ИССЛЕДОВАНИЕ ПАЛЕОЦУНАМИ НА О. КАРАГИНСКОМ (КОРЯКИЯ)
На кафедре физики моря и вод суши я работаю с составе научной группы, которая занимается математическим моделированием цунами. Этим летом я принимал участие в экспедиции, посвящённой поиску палеоцунами на Беринговоморском побережье Камчатского края. Данная экспедиция являлась частью многолетней работы по планомерному изучению палеосейсмической обстановки на Дальнем Востоке. Необходимость таких исследований в том районе связана с высокой сейсмической активностью и практически полным отсутствием данных о повторяемости цунами в регионе. Кроме того, фактические данные о проявлении цунами на берегу являются ценным материалом более глубокого понимания физики процесса и используются для верификации и усовершенствования численных моделей.
Повторяемость катастрофических цунами является одним из наиболее важных показателей цунамиопасности. Чем чаще происходят события с большими величинами заплесков — тем более цунамиопасен регион. Наши знания о статистике цунами являются достаточно полными за период не более 50-60 лет. Объём данных об исторических цунами сильно разнится в зависимости от региона. Рекордсменом в этой области является Япония, где уже много веков ведётся учёт цунами. С другой стороны, для некоторых регионов такие данные могут и вовсе отсутствовать. Это может быть связано с множеством факторов: начиная с незаселённости побережья и заканчивая отсутствием письменности у народов, проживавших там в древности.
Параметры цунами, которые могут интересовать исследователей, занимающихся оценками цунамиопасности это: высота волны, длина заплеска и, конечно, дата события. Как же получить данные о доисторических событиях, которые происходили сотни или даже тысячи лет назад? Выходя на мелководье, волна цунами взмучивает дно и начинает переносить взвесь, причем, чем больше энергия волны, тем больше взвеси она переносит. Накатываясь и проникая вглубь побережья, цунами не только разрушает и переносит дальше, всё что находится на берегу, но и откладывает захваченный донный материал. Мощность (толщина слоя) таких отложений может достигать десятков сантиметров, как, например, после Индонезийского цунами 2004 года. Несомненно, эти отложения размываются и выветриваются, но даже через тысячи лет их следы можно обнаружить в толще почвенного слоя. Как правило, мощность отложений доисторических цунами не превышает нескольких миллиметров. Даже обнаружив в почве прослойку песка, мы не можем быть полностью уверенными в том, что мы имеем дело с отложениями цунами. Этот слой песка мог быть отложен рекой или переотложен ветром. Задача исследователя достаточно сложна: необходимо установить происхождение песка, принимая во внимание сложный комплекс геоморфологических процессов, происходящих в береговой зоне. В удачном случае песок морского происхождения отличается от речного размером частиц и характерной окатанностью. Но достаточно часто встречаются и более сложные случаи, когда исследуемый слой истончается настолько, что и по консистенции и по цвету практически смешивается с окружающей почвой или продуктами вулканической деятельности.
Важнейшей частью исследований палеоцунами является датировка событий. Напрямую определить момент древнего цунами невозможно, так как отложенный материал не несёт в себе никакой информации о моменте события. Поэтому, датировка производится косвенными методам, главным образом с помощью радиоуглеродного анализа: определения концентрации радиоактивного изотопа 14С, которая постоянна в живом организме, но начинает уменьшаться после его гибели. Основное ограничение этого метода в том, что датировке поддаётся только биологический материал. Даже если в слое отложений присутствуют останки растений принесённые волной, то отобрать необходимое количество материала (несколько сот грамм) на анализ, как правило, не удаётся. Наилучший вариант – отбор проб почвы или торфа выше и ниже датируемого слоя. Торф характеризуется высокой скоростью накопления, поэтому собрать необходимый объём образца на анализ проблемы не составляет. Точность радиоуглеродного метода около ста лет. В последнее время появилась возможность проводить датировку по 14С методом массовой спектрометрии (AMS), что позволяет поднять точность на порядок. К сожалению, в нашей стране такие работы не проводятся, что, в свою очередь, поднимает на порядок и без того немалую стоимость анализа проб. Ещё один вариант датировки палеоцунами – применение маркеров, предварительно отдатированных легкоопределяемых слоёв. В районах с высокой вулканической активностью, к которым относятся Камчатка и Курильские острова, такими маркерами являются вулканические пеплы. При сильном извержении из вулкана выбрасывается большое количество пепла, который разлетается на огромные расстояния. Причём пепел каждого конкретного извержения имеет свой уникальный химический состав, поэтому опытный специалист буквально на глаз может определить какому извержению принадлежит образец.
