для Корякского вулкана в 1995 г. В.В. Адушкиным с коллегами [1995] был рассмотрен механизм разрушения постройки вулкана, связанный с пластовым субгоризонтальным внедрением магмы из питающего канала в тело вулканической постройки.

За прошедшие с того момента почти 30 лет появилось большое количество новых технологий и методик изучения вулканических процессов, наблюдалась еще одна активизация вулкана Корякский, что в совокупности определило цель настоящей работы – смоделировать потенциальный обвал на вулкане Корякский с применением современных геоинформационных технологий и изучить возможные сценарии развития ситуации. Особенно важно отметить, что на вулкане Авачинский, расположенном в 10 км от Корякского вулкана, в позднем плейстоцене произошел катастрофический обвал с объемом материала около 16–20 км³ [Ponomareva et al., 2006]. Учитывая, что Корякский и Авачинский вулканы находятся в единой геодинамической обстановке и принадлежат одной вулканической группе, повторение схожего сценария на вулкане Корякский вполне вероятно. Актуальность настоящего исследования обусловлена тем, что Корякский вулкан расположен в 30 км от городов Петропавловска-Камчатского и Елизово, в которых проживает около 77% (~220 тыс. чел.) населения всего Камчатского края [База ..., 2023]. Таким образом, изучение потенциальной опасности от обвальных отложений вулкана Корякский важно для понимания возможных рисков и развития экономической и хозяйственной деятельности региона в будущем.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ АВАЧИНСКО-КОРЯКСКОЙ ГРУППЫ ВУЛКАНОВ

Авачинско-Корякская группа вулканов расположена на юге Восточного вулканического пояса Камчатки (рис. 1б). Этот регион отличается сложным геологическим строением ввиду наличия границы аккреции Кроноцкой палеодуги [Авдейко, Бергаль-Кувикас, 2015; Lander, Shapiro, 2007] и долгоживущей системы Южной Камчатки, в том числе и Берегового хребта [Бергаль-Кувикас, Рогозин, 2023]. Эта граница выражена Авачинским трансформным разломом на слэбе [Андреев, 1993], подтвержденным данными мантийной томографии [Bushenkova et al., 2023]. Результаты электроразведочных работ и гравиметрической съемки свидетельствуют об аномальной зоне Авачинского грабена, осложненного вулкано-тектоническими депрессиями Авачинско-Корякской группы вулканов [Мороз, Гонтовая, 2003; Нурмухамедов, 2016]. На земной поверхности Центральной Камчатки фиксируются многочисленные разрывные нарушения Малко-Петропавловской зоны поперечных дислокаций, к которым приурочены моногенные конусы и гидротермально-магматические системы [Агибалов и др., 2023].

Авачинско-Корякская группа вулканов представлена линейным рядом вулканов, вытянутым в северо-западном направлении, т. е. вкрест Восточному вулканическому поясу (см. рис. 1). Группа состоит из вулканов (с запада на восток): Аaг (2319 м), Арик (2166 м), Корякский (3456 м), Авачинский (2751 м) и Козельский (2190 м). Общая площадь связанных с этими вулканами отложений равна ~2000 км². До высоты около 1000 м отдельные вулканы группы не обособляются, отложения их подножий образуют изометричный аккумулятивный пьедестал диаметром 40–50 км [Масуренков и др., 1985]. По данным Государственной геологической карты [2000], Авачинско-Корякская группа вулканов относится к плейстоцен-голоценовой андезитовой формации. Вулкан Корякский расположен в 230 км от желоба и по изотопно-геохимическим характеристикам лав принадлежит к тыловой части вулканического пояса [Bergal-Kuvikas et al., 2022]. Результаты магнитотеллурического зондирования свидетельствуют о питании активных вулканов Авачинско-Корякской группы по разломам Малко-Петропавловской зоны поперечных дислокаций [Мороз, Логинов, 2019] и насыщении флюидами территории Авачинского грабена [Мороз, Гонтовая, 2001]. По данным мантийной томографии глубина магматического очага в. Корякский оценена в 7 км [Bushenkova et al., 2019].

