Хренов А.П., ИГЕМ РАН, Шкарин В.Е., Российский НИИ Космического приборостроения, Москва, E-mail:shkarinv@mail.ru
Вулканические извержения могут вызвать огромные опустошения и разрушения в течение короткого срока. Это показали страшные извержения вулканов Сент-Хеленс в 1980 г., Пинатубо в 1991 г. и более поздние катастрофические события в районе Карибского моря и в других местах. Они могут также оказывать серьезное средне- и долгосрочное воздействие, вынуждающее проводить эвакуацию населения, нарушающее работу транспорта (наземного и воздушного) и всей хозяйственной инфраструктуры. Многие районы современного вулканизма расположены в густонаселенных районах мира. Поэтому очень часто вулканические извержения непосредственно воздействуют на территории, акватории и воздушное пространство регионов, где живет и перемещается огромное количество людей.
С развитием методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в вулканологии открылись новые возможности. Исследования со спутников позволяют в полном объеме обеспечить постоянное наблюдение за изменением морфологии кратеров вулканов, следить за изменениями теплового потока на них, осуществлять оперативную передачу информации в центры обработки и, тем самым, обеспечивать в реальном времени выявление критериев предвестников извержений.
В целом, системные аэрокосмические исследования, компьютерные методы обработки материалов ДЗЗ, комплексирование различных типов данных и совместная интерпретация полученных результатов открывают богатые перспективы широкомасштабного изучения природной среды.
Целью данной работы было создание базы данных Большого трещинного Толбачинского извержения 1975 года на Камчатке.
Большое трещинное Толбачинское извержение (БТТИ) происходило с 6 июля 1975 г. по 10 декабря 1976 г. Район извержения расположен к югу от вулкана Плоский Толбачик в своеобразной зоне, которую одни исследователи называют региональной зоной шлаковых конусов, другие – зоной ареального вулканизма. За полтора года здесь возникла цепочка новых базальтовых вулканов (шлаковых конусов) с высотами до 300м, объединенных в Северную и Южную группы. Лавовые потоки залили площадь более 45кв.км, на вершине Плоского Толбачика образовалась новая кальдера диаметром 1,7км. Общий объем извергнутой пирокластики составил 1 куб.км, лавы – 1,2куб.км. Это было крупнейшее базальтовое извержение в Курило-Камчатском вулканическом поясе в историческое время, одно из пятнадцати извержений ХХ века с объемом продуктов более 1куб.км, входящее в шестерку наибольших трещинных извержений, наблюдавшихся в мире в историческое время.
На БТТИ был проведен широкий комплекс исследований геологическими, геофизическими, геохимическими и физическими методами. Благодаря этому, в настоящее время БТТИ является одним из наиболее изученных вулканических извержений в мире [1-3].
В качестве тестового полигона для детальных исследований был выбран Северный прорыв БТТИ, извержение которого происходило в период с 6 июля по 15 сентября 1975 г. В течение 72 дней извержения северных кратеров БТТИ на поверхности земли образовалось 3 крупных и 4 малых шлаковых конуса с лавовым полем площадью около 9кв.км и мощностью до 80м. На площади около 400кв.км была полностью уничтожена растительность, а местность превратилась в безжизненную шлаково-пепловую пустыню.
В результате эффузивной деятельности Северного прорыва на поверхности было сформировано лавовое поле из 5 лавовых потоков и 15 отдельных лавовых порций.
Для последующего проведения комплексного анализа с использованием геоинформационных технологий на район извержения была собрана обширная база данных: подробные наземные наблюдения за динамикой и составом продуктов извержения и материалы дистанционного зондирования [4, 5].
Состав базы данных:
- Данные геологической изученности
- Данные наземных наблюдений
- Цифровая модель рельефа
- Цифровая карта границ лавовых потоков
- Цифровая карта изопахит лавового поля
- Космофотоснимки «Ресурс-Ф»
- Аэрофотоснимки камерой «Цейсс»
- Данные аэросъемки TIMS
- Материалы радиолокационной космосъемки с КА Shuttle (SIR-C).
Основой для построения цифровой модели рельефа (ЦМР) служила топокарта масштаба 1:25000 с сечением изогипс 10 м. ЦМР, визуализированная с помощью программного пакета ERDAS IMAGINE, представлена на рис. 1.
Рис. 1. Затененная цифровая модель рельефа Северного прорыва (угол Солнца 45°).
На район Северного прорыва имеются многочисленные аэрофотоснимки, выполненные аппаратурой АФА и «Цейсс» в ходе и после извержения, а также ряд разновременных космоснимков «Ресурс-Ф», снятых в оптическом диапазоне (камера КФА-1000). Наиболее интересен космоснимок, сделанный в июне 1975 г. незадолго до извержения. На рис. 2 он показан в сравнении с другим оптическим космоснимком, снятым через несколько лет после БТТИ. На космоснимках отчетливо видны изменения, произошедшие в результате извержения.
Рис. 2. Космофотоснимки района ареальной зоны шлаковых конусов БТТИ. Система «Ресурс-Ф» (камера КФА-1000): А) До БТТИ (июнь 1975 г.), Б) После БТТИ (август 1979 г.).
Созданный в США авиационный тепловой инфракрасный мультиспектральный сканер (TIMS) представляет собой сканирующий радиометр, используемый для исследования природных ресурсов Земли. Сканер имеет шесть спектральных каналов: 8.2-8.6, 8.6-9.0, 9.0-9.4, 9.4-10.2, 10.2-11.2, 11.2-12.2 мкм. С использованием прибора TIMS были выполнены аэросъемки на заранее выбранных полигонах Камчатки. Можно уверенно сказать, что были получены уникальные данные. На TIMS Северного прорыва разными оттенками цвета на лавовом поле выделяются отдельные порции лавовых потоков, отличающиеся по времени поступления их на поверхность (рис. 3). Все эти лавовые потоки имеют различную морфологическую поверхность – от шлако-глыбовой до крупно-глыбовой. Эти различия в лавовых потоках обусловлены тем, что во время извержения меняются реологические свойства расплава. А они, в свою очередь, контролируются составом, газонасыщенностью, газосодержанием и температурой, которые определяют степень кристалличности лавы.
Рис. 3. Изображение Северного прорыва, полученное со сканера TIMS. Псевдоцветное синтезирование – красный (10.2-11.2 мкм), зеленый (9.0-9.4 мкм), синий (8.6-9.0 мкм).
Трехмерные изображения Северного прорыва, созданные на основе ЦМР с помощью программного пакета ERDAS IMAGINE с наложением на них изображения TIMS, показаны на рис. 4.
Рис. 4. Трехмерная цифровая модель Северного прорыва с наложением на нее изображения TIMS: А) Вид с востока; Б) Вид с юго-востока.
Современное состояние дистанционных исследований определяется, в первую очередь, техническим совершенством съемочной и приемной аппаратуры, особенно той, которая устанавливается на борту спутника или самолета (компактностью, рабочим спектральным диапазоном, пространственным и спектральным разрешением и т.п.). При достижении соответствующих характеристик аппаратуры большое значение приобретают проблемы знания специфичных физических параметров (особенностей) конкретных исследуемых природных объектов, характеризующих их как объект исследований.
Системные аэрокосмические дистанционные исследования и появление новых широких возможностей автоматизированной обработки данных ДЗЗ, а также совместная интерпретация полученных результатов открывают обнадеживающие перспективы широкомасштабного изучения природной среды.
Литература
1. Большое трещинное Толбачинское извержение. М.: Наука, 1984. 640 с.
2. Федотов С.А., Хренов А.П., Чирков А.М. Большое трещинное Толбачинское извержение 1975 г. Камчатка // ДАН СССР. 1976. Т. 228, № 5, С. 1193-1196
3. Федотов С.А., Чирков А.М., Андреев В.А., Гусев Н.А., Разина А.А., Хренов А.П. Краткое описание хода трещинного Толбачинского извержения в 1975 г. // Бюлл. вулканол. станций. 1977. № 53, С. 3-22
4. Хренов А.П., Пиери Д., Богатиков О.А., Блинков А.Н., Зайцев В.В., Шкарин В.Е. Аэрокосмические исследования действующих вулканов Камчатки // Глобальные изменения природной среды. Новосибирск: 1998. C. 104-116
5. Хренов А.П., Пиери Д., Блинков А.Н., Зайцев В.В., Шкарин В.Е. Аэрокосмические исследования действующих вулканов Камчатки в 1993-1996 гг. // Исследование Земли из космоса. 1999. № 6, С. 70-82