Исследования палеоцунами на побережье является наилучшим способом получения объективных данных о древних цунами. На Камчатке эти работы проводятся силами сотрудников Института Вулканологии и Сейсмологии ДВО РАН. Целью экспедиции был поиск палеоцунами на западном побережье острова Карагинский. Остров находится в Карагинском заливе Берингова моря. От восточного берега полуострова Камчатка он отделён проливом Литке. Размеры острова составляют примерно 100 на 30 км, при этом на нём постоянно проживают 3 человека. Он интересен тем, что расположен в предполагаемой области тройного сочленения Северо-Американской, Охотской и Беринговоморской плит. Динамика движения земной коры в этом районе до конца не выяснена и является предметов многочисленных споров среди специалистов. До настоящего времени на острове проводились только геологическая съёмка и работы по поиску месторождения платины. Исследований палеоцунами не проводилось никогда. Климат на о. Карагинском весьма суровый. Зима длится 7 месяцев, пролив Литке полностью замерзает и вскрывается только в мае. Снег сходит к июню, но остаётся много нетающих снежников. Растительность достаточно скудная. Преобладает тундра с островками кедрового, ольхового и рябинового стлаников. Крупных животных немного: есть небольшое стадо завезённых людьми оленей, бурых медведей всего несколько особей. Говорят, что зимой остров иногда посещают белые медведи. От краевого центра, города Петропавловск-Камчатский, о. Карагинский удалён на 700 км на север. Единственный способ добраться до острова – морской. Предпринятые в последнее время меры по ужесточению контроля за расходованием финансовых средств сильно осложнили организацию экспедиций на север Камчатки и в Корякию. Теперь заказ вертолётных рейсов для института разрешен только из Петропавловска, а география региона такова, что стоимость заброски экспедиций по воздуху в северные районы края достигает поистине астрономических сумм. Однако даже заброска морским транспортом является сложной задачей. Времена, когда вдоль всего Тихоокеанского побережья страны курсировали рейсовые пассажирские суда, остались в далёком прошлом. В наши дни сообщение осуществляется грузовыми судами по весьма нерегулярному графику, который, в свою очередь, корректируется суровым нравом Берингова моря. Случаи, когда штормовое предупреждение загоняет суда в бухты-укрытия на несколько дней, не являются чем-то из ряда вон выходящим. К тому же, приоритет отдаётся грузовым перевозкам. В северные посёлки везут еду и промтовары, обратно – рыбу. Пассажиры берутся по остаточному принципу, на полулегальном основании и едут в условиях далёких от комфорта. Например, на нашем судне в каюте, по проекту рассчитанной на 4 человека, ехало 20! Но они не жаловались, так как некоторые пассажиры ехали в закреплённых на палубе контейнерах и даже помещениях для хранения канатов и якорных цепей. Несложно предположить, что имеющиеся на судне спасательные средства на наличие на борту «лишних» пассажиров не рассчитаны. Выбора у местных жителей не много. Единственная альтернатива, воспользоваться воздушным транспортом, доступна далеко не всем. Например, билет в один конец по маршруту Корф (один из самых крупных посёлков региона, сильно пострадавший от Олюторского землетрясения 2006 г.) – Петропавловск-Камчатский по цене превышает авиабилет Москва-Петропавловск-Москва! Стоимость морского путешествия в несколько раз ниже, к тому же, как ни странно, в случае нелётной погоды этот вариант может оказаться даже быстрее. Забегая вперёд, отмечу, что четыре дня морского путешествия на остров я провёл в привилегированных условиях – на водительском месте закреплённого на палубе микроавтобуса.