Рис. 1. Полуостров Камчатка (а), район Авачинского залива (б) и вид на Авачинскую группу вулканов со стороны г. Петропавловска-Камчатского (в). ЦКД – Центральная Камчатская депрессия; ПК – г. Петропавловск-Камчатский, Е – г. Елизово, В – г. Вилючинск; МПЗ – Малко-Петропавловская зона поперечных дислокаций. Фото А.В. Сокоренко. Дата съемки: 26.04.2009. Высоты вулканов даны по [Масуренков и др., 1991]. Высота постройки Палео-Авачи могла составлять, по оценкам, около 3700 м (личное сообщение М.Ю. Пузанкова, ИВиС ДВО РАН, 2022). Границы Авачинского грабена (Авачинской депрессии) даны по [Поздеев, 2003].

Корякский вулкан является типичным стратовулканом с переслаиванием лавовых потоков и пирокластических толщ [Масуренков и др., 1991]. Вулкан имеет форму правильного конуса высотой 3456 м с крутыми склонами: до 35˚ у вершины и до 20˚ в средней части склонов. Диаметр основания около 20 км, относительная высота над южным подножием – 3200 м, над северным – 2399 м. Поверхность склонов изрезана глубокими барранкосами. Площадь основания вулкана – более 300 км² [Государственная …, 2000]. В западной части вулкана расположен кратер диаметром около 200 м и глубиной до 30 м, открытый на юг. В кратере и на западном склоне вулкана на высоте 3 км находятся активные фумарольные площадки [Масуренков и др., 1991]. Моделирование равновесной формы постройки в. Корякский показало, что наряду с наличием кольцевых структур в теле постройки вулкана имеются секторы, для которых выработан гравитационно-устойчивый профиль склона [Делемень и др., 2004].

Постройка Корякского вулкана проходила в две фазы: ранняя – позднеплейстоценовая и поздняя – голоценовая [Государственная …, 2000]. Корякский вулкан проявлял большую активность в начале голоцена, по данным тефростратиграфии зафиксировано около 60 событий [Krasheninnikov et al., 2020]. Возраст некоторых лавовых потоков в. Корякский оценивается в 8000–8200, 7800, 7150, 6700 календарных лет [Базанова и др., 2012] (рис. 2).

Рис. 2. Лавовые потоки вулкана Корякский. Высоты вулканов – по [Масуренков и др., 1991]. Контуры и возраст (календарных лет) лавовых потоков – по [Пономарева и др., 2016; Голоценовый …, 2023]. Фото А.В. Сокоренко. 1 – контуры лавовых потоков.

За последние 200 лет Корякский вулкан проявлял активность 15 раз, доминировали фреатические извержения [Мелекесцев, 1996]. Последний цикл активизации имел место в 2008–2009 гг., когда наблюдалась активная фумарольная деятельность и пеплопады [Гордеев и др., 2011] (табл. 1, см. рис. 1в). Методами спутниковой радарной интерферометрии на основе снимков японского спутника ALOS-1 были определены смещения склонов вулкана Корякский, достигающих 25 см, в период его последней активизации [Михайлов и др., 2021]. Наиболее вероятной причиной зафиксированных смещений, по мнению авторов, является внедрение магматического материала в постройку вулкана с формированием трещины с глубиной нижней кромки 0.5 км над уровнем моря, с размерами по простиранию 1.0 км, по падению 2.4 км, с углом падения от 45˚ до 60˚ [Михайлов и др., 2021].

Таблица 1. Сведения об исторической активности вулкана Корякский

Вулкан Авачинский, имеющий форму Сомма-Везувий, состоит из переслаиваний потоков лавы и пирокластики [Заварицкий, 1977]. Современный молодой конус Авачинского вулкана вырос на месте Палео-Авачи, имевшей, по некоторым оценкам, высоту ~3700 м (личное сообщение М.Ю. Пузанкова, ИВиС ДВО РАН, 2022) и частично разрушенной в плейстоцене в результате нескольких извержений. В работе И.В. Мелекесцева с соавторами [1991, с. 9] показано, что “в истории формирования вулкана Авачинский в позднем плейстоцене было по меньшей мере два эпизода значительного разрушения его постройки, связанных с катастрофическими извержениями типа направленного взрыва, происшедшими с интервалом в несколько (?) тысяч лет. Оба раза материал выбрасывался в юго-западном и южном направлениях”. Радиоуглеродным методом определены возраста этих катастрофических извержений – 29–30 и 35–40 тыс. лет [Мелекесцев и др., 1991]. Ассоциированные с извержениями грубообломочные взрывные и обвальные отложения первоначально покрывали площадь около 400 км², а их объем достигал 16–20 км³ [Мелекесцев и др., 1991]. По данным И.Ф. Делеменя c соавторами [1985], отложения направленных взрывов в. Авачинский развиты на площади около 150 км², а у подножия Авачинско-Корякской группы вулканов, вероятно, достигают мощности порядка 300 м. В результате извержений произошла кардинальная перестройка рельефа к югу от вулкана Авачинский, нижняя по течению часть русла р. Авача была перемещена на 6–10 км [Мелекесцев и др., 1991]. Современный город Петропавловск-Камчатский и прилегающие населенные пункты расположены на обвально-взрывных отложениях в. Авачинский, с максимальной измеренной мощностью 170 м (рис. 3).

Рис. 3. Направления распространения обвально-взрывных отложений от плейстоценовых извержений Авачинского вулкана и фото представительных обнажений. Фото авторов. 1 – территории населенных пунктов Елизовско-Петропавловской агломерации; 2 – направления распространения обвально-взрывных отложений от позднеплейстоценовых катастрофических извержений Авачинского вулкана (по [Мелекесцев и др., 1991]); 3 – места съемки обнажений: A – поселок (п.) Красный, B – п. Нагорный, C – п. Крутобереговый, D – гора Лагерная, E – парк у здания ИВиС ДВО РАН, F – бухта Моховая; 4 – точки измерения мощности отложений обломочных лавин (по [Гриб и др., 1985; Мелекесцев и др., 1991]); 5 – термальные источники (ТИ).

К Авачинско-Корякской группе вулканов приурочены термоминеральные источники (Корякские Нарзаны, Изотовский и Пиначевский (см. рис. 3)), имеющие гидравлическую связь с зоной внедрения магм питающих систем вулканов Авачинский и Корякский [Кирюхин и др., 2015].

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для решения поставленных в данном исследовании задач необходимо применение комплекса подходов и моделей, основанных на последних достижениях, в том числе, в сфере геоинформационных технологий.

РСА-интерферометрия

Спутники, оснащенные радаром с синтезированной апертурой (Synthetic Aperture Radar, SAR, РСА) получают снимки поверхности Земли, излучая радиолокационные сигналы и анализируя отраженный сигнал. В отличии от видимого или инфракрасного света, радиолокационные волны проходят через бóльшую часть облаков, а также одинаково эффективны как в светлое, так и в темное время суток [Hanssen, 2001]. Радиолокационные сигналы характеризуются амплитудой и фазой. Амплитуда связана с энергией обратно рассеянного сигнала. Фаза связана с расстоянием от датчика до цели и используется для оценки смещения в интерферометрических приложениях.

Интерферометрический радар с синтезированной апертурой (Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR) или SAR-интерферометрия, РСА-интерферометрия – это метод измерения изменения фазы сигнала между двумя изображениями, полученными для одной и той же местности в разное время. Когда точка на поверхности Земли смещается, расстояние между сенсором и точкой изменяется, что влияет на значение фазы сигнала, записанное сенсором. Интерферограмма – это цифровое представление изменений в смещении поверхности.

Дифференциальная РСА-интерферометрия (Differential InSAR, DInSAR) отличается от InSAR тем, что топографические эффекты на получаемых интерферограммах компенсируются использованием цифровых моделей рельефа исследуемой области, в результате чего создаются дифференциальные интерферограммы. DInSAR не является методом точного измерения смещений земной поверхности, так как в действительности измеряется проекция смещения целевой точки в направлении на спутник, однако этот метод полезен для мониторинга природных явлений, сопровождающихся интенсивными движениями земной коры, таких как землетрясения и извержения вулканов [Atzori et al., 2019; Ji et al., 2013; Sreejith et al., 2020; Wang et al., 2018; Xiong et al., 2022].

Данные InSAR незаменимы в тех случаях, когда другие методы изучения природных объектов невозможны или сильно ограничены из-за отдаленности объектов исследований, сложной логистики и неблагоприятных погодных условий в районе исследований. Ярким примером является программа исследования вулканов Алеутских островов методами РСА-интерферометрии, в ходе которой были получены важные данные о смещениях земной поверхности, сопровождавших различные этапы подготовки извержений таких вулканов, как Окмок, Уэстдал, Акутан и другие [Lu, Dzurisin, 2014].

