: 07.08.2021

«Миссия выполнима»: услышать дыхание вулкана Эбеко

На Парамушире – втором по величине острове Большой Курильской гряды, находится несколько действующих вулканов. Наиболее активный – Эбеко: с 2016 г. в некоторые дни он производит взрывные выбросы туч пепла и газа с периодичностью менее часа. Эбеко расположен всего в 6 км от г. Северо-Курильска с населением около 2,5 тыс. человек, поэтому его активность доставляет неудобства местным жителям. Когда ветер дует от вулкана в сторону города, все открытые поверхности покрываются слоем пепла, что приводит к быстрому износу техники, а иногда в городе явственно ощущается запах вулканического газа.

До недавнего времени считалось, что выбросы вулкана Эбеко состоят только из газов и пепла. Такого рода извержения, называемые фреатическими, происходят за счет того, что грунтовые воды, оказавшиеся под поверхностью вулкана, нагреваются поднимающейся магмой, вскипают и в виде пара под большим давлением вырываются наружу. Наблюдения за аналогичными вулканами мира показывают, что такая активность, вызванная метеорными водами (то есть связанными с дождями и таянием снега), вряд ли сможет вылиться в крупное извержение, имеющее катастрофический характер для населения острова.

Однако недавно в вулканическом пепле вулкана выявили отчетливые следы магматического материала (Belousov et al., 2021). Это означает, что и для Эбеко нельзя исключать возможность сценария, когда в игру могут вступить глубинные флюиды – жидкие и газообразные легкоподвижные компоненты, которые находятся в магматических расплавах в виде пузырьков или растворенном состоянии. Если их концентрация будет высокой, а показатели температуры и давления близки к критическим, может развиться лавинообразный процесс дегазации – аналогично образованию пены при быстром открывании бутылки с шампанским. И это может стать причиной катастрофичного взрывного извержения. Стало ясно, что Эбеко надо изучать всеми доступными методами современной геологии и геофизики.

Есть еще причина, по которой важны такие исследования. Сегодня для обеспечения Северо-Курильска электроэнергией, теплом и горячей водой приходится тратить огромные средства на закупку и доставку мазута. А ведь город находится в непосредственной близости от огромного вулканического «парового котла» с неисчерпаемым ресурсом энергии. Еще в 1990-е гг. для поиска резервуара термальных вод недалеко от города вслепую была пробурена очень дорогая скважина глубиной около 2,5 км, но термальных вод в ней не оказалось. Вот почему так важна геотермальная разведка.

Нет сомнений, что под вулканом Эбеко и соседними фумарольными полями есть мощные геотермальные резервуары. Задача состоит в том, чтобы оценить, насколько близко находятся они от границы города. Информация о глубинном строении недр под островом, в будущем поможет избежать неудач с бурением скважин. А учитывая общемировой тренд по активному развитию альтернативной энергетики, геолого-геофизические исследования в районе Эбеко приобретают особую актуальность.

До 2021 г. на Парамушире функционировала в постоянном режиме одна сейсмическая станция, отслеживающая только общий фон сейсмической активности. В июне этого года новосибирские ученые установили на Эбеко и в его окрестностях сеть из 21 станции. Эта сейсмическая сеть по плотности и равномерности расположения станций является одной из лучших локальных сетей, установленных на активных вулканах мира. Данные, записанные этими станциями, будут использованы для определения геометрии и физических характеристик магматического очага и изучения процессов взаимодействия с ним глубинных и метеорных флюидов.

Установка сейсмической сети на активном вулкане – сложная логистическая задача. На Парамушире есть только один населенный пункт – Северо-Курильск, окруженный некоторым подобием автомобильных дорог. Кое-куда можно добраться на квадроцикле, вдоль береговой линии – на моторной лодке, еще есть вертолет, но хорошая безветренная погода на Северных Курилах – большая редкость. Поэтому мы рассчитывали прежде всего на собственные ноги и спины, чтобы использовать каждый погожий денек.
…Рейсовый вертолет прилетает на остров только раз в неделю. В условленный день наша команда быстро и слаженно грузит почти тонну оборудования. Кажется, не проходит и пары минут, как машина идет на посадку на вершине высотой около 1000 м. Буквально за секунды два человека, станции и оборудование оказываются на земле, и вертолет тут же взлетает. У нас есть 30 минут, пока вертолет доставляет еще две бригады и разбрасывает остальное оборудование по острову: нужно найти место для станции, вырыть яму в мокрой и каменистой земле, настроить и замаскировать оборудование. Наконец, все готово, и в эту же минуту появляется вертолет.
Прыгаем в открытую дверь и летим на следующую точку забирать ребят. Последняя посадка под перевалом, где высаживается весь отряд вместе с оборудованием для временного лагеря. С начала работы прошло чуть больше часа, но вот уже все станции разбросаны по точкам, часть поставлена. Можно расслабиться, наслаждаясь прекрасным видом. Подбегает лисичка и без тени смущения пытается изучить содержимое котелков и палаток. Мы сидим среди всего этого природного великолепия и чувствуем себя немного хоббитами. Счастье!

Утро. Все тяжелые части оборудования уже ждут нас на местах установки станций. Погода прекрасная, настраиваемся на приятную прогулку налегке. Приблизившись к точке, видим перед собой утес, увенчанный отвесными скалами, – сверху это место смотрелось совсем иначе. Делать нечего, начинаем восхождение. Неожиданно оказываемся наверху, на небольшом плоском плато. Утешаем себя мыслью, что среди медведей вряд ли найдутся такие дураки, которые залезут туда и разграбят нашу станцию. Устанавливаем оборудование на фоне феерической картины извергающегося вулкана. Ищем путь для отступления с другого края плато. Потихоньку сползаем в глубокую долину, прорезанную ледником, потом карабкаемся вверх. Вместо запланированного часа весь этот путь занимает более трех.

Погода портится, начинается дождь, накрывает туман – решаем быстро двигаться обратно. Понимаем, что возможности установить еще одну станцию нет. На перевале туман рассеивается, и мы видим, что точка с оборудованием совсем рядом. Решаем ставить. Станция расположена на кромке кратера Южного конуса Эбеко, откуда в 700 м видна активная воронка Северного конуса. К счастью, в этот час вулкан молчит. Штормовой ветер - вулканическая пыль и песок забиваются в глаза, рот и нос. Начинаем спуск к городу абсолютно изможденные, но с чувством выполненного долга.
…Кажется, самая сложная часть работы позади: все станции на хребте Вернадского установлены. Осталось несколько точек со стороны западного побережья. Наиболее разумно – установить их с моря, однако это долго, да и погода может испортится внезапно. Принимаем решение до части станций добираться пешком.
Выходим в 6 ч. утра. Поднимаемся на перевал, далее спуск на речку Юрьева. Кругом бьют горячие источники, покрывая окрестности паром. Река теплая, хотя часть ее питается тающими снежниками. Местные жители рассказали нам, что путь лежит то по одной, то по другой стороне реки, поэтому ее придется постоянно пересекать.
В реальности река оказалась неожиданно полноводной, каждый брод приходилось тщательно искать и исследовать. В итоге переход в три километра занял около трех часов. Без отдыха отправляемся обратно. Поток стал еще яростней, а в некоторых местах река стала непроходимой. Пытаемся обойти особенно опасные теснины, карабкаясь по крутым склонам. Продвижение кажется бесконечно долгим, хочется упасть и никуда не двигаться. Наконец, крутой подъем на лавовый поток, который воспринимается как счастье. Поднимаемся и в какой-то момент чувствуем характерный запах: накрыло ядовитой газовой тучей из вулкана. Срочно надеваем противогазы.

Погас последний луч солнца. Идти тяжело, дыхания не хватает, в горле пересохло. Но снимать маску нельзя. Ядовитые газы смешиваются с туманом. Идем по треку GPS в сгустившихся сумерках. Кажется, что этот подъем никогда не закончится. Но вот избавление – пересекаем гребень, снимаем противогазы. Появляется мобильная связь. Звоним нашим, чтобы успокоить. Теперь три часа спуска по камням с фонарями – главное, не оступиться на последнем участке. Далеко за полночь добираемся до города.
Осталось установить еще две станции на побережье Охотского моря. Для этого используем моторную лодку. Ребята уходят на весь день. Все, кто на берегу в томительном ожидании. Вроде, погода благоприятная, но кто знает, какие неожиданности возможны в атмосфере и в море на этой неспокойной земле. Наконец, поздно вечером они выходят на связь. Задание выполнено успешно. Теперь можно вздохнуть спокойно.
Очень помогали местные жители. Без них реализация этого проекта была бы невозможна. Семья Котенко организовала наши передвижения и самоотверженно трудилась вместе с нами. Совершенно блестящий экипаж вертолета показал невероятный профессионализм и отзывчивость. Местные ребята на квадроциклах помогли нам с доставкой оборудования. Наконец, сам остров, все две недели нашей экспедиции дарил нам потрясающе хорошую погоду, что почти невероятно для этих мест

Ради чего были все эти риски и тяжелая работа?

Сеть на Эбеко будет непрерывно в течение года в автономном режиме записывать сейсмические колебания, после чего станции будут сняты и начнется обработка записанной информации. Предполагается, что с помощью полученной информации удастся выявить и локализовать сотни землетрясений, случившихся в течение года под Эбеко.

Сами по себе такие события важны для определения состояния магматической системы вулкана. Например, малоглубинные сейсмические события под активным кратером позволят отследить зоны контакта метеорной воды с магматическим очагом и ее вскипание. Более глубокие землетрясения укажут на положение канала, по которому поднимается магма.

С помощью метода сейсмической томографии будут построены трехмерные распределения скоростей продольных и поперечных сейсмических волн от землетрясений, которые буквально прошивают толщу горных пород и подводящую систему вулкана. А поскольку эти два типа волн по-разному чувствительны к физическим свойствам пород, их совместная интерпретация даст материал для выявления геометрии магматических структур под вулканом. Оценив характер изменения скоростей сейсмических волн в разных участках недр хребта Вернадского, где расположен Эбеко, геофизики смогут определить места скопления магмы (магматические очаги) и зоны, по которым глубинные магма и флюиды могут достичь поверхности в районе Эбеко.

Летом 2022 г. сотрудники Института нефтегазовой геологии и геофизки СО РАН одновременно со снятием станций на Эбеко планируют провести также серию электромагнитных исследований по профилю из Северо-Курильска к вулкану Эбеко. Поскольку удельное электрическое сопротивление пород чрезвычайно чувствительно к наличию воды, предполагается, что с помощью этого способа удастся обнаружить границы зоны насыщения геотермальными флюидами. Это станет важным шагом для начала работы по обеспечению города дешевой и возобновляемой энергией земных недр.

И конечно, результаты изучения Эбеко будут полезны для понимания принципов функционирования магматических и геотермальных систем других вулканов аналогичного типа, независимо от их территориальной принадлежности.

Подробнее об этой экспедиции новосибирских ученых читайте в ближайшем выпуске журнала «НАУКА из первых рук»

Фото С. Смирнова и И. Кулакова

: 07.08.2021