Группа ученых из 8 человек под руководством заместителя директора по научной работе ИВиС ДВО РАН и руководителя проекта Елены Калачевой изучала роль термальных вод в выносе магматических летучих и химической эрозии вулканических островов. Камчатская группа в течение 14 дней проводила комплексные исследования на вулканах Менделеева и Головнина, включая прямой отбор проб термальных и речных вод, осадков, инфракрасную съемку термальных полей, а также измерение состава и общего потока фумарольных газов дистанционными методами. По окончании работ учёные любезно согласились ответить на наши вопросы.
Заместитель директора по научной работе ИВиС ДВО РАН, кандидат геолого-минералогических наук и руководитель проекта Калачева Елена Геннадьевна:
Расскажите об основных направлениях ваших исследований?
Основным направлением является изучение процессов взаимодействия подземных вод с вулканическими парами и вмещающими породами в недрах вулканических построек. В случае попадания магматических летучих (в первую очередь, таких кислых, как HCl и SO2) в поверхностные водоносные горизонты, происходит превращение последних в агрессивные ультракислые растворы. Эти растворы способны превращать твердую горную породу в податливую мягкую глину и выносить на поверхность значительное количество породообразующих элементов (алюминий, железо, кальций и т.д.). Затем водотоки, дренирующие термальные поля, выносят их в морскую акваторию, оказывая влияние на океан. Кроме того, разрушение структуры пород под влиянием ультракислых вод может приводить к нарушению стабильности вулканической постройки, к возможным обрушениям, усилению эрозионных процессов и т.д. Наша задача - дать количественную и качественную оценку выносимых компонентов (как растворенных, так и свободно выделяющихся посредством фумарол или диффузии), а также оценить скорости эрозионных процессов посредством гидротермальной деятельности на разных вулканах Курильской островной дуги. Хочется отметить, что, если геохимия термальных вод Кунашира изучалась уже не одним поколением ученых (первые работы советских ученых проводились в 50-х годах прошлого 20 века), то съемка диффузионного потока вулканического CO2 на склонах вулкана Менделеева и в кальдере вулкана Головнина, а также изучение фумарольных и гидротермальных газов, используя дистанционные методы (мультигаз и DOAS) были выполнены здесь впервые.
Почему вас заинтересовали вулканы Курильских островов?
Первое мое знакомство с курильскими вулканами состоялось в 2001 году. Это был остров Парамушир и вулкан Эбеко. Тогда я увидела «вживую» Верхне-Юрьевские источники и дренирующую их реку Юрьеву, которая ежедневно выносит в Охотское несколько сотен тонн растворенных компонентов, и этот умопомрачительный многокилометровый шлейф от реки в море. С тех пор я стала изучать ультракислые гидротермальные системы, локализующиеся в постройках активных вулканов. На Камчатке таких систем практически нет, зато на Курильских островах более десяти. В разные годы мы провели несколько морских экспедиций на острова в рамках проектов, имеющих финансовую поддержку научных фондов (РНФ или РФФИ). И ближайшие три года, в рамках действующего проекта РНФ №2017-0016 мы, надеюсь, проведем не одну экспедицию, включая и остров Кунашир.
На каких вулканах вам удалось поработать в этом году?
Если говорить о Кунашире, то удалось исследовать вулкан-кальдеру Головнина и вулкан Менделеева. Не удалось поработать на севере острова, где нам очень интересен вулкан Руруй, не хватило времени. Погода внесла определенные коррективы в наш график.
Произошли какие-нибудь изменения в кальдере с вашего последнего пребывания?
Мы работали в кальдере вулкана Головнина в 2015 и в 2017 гг разными группами. Значительных изменений на термальных полях нет, но в этом году удалось выявить ряд закономерностей, которые в прошлые визиты я и мои коллеги не увидели или не обратили внимание.
Какие химические показатели воды вы анализировали?