В этом исследовании мы анализировали РСА-интерферограммы, созданные с помощью программного обеспечения SF DAAC HyP3 2022 с использованием программного продукта GAMMA. Мы работали с сервисом получения InSAR данных по запросу, доступ к которому организован на портале Vertex, созданном в Alaska Satellite Facility, подразделении Аляскинского университета в Фэрбенксе (США) [Kristenson, 2022]. Полученные данные содержат обработанные данные Copernicus Sentinel 2022, предоставленные Европейским космическим агентством (ESA). При создании InSAR и DInSAR данных была использована цифровая модель рельефа Copernicus GLO-30 Public DEM с разрешением 1 с (~30 м).

Для того чтобы устранить влияние неоднородности атмосферы и других факторов, зашумляющих итоговые карты распределения деформаций, полученные интерферограммы были обработаны методом малых базовых линий (SBAS – Small BAseline Subset). Суть метода заключается в том, что пары SAR-снимков, участвующие в генерации интерферограмм, выбираются таким образом, чтобы минимизировать пространственное и временное разделение (базовую линию) между орбитами сбора данных, тем самым смягчая явления декорреляции [Berardino et al., 2002; Lanari et al, 2007]. Метод SBAS позволяет получить карты средней скорости деформации и временные серии карт деформации для каждого участка исследуемой территории.

В нашей работе для оценки деформации земной коры с помощью сервиса Vertex по методике SBAS было проанализировано 18 пар снимков исследуемого района, полученных с помощью спутника Sentinel-1 в летние месяцы в период с 2016 по 2022 гг. Для анализа подбирались пары снимков с минимальным пространственным разнесением (менее 20 м) и временным интервалом в 1 год. Все снимки, участвовавшие в анализе, были сделаны на нисходящей орбите спутника. Было проанализировано по три интерферограммы для каждого годичного интервала (2016–2017, 2017–2018 и т.д.). Итоговая карта относительных вертикальных смещений представляет собой усреднение всех полученных интерферограмм.

Модель Energy cone

Для оценки опасности схода обломочных лавин на вулкане Корякский была применена модель Energy cone (“энергетический конус”). Эта модель, впервые сформулированная M.C. Malin, M.F. Sheridan в 1982 г. [Malin, Sheridan, 1982], является 3D-экстраполяцией модели energy line (“энергетическая линия”) [Heim, 1882]. В основу модели положена идея о том, что мобильность вулканического гравитационного потока определяется углом энергетической линии. Этот угол выражается отношением относительной высоты (H) к расстоянию латерального перемещения вулканического гравитационного потока (L). Например, если лавина начинается на высоте 4 км и спускается по склону до высоты в 1 км, пройдя при этом расстояние в 10 км, то H/L = (4 – 1)/10 = 0.3. Чем бóльшее расстояние проходит поток, тем меньше отношение H/L.

Таким образом, для оценки опасности от обломочной лавины с использованием модели энергетического конуса необходимо два параметра: отношение H/L и высота обрушающегося блока Hc. Модель Energy cone используется для описания различных видов вулканических гравитационных потоков, включая пирокластические потоки, обломочные лавины и лахары.

В работах [Hayashi, Self, 1992; Sosio et al., 2012] приведено распределение различных типов оползневых процессов на вулканах (вулканические обрушения, пирокластические потоки, горные лавины и т.д.) в зависимости от значения параметра H/L и объема лавины. Отмечено, что обломочные лавины на вулканах по сравнению с другими, невулканическими, лавинами вовлекают бóльшие объемы пород, а также распространяются на бóльшие площади.

В работе [Ponomareva et al., 2006] параметр H/L, наряду с другим характеристиками, используется для описания обломочных лавин различных вулканов Камчатки. Можно проследить разнообразие наблюдаемых значений данного параметра (от 0.09 до 0.8) для различных обломочных лавин.

Параметр H/L применяется не только для описания уже произошедших событий, но и для моделирования событий, которые могут произойти в будущем. Такие работы проводились, например, для следующих вулканов: Мерапи (Индонезия) [Yulianto et al., 2015], Чанбайшань (граница КНДР и Китая) [Wan et al., 2012], Везувий и Флегрейские поля (Италия) [Tierz et al., 2016].

В нашем исследовании для моделирования различных сценариев схода обломочных лавин был использован инструмент Energy Cone Simulation, входящий в состав программного продукта для оценки вулканической опасности The Volcanic Hazards Assessment Support System (VHASS) [Takarada, 2017]. В этой системе реализован оригинальный графический интерфейс, в котором положение точки начала лавины может быть определено простым кликом мыши. После ввода значений высоты обрушающегося блока (Hc), минимального и максимального значения и шага изменения параметра H/L система генерирует карту с различными сценариями схода гравитационного потока в зависимости от указанных параметров.

Дальнейшая обработка и визуализация данных на карте выполнялась с помощью программных продуктов ArcGIS и Google Earth.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На итоговой карте распределения смещений земной поверхности (рис. 4) хорошо заметны области положительных деформаций вдоль Авачинско-Корякской группы вулканов c северной стороны изучаемого района, что соответствует палеотектоническим реконструкциям и подъему значительной территории Авачинского и Восточного хребтов [Карта …, 1977; Бергаль-Кувикас и др., 2019]. Юго-восточнее рассматриваемой группы вулканов поверхность испытывает отрицательные деформации (см. рис. 4). Эти данные свидетельствуют о том, что Корякский вулкан расположен на гетерогенном основании, возможно, разломе северо-западного простирания [Маренина и др., 1962]. Геофизические наблюдения подтверждают наличие Авачинского грабена в основании Авачинской группы вулканов [Bushenkova et al., 2023].

Рис. 4. Относительные деформации земной поверхности, полученные методом SBAS по InSAR-данным. Положительные деформации интерпретируются как поднятия, отрицательные — как опускания. 1 – территории населенных пунктов Елизовско-Петропавловской агломерации; 2 – вулканы: Кр – Корякский, Ав – Авачинский, Кз – Козельский; 3 – относительные деформации.

Анализ вулканической активности за время исторических наблюдений (рис. 5) свидетельствует о доминировании фумарольной активности с периодическими выбросами пепла. Пеплы состоят в большей степени из резургентного материала [Гордеев и др., 2011; Пономарева и др., 2012]. Абсолютное датирование некоторых фенокристаллов пеплов, вынесенных в результате активизации 2009 г., показало загрязнение магм гетерогенными детритовыми компонентами осадочных пород и широкий временной диапазон вариаций пород фундамента в. Корякский от архея до кайнозоя [Bindeman et al., 2016]. Геофизические наблюдения на в. Корякский в 1966–2009 гг. свидетельствуют о периодической активизации разломов и попадании метеорной воды, провоцирующей проявления фумарольной деятельности на в. Корякский [Синюков, Нуждина, 2010]. Анализ сейсмических событий под вулканом во время извержения 2008–2009 гг. по данным А.В. Кирюхина [2020] показал, что кластеры землетрясений фиксируются на абсолютных глубинах до 2 км над уровнем моря. Этот факт может свидетельствовать о накапливающейся неоднородности вулканической постройки вследствие активного прогрева пород фумаролами.

Рис. 5. Гистограмма активности вулкана Корякский в историческое время (на основе табл. 1). 1 – фумарольная активность, 2 – пепловые выбросы.

Многочисленные исследования стратовулканов свидетельствуют о том, что гидротермальные изменения могут приводить к обрушению построек вулканов и формированию обвальных отложений [Kereszturi et al., 2021]. На большинстве вулканов Авачинско-Корякской группы были зафиксированы обвальные отложения [Ponomareva et al., 2006], а для в. Корякский имеются признаки дестабилизации постройки и фумарольной деятельности, прогревающей всю постройку вулкана. На основании этих данных было проведено моделирование потенциальной опасности от обвальных отложений в. Корякский.

