Impact of volcanic and post volcanic activity on fluvial relief

Full Text

Введение

Рельеф, формирующийся текучими водами, подвержен быстрым изменениям. Флювиальный рельеф вулканических регионов находится еще и в условиях активного и весьма быстро меняющегося эндогенного воздействия. При проведенном ранее анализе флювиального рельефа разных вулканических регионов [1–3 и др.] установлено, что вулканические извержения, вулкано-тектонические деформации поверхности, газогидротермальная деятельность и грязевулканическая активность ¹ оказывают весьма существенное воздействие как на развитие долинной сети, так и на ее заложение. При этом непосредственно вулканическая деятельность может влиять на долины, удаленные на несколько десятков и даже первые сотни километров от центров извержения.

Детали и особенности развития флювиального рельефа областей доминирования вулканизма различного типа и связанных с ним явлений изучены мало. Анализ публикаций по вулканическим регионам свидетельствует о том, что сведения об этом как в отечественной, так и в зарубежной научной литературе весьма отрывочны, разрознены и не систематизированы. Хорошо известно, что в зонах развития стратовулканов, как правило, доминирует радиальный — центробежный рисунок речной сети, который сохраняется даже после разрушения самих конусов [4]; общепризнанна постепенная инверсия вулканического рельефа в случае заполнения долин лавовыми потоками [4, 5], безводность вулканических плато и каньонообразное строение имеющихся там долин. Однако в большинстве случаев речные долины рассматриваются исследователями лишь с точки зрения схода там селей и аккумуляции выносимого ими материала [6–8].

Более детально вопросы флювиальной деятельности на участках развития молодого и современного вулканизма Камчатки были затронуты в ряде работ камчатских геоморфологов И. В. Мелекесцева, Т. С. Краевой и О. А. Брайцевой. В монографии [9] они рассматривались преимущественно в контексте особенностей формирования вулканогенно-пролювиальных равнин у подножия вулканических конусов с доминированием эксплозивной деятельности. Исследователями описано широкое развитие “сухих” — безводных большую часть года — рек на Камчатке и частый сход по ним вулканических селей — лахаров. И. В. Мелекесцев подчеркивал, что гидросеть активных вулканических регионов весьма молода и подвержена частым перестройкам [10]. Наиболее детально вопросы влияния плейстоцен-голоценового эффузивного и эксплозивного вулканизма на развитие речных долин были рассмотрены в работе Т. С. Краевой [11]. Изучение долин в районе Эльбруса позволило исследователю рассмотреть широкий спектр примеров воздействия вулканизма на речные долины и выделить в качестве особого генетического типа отложений вулканофлювиальные образования, дать характеристику их фаций на участках доминирования эксплозий, описать долинные игнимбриты и многочисленные следы спущенных подпрудных озер.

Цель данной статьи — анализ и сравнение воздействия различных типов вулканических и поствулканических процессов и явлений ² на морфологию и особенности развития речных долин. В исследовании использованы результаты полевых наблюдений автора в разных вулканических регионах мира, а также данные, имеющиеся в геологической и геоморфологической литературе. Собрано и рассмотрено большое количество примеров эндогенного воздействия и их геоморфологических последствий. Опираясь преимущественно на территории современного и молодого вулканизма, мы, тем не менее, не стали ограничивать себя строгими временными рамками: анализ кайнозойской истории расширяет список примеров возможного воздействия вулканизма на флювиальный рельеф и показывает тенденции эволюции последнего.

Изучение процессов флювиального рельефообразования вулканических регионов позволяет лучше понять и прогнозировать опасные явления, которые часто связаны именно с речными долинами [12]. Актуальность этих исследований возрастает в последнее время и в связи с увеличением плотности населения в вулканических регионах [13].

Типы вулканических процессов и флювиальный рельеф

Эрозионные врезы вулканических областей периодически являются местами быстрой эндогеннообусловленной аккумуляции ювенильного и резургентного ³ материала эффузивных или эксплозивных извержений. Он поступает туда при излиянииях лав, выбросах пирокластики, обрушениях или взрывах вулканических конусов, оползаниях слабостойких гидротермально проработанных пород, выполнении долин сопочной брекчией и др. Протяженные участки врезов заполняются разным по составу и свойствам вулканическим материалом, при этом аккумуляция нередко распространяется от верхних звеньев речной сети вниз. Одновременно речные долины служат путями интенсивного перемещения этого материала различными агентами. Воздействие вулканических и поствулканических процессов весьма разнообразное и многоплановое. Естественно, что различается и реакция на это речной сети, и морфология речных долин, и особенности их функционирования, т. е. в каждом случае формируется своеобразный флювиальный рельеф. Собранные нами данные обобщены в таблице, однако они нуждаются в комментариях.

Таблица

Воздействие вулканических и поствулканических процессов и явлений на морфологию и развитие речных долин

* Примечание: ПМ — пирокластический материал, ППМ — поток пирокластического материала, ГГД — газогидротермальная деятельность, СБ — сопочная брекчия, КВ — конус выноса.

Эффузивный вулканизм. Влияние лавовых потоков на речную сеть может быть достаточно многоплановым, и это детально было разобрано нами ранее [1]. Здесь мы хотели остановиться на общих вопросах и вновь полученных материалах. При масштабных излияниях на месте расчлененного эрозионного рельефа формируется лавовое плато, при более локальных — происходит выполнение долин лавовым потоком или их перегораживание. В любом случае весьма важным фактором является строение лав, в частности — наличие в них туннелей-лавоводов иногда значительной протяженности, что делает возможным формирование в пределах потоков эффузивов подлавового и внутрилавового стока. Следы таких явлений достаточно многочисленны — они отмечаются как на равнинных территориях, так и в горах (Австралия, Исландия, Гавайи, Камчатка и мн. др. регионы). В некоторых случаях (Исландия, Курильские о-ва) водоток функционирует непосредственно под толщей лавы, заполнившей его долину [1].

На разных участках долины р. Жом-Болок ⁴ в Восточном Саяне, например, можно наблюдать и вновь сформированное русло в позднеплейстоценовом лавовом потоке, и подлавовый и внутрилавовый сток одновременно. Базальтовые лавы, заполнившие днище этой троговой долины около 13 тыс. л. н. [14–16], отличаются большим количеством лавовых туннелей значительной протяженности, которые активно используют текучие воды: в верхнем течении долины идет подлавовый и внутрилавовый сток по туннелям, поверхностный сток появляется только ниже оз. Бурсуты-Нур. Современное русло реки сформировалось в результате постепенного разрушения бортов и кровли подземных лавовых туннелей потоками воды. Причем сначала происходило образование цепочек проточных (русловых) озер (и такие участки еще сохранились в долине), а только затем хорошо выраженного русла с порогами в местах выхода более прочных лав.

В паводки при подъеме воды на 1–2 м и более прирусловая часть лавового потока (перепады высот которого на отдельных участках достигают 3–5 м) в среднем и нижнем течении реки затапливается, и идет дальнейшее активное разрушение кровли туннелей с формированием новых цепочек уже не русловых, а “пойменных” озер. В межень соединяющие их протоки осушаются, но в озерах по-прежнему наблюдается течение воды, что свидетельствует о сохранении внутрилавового стока в долине и при доминировании поверхностного, сконцентрированного в русле. В протоках, соединяющих эти пойменные озера, формируется отмостка из слабоокатанных (до 1 класса) обломков лав, которые могут рассматриваться как “зачаточный” аллювий (рис. 1).

Рис. 1. Отмостка из обломков лав (зачаточный аллювий) — формирующаяся пойма в среднем течении р. Жом-Болок (Восточный Саян, 2018 г. — здесь и далее, где не отмечено особо, фото автора)

Поперечный профиль днищ долин, выполненных лавой, обычно выпуклый, но с участками провалов в местах обрушения приповерхностных лавовых туннелей. Новые врезы на поверхности лавовых покровов образуются не только в их краевых частях — на контакте с менее устойчивыми породами, но и в эмбриональных долинах — ориентированных вниз по склонам понижениях между языками лав, а также в трещинах, которые способствуют концентрации подлавового стока [1]. Но в связи с тем, что эрозия в лавах идет медленно, быстрее всего новые русла формируются на месте лавоводов в результате обрушения их кровли.

Продольный профиль рек невыработанный, без характерного прогиба, даже в случае, если лава заполнила уже существовавшую долину [14], часто ступенчатый. При перегораживании водотоков лавовыми плотинами, подпрудные озера, возникающие выше по течению, существуют долго, но при этом, как правило, идет активный дренаж и через плотину, и под ней, как это, например, происходит в Кроноцком озере или в межозерной перемычке кальдеры Ксудач. После разрушения плотины на ее месте сохраняются водопад, пороги или сужение долины.

Водопады в принципе характерны для долин, сформированных в лавах. Вулканическая Исландия, например, насчитывает несколько сотен водопадов, высоты которых достигают почти 200 м [17]. Так на развитие долин (помимо других особенностей территории) влияет литологический фактор: в местах выхода прочных эффузивов попятная и глубинная эрозия реки снижается на порядки. Лавовые покровы становятся местным базисом для вышележащей части бассейна реки. Это обусловлено и прочностью, и структурой эффузивов, и невыработанностью продольного профиля рек в виду их молодости и эндогенной активности территорий. Часто пороги и водопады приурочены к дистальным концам разновозрастных лавовых потоков, к участкам наиболее прочных и менее газонасыщенных лав, труднее поддающихся разрушению.

Эксплозивный вулканизм затрагивает наиболее значительные по площади территории. При выбросе пирокластического материала ⁵, объем которого может достигать нескольких кубических километров за одно извержение, площадь его распространения измеряется тысячами квадратных километров [18]. Поблизости от центра извержения может сформироваться пирокластическая равнина с мощностью отложений в десятки метров, на удалении — маломощный покров пепла. Нас в первую очередь интересуют участки, где выпадение или переотложение пирокластического материала влияет на ход рельефообразующих процессов. Например, при извержении вулкана Безымянного в 1956–1961 гг. территория, покрытая слоем тефры ⁶ мощностью до 30–40 см, составила около 500 км ² [19]. Но при сносе рыхлого вулканогенного материала со склонов и водоразделов в долины слой пирокластики в отрицательных формах рельефа будет более мощным. Так, по наблюдениям австралийского геоморфолога М. Вильямса (устное сообщение), 10–15-сантиметровый слой пепла вулкана Тоба (Суматра), выпавший на водоразделах севера Индии во время извержения 74 тыс. л. н., при смыве в долины водотоков заполнил их на 2–4 м. Такой объем осадочного материала не может не сказаться на морфологии и функционировании эрозионных форм (таблица).

Дальнейшее смещение рыхлого материала вниз по долинам происходит, как правило, в виде вулканических селей — лахаров, в конечной точке которых формируются веерообразные конусы выноса. Так, с октября 2010 по май 2011 г. во время многофазного извержения вулкана Мерапи (Индонезия) по его склонам сошло до 240 лахаров (устное сообщение проф. Э. Готье, Франция). Серии последовательных конусов выноса осложняют продольный профиль долин небольшими (первые метры) ступенями. Обилие рыхлого материала в днищах эрозионных форм приводит к тому, что в отдельные периоды там преобладает подземный сток.

Но вулканический материал выпадает не только в виде более или менее равномерного чехла вокруг мест извержения. На склонах вулканов могут формироваться пирокластические потоки ⁷, которые со скоростью до 250 км/час [18] спускаются от жерла вулкана вниз по склонам. Площади участков, подвергшихся их воздействию, могут достигать сотни квадратных километров, но часто они концентрируются в долинах рек, дренирующих вулканическую постройку. Иногда формирование таких потоков связано не только с выбросом эруптивного материала, но и с частичным обрушением вулканического конуса, сопровождающим извержение. Попадая в долину, пирокластический поток заполняет ее днище целиком и приобретает выпуклый поперечный профиль, аналогично лавовому. При обильных осадках и таянии снега и льда из материала потоков, также, как и из тефры, выпавшей на склонах, формируются лахары. При большой мощности осадков пирокластика спекается, и могут формироваться более прочные игнимбриты ⁸, в т. ч. и долинные [11].

Таким образом, реки, стекающие с вулканов, где доминирует эксплозивная деятельность, вынуждены перемывать большие объемы пирокластического материала, что определяет особые черты их водного режима, транспорта наносов и морфологии русел. С эксплозиями связаны максимальные среднегодовые значения модуля твердого стока на Земле — до 10 ³–10 ⁶ т с км ² в год [8]. Благодаря малой плотности пород, их высокой податливости размыву, достаточно большим уклонам долин в верховьях (до 15–30°) и, соответственно, высоким скоростям потоков (1–10 м/с), водотоки даже при малых значениях расходов воды способны переносить большое количество взвешенного материала [19]. Мутность потоков в весовом эквиваленте может составлять 10 ⁴ мг/л, а размеры перемещаемых в них частиц при расходе воды всего 0.1 м ³/с достигать 5 см [20]. При этом от 70 до 100% суммарного водного стока в долинах Камчатки, перегруженных пирокластикой, фильтруется в подрусловые горизонты, что приводит к прерывистому характеру поверхностного стока как на протяжении долин, так и во времени ⁹. В результате этого и образуются т. н. “сухие” реки. Суточные колебания стока наносов даже вне активизации вулканической активности и без экстремальных осадков составляют на Камчатке десятки тысяч мг/л, что соответствует их 100-кратному изменению. В пределах лахаровых долин наблюдаются и исключительно высокие темпы переотложения материала — до 11.3 т/сут [20].

Изменения водности и стока наносов сопровождаются русловыми переформированиями: осередковая многорукавность таких рек очень изменчива во времени. Частый сход лахаров вызывает много изменений и в морфологии долин: меняются их поперечный и продольный профили, формируются локальные террасы и др. Днища таких рек, как правило, заняты преимущественно поймой, лишены растительности, иногда с участками мертвого леса, занесенного плохо сортированным вулканическим материалом мощностью 1–3 м (а иногда и более) с включением достаточно крупных валунов и глыб, которые могут залегать в виде отмостки поверх тонкого материала. Отложения в днище плохо сортированы и промыты, их состав чрезвычайно изменчив по простиранию: несортированный лахаровый материал чередуется с линзами лучше промытого аллювиального (рис. 2). Из-за обилия выносимого селями рыхлого материала центральная часть днища становится выпуклой, и русло реки смещается к одной из сторон или же водоток разбивается на рукава, прижимающиеся к противоположным бортам. Изменяется и продольный профиль реки: в тех местах, где останавливаются языки лахаров, наблюдается выполаживание тальвега или даже слабый обратный уклон, увеличивается многорукавность, образуются небольшие озерки и заболоченные участки. По бортам долины формируются локальные террасы, отмечаются “заплески” лахарового материала на залесенные низкие террасы, иногда в виде достаточно протяженных “прочесов”. Отложения террас также представляют собой переслаивание аллювиальных и лахаровых отложений, иногда перемытых.

Рис. 2. Днище долины р. Кабеку: чередование пирокластики, переотложенной лахарами (Л) и перемытой рекой (А). При перемыве пирокластики из нее выносится наиболее тонкая глинистая составляющая, поэтому аллювий более сыпуч и, в отличие от отложений лахаров, практически не оставляет следов на коре деревьев (Камчатка, 2013 г.)

Эрозия пирокластического чехла идет чрезвычайно быстро — на отдельных участках она может измеряться метрами в год. Например, одна из долин на влк. Ключевской углубилась за год на 5–6 м [9]. Обобщенные данные по различным вулканическим регионам мира, свидетельствуют, что средние показатели ее скорости на склонах и водоразделах в первые два года после выпадения тефры составляют 25–100 мм/год, но в течение 5 лет после извержения она снижается до 1–5 мм/год. При этом величина модуля твердого стока в водосборных бассейнах может оставаться высокой (1.1–2.7×10 ⁵ м ³/км ²) в течение десятилетий [8]. В подпрудных водоемах активно идет аккумуляция, они быстро заполняются сносимой пирокластикой.

Конусы выноса лахаров нередко приводят к отклонению русел рек, в которые впадают лахаровые водотоки. Это хорошо видно на примере долины р. Камчатки. Иногда лахары или пирокластические потоки полностью перегораживают долины, но возникающие при этом подпрудные озера существуют недолго: месяцы — первые годы, т. к. плотины из рыхлого материала быстро разрушаются. Дамбы из спекшейся пирокластики разрушаются несколько медленнее, а сложенные игнимбритами — еще более прочные. В последнем случае подпрудные озера в долинах могут достигать значительной глубины (до 100 м) и существовать длительное время [21].

Так как сток в долинах сухих рек сезонный, а днище, как правило, перекрыто тонкой пирокластикой, то там активно развиваются эоловые процессы. Подвержен эоловой переработке и пирокластический чехол на склонах и водоразделах, что обусловливает своеобразие заложения там эрозионной сети: сток концентрируется преимущественно в междюнных понижениях, где и формируются новые промоины, при смещении эоловых форм — смещаются и ложбины стока [2].

Особенности воздействия вулкано-тектонических явлений на флювиальный рельеф

Вулкано-тектонические явления достаточно разнообразны, но мы остановимся на двух основных их типах: образовании депрессий и трещин (таблица), т. к. возникновение этих отрицательных форм рельефа часто приводит к перехвату речного стока и к масштабным перестройкам речной сети, в некоторых случаях реки могут менять и направление своего течения. Просадочные вулканические депрессии и кальдеры обрушения концентрируют сток и нередко заняты озерами: это оз. Курильское и озерная система Ксудач на Камчатке, озера Горячее и Кипящее в кальдере Головнина на о-ве Кунашир, оз. Таупо в Новой Зеландии, оз. Атитлан в Гватемале и мн. др.

