Карымское озеро после извержения.

Извержение и инициированные им экзогенные процессы привели к катастрофическим изменениям гидрологического, гидрохимического и температурного режима озера. Чистейший абсолютно пресный водоеем диаметром 3,5 км и глубиной до 70 м в считанные часы превратился в резервуар кислой (рН<3,2) минерализованной воды - гигантский природный химический реактор объеемом ~0.,5 км³, в котором началась переработка растворившихся летучих и измельченных твеердых (включая пеплы вулкана Карымскогоий) продуктов извержения, озеерных илов, материала смытого с берегов. На берегах озера активизировались существовавшие ранее термальные источники и появились новые мощные выходы горячих вод в истоках р. Крымская, на кромке взрывной воронки (кратер Токарева) и у северного берега [4 ]. 

Гидрологические, тепловые и гидрохимические параметры озера после извержения изучались группой исследователей под руководством С.М. Фазлуллина. По их данным озеро в нормальном состоянии имеет следующие основные характеристики: площадь водной поверхности - 9,8 км²; максимальная глубина - 61 м; объем воды в озере - 460,6 млн. м³. Была сделана оценка тепловой энергии, аккумулированной озером во время извержения 1996 г. Учитывалось тепло, затраченное на плавление льда, нагрев воды и тепловая энергия взрывов. Полученную величину - 10¹⁶ Дж - сами авторы считают заниженной, поскольку не удалось определить теплоотдачу с поверхности озера [23, 24]. 

Преобразованная в результате извержения вода озера принципиально отличается от вод всех термальных источников, - и существовавших здесь ранее, и появившихся вновь. По гидрохимическим характеристикам она относится к "фумарольным термам поверхностного формирования" [11]. Гидротермы этого типа формируются при прямом контакте вулканических газов с поверхностными водами. Озеро дренируется единственным водотоком - рекой Карымская. Состав воды озера приведен в таблице 1 (NN 1-7). Это кислая минерализованная хлоридно-сульфатная, магний-натрий-кальциевая вода. В ходе извержения вода в озере перемешена и еее состав в первом приближении можно считать однородным повсей глубине [24 ].

Рис. 2

 Зримым, поддающимся измерениям результатом этих процессов, выходом из "геохимического черного ящика", является состав воды в реке, вытекающей из озера. Попытаемся проследить динамику изменения статических запасов основных компонентов минерализации воды озера и величину их выноса рекой (динамических запасов). В качестве компонентов-индикаторов используем вещества, определяющие гидрохимический тип воды (Cl^-, SO₄^2-,Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺). Для удобства дальнейших построений пересчитаем SO₄^2- в S⁰. Результаты расчеета элементов гидрохимического баланса озера за 1996 - 2000 гг.о да приводиятся в таблице 2..

За усредненную концентрацию компонентов в озере принято их содержание на истоке реки (см. табл. 1, верхний створ). Поскольку регулярные режимные наблюдения не проводились, динамические запасы (годовой сток) рассчитаны по замерам меженного расхода в июле -- августе. В годовом стоке за 1996 г. учтены катастрофические паводки в январе и мае (46 млн. м³) [14, 24]. Приводимые цифры имеют оценочный характер, поэтому округлены до тысяч тонн. На диаграмме (рис. 2) показаны масштабы и тенденции изменения статических запасов в озере и выноса раствореенных веществ. 

Наиболее заметным геохимическим последствием извержения был массированный выброс серы в гидрохимическую систему озера. Статические запасы серы в озере мгновенно возросли в ~60 раз. Учитывая величину выноса рекой (динамические запасы) в 1996 г в озеро поступило 69,7 тыс. тонн серы (скорее всего, в виде SO₂). В это же время, запасы Cl возросли в ~4, а Na в ~6 раз. Их вынос из озера увеличился соответственно в ~10 и 14 раз (6,8 и 10,9 тысяч тонн/год), а поступление в 1996 г. составило 20,4 и 32,0 тыс. тонн. В нормальном режиме до извержения привнос Cl составлял 700 и Na 800 тонн в год. В 1997 г., после резкого снижения запасов и выноса раствореенных компонентов, гидрохимическая обстановка в озере временно стабилизировалась, при этом сохранялся положительный баланс привноса-выноса вещества в гидрохимическую систему озера. Статические и динамические запасы по всем основным компонентам изменяются в узких пределах. Идеет постоянное, относительно равномерное поступление и вынос S, Cl, Na, Ca, и лишь в 2000 г. намечается новая тенденция снижения запасов и увеличения выноса (см. рис. 2). Увеличение транзита этих веществ через озеро объясняется значительным повышением дебита термоминеральных источников на его берегах.

Источники Академии Наук.