Результаты моделирования различных сценариев развития потенциального обвала в. Корякский с учетом рельефа земной поверхности представлены на рис. 6. Учитывались разные параметры для расчета дистанций распространения обломочных лавин. Минимальные значения (высота обрушившегося блока 5 м, H/L ~0.3) использовались, поскольку по данным [Ponomareva et al., 2006] подобные обвалы уже происходили на в. Корякский в прошлом. Максимальные значения (высота обрушившегося блока 100 м, H/L ≥0.1) рассчитывались на примере распространения обвальных отложений в. Авачинский по данным [Ponomareva et al., 2006]. Использование в качестве модельных для в. Корякский параметров обвалов, имевших место на в. Авачинский, обусловлено тем, что эти два вулкана приурочены к единой тектонической структуре, близки по возрасту и составу пород, а в позднем плейстоцене имели схожую морфологию и абсолютную высоту [Мелекесцев и др., 1991].

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в случае потенциального обвала распространение обломочных лавин возможно на расстояние как минимум 10 км от постройки вулкана (см. рис. 6а, 6в). В случае повторения сценария на в. Авачинский ситуация может быть катастрофической и затрагивать более значительные территории (см. рис. 6б, 6г). Учитывая наличие возвышенностей с большим перепадом высот (вулканы Авачинский и Козельский), распространение обвальных отложений на юго-восток несколько ограничено (см. рис. 6).

Рис. 6. Моделирование распределения параметра H/L, определяющего мобильность обломочных лавин на вулкане Корякский. а, б – лавина начинается на юго-западном склоне; в, г – лавина начинается на юго-восточном склоне (а, в – высота обрушающегося блока 5 м, значения H/L ~0.3; б, г – высота обрушающегося блока 100 м, значения H/L ≥0.1). 1 – территории населенных пунктов: ПК – Петропавловск-Камчатский, Е – Елизово; 2 – место начала движения обломочной лавины; 3 – вулканы: Ав – Авачинский, Кз – Козельский.

Поскольку существует гетерогенность постройки в. Корякский и подъем ее северо-восточной части, а обвальные отложения в. Авачинский распространялись на юг и юго-запад, мы предполагаем, что доминирующим направлением распространения обвальных отложений будет являться юго-западное (рис. 7). Если предположить, что следующий обвал на вулкане будет такого же масштаба, как и известное историческое событие [Ponomareva et al., 2006], то есть будет иметь объем порядка 0.1 км³ и распространится на расстояние 10 км, то тогда опасная область будет соответствовать значениям параметра H/L ~0.3 (см. рис. 7, область, оконтуренная оранжевой линией). Мощность оползневых отложений в этом случае может достигать 1 м. В этом, сравнительно “благоприятном”, случае наибольшей опасности подвергнутся дачные поселки, находящиеся близко к юго-западным склонам вулкана, а также, вероятно, постройки и объекты инфраструктуры, находящиеся вдоль дороги, ведущей на перевал между вулканами Корякский и Авачинский.

Рис. 7. Карта опасности от потенциальных обломочных лавин на вулкане Корякский. На 3D-сцену наложены области распределения параметра H/L, приведенные на рис. 6а и 6б. 1 – области землепользования (пастбища, фермы, садоводческие товарищества и др.); 2 – территории населенных пунктов; 3 – дороги, проезды; 4 – линии электропередач; 5 – вулканы: Кр – Корякский, Ав – Авачинский, Кз – Козельский. ГБ – горнолыжная база, ТИ – термальные источники. 1–4 – по данным проекта OpenStreetMap [2022].

Раннее В.В. Адушкин с соавторами [1995] на основе рассмотренного ими механизма разрушения вулканической постройки за счет субгоризонтального внедрения магматического вещества также предположили наиболее вероятный сценарий обвала в юго-западном направлении с дальностью распространения лавин 30–50 км и площадью лавинных отложений 80–1500 км², объем возможного лавинного обрушения ~8 км³. Такие параметры обломочной лавины соответствуют значениям H/L, близким 0.1, то есть области, закрашенной синим цветом на рис. 7. Это наихудший из рассматриваемых в данном исследовании сценариев, при котором в опасную зону попадают густонаселенные районы, военные объекты, расположенные, например, в поселке Радыгина, а также объекты инфраструктуры (аэропорт и морской порт, дороги, линии электропередач и т.д.).

Согласно данным Федеральной службы государственной статистики по Камчатскому краю, на Камчатке по состоянию на 1 января 2023 г. проживало 288 730 человек [База …, 2023], 56% которых – в столице края, а еще 21% – в Елизовском муниципальном районе (рис. 8а), в состав которого входят два других города Камчатки – Елизово и Вилючинск. Таким образом, больше половины населения Камчатского края живет в непосредственной близости от Корякского вулкана и находится в зоне риска от потенциальных обвалов.

Елизовско-Петропавловская агломерация, включающая в себя города Елизово, Петропавловск-Камчатский и расположенные между ними населенные пункты Елизовского района, является также самыми экономически развитым районом Камчатки, на нее приходится более 60% прибыли, получаемой всеми предприятиями края (см. рис. 8б). В контексте обсуждаемой в данном исследовании проблемы особенно важно, что значительный вклад в экономику Елизовского района и Петропавловска-Камчатского вносят предприятия, занятые в сельском хозяйстве, охоте и рыболовстве, добыче полезных ископаемых, обрабатывающих производствах, ресурсоснабжении (водоотведение, обеспечение электроэнергией, газом), для которых ключевую роль играют, во-первых, надежная инфраструктура (дороги, линии электропередач, логистические пункты и т.д.), а во-вторых, эксплуатация освоенных земельных участков. В связи с этим последствия схода обвалов с Корякского вулкана в масштабах, показанных на рис. 7, окажут катастрофическое воздействие на экономику всего Камчатского края. Тем важнее вести постоянный мониторинг динамики постройки Корякского вулкана, чтобы иметь возможность подготовиться и уменьшить, насколько это возможно, негативные последствия от потенциальных обвалов и последующий экономический ущерб.

Рис. 8. Социальные и экономические показатели районов Камчатского края, по [База ..., 2023]. а – процентное распределение населения на 01.01.2023; б – процентное распределение прибыли организаций по данным бухгалтерского учета за 2021 г.; в – распределение прибыли организаций г. Петропавловска-Камчатского и Елизовского района в различных отраслях за 2021 г. 1 – Петропавловск-Камчатский городской округ; 2 – Елизовский муниципальный район (МР); 3 – Вилючинск; 4 – Мильковский МР; 5 – Усть-Камчатский МР; 6 – Усть-Большерецкий МР; 7 – Быстринский МР; 8 – Соболевский МР; 9 – Алеутский муниципальный округ; 10 – Корякский округ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе данных спутниковой интерферометрии показано, что северо-восточные склоны постройки в. Корякский имеют положительные деформации относительно опускающихся юго-западных склонов. Периодическая фумарольная активность, извержение пеплов резургентного состава позволяют предполагать циркуляцию метеорных вод в постройке вулкана. Это может способствовать формированию полей измененных пород и, следовательно, нарушению прочности постройки, что создает условия для обрушения вулкана с образованием обвально-оползневых отложений. Учитывая масштабность обвальных отложений находящегося рядом с изучаемым объектом в. Авачинский, проведено моделирование обвала части постройки Корякского вулкана, показан вероятный сектор такого обвала. Зона поражения от движения потенциальной обломочной лавины практически полностью охватывает территорию Елизовско-Петропавловской агломерации, что несет очень высокие риски для жизни населения и экономики Камчатского края. Для того чтобы иметь возможность уменьшить негативные последствия от процессов, происходящих на Корякском вулкане, необходим комплекс мер, включающих, как минимум, размещение в привершинной части постройки вулкана высокоточных GPS-станций, а также сети сейсмических датчиков. В случае значительных деформации постройки вулкана такой мониторинг позволит экстренным службам оперативно предпринять комплекс спасательных мер, включающих эвакуацию населения.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают искреннюю признательность редакторам и анонимным рецензентам, чьи критические замечания и предложения позволили значительно улучшить качество статьи.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 22-77-10019 (https://rscf.ru/project/22-77-10019/).

About the authors

A. A. Dolgaya

Author for correspondence.
Email: adolgaya@kscnet.ru
Russian Federation, bulvar Piipa, 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

O. V. Bergal-Kuvikas

Email: adolgaya@kscnet.ru
Russian Federation, bulvar Piipa, 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Kamchatka Peninsula (a), the Avacha Bay area (b) and a view of the Avacha group of volcanoes from Petropavlovsk-Kamchatsky (c). CD – Central Kamchatka depression; PK – Petropavlovsk-Kamchatsky, E – Yelizovo, C – Vilyuchinsk; MPZ – Malko-Petropavlovsk the zone of transverse dislocations. Photo by A.V. Sokorenko. Date of shooting: 04/26/2009. The heights of volcanoes are given by [Masurenkov et al., 1991]. The height of the Paleo-Avacha construction could be estimated at about 3,700 m (personal message of M.Y. Puzankov, IViS FEB RAS, 2022). The boundaries of the Avacha graben (Avacha depression) are given by [Pozdeev, 2003].

