Введение к работе
Актуальность проблемы. Вулканизм - это наиболее активное проявление внутренней жизни планеты, с которым в значительной степени связано формирование ее внешней оболочки. Извержения, с одной стороны, формируют внутренюю структуру вулканических аппаратов, с которыми, в частности, связано возникновение многих месторождений полезных ископаемых; с другой стороны, участвуют в формировании географической оболочки, включая глобальное воздействие на климат. Часто извержения представляют опасность для окружающей среды и деятельности человека, приводят к гибели людей и большим экономическим потерям, постоянно возрастающим по мере освоения человеком новых территории в вулканических областях. Крупнейшие извержения порождают экологические катастрофы регионального масштаба.
Исследование планет Солнечной Системы с помощью космических аппаратов позволило обнаружить на них огромное количество вулканогенных форм поверхности и даже действующие вулканы. Получение новой информации о строении и развитии планет с помощью анализа этих форм и сравнения их с земными аналогами возможно только на основе ясного предс"'\пленин о механизме извержения, о связи характера извержения с типом магмы и условиями, в которых оно происходит.
Перечисленные обстоятельства породили настоятельную потребность в создании адекватной теоретической модели процесса извержения, позволяющей понять его физический механизм, причины разнообразия типов . извержений, анализировать влияние изменяющихся внешних условий, делать прогнозные экстраполяции. Варианты такой модели {относящиеся, в основном, к отдельным типам извержений) начали интенсивно, разрабатываться в -последнее десятилетие вулканологами Великобритании, США, Италии, Франции, Японии, Новой Зеландии и в России автором данной работы, Особенно актуален в настоящее время синтез частных моделей и теоретическое описание общей картины извержения.
Цель работы: сформугіировать понятие системы 'извергающийся вулкан", построить и исследовать теоретическую модель такой системы, позволяющею описать наблюдающиеся режимы извержения, причины и Механизм смены одного режима другим в процессе извержения для вулканов с различными типами магмы и структурой магматической системы; модель должна позволять делать и обратные заключения - о свойствах магматической системы по характеру извержения. '.:.'
Новизна и научная значимость. 1) впервые четко сформулировано
понятие "извергающийся вулкан",- определена соответствующая
динамическая система, обсуждены допущения и ограничения,
позволяющие описывать извержение как квазистационарный процесс;
2) предложена гидродинамическая классификация основных
стационарных режимов извержения и определены условия
осуществления каждого из режимов: 3) обнаружена
область неустойчивости дисперсионного режима, приводящая к скачкообразным изменениям расхода и возможной смене режима; 4) дано объяснение механизма возникновения катастрофических шшннанских извержений; S) описан механизм опустошения очага, приводящего при определенных условиях к образованию кальдер; 6) описай механизм сильных колебаний расхода и возникновения кратковременных пауз при высокоинтенсивном дисперсионном режиме извержения.
Эти результаты позволили теоретически описать общую схему извержения, основные сценарии его развития и связать характер извержения со структурой и свойствами магматической системы вулкана. Успешное применение теории к конкретным извержениям подтвердило применимость стационарного приближения и адекватность предложенной модели.
Практическая значимость заключается в разработке теоретической основы для нового подхода к прогнозу опасности ожидаемых извержений конкретных вулканов, исходя из состояния магматической системы. Теория, выявляя параметры системы, которые оказывают определяющее влияние на конкретные характеристики извержения, позволяет оптимально спланировать систему наблюдений, необходимых для оперативного прогноза хода извержения. Выводы работы могут помочь при анализе вулканической деятельности на других планетах земной группы.
Работа была начати в лаборатории экспериментальных исследований Института вулканологии СО, а затем ДВНЦ и ДВО АН СССР и закончена в лаборатории физической вулканологии Института вулканической геологии и геохимии ДВО РАН. Она носит в целом теоретический характер, однако в основе ее лежит большой объем наблюдений и измерении, выполненных лично автором и его комитетами кл извержениях камчалскнх вулканов и, прежде всего, у.а t>oiiMi:oM трещинном Толбачинском извержении, Наблюдения на этом извержении дали осноыюн толчок к постановке теоретических задач. Ill-*»*.разработке и проверке теории использовались многочисленные опубликованные в литературе описания извержений, но основу
составляют два наиболее изученных извержения разных іином Толбачинское 1975-1976 гг и Сент Хелснса 1980 г.
Апробация работы. По теме диссертации имеется 37 публикации одна из которых - коллективная монография, посвященная Толбачинскому извержению, в которой соискателем в соавторстве написаны 2 главы. Результаты работы докладывались на: IV, V и VI Всесоюзных вулканологических совещаниях (Львов, 1974; Тбилиси, 1980; Петропавловск Камчатский,- 1985); Всесоюзном совещании по внутренней геодинамике (Ленинград, 1972); Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Москва, 1991); Международной конференции "Запад Тихого океана" и "Генезис магмы" (Япония: Токио, 1978); Научной Ассамблее Международной Ассоциации Вулканологии и Химии Недр Земли (Италия: Джиарднни-Наксос, 1985); Международном Вулканологическом Конгрессе (Новая Зеландия: Окленд-Гамильтон-Роторуа, 1986); Кагошимской Конференции по Вулканам (Япония: Кагошима, 1988), а также на семинарах в институтах Вулканологии ДВО РАН, Вулканической геологии и геохимии ДВО РАН, Геологии, геофизики и минералогии СО РАН, Механики МГУ, Геологии и минералогии РАН, Всесоюзном геологическом институте мин. геологии.