Сейсмические и вулканические события 1996 г.ода изменили условия разгрузки гидротерм. В результате резких колебаний уровня озера и приливных волн по всему южному берегу на высоту более 5 м смыт чехол покровных отложений и выработан новый абразионный уступ. Из-за неравномерных тектонических подвижек южный берег озера был приподнят, и на поверхности оказались подводные термальные источники. Термальная активность на берегу резко возросла: выходы источников с температурой кипения прослеживаются с перерывами на протяжении 1500 м, а с температурой выше 40^o - на 2100 м. В амфитеатре вулкана Академии Наук обособились четыре группы термопроявлений (см. рис. 1) [4 ].

Группа I, собственно источники Академии Наук, претерпела очень заметные изменения. Обе нижние ванны каскада были срезаны новым абразионным уступом. В уступе обнажился уникальный четыреехметровый разрез гейзеритового купола с гейзерными камерами и каналами. Одна из больших верхних ванн (юго-восточная) была заполнена вулканическим пеплом, смытым со склонов при таянии снега. Маленький гейзер "Сердитый" на еее берегу превратился в постоянный кипящий источник. Северо-западная ванна, горячий бассейн размером 20 х 15 метров с мощным пульсирующим грифоном на дне, сохранилась в почти прежнем виде, но заметно увеличила активность. Гейзер "Карлик" принял вид пульсирующего сильно кипящего пароводяного котла. Большой грифон в ванне в двухтысячном году начал работать в ярко выраженном гейзерном режиме (фонтанирование - 1 мин. 110 с; пауза - 50 с) с выбросом воды на высоту до 3 м. На склоне выше ванны появилось множество новых мелких кипящих конденсатных котелков и струек пара. Увеличилась площадь и усилился общий прогрев термального поля. На склоне на 80 м нак северо-западу от ванн погибли заросли ольхового стланика и, частично, травяная растительность. Прогрев грунта во многих местах превысил 50^o на глубине 20 см.

В 180 м северо-западнее старых ванн в 1996 г.оду возник новый мощный очаг разгрузки парогидротерм, почти удвоивший общую тепловую мощность источников. Раньше берег здесь был задернован и наблюдались только признаки скрытой гидротермальной активности: полынья во льду вдоль берега, теплые ручейки. Приливные волны смыли покровные отложения и, после падения уровня озера, в обнажившемся береговом обрыве появились источники с температурой 72-96^o, выходящие из открытых трещин в туфобрекчиях. 

Самым эффектным термопроявлением нового участка стал гейзер "Академический". Этот мощный источник с типичным гейзерным режимом появился в 30 м от озера, сразу над береговым уступом на высоте 6 м над водой. Жерло гейзера находится в яме глубиной 1,5 м с разновысокими стенками, выработанной в гидрохимических брекчиях. Устье гейзерного канала - воронка, заваленная крупными скальными обломками. Во время извержения вода заполняет яму, с сильным шумом кипит, выбрасывая фонтан и переливается в озеро обильным ручьеем с максимальным дебитом ~20 л/с.., Ззатем, оставшаяся в воронке вода быстро поглощается и начинается период накопления. В глубине воронки слышно кипение, нарастает интенсивность парения и следует новый цикл. В 1996 г. гейзер выбрасывал мутную желтоватую воду, затем система каналов промылась. Полный гейзерный цикл в июле 1996 г. длился 9 -14 минут, а фонтанирование на высоту 1,7 м - 6^m 40^c - 6^m 50^c. В 2000 г. полный цикл остался ~10 минут, а характер извержения усложнился: фонтанирование + излив - 4', накопление - 4', малое фонтанирование - 30'', накопление - 1-2''. Высота фонтанирования возросла до 4 м. Вода гейзера по составу одинакова с остальными источниками Академии Наук. Наблюдается постепенный рост минерализации за счеет кремнекислоты и ионов Cl и Na (табл. 3).

Все остальные термопроявления этого участка, располагающиеся выше гейзера, являются выходами пара. Это кипящие конденсатные котлы, некоторые - мощные, интенсивно бурлящие, диаметром до 1 м, другие - едва заметные парящие проколы. Там, где кипящие конденсаты успели переработать рыхлую породу, водные котлы превращаются в грязевые. Разнообразных котлов на участке более трехтрех десятков, и все они почти бессточные. Кипящие котлы группируются в небольших плоских котловинах и воронках. Здесь работает обычный для таких условий природный сепаратор: на высоких отметках разгружаетсяразгружаются пар и газ - продукты подземного вскипания гидротерм, а отсепарированная вода сливается внизу.

Для I группы источников Академии Наук характерна ещееще одна форма тепловой разгрузки: сильно прогретые термальные площадки, "сухие" и с рассредоточенным парением. Общая площадь термальных площадок по изотерме 50^o на глубине 1 м 18000 м², из них 7000 м² прогреты на этой глубине до ~100^o . Дебит основной группы источников Академии Наук в 1996 г. был 55 л/с, кроме этого, через парящие площадки и кипящие водные котлы выносилось ~6 кг/с пара. Вынос тепла составлял ~40 МВт [4]. В последующие годы тепловая мощность нарастала за счетсчет увеличения стока из старых ванн и повышения температуры прогретых площадок при некотором сокращении их размеров. В 2000 г. расход воды достиг 70л/с, и вынос пара превысил 6 кг/с. Тепловая мощность, соответственно, увеличилась до ~47 МВт.