Исследования в окрестностях оз. Курильского, проведенные И. В. Мелекесцевым и В. В. Пономаревой с коллегами [22], показали, что после кальдерообразующего извержения 8500 л. н. прилежащие речные долины были целиком заполнены пирокластическими потоками, что хорошо видно на приведенной реконструкции (рис. 3). По оценке специалистов всего было выброшено 140–170 км ³ пирокластики. По большинству долин сошли также водно-пемзовые потоки, которые вынесли пемзу за пределы распространения пирокластических потоков. Впоследствии густая сеть эрозионных форм на многих участках сформировала в толще спекшейся пирокластики бедленды (на некоторых участках это густая сеть врезов глубиной до 30–40 м — см. рис. 4). В кальдерном комплексе Ксудач, включающем 5 разновозрастных кальдер, современная речная сеть состоит из разновозрастных фрагментов. После каждого извержения реки меняли свое направление согласно вновь сформированному рельефу — ориентируясь на возникшую кальдеру. В результате современные долины основных внутрикальдерных водотоков имеют изломанную в плане форму, обусловленную сложной историей вулкано-тектонической активности [3, 23], а на их продольных профилях местами сохранились перегибы, соответствующие границам разновозрастных депрессий.

Рис. 3. Реконструкция пирокластических потоков извержения Курильского озера (Камчатка) 8500 л. н., заполнивших речные долины (по [22])

Серая заливка — пирокластические потоки, стрелки — направления их движения, черные точки — распространение темно-серого туфа, КО — Курильское озеро.

1 — бровки кальдер, 2 — современный вулкан Ильинский, 3 — другие посткальдерные вулканы, 4 — подводные разломы, ограничивающие кальдеру Курильского озера, 5 — моногенные конусы и лавовые купола, 6 — граница обломочной лавины вулкана Камбального, перекрывающей пирокластические потоки извержения Курильского озера

Рис. 4. Густое эрозионное расчленения отложений пирокластических потоков между вулканами Ильинский и Желтовский, на горизонте — Курильское озеро (Камчатка, 2016 г.)

Влияют на перестройки и конфигурацию речной сети и многочисленные трещины, образование которых происходит во время крупных извержений и может сопровождаться некоторым растяжением или, напротив, сжатием, а также смещением по вертикали. На склонах вулкана Ключевского ширина таких трещин достигает нескольких десятков метров, глубина 10–15 м, протяженность — до первых км. Несколько юго-западнее него поверхность вулканических плато Удинского и Хапичинского долов разбита многочисленными уступами высотой до 100–150 м и протяженностью до десятков км, здесь же встречаются микрограбены и микрогорсты шириной до 1–1.5 км и глубиной до нескольких десятков метров [9]. На отдельных участках трещины и микрограбены используются водотоками.

Одной из самых протяженных (75 км) и хорошо выраженных в рельефе является трещина Эльдгья в Исландии, сформировавшаяся в 934 г. [24]. В настоящее время трещина преобразовалась в протяженный ров — тектоническую долину, которая на 8-километровом участке достигает глубины 270 м при ширине до 600 м (рис. 5). Этот вулканический ров перехватывает и концентрирует сток прилежащей территории. Река Ниидри Офера падает по его западной стенке двухступенчатым водопадом и далее использует участок трещины в качестве своей долины.

Рис. 5. Перехваты речных долин тектонической трещиной Эльдгья (Исландия), на переднем плане — водопад р. Ниидри Офера (фото Google Earth)

Наличие трещин имеет большое значение как для морфологии долин и специфики водопадов, так и для ориентировки водотоков или их участков. В частности, с системой трещин, возникших еще 150–180 млн л. н. на стадии формирования базальтового плато, связано формирование зигзагообразного каньона р. Замбези ниже водопада Виктория (рис. 6) глубиной до 250 м и протяженностью до 200 км [25, 26].

На склонах вулканов при или после извержения нередко формируются обломочные лавины [27, 28]. Их образованию, помимо сейсмических толчков, способствует сочетание ряда факторов: присутствие толщ пирокластических или гидротермально измененных слабостойких пород, выпадение обильных осадков. После схода обломочных лавин также могут происходить междолинные перестройки речной сети и формироваться подпрудные водоемы.

Рис. 6. Плановые очертания каньона р. Замбези (фото Google Earth). Тонкая стрелка — направление течения реки, жирная стрелка — водопад Виктория, белые линии — направления трещин в базальтах

Поствулканические процессы и флювиальный рельеф

Газогидротермальная деятельность нередко сопровождает вулканическую, но также может сохраняться и после ее затухания. Водотоки, формирующиеся на участках гидротермальной активности, подвергаются весьма специфическому химическому и термальному воздействию, в результате чего их воды становятся высокоминерализованными. По нашим наблюдениям в различных вулканических регионах, они иногда напоминают реки и ручьи карстовых районов. Для водотоков гидротермальных зон с высокоминерализованной водой характерно формирование русловых лотков, натечных террас, фестонов и других специфических форм как непосредственно в самом русле, так и в днище долины. В русле это происходит, как правило, на участках с быстрым течением, где идет насыщение воды кислородом и в результате химических реакций происходит переход растворимых соединений в нерастворимую форму и выпадение их в осадок. Подобное явление может наблюдаться и на геохимических барьерах: при слиянии водотоков или их впадении в водоемы с другим химическим составом воды. Все это приводит к цементации аллювиальных отложений, к формированию плотных корок в русле и на поверхности поймы или террас. В зависимости от состава данные образования могут быть как достаточно стойкими во времени (например, окислы и гидроокислы железа), так и довольно быстро разрушаться при обезвоживании (травертины, кремнистые туфы, гейзериты).

