Введение к работе
Актуальность темы исследования. По последним оценкам 1200 из 8450000 озер Земли относятся к вулканическим кратерным озерам (Meybeck, 1995), однако лишь по 269 из них имеются более или менее подробные сведения, собранные в мировой лимнологической базе WORLDLAKE (Ryanzhin, Straskraba, 1999; Рянжин, Ульянова, 2000). Эти уникальные и труднодоступные природные объекты привлекают пристальное внимание исследователей, как с теоретической точки зрения, так и с практической.
Кратерные озера обладают достаточно высоким рекреационным потенциалом, связанным, в том числе, со значительными запасами воды разного химического состава и выходами термальных вод, который реализован в США, Новой Зеландии и особенно в Японии. В то же время из-за связи с активным вулканизмом кратерные озера могут представлять серьезную угрозу инфраструктуре, населению и туристическим группам.
Кратерные озера, расположенные в таких областях проявления современного вулканизма, как, например, Японские и Большие Зондские острова, Новая Зеландия, Центральная Америка, достаточно хорошо лимнологически изучены. Изучение особенностей морфологии кратерных озер и их термального режима представляет самостоятельный научный интерес, так как позволяет создавать модели функционирования и развития озерных экосистем.
В России вулканические кратерные озера распространены на полуострове Камчатка и на Курильских островах. Морфология Камчатских кратерных озер рассмотрена в работах В.И. Бондаренко (1990), СВ. Ушакова и СМ. Фазлуллина (1997). Некоторые материалы об озерах Курил содержатся в работах К.К. Зеленова и М.А. Канакиной (1962), А.В. Зотова и др. (1988), СМ. Фазлуллина и В.В. Батояна (1989). Однако, в целом, до настоящего времени кратерные озера Курильских островов остаются практически не исследованными.
Цель работы - выявить особенности морфологии кратерных озер Курильских островов. Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
составить батиметрические схемы и модели озерных котловин;
сравнить морфологию котловин кратерных озер;
выявить наличие поствулканических процессов в кратерных озерах;
систематизировать исследуемые озера по морфологическим параметрам и характеру поствулканических процессов в их котловинах;
- дополнить базу данных WORLDLAKE полученной информацией.
Объект исследования - кратерные озера Курильских островов.
Предмет исследования - изучение особенностей морфологии кратерных озер Курильских островов и поствулканических процессов в озерных котловинах.
Материалы и методика исследования. В качестве теоретической и методологической основы исследования автором использовались работы отечественных и зарубежных исследователей, среди которых Бондаренко В.И., Верещагин Г.Ю., Влодавец В.И., Горшков Г.С, Добровольский А.Д., Дрознин В.А, Корсунская Г.В., Мархинин Е.К., Мелекесцев И.В., Михайлов В.Н., Муравейский С.Д., Рашидов В.А., Рянжин СВ., Ушаков СВ., Фазлуллин СМ., Федорченко В.И., Forel F.A., Pasternack G.B., Larson G.L., Varekamp J.С, Giggenbach W.F., Rowe G.L. Материалом для исследования послужили данные эхолотной съемки кратерных озер, полученные автором и его коллегами в восьми комплексных научно-исследовательских экспедициях 2005-2011 гг. на Курильских островах. Экспедиционные работы были организованы ИМГиГ ДВО РАН и велись в составе вулканологического отряда под руководством А.В. Рыбина. Для получения дополнительной географической и геоморфологической информации использовались геоинформационные ресурсы, размещенные в сети Интернет - Google: Планета Земля 6.2. и GeoMapApp 3.3.0. Основной используемый метод - эхолотный промер с синхронной
навигационной (GPS) привязкой эхолотных профилей и их последующей обработкой в программах Sonar Viewer 2.1.1, Excel 2010 и Surfer 10. Использовались эхолоты Lowrance: «Eagle SeaCharter 320DX» и «LMS-527cDF iGPS». Дополнительно применен метод тепловизионной съемки инфракрасной камерой SAT SDS Hotfind-LXS и проверки электронным термометром «Digitron-T200KC». Для получения и анализа экспедиционных материалов применялись как традиционные картографический и статистический методы, так и новые методы моделирования, геоинформационные и дистанционные методы. Научная новизна. Впервые:
составлены батиметрические схемы и модели кратерных озер Курильских островов с применением современной методики цифрового эхолокационного профилирования с компьютерной обработкой эхограмм;
выявлены и количественно охарактеризованы подводные гидротермальные выходы, экструзивные купола и эксплозивные воронки, определяющие разнообразие форм озерных котловин;
выполнена типизация кратерных озер Курильских островов по морфологии и наличию поствулканических процессов в озерных котловинах.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Авторские батиметрические профили, схемы и модели кратерных озер Курильских островов детально отображают морфологию озерных котловин, их структурные элементы, выявляют специфику генезиса озер, а так же позволяют фиксировать местоположение, интенсивность и масштабы подводных гидротермальных процессов.
-
Морфология котловин кратерных озер определяется преимущественно типом и интенсивностью вулканических и поствулканических процессов.
-
Морфологическое разнообразие озерных котловин связано с различным сочетанием положительных и отрицательных эксплозивных и экструзивных форм вулканического рельефа - кальдер, кратеров, воронок, куполов и конусов.