Экспедиция состояла из 6 участников. Начальником отряда была сотрудник ИВиС к.г.н. Татьяна Пинегина. За последние 15 лет она проводила исследования палеоцунами на Центральных и Северных Курилах, а также почти на всём восточном побережье Камчатки. В 2001 и 2005 годах мне уже доводилось принимать участия в её экспедициях на южной Камчатке. Также участниками экспедиции являлись ещё один сотрудник ИВиС, сотрудник Геологического Института из Москвы и два студента-практиканта Камчатского университета им. Витуса Беринга. Средствами передвижения нашей экспедиции служили 2 моторные лодки.
Прилетев в Петропавловск, я рассчитывал, что буквально на следующий день мы погрузимся на судно. Но ситуация сложилась так, что капитан объявил, что выходит раньше и к тому же, вопреки договорённости, брать нас в этот рейс не собирается. Следующий рейс был только через 10 дней, другие суда пассажиров не брали, таким образом получились вынужденные выходные и мне удалось то, что я не успевал сделать за мои предыдущие визиты на Камчатку – подняться на вершину действующего Авачинского вулкана, находящегося рядом с городом. Наконец, состоялась погрузка на судно и через 4 дня хода мы достигли острова, высадились в бухте Ложных Вестей и поставили базовый лагерь среди развалин рыбозавода 80-х годов. Интересно, что неподалеку от этого места на берегу лежат неплохо сохранившиеся деревянные моторные боты оставшиеся, по словам местных жителей, от японцев, рыболовецкая артель которых промышляла там на заре советской власти. Количество нерестовой рыбы в речках и ручьях удивило даже наших камчатских коллег. К сожалению, у этого изобилия есть и обратная сторона: через пару недель, когда нерест горбуши подошёл к концу, вниз по течению стало выносить огромное количество мертвой рыбы. Вода испортилась настолько, что мы были вынуждены специально ездить за водой к маленьким ненерестовым ручьям. В ходе рекогносцировки выяснилось, что на острове почвенный слой в береговой зоне чрезвычайно тонкий (около метра), с включениями мерзлоты и содержит в себе отложения древностью не более 2 тысячи лет. Береговая зона в этом районе оказалось узкой, шириной не более нескольких сотен метров, поэтому наиболее эффективной оказалась тактика поиска торфяников и расчистки обнажений (обрушающихся склонов).
Потратив несколько дней на обследование окрестностей базового лагеря, мы перебазировались на север острова в район реки Маркеловская и несколько дней отработали там. В дополнение к основным работам, мы предприняли несколько выходов вглубь острова с целью поиска предположительно активного разлома, ранее обнаруженного в том районе по спутниковым снимкам. К сожалению, явного проявления этой структуры на поверхности найти не удалось. На следующем этапе экспедиции мы отправились на юг острова. Рельеф берега там изменился, появилась возможность делать полноценные профили. Всего, на двух исследованных профилях было вырыто около 50 шурфов.
После завершения работ на юге острова, мы окончательно вернулись на базовый лагерь. В обратный путь в Петропавловск-Камчатский двинулись с недельной задержкой: вмешалась штормовая погода.
Результаты, полученные во время полевых работ ещё находятся в стадии обработки, но уже сейчас можно сказать, что проявлений известных крупных цунами, например Курильского цунами 1952 года, не обнаружено. Однако, было выявлено 5 предположительных цунами за 2 тысячи лет с высотами заплеска 5-7 метров, скорее всего от локальных источников.
Повторяемость катастрофических цунами является одним из наиболее важных показателей цунамиопасности. Чем чаще происходят события с большими величинами заплесков — тем более цунамиопасен регион. Наши знания о статистике цунами являются достаточно полными за период не более 50-60 лет. Объём данных об исторических цунами сильно разнится в зависимости от региона. Рекордсменом в этой области является Япония, где уже много веков ведётся учёт цунами. С другой стороны, для некоторых регионов такие данные могут и вовсе отсутствовать. Это может быть связано с множеством факторов: начиная с незаселённости побережья и заканчивая отсутствием письменности у народов, проживавших там в древности.
Параметры цунами, которые могут интересовать исследователей, занимающихся оценками цунамиопасности это: высота волны, длина заплеска и, конечно, дата события. Как же получить данные о доисторических событиях, которые происходили сотни или даже тысячи лет назад? Выходя на мелководье, волна цунами взмучивает дно и начинает переносить взвесь, причем, чем больше энергия волны, тем больше взвеси она переносит. Накатываясь и проникая вглубь побережья, цунами не только разрушает и переносит дальше, всё что находится на берегу, но и откладывает захваченный донный материал. Мощность (толщина слоя) таких отложений может достигать десятков сантиметров, как, например, после Индонезийского цунами 2004 года. Несомненно, эти отложения размываются и выветриваются, но даже через тысячи лет их следы можно обнаружить в толще почвенного слоя. Как правило, мощность отложений доисторических цунами не превышает нескольких миллиметров. Даже обнаружив в почве прослойку песка, мы не можем быть полностью уверенными в том, что мы имеем дело с отложениями цунами. Этот слой песка мог быть отложен рекой или переотложен ветром. Задача исследователя достаточно сложна: необходимо установить происхождение песка, принимая во внимание сложный комплекс геоморфологических процессов, происходящих в береговой зоне. В удачном случае песок морского происхождения отличается от речного размером частиц и характерной окатанностью. Но достаточно часто встречаются и более сложные случаи, когда исследуемый слой истончается настолько, что и по консистенции и по цвету практически смешивается с окружающей почвой или продуктами вулканической деятельности.
Слоистая структура почвы (фрагменты стенки шурфа)
Убедившись в наличии отложений цунами, можно приступать к определению высот и длин заплесков волны. Как правило, исследования такого рода проводятся в бухтах c аккумулятивной (сформировавшейся в результате накопления наносов) береговой зоной. В исследуемой точке побережья размечается профиль (линия, перпендикулярная берегу и береговым валам), вдоль которого измеряется топография. На характерных перегибах рельефа роются шурфы: прямоугольные ямы, с зачищенными вертикальными стенками. Далее производится описание шурфов. Измерив в каждом шурфе глубину залегания и мощность каждого различимого слоя, получим геологический разрез в данной точке побережья. Проанализировав полученный разрез, можно определить на каком удалении от берега выклинивается (исчезает) тот или иной интересующий нас слой отложений. С недавних пор при исследованиях палеоцунами стали широко использовать георадарную съёмку. Этот метод позволяет проследить за различающимися по диэлектрической проницаемости слоями в толще почвы. Казалось бы, длина заплеска исторических цунами определяется достаточно просто. Это было бы верно, если бы положение береговой линии не изменялось с течением времени. Однако, это не так. За последние 10 тыс. лет в истории Земли было несколько периодов оледенения, во время которых уровень океана понижался более чем на 100 метров. К тому же, наиболее цунамиопасные регионы как правило находятся в сейсмоактивных зонах на границах тектонических плит и поэтому подвержены как косейсмическим (во время землетрясения), так и интерсейсмическим (в период между землетрясениями) движениям. Поэтому, для определения параметров волны необходимо знать положение береговой линии на момент заплеска. Примерно в том месте, где в почве над толстым слоем песка древнего пляжа появится интересующий нас слой и будет находится искомая береговая линия. Зная, на какой глубине находится древний урез воды можно без труда определить высоту заплеска волны.
Исследования палеоцунами на побережье является наилучшим способом получения объективных данных о древних цунами. На Камчатке эти работы проводятся силами сотрудников Института Вулканологии и Сейсмологии ДВО РАН. Целью экспедиции был поиск палеоцунами на западном побережье острова Карагинский. Остров находится в Карагинском заливе Берингова моря. От восточного берега полуострова Камчатка он отделён проливом Литке. Размеры острова составляют примерно 100 на 30 км, при этом на нём постоянно проживают 3 человека. Он интересен тем, что расположен в предполагаемой области тройного сочленения Северо-Американской, Охотской и Беринговоморской плит. Динамика движения земной коры в этом районе до конца не выяснена и является предметов многочисленных споров среди специалистов. До настоящего времени на острове проводились только геологическая съёмка и работы по поиску месторождения платины. Исследований палеоцунами не проводилось никогда. Климат на о. Карагинском весьма суровый. Зима длится 7 месяцев, пролив Литке полностью замерзает и вскрывается только в мае. Снег сходит к июню, но остаётся много нетающих снежников. Растительность достаточно скудная. Преобладает тундра с островками кедрового, ольхового и рябинового стлаников. Крупных животных немного: есть небольшое стадо завезённых людьми оленей, бурых медведей всего несколько особей. Говорят, что зимой остров иногда посещают белые медведи. От краевого центра, города Петропавловск-Камчатский, о. Карагинский удалён на 700 км на север. Единственный способ добраться до острова – морской. Предпринятые в последнее время меры по ужесточению контроля за расходованием финансовых средств сильно осложнили организацию экспедиций на север Камчатки и в Корякию. Теперь заказ вертолётных рейсов для института разрешен только из Петропавловска, а география региона такова, что стоимость заброски экспедиций по воздуху в северные районы края достигает поистине астрономических сумм. Однако даже заброска морским транспортом является сложной задачей. Времена, когда вдоль всего Тихоокеанского побережья страны курсировали рейсовые пассажирские суда, остались в далёком прошлом. В наши дни сообщение осуществляется грузовыми судами по весьма нерегулярному графику, который, в свою очередь, корректируется суровым нравом Берингова моря. Случаи, когда штормовое предупреждение загоняет суда в бухты-укрытия на несколько дней, не являются чем-то из ряда вон выходящим. К тому же, приоритет отдаётся грузовым перевозкам. В северные посёлки везут еду и промтовары, обратно – рыбу. Пассажиры берутся по остаточному принципу, на полулегальном основании и едут в условиях далёких от комфорта. Например, на нашем судне в каюте, по проекту рассчитанной на 4 человека, ехало 20! Но они не жаловались, так как некоторые пассажиры ехали в закреплённых на палубе контейнерах и даже помещениях для хранения канатов и якорных цепей. Несложно предположить, что имеющиеся на судне спасательные средства на наличие на борту «лишних» пассажиров не рассчитаны. Выбора у местных жителей не много. Единственная альтернатива, воспользоваться воздушным транспортом, доступна далеко не всем. Например, билет в один конец по маршруту Корф (один из самых крупных посёлков региона, сильно пострадавший от Олюторского землетрясения 2006 г.) – Петропавловск-Камчатский по цене превышает авиабилет Москва-Петропавловск-Москва! Стоимость морского путешествия в несколько раз ниже, к тому же, как ни странно, в случае нелётной погоды этот вариант может оказаться даже быстрее. Забегая вперёд, отмечу, что четыре дня морского путешествия на остров я провёл в привилегированных условиях – на водительском месте закреплённого на палубе микроавтобуса.
Экспедиция состояла из 6 участников. Начальником отряда была сотрудник ИВиС к.г.н. Татьяна Пинегина. За последние 15 лет она проводила исследования палеоцунами на Центральных и Северных Курилах, а также почти на всём восточном побережье Камчатки. В 2001 и 2005 годах мне уже доводилось принимать участия в её экспедициях на южной Камчатке. Также участниками экспедиции являлись ещё один сотрудник ИВиС, сотрудник Геологического Института из Москвы и два студента-практиканта Камчатского университета им. Витуса Беринга. Средствами передвижения нашей экспедиции служили 2 моторные лодки.
Потратив несколько дней на обследование окрестностей базового лагеря, мы перебазировались на север острова в район реки Маркеловская и несколько дней отработали там. В дополнение к основным работам, мы предприняли несколько выходов вглубь острова с целью поиска предположительно активного разлома, ранее обнаруженного в том районе по спутниковым снимкам. К сожалению, явного проявления этой структуры на поверхности найти не удалось. На следующем этапе экспедиции мы отправились на юг острова. Рельеф берега там изменился, появилась возможность делать полноценные профили. Всего, на двух исследованных профилях было вырыто около 50 шурфов.
Шурф в торфянике
После завершения работ на юге острова, мы окончательно вернулись на базовый лагерь. В обратный путь в Петропавловск-Камчатский двинулись с недельной задержкой: вмешалась штормовая погода.
Панорама южной части о. Карагинский
Результаты, полученные во время полевых работ ещё находятся в стадии обработки, но уже сейчас можно сказать, что проявлений известных крупных цунами, например Курильского цунами 1952 года, не обнаружено. Однако, было выявлено 5 предположительных цунами за 2 тысячи лет с высотами заплеска 5-7 метров, скорее всего от локальных источников.
Колесов С.В.,
мнс кафедры физики моря и вод суши
мнс кафедры физики моря и вод суши