Но этим воздействие не ограничивается. Хорошо известен оползень, перегородивший долину р. Гейзерной в 2007 г. (рис. 7). Оползень сформировался, вероятно, при воздействии сейсмических толчков небольшой силы, в ослабленной зоне, где в результате глубокой гидротермальной проработки коренные породы изменены до глин и значительно обводнены [29–31]. Подобные явления в долинах, проходящих по гидротермальным зонам весьма часты: оползневые тела на их бортах мы можем наблюдать практически повсеместно. Не всегда они порождают сели, но часто формируют локальные оползневые террасы — прекрасный пример тому можно наблюдать в долине р. Кипящая речка (о-в Итуруп), в бассейне р. Фальшивой (Камчатка) и мн. др. (рис. 8.). Собственно и в самой долине Гейзерной в 2014 и 2017 гг. выше по течению реки сошли еще 2 оползня. Оползень 2014 г. породил сель, который частично разрушил плотину 2007 г., в результате чего озеро оказалось спущенным [32]. В. Л. Леонов в долине р. Сестренка (также правого притока р. Шумной, как и р. Гейзерная) обнаружил следы более древнего мощного оползня (рис. 9), запрудившего эту долину в начале голоцена; в результате там образовался водоем примерно такого же размера, как и озеро, сформировавшееся в 2007 г. в долине р. Гейзерной [30].

Рис. 7. Оползень 2007 г. на левом борту р. Гейзерной (фото В. Л. Леонова, 2008)

Рис. 8. Оползневая терраса, на которой находится группа людей в долине правого притока р. Фальшивой (подножие влк. Мутновский, 2016 г.)

Рис. 9. Схема оползней, сформировавшихся в нижнем течении рек Сестренка и Гейзерная (по [30] с дополнениями)

1 — высокие плато и экструзии, формирующие борта наиболее расчлененного участка; 2 — оползни (I — на р. Сестренка, II — на р. Гейзерная 2007 г., III — там же 2014 г.); 3 — участки с глубиной вреза: а — 200–300 м, б — 300–400 м, в — 400–500 м; 4 — подпрудные озера; 5 — изогипсы; 6 — стенки отрыва оползней. Пунктирный круг — место, где произошло наиболее глубокое врезание рек в толщу отложений, заполняющих Узон-Гейзерную депрессию. Пунктирный овал — место, где по [30] возможно формирование оползней в будущем

Хороший пример эрозионных форм зон гидротермальной активности являют собой речные долины ЮЗ склона вулкана Баранского (о-в Итуруп, Курильские о-ва), т. к. практически в каждой из них отмечается по 1–2 и более зон газогидротермальных и гидротермальных проявлений. Для таких участков характерно расширение долины, которая в целом приобретает четковидное строение (таблица), что обусловлено активизацией склоновых процессов (оплывание, оползание) с формированием иногда достаточно крупных оползневых террас. Похожую морфологию могут иметь и натечные террасы, формирующиеся в местах выхода сильно минерализованных термальных вод. При затухании гидротермальной деятельности и зарастании таких оползневых тел и натечных образований они могут быть приняты за фрагменты обычных речных террас.

Грязевой вулканизм характерен как для вулканических регионов, так и для авулканических. В какой-то мере он является аналогом вулканизма магматического, однако, грязевые вулканы извергают на дневную поверхность в разной степени разжиженные осадочные породы — сопочную брекчию. В отдельных случаях грязевой вулканизм может быть составной частью вулканизма магматического — “кипение” грязевых масс наблюдается в кратерах вулканов на о-ве Уайт (Новая Зеландия), Сольфатара (Флегрейские поля, Италия); часто он проявляется на поствулканической стадии, сопровождает газогидротермальную деятельность. Но даже в геологическом плане грязевой вулканизм изучен наиболее слабо ¹⁰; но впрямую нас эти вопросы не касаются.