На месте мы определяли физико-химические показатели воды: pH, температуру, минерализацию и окислительно- восстановительный потенциал. Параллельно с измерениями и отбором проб определяли дебиты источников, выполняли гидрометрические работы на водотоках. В дальнейшем, в лабораторных условиях будет определен макрокомпонентоный и микроэлементный состав воды, сделан изотопный анализ.
Обнаружили какие-нибудь интересные закономерности?
Все, что мы обнаружили в этом году, требует дополнительных исследований и умозаключений. Озеро Кипящее в кальдере Головнина - один из наиболее интересных объектов, с которым еще предстоит работать. Уникальность этого озера состоит в том, что по сути, это - большой термальный источник, который частично разбавляется холодной речной водой. У его берегов и в центре озера есть несколько воронок, из которых поднимается горячая, насыщенная газами, вода. Я знаю только одно подобное озеро, но оно находится на соседнем острове Хоккайдо, в Японии.
Вместе с сотрудником заповедника "Курильский" Еленой Линник мы начали совместную работу по мониторингу Кипящего. Я думаю, это эта работа поможет выявить закономерности глубинной жизни озера. Также в этом году мы определили, какие из термальных полей в кальдере наиболее зависимы от местных гидрологических условий. Интересные моменты всплыли и при определении диффузионного потока СО2, как на термальных полях, так и на озерах. Но обо всём этом говорить пока рано. В следующем году планируем продолжить работу, привезем с собой дополнительное оборудование. Далее о некоторых моментах тех работ, которые мы проводили по изучению вулканических газов, вам расскажут мои коллеги.
Старший научный сотрудник лаборатории геодезии и дистанционных методов исследований ИВиС ДВО РАН Мельников Дмитрий Владимирович:
Расскажите как происходит замер газов?
При помощи газоанализатора – Комета мы измеряли 4 газа (HCl, CO2, SO2 и H2S) на вулканах Головнина и Менделеева.
Нашли что–то интересное?
Да, при замере на участке с термальными выходами газов на берегу озера Кипящее прибор показал превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) HCl (хлороводорода) в 6 раз! Мы были слегка удивлены таким показателям.
Какое практическое значение имеет инфракрасная съемка?
Проведена инфракрасная съемка вулкана (ИК-съемка), позволившая получить данные о состоянии вулкана. ПО этим данным будут построены карты для дальнейшего изучения вулкана. В настоящее время мы всё еще недостаточно знаем о вулкане кальдере Головнина, но наука не стоит на месте, появляются новые методы исследования и данные нужно обновлять.
М.н.с. ИВиС ДВО РАН Тарасов Кирилл Владимирович:
В чем заключалось ваша работа на о. Кунашир?
Я занимался непосредственно съемкой CO2 (углекислый газ или диоксид углерода), которая впервые была сделана над поверхностью озером Горячее и Кипящее.
Почему именно съемка CO2 вам интересна?
Вулканы извергают в атмосферу значительные потоки газов и частиц, которые выбрасываются как во время извержений, так и в межэруптивные периоды. Наиболее важными веществами, высвобождаемыми напрямую из магмы при высоких температурах, являются SO2, H2O, CO2. В последнее время большое внимание уделяется проблемам, связанным с ролью вулканизма в глобальных циклах отдельных элементов, в первую очередь - углерода. Но в нашей стране существуют единичные работы, в которых приводятся данные по выносу СО2 вулканами и гидротермальными системами Камчатки и Курил, единственного региона страны, где есть активные вулканы. При этом метод накопительной камеры для измерения потоков СО2, который мы используем, до настоящего времени был использован только однажды, на вулкане Карымский (Камчатка). А вот съемку диффузионного потока CО2 на вулканах острова Кунашира ещё никто не проводил, мы впервые выполнили эту работу.
Как вы проводили съемку CO2?
Как я уже сказал, съемку CO2 мы проводили, используя метод накопительной камеры. У нас есть специализированный прибор, который работает от небольшого аккумулятора. Изучаемая площадь с определенным шагом покрывается точками измерения, в которых определяется величина потока. На основании этих данных будет построена карта, где будут выявлены зоны повышенных значений и рассчитан общий поток углекислого газа.