Восточнее основной группы источников, на южном берегу озера на 650 метров прослеживается прерывистая полоса выходов горячих источников. На всемвсем этом участке крутой, почти без пляжа берег сложен массивными грубообломочными туфобрекчиями, сцементированными отложениями гидротерм (гидрохимические брекчии). Из трещин в туфобрекчиях на уровне озера и под водой выходят горячие и кипящие источники. Выделяются две обособленные группы источников (см. рис. 1).

Группа II. В 450 м от термопроявлений основной группы, на урезе воды озера вдоль открытой на 10-20 см трещины северо-западного направления, заполненной обломочным материалом, выходят небольшие пульсирующие источники. Отдельные кипящие проколы видны на протяжении 2 м в дне озера и на берегу. Температура источников - 97^o . Северо-восточнее на протяжении 30 м берег прогрет, и из мелких трещин в туфобрекчиях высачивается вода с температурой 40^o и выше. Суммарный расход источников группы можно оценить в 1,5-2 л/с. Вверх по склону над источниками, на высоте ~40 м, расположена термальная площадка со слабыми выходами пара - проявление подземного вскипания гидротерм. Здесь несколько бессточных кипящих конденсатных котелков, парящий грунт с возгонами солей на площади порядка 15 м², угнетеенная растительность на площади ~80 м².

Группа III. В 400 м северо-восточнее, у берега на глубине 30-50 см видны кипящие выходы воды, а на поверхности - пузыри газа и пара. Далее берег перекрыт слоистыми плитами гидротермальных брекчий, сквозь которые пробиваются источники с температурой от 40 до 80^o. Затем на берегу появляется плоский уступ и фрагменты валунно-галечного и песчаного пляжа. Из каверн в туфобрекчиях выбивают восходящие источники и струйки пара, слышно подземное кипение. Под водой видны кипящие грифоны и струи газовых пузырей. Протяженность прогретой полосы берега - 110 м. С востока прогретый участок ограничен ручьем, образовавшим конус выноса, сквозь который в виде типичного грязевого котла пробивается кипящий источник с температурой 98^o. Суммарный дебит термопроявлений группы - 7-9 л/с.

Группа IV появилась после извержения в 350 м западнее термальной площадки группы I. Здесь на отрезке 80 м прослеживается разгрузка термальных вод из-под вновь образованного трехметровоготрехметрового берегового уступа. Нисходящие источники выходят между глыб у подножья уступа и образуют ручьи, стекающие в озеро или теряющиеся в песчаном пляже. Температура воды источников от 43 до 20^o. ⁰. Общая протяжеенность участка разгрузки - 110 м. Максимальные дебиты отдельных источников 0,3 л/с, расход ручьев - до 1 л/с. Суммарный дебит оценивается в 10-12 л/с.

Источники на северном берегу озера, группа V (Медвежьи). 

Эти источники появились в 1996 году в 1 км восточнее истока реки. Карымская. Здесь и ранее наблюдались признаки разгрузки термальных вод: полынья во льду вдоль берега, прогретый пляж, пузырьки газа [17]. После извержения характер береговой линии сильно изменился. В отложениях озеерной террасы волновой абразией был выработан уступ высотой до 2,5 м. После снижения уровня озера берег отошеел от уступа и образовался песчано-галечный пляж шириной 40-60 м. На урезе воды пляж прогрет. В 1996 г. высачивание воды в виде струек с температурой 20-50^o и линейная разгрузка и теплойтеплой воды вдоль берега прослеживались на протяжении 150 м. По приблизительным оценкам расход термальных вод тогда был близок к 5 л/с.

В дальнейшем протяженность участка разгрузки и температура источников прогрессивно нарастали. Осенью 2000 г. длина полосы разгрузки достигла ~700 м при максимальной ширине на берегу 10 - 15 м и на мелководье более 5 м. При этом температура отдельных термопроявлений достигла 64^o, а прогрев выше 50^o наблюдался на участке 170 м. Суммарный дебит источников,. в пересчете на воду с температурой 64^о0, составляет ~75л/с, из которых 40% приходится на воду с температурой 64-50^o, 35% - 50-30^o, 25% - 20-30^o. Вынос тепла за 4 года увеличился с 300 до 4800 ккал/с (~20 МВт в 2000 г.).

Химический состав воды источников постепенно меняется (см. табл. 3, NN 13, 14). С 1996 года еее минерализация увеличилась в 1,5 раза. Теперь воду Медвежьих источников можно отнести к минеральным слабощелочным высококремнистым гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридным, натриевым.