И. С. Новиков [36], изучая кайнозойский грязевой вулканизм в Израиле, установил, что сопочная брекчия крупных грязевых вулканов также может выполнять и перекрывать речные долины, в т. ч. вызывая трансформацию речной сети. На территории России наиболее хорошо исследованы грязевые вулканы Крыма и Тамани, но они отличаются относительно небольшими размерами. Крупные грязевые вулканы — Южно-Сахалинский (ЮСГВ) и Пугачевский — изучены геологами на о-ве Сахалин [37]. В непосредственной близости от Южно-Сахалинского вулкана находятся речные бассейны Путы и Алата (притоков р. Сусуи), на примере которых можно проследить влияние грязевого вулканизма на развитие речных долин. Здесь продукты грязевулканической деятельности (потоки сопочной брекчии) периодически попадают непосредственно в долины водотоков, как дренирующих склоны вулкана, так и опоясывающих его подножие. В первом случае они заполняют врезы, а во втором — перегораживают, формируя временные подпрудные озера (таблица). Следы такого явления, произошедшего зимой-весной 2001 г. в долине р. Алат, еще хорошо видны в рельефе. Террасы на обращенном к вулкану борту долины реки перекрываются отложениями потоков сопочной брекчии, в результате чего они трансформируются в пологонаклонные поверхности. В итоге отмечается смещение русла р. Алат в сторону от вулкана с постепенным формированием дугообразного в плане рисунка долины.

В долинах водотоков, стекающих с ЮСГВ, сохранились следы периодического их выполнения сопочной брекчией, что привело к погребению аллювиальных отложений. На склонах этих долин преобладают процессы оползания сопочной брекчии и формируются небольшие оползневые тела. В результате выбросов грязевого вулкана и в зависимости от ориентировки потоков периодически смещаются междолинные и межбассейновые (Алат — Пута) водоразделы. Первичная эрозионная сеть на склонах ЮСГВ закладывается по трещинам, возникающим при высыхании брекчии, которые концентрируют сток и постепенно формируют систему ложбин временных водотоков (рис. 10). После излияния сопочной брекчии твердый сток в прилежащих к вулкану долинах увеличивается, а также происходит трансформация аллювия водотоков — обогащение его тонким глинистым материалом. По периферии Пугачевского грязевого вулкана реки имеют хорошо выраженный дугообразный рисунок [38, 39], там также есть следы смещения междолинных водоразделов.

Рис. 10. Южно-Сахалинский грязевой вулкан: на переднем плане грязевой язык излияния 2001 г., спускающийся в долину р. Алат, с формирующейся на нем эрозионной сетью. Светлые изометричные пятна — современные поля грифонов, на заднем плане (белая стрелка) — долина притока р. Путы, периодически заполнявшаяся сопочной брекчией. Пунктиром показано положение современного водораздела между бассейном Путы и Алата. Фото с квадрокоптера Р. В. Жаркова (2018 г.)

Выводы

Проведенные исследования в пределах различных вулканических регионов позволяют обосновать ряд закономерностей экзогенного морфогенеза, обусловленных разноплановым эндогенным воздействием на разнопорядковую долинную сеть (таблица). Каждый вид вулканической деятельности по-своему влияет на морфологию долин, их продольный и поперечный профили, характер аллювия, террасовый комплекс и др., в результате чего долины рек, оказавшиеся под воздействием разных типов эндогенной активности, приобретают специфические черты, отличаются особенностями своего заложения, характером перестроек разнопорядковой речной сети, эволюцией флювиального рельефа.

Выявлены особенности взаимодействия водотоков и покровов вулканического материала различного состава. В частности, установлено, что в пределах потоков эффузивов новые русла могут формироваться не только за счет попятной эрозии, но и в результате обрушения кровли приповерхностных лавоводов, по которым идет активный подлавовый сток. На участках влияния эксплозивной деятельности в эрозионных формах аккумулируется преимущественно рыхлый вулканический материал; для таких территорий характерны высокая скорость эрозии и большой объем твердого стока. Активная вулкано-тектоническая деятельность способна резко менять плановое положение и направление течения водотоков, в результате чего речные долины могут состоять из разновозрастных фрагментов. В долинах гидротермальных зон активно развиваются склоновые процессы, что является причиной формирования в них не только натечных террас, но и многочисленных оползневых. Грязевулканические процессы периодически приводят к выполнению долин сопочной брекчией, что сказывается как на морфологии последних, так и на составе аллювия водотоков. Для всех рек вулканических регионов характерно периодическое формирование подпрудных водоемов.

Благодарности. Статья подготовлена по данным исследований при финансовой поддержке РФФИ (грант № 18-05-00967), синтез материалов для таблицы проводился в рамках темы ГЗ ИГ РАН (№ 0148-2019-0005).

Acknowledgment. The article was prepared according to the research data with the financial support of the RFBR (Project No. 18-05-00967); the synthesis of materials for the table was carried out as a part of the Scientific Research Plan of the IG RAS (No. 0148-2019-0005).

Примечания:

¹ Мы включили в работу рассмотрение грязевого вулканизма, т. к. этот эндогенный процесс, морфологически во многом схожий с вулканизмом магматическим, встречается в зонах современной вулканической и поствулканической активности.

² Вулканические события часто носят комплексный характер, и извержение считается эффузивным или эксплозивным лишь по доминированию того или иного процесса. Так, трещинные излияния лав, например, как правило, в той или иной мере сопровождаются выбросами пирокластического материала, тектоническими просадками и газогидротермальной активностью, а при мощных эксплозиях совсем нередки излияния лав, разрушения вулканических конусов и др. Мы постарались охарактеризовать влияние разных видов активности в отдельности, чтобы показать специфику вклада каждого из них в формирование флювиального рельефа.

³ Резургентный материал — обломки вулканической постройки.

⁴ или Жомболок — на разных топографических картах написание различается.

⁵ Пирокластические отложения формируются в результате эксплозивной деятельности вулканов, при трещинных извержения и образовании мааров. К ним могут быть также отнесены различные агломератовые и туфовые накопления, отложения пирокластических потоков и, с некоторой долей условности, — игнимбриты.

⁶ Собирательный термин для отложений материала, выброшенного в воздух вулканом.

⁷ Пирокластические потоки представляют собой смесь раскаленных (нередко более 600–700°С) глыб, пепла и вулканических газов.

⁸ Обломочная порода, обладающая признаками как лав, так и пирокластических образований, состоит преимущественно из спекшихся пепловых частиц.

⁹ По данным камчатских гидрогеологов (устное сообщение И. В. Мелекесцева), вода фильтруется и на большие глубины — в десятки и даже сотни метров, где формируются подземные бассейны пресной воды.

¹⁰ В научной литературе существуют дискуссии [33–35] по поводу природы этого явления и классификации его отдельных проявлений, но недостаточная изученность не позволяет пока решить данные вопросы однозначно.

About the authors

E. V. Lebedeva

Author for correspondence.
Email: Ekaterina.lebedeva@gmail.com
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. The blind area from the debris of lavas (rudimentary alluvium) - a forming flood plain in the middle reaches of the river Zhom-Bolok (East Sayan, 2018 - hereinafter, where it is not specifically noted, photo of the author)

Download (683KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. The bottom of the river valley. Kabeku: alternating pyroclastics redeposited by the Lahars (L) and a washed river (A). When pyroclastics are washed out, the finest clay component is removed from it, therefore, alluvium is more loose and, unlike lahars, almost leaves no traces on the tree bark (Kamchatka, 2013)

Download (660KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Reconstruction of the pyroclastic flows of the eruption of Kuril Lake (Kamchatka) 8500 l. n., filled river valleys (according to [22])

Download (824KB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Thick erosive separation of the deposits of pyroclastic flows between the Ilyinsky and Zheltovsky volcanoes, on the horizon - Kurilsky Lake (Kamchatka, 2016)

Download (674KB)

Indexing metadata

6. Fig. 5. Interception of river valleys by the tectonic fissure of Eldgya (Iceland), in the foreground - the waterfall of the river Nyidri Ofer (Google Earth photo)

Download (690KB)

Indexing metadata

7. Fig. 6. Planned outlines of the canyon p. Zambezi (photo by Google Earth). Thin arrow - direction of the river, bold arrow - Victoria Falls, white lines - directions of cracks in basalts

Download (687KB)

Indexing metadata

8. Fig. 7. The landslide of 2007 on the port side of the river. Geysernaya (photo by V. L. Leonov, 2008)

Download (692KB)

Indexing metadata

9. Fig. 8. A landslide terrace, on which there is a group of people in the valley of the right tributary of the river. Fake (foot of the owner. Mutnovsky, 2016)

Download (595KB)

Indexing metadata

10. Fig. 9. Scheme of landslides formed in the lower reaches of the Sestrenka and Geyserna rivers (according to [30] with additions)

Download (635KB)

Indexing metadata

11. Fig. 10. Yuzhno-Sakhalinsk mud volcano: in the foreground is the mud tongue of the outpouring of 2001, descending into the valley of the river. Alat, with an erosion network forming on it. Light isometric spots - modern fields of griffins, in the background (white arrow) - the valley of the tributary of the river. Puts, periodically filled with hatch breccia. The dotted line shows the position of the modern watershed between the Puta and Alata basins. Photo from a quadrocopter R.V. Zharkov (2018)

Download (763KB)

Indexing metadata