Структура и динамика активных магматических систем

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-17-00075

НазваниеСтруктура и динамика активных магматических систем

Руководитель Кулаков Иван Юрьевич, Доктор геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-110 - Вулканология

Ключевые слова вулканы, магматическая система, сейсмическая томография, землетрясения, Камчатка, Курильские острова

Код ГРНТИ37.00.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Вулканическая активность играет значительную роль в изменениях климата и состоянии биосферы на нашей планете. В историческом прошлом кардинальные изменения хода развития отдельных цивилизаций в некоторых случаях оказывались связанными с катастрофическими вулканическими извержениями. В настоящее время человечество остается весьма уязвимым перед лицом вулканической опасности. Например, относительно небольшое извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль в Исландии в 2010 году привело к закрытию авиасообщения в Европе на несколько дней, что явилось причиной существенных экономических потерь. В случае, если бы в наши дни произошло извержение масштаба Тамборы (1815 г.) или Кракатау (1883 г.), в результате которых в атмосферу были выброшены десятки кубических километров пород, функционирование многих технологий, без которых современный человек не представляет свою жизнь (транспорт, коммуникации, сельское хозяйство), оказалось бы под угрозой. Следует отметить, что в историческом прошлом извержения с объемами выбросов более 10 кубических километров в твердом эквиваленте, имевшие глобальный эффект, происходили примерно раз в столетие. Тот факт, что за прошедшие сто лет такого извержения не было (последнее – Кракатау в 1883 году, ~20 км3), делает весьма вероятным реализацию такого рода катастрофы уже при жизни нынешнего поколения. Человек не способен остановить извержение или каким-то образом повлиять на его ход, однако имеет возможности выявлять предвестники надвигающихся катастроф и адекватно оценивать время и масштаб извержений, тем самым минимизируя негативные последствия. Например, применение современных научных технологий позволило точно предсказать катастрофическое извержение вулкана Пинатубо на Филлипинах в 1991 году и ход извержения вулкана Мерапи в Индонезии в 2010 году, благодаря чему были успешно эвакуированы и тем самым спасены десятки тысяч людей. Вместе с тем, далеко не каждое извержение прогнозируется с такой точностью, так как каждый вулкан является по-своему уникальным. Технологии, которые эффективны в одном случае, оказываются неприменимыми в другом. По этой причине изучение механизмов работы магматических систем для разных типов вулканов является актуальной задачей, которая пока еще далека от окончательного решения. Построение геофизическими методами моделей глубинного строения недр под вулканами является одним из основных элементов в данной проблеме. В рамках проекта будут проводиться работы по изучению структуры и динамики магматических систем под различными вулканами мира. Исследования по проекту будут включать полный цикл геофизических работ – от получения новых экспериментальных данных до интерпретации полученных моделей и построения сценариев эруптивной деятельности. В рамках проекта планируется установить сейсмическую сеть из 20-25 станций на действующем вулкане Эбеко на острове Парамушир Большой Курильской гряды. Уже несколько лет этот вулкан проявляет высокую эруптивную активность, и его исследование с помощью достаточно плотной временной сейсмической сети позволит детально изучить глубинные источники этой активности. Установленная сеть будет функционировать в автономном режиме в течение года и, как ожидается, сможет зафиксировать все этапы протекания извержений вулкана Эбеко. В рамках проекта будет проводиться работа по разработке новых алгоритмов и совершенствованию имеющихся методик изучения сейсмической структуры и динамики земных недр. Авторы проекта имеют большой задел в разработке алгоритмов пассивной томографии с использованием кинематического подхода (на базе времен прихода сейсмических волн от землетрясений). Планируется продолжить совершенствовать имеющиеся алгоритмы путем включения дополнительных возможностей (многомасштабность, затухание, вариации во времени). Будет продолжена разработка методик, основанных на использовании поверхностных волн и комбинировании их с объемными волнами. Большое внимание будет уделяться вопросам анализа непрерывных сейсмических записей (кросс-корреляция сейсмического шума, изучение вариаций сейсмической эмиссии в пространстве и времени, выявление повторных сейсмических источников и пр.). Большинство алгоритмов, создаваемых в рамках проекта, может использоваться для широкого круга фундаментальных и прикладных задач, включая поиск и эксплуатацию месторождений полезных ископаемых, а также в инженерной геофизике. По ходу реализации проекта будут проводиться работы по изучению различных вулканов мира с использованием материалов, предоставленных российскими и зарубежными коллегами, а также данных по Камчатке, в получении которых участники проекта принимали непосредственное участие. Прежде всего, будет производиться обработка новых данных по временным сетям, функционировавшим в 2018-2019 годах на вулканах Авачинской группы и вулкане Камбальный. В рамках проекта будет выполнена серия работ по вулканам Аляски и Алеутских островов (аналог Камчатки и Курильской дуги), данные по которым предоставлены коллегами из университета Фэйрбэнкс. Будут продолжены работы по изучению активных вулканов Колумбии в сотрудничестве со специалистами из университета Боготы. Каждое из этих исследований будет сопровождаться интерпретацией с привлечением геологов, вулканологов, петрологов и других специалистов. Это позволит выявить особенности питания отдельных вулканов, сделать обобщение и классификацию вулканических структур по типу строения магматических очагов. Результаты этих исследований будут опубликованы в ведущих международных журналах (главным образом, первого квартиля). Реализуемость этих планов подтверждается опытом работы участников проекта. По изучению глубинного строения отдельных вулканов мира авторами проекта в предыдущие годы публиковалось по нескольку работ ежегодно.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кулаков И., Шапиро Н.М., Сенс-Шонфелдер К., Луер Б.Г., Гордеев Е.И., Яковлев А., Абкадыров И., Чебров Д.В., Бушенкова Н.А., Дрознина С.Ю., Сенюков С.Л., Новгородова А., Ступина Т. Mantle and Crustal Sources of Magmatic Activity of Klyuchevskoy and Surrounding Volcanoes in Kamchatka Inferred From Earthquake Tomography Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125, 10 (год публикации - 2020)
10.1029/2020JB020097

2. Егорушкин И.И., Кулаков И.Ю., Шапиро Н.М., Гордеев Е.И., Яковлев А.В., Абкадыров И.Ф. Структура верхней коры под вулканами Ключевской группы по данным шумовой томографии Геология и геофизика / Russian Geology and Geophysics (год публикации - 2021)
10.15372/GiG2020184

3. Кулаков И.Ю., Плечёв П.Ю., Маниа Р., Вальтер Т.Р., Смирнов С.З., Абкадыров И.Ф., Яковлев А.В., Давыдова В.О., Сенюков С.Л., Бушенкова Н.А., Новгородова А.М., Ступина Т.А., и Дрознина С.Я. Anatomy of the Bezymianny volcano merely before an explosive eruption on 20.12.2017 Scientific Reports (год публикации - 2021)

4. Трифонов А. Л., Кулаков И. Ю. Выявления изменений режима активности вулкана Камбальный (южная Камчатка) на основе корреляции сейсмического шума Геофизические технологии, № 2, с. 30–39 (год публикации - 2020)
10.18303/2619–1563–2020–2–30

Публикации

1. Кулаков И., Плечов П., Маниа Р., Вальтер Т.Р., Смирнов С.З., Абкадыров И., Яковлев А., Давыдова В.,Сенюков С., Бушенкова Н., Новгородова А., Ступина Т., Дрознина С.Я. Anatomy of the Bezymianny volcano merely before an explosive eruption on 20.12.2017 Scientific Reports, 11, Article number: 1758 (год публикации - 2021)
10.1038/s41598-021-81498-9

2. Кулаков И.Ю., Смирнов С.З. "Миссия выполнима": услышать дыхание вулкана Эбеко Наука из первых рук, 1-2(91),128-151 (год публикации - 2021)

3. Кулаков И.Ю. Сейсмическая томография вулканов Камчатки Геология и геофизика (год публикации - 2022)
10.15372/GiG2021151

4. Беловежец Н.Н., Бережнев Я.М., Кулаков И.Ю., Шапиро Н.М., Абкадыров И.Ф., Рычагов С.Н., Гордеев Е.И. Строение верхней коры вулкана Камбальный (южная Камчатка) по результатам шумовой томографии Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, T. 501, № 1, стр. 43-48 (год публикации - 2021)
10.31857/S2686739721110049

5. Маниа Р., Ческа С., Валтер Т.Р., Кулаков И., Сенюков С.Л. Inflating shallow plumbing system of Bezymianny volcano, Kamchatka, studied by InSAR and seismicity data prior to the 20 December 2017 eruption Frontiers in Earth Science, section Volcanology (год публикации - 2022)

6. Эль-Крепи С., Кулаков И.Ю., Геря Т., Аль-Арифи Н., Алажми М.С., Кадрух А.Н. Transition from continental rifting to oceanic spreading in the northern Red Sea area Scientific Reports, 11, Article number: 5594 (год публикации - 2021)
10.1038/s41598-021-84952-w

7. Кулаков И., Комзелева В., Смирнов С.З., Бортникова С.Б. Magma-fluid interactions beneath Akutan Volcano in the Aleutian Arc based on the results of local earthquake tomography Journal of Geophysical Research, Solid Earth, 126(3), e2020JB021192 (год публикации - 2021)
10.1029/2020JB021192

8. Смирнов С.З., Низаметдинов И.Р., Тимина Т.Ю., Котов А.А., Секисова В.С., Кузьмин Д.В., Калачева Е.Г., Рашидов В.А., Рубин А.В., Лавренчук А.В., Дегтерев А.В., Максимович И.А., Аберштайнер А. High explosivity of the June 21, 2019 eruption of Raikoke volcano (Central Kuril Islands); mineralogical and petrological constraints on the pyroclastic materials Journal of Volcanology and Geothermal Research, Volume 418, 107346 (год публикации - 2021)
10.1016/j.jvolgeores.2021.107346

9. Егорушкин И.И., Кулаков И.Ю., Шапиро Н.М., Гордеев Е.И., Яковлев А.В., Абкадыров И.Ф. Структура верхней коры под вулканами Ключевской группы по данным шумовой томографии / Structure of the Upper Crust beneath the Klyuchevskoy Group of Volcanoes Revealed from Ambient Noise Tomography Геология и геофизика / Russian Geology and Geophysics, Т. 62(1), С. 85-102 (en: pp. 68-82 https://doi.org/10.2113/RGG20204238) (год публикации - 2021)
10.15372/GiG2020184

Публикации

1. Д'Аурия Л., Кулаков И., Пруденсио Х., Кабрера-Перес И., Ибаньес Х.М., Барранкос Х., Гарсия-Эрнандес Р., Мартинес ван Дорт Д., Падилья Г.Д., Пшеор М., Ортега В., Эрнандес П., Перес Н.М. Rapid magma ascent beneath La Palma revealed by seismic tomography Scientific Reports, 12, 17654 (год публикации - 2022)
10.1038/s41598-022-21818-9

2. Касаткина Е., Кулаков И., Грапентин Р., Избеков П., Ларсен Дж.Ф., Аль Арифи Н., Кайси С.И. Multiple Magma Sources Beneath the Okmok Caldera as Inferred From Local Earthquake Tomography Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127(10), e2022JB024656 (год публикации - 2022)
10.1029/2022JB024656

3. Кулаков И., Шлиндвайн В., Лю М., Геря Т., Яковлев А., Иванов А. Low-degree mantle melting controls the deep seismicity and explosive volcanism of the Gakkel Ridge Nature Communications, 13, 3122 (год публикации - 2022)
10.1038/s41467-022-30797-4

4. Котенко Т.А., Смирнов С.З., Тимина Т.Ю. The 2022 Activity of Ebeko Volcano: The Mechanism and Ejecta Journal of Volcanology and Seismology, 17(4), 259-277 (год публикации - 2023)
10.1134/S0742046323700264

5. Люр Б.Г., Кулаков И., Сурианто В. Crustal Structure and Ascent of Fluids and Melts Beneath Merapi: Insights From Geophysical Investigations Merapi Volcano. Active Volcanoes of the World, 111-135, Springer Nature Switzerland AG (год публикации - 2023)
10.1007/978-3-031-15040-1_5

6. Кулаков И., Д'Аурия Л., Пруденсио Ж., Кабрера-Перес И., Барранкос Х., Падилья Г.Д., Абраменков С., Перес М.Н., Ибанез М.Х. Local Earthquake Seismic Tomography Reveals the Link Between Crustal Structure and Volcanism in Tenerife (Canary Islands) Journal of Geophysical Research, Solid Earth, 128, e2022JB025798 (год публикации - 2023)
10.1029/2022JB025798

7. Кулаков И., Избеков П., Эйхельбергер Дж., Аль Арифи Н. и Кайси С. Interconnection of magma sources beneath the Katmai volcanic system inferred from seismic tomography and petrology Journal of Volcanology and Geothermal Research, 434, 107744 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jvolgeores.2023.107744