Download (1MB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Lava flows of the Koryaksky volcano. The heights of volcanoes are according to [Masurenkov et al., 1991]. Contours and age (calendar years) of lava flows – according to [Ponomareva et al., 2016; Holocene ..., 2023]. Photo by A.V. Sokorenko. 1 – contours of lava flows.

Download (2MB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Directions of distribution of landslide-explosive deposits from Pleistocene eruptions of the Avacha volcano and photos of representative outcrops. Photos of the authors. 1 – territories of settlements of the Yelizovsko-Petropavlovsk agglomeration; 2 – directions of distribution of landslide-explosive deposits from the Late Pleistocene catastrophic eruptions of the Avacha volcano (according to [Melekessev et al., 1991]); 3 – locations of outcroppings: A – settlement (P.) Krasny, B – Nagorny, C – Krutoberegovy, D – Lagernaya Mountain, E – park near the building of the IViS FEB RAS, F – Mokhovaya Bay; 4 – points for measuring the thickness of debris avalanche deposits (according to [Grib et al., 1985; Melekessev et al., 1991]); 5 – thermal springs (TI).

Download (1MB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Relative deformations of the Earth's surface obtained by the SBAS method from InSAR data. Positive deformations are interpreted as elevations, negative ones as descents. 1 – territories of settlements of the Yelizovo-Petropavlovsk agglomeration; 2 – volcanoes: Kr – Koryaksky, Av – Avachinsky, Kz – Kozelsky; 3 – relative deformations.

Download (1MB)

Indexing metadata

6. Fig. 5. Histogram of the activity of the Koryaksky volcano in historical time (based on Table 1). 1 – fumarole activity, 2 – ash emissions.

Download (57KB)

Indexing metadata

7. Fig. 6. Modeling of the distribution of the H/L parameter determining the mobility of debris avalanches on the Koryaksky volcano. a, b – the avalanche begins on the southwestern slope; c, d - the avalanche begins on the southeastern slope (a, c – the height of the collapsing block is 5 m, values H/L ~0.3; b, d – the height of the collapsing block is 100 m, values H/L ≥0.1). 1 – territories of settlements: PK – Petropavlovsk-Kamchatsky, E– Yelizovo; 2 – the place of the beginning of the movement of the debris avalanche; 3 – volcanoes: Av – Avachinsky, Kz – Kozelsky.

Download (1MB)

Indexing metadata

8. Fig. 7. Hazard map from potential debris avalanches on the Koryaksky volcano. The distribution areas of the H/L parameter are superimposed on the 3D scene, shown in Fig. 6a and 6b. 1 – land use areas (pastures, farms, horticultural associations, etc.); 2 – territories of settlements; 3 – roads, driveways; 4 – power lines; 5 – volcanoes: Kr – Koryaksky, Av – Avachinsky, Kz – Kozelsky. GB – ski resort, TI – thermal springs. 1-4 – according to the OpenStreetMap project [2022].

Download (1MB)

Indexing metadata

9. Fig. 8. Social and economic indicators of the Kamchatka Territory districts, according to [Database ..., 2023]. a – percentage distribution of the population as of 01.01.2023; b – percentage distribution of profits of organizations according to accounting data for 2021; c – distribution of profits of organizations in Petropavlovsk-Kamchatsky and Yelizovsky districts in various industries for 2021. 1 – Petropavlovsk-Kamchatsky city district; 2 – Yelizovsky municipal district (MR); 3 – Vilyuchinsk; 4 – Milkovsky MR; 5 – Ust-Kamchatsky MR; 6 – Ust-Bolsheretsky MR; 7 – Bystrinsky MR; 8 – Sobolevsky MR; 9 – Aleutian Municipal District; 10 – Koryak district.

Download (429KB)

Indexing metadata