-
По морфологическим особенностям и характеру поствулканических процессов кратерные озера Курильских островов можно объединить в следующие типы:
I тип - округлой формы, представляющие собой эксплозивные воронки и кратеры с
гидротермальными выходами в днищах озерных котловин;
-
тип - чашеобразной и серповидной формы, со сложным строением днищ с гидротермальными выходами в них;
-
тип - серповидной формы со сложным строением днищ без гидротермальных выходов в них.
Теоретическое значение исследования заключается во вкладе в развитие теории геоморфологии и лимнологии, а именно в формировании представлений о развитии озерных экосистем вулканического генезиса. На примере района современного островодужного вулканизма успешно апробирована методика эхолокационной съемки озер с последующим моделированием в ГИС. Предложена типизация кратерных озер, учитывающая морфологию котловин и характер поствулканических процессов в них.
Практическое значение работы. Результаты исследования кратерных озер Курильских островов были использованы при вулканологическом районировании и составлении карт вулканоопасности для Курильской островной дуги, в отчетах НИР ИМГиГ ДВО РАН «Петролого-геохимические и морфогенетические особенности мезозойского и кайнозойского островодужного вулканизма Сахалина и Курильских островов» за 2009-2011 гг. Гр. 1200951744 и «Вулканическое районирование и контроль состояния вулканов Курильских островов» за 2006-2008 гг. Гр. № 01200609149. Результаты исследования использованы при разработке научно-образовательных материалов и экологических маршрутов Сахалинским государственным университетом, Государственным природным заповедником «Курильский», Сахалинским областным краеведческим музеем, туристическими и экологическими организациями. Результаты работы могут быть использованы для научных изысканий, а так же для навигационных
целей и в научно-просветительской работе. Практическая часть исследования опубликована в рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК, и поступила в базу данных по озерам мира WORLDLAKE.
Апробация работы. Результаты исследования и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях и симпозиумах: «JKASP (Biennial Workshop on Japan-Kamchatka-Alaska Subduction Processes)-5» (Саппоро, Япония, 2006); «XIII научное совещание географов Сибири и Дальнем Востока» (Иркутск, 2007); JKASP-6, «IV Всероссийский симпозиум по вулканологии и палеовулканологии «Вулканизм и геодинамика», научная конференция «Вулканизм и связанные с ним процессы» (Петропавловск-Камчатский, 2006, 2009, 2012); Всероссийская научная конференция «Вопросы геологии и комплексного освоения природных ресурсов Восточной Азии» (Благовещенск, 2010); Международный симпозиум «Современные научные исследования на Дальнем Востоке», Сахалинская молодежная научная школа «Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз» (Южно-Сахалинск, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011); JKASP-7 (Фейрбэнкс, США, 2011); Международные научно-практические конференции «LXV и LXVI Герценовские чтения» (Санкт-Петербург, 2012, 2013).
Значимость исследования и высокий интерес со стороны профессионального сообщества и регионального правительства подтверждается выделением автору целевых грантов различного уровня, в числе которых: грант РФФИ 12-05-31502-мол., гранты ДВО РАН: 007-Ш-Д-08-100, 09-Ш-В-08-478, 10-Ш-В-08-224, 11-Ш-В-08-056, 12-Ш-В-08-182, молодежный грант Правительства Сахалинской области 2011 г.
Личный вклад автора. В 2005-2011 гг. автор принимал активное участие в работе 8 комплексных научно-исследовательских экспедиций, организованных Институтом морской геологии и геофизики ДВО РАН (г. Южно-Сахалинск) на Курильские острова. В ходе экспедиций выполнено исследование особенностей морфологии уникальных природных объектов - кратерных озер: Горячее и Кипящее (кальдера Головнина, о. Кунашир), Бирюзовое (кальдера Заварицкого, о. Симушир), бухта Броутона (кальдера Броутона, о. Симушир), Малахитовое и Глазок (вулкан Кетой, о. Кетой), Черное (кальдера Немо, о. Онекотан). Для этих водоемов получены наиболее значимые результаты, составлены детальные батиметрические схемы и профили. Дана краткая характеристика современного состояния вулканов, в кратерах которых расположены озера. Современный и палеовулканизм Курильской островной дуги исследовался автором в составе вулканологического отряда Института морской геологии и геофизики ДВО РАН в комплексных научно-исследовательских экспедициях 2005-2012 гг. (Левин и др., 2007, 2008, 2009, 2010; Rybin, Zharkov, Kozlov et. al, 2009). Эти данные используются на протяжении всей работы при описании района исследования и вулканов. Полевой материал получен автором в результате экспедиционных работ как самостоятельно, в качестве студента-практиканта, аспиранта и научного работника, так и при тесном сотрудничестве с ведущими исследователями и специалистами Института морской геологии и геофизики ДВО РАН, Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена, Института озероведения РАН, Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН и Тихоокеанского института географии ДВО РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 10 работ в научных изданиях, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы (145 наименований). Объем рукописи - 110 страниц, в том числе таблица и 48 рисунков (фотографии, батиметрические профили, схемы и модели).
Достоверность результатов обеспечена использованием современной методики батиметрической эхолотной съемки с синхронной спутниковой привязкой по профилю, а так же инструментальной проверкой результатов и их корреляцией при помощи новейших геоинформационных приложений.
