Инициирование аномалий. Сход ледника Колка в 2002 году

6. Версии ученых о причинах катастрофического схода ледника в 2002 году

Быстротечность и динамика развития события 20.09. 2002 г. до конца невыяснены и сегодня. Изменение структуры ледника и перемещение его массы из цирка на полтора десятка километров в течение нескольких минут – аномальное явление в горной гляциологии. В академических кругах не сложился консенсус о причинах скоротечного выброса ледника в Геналдонское ущелье. О процессах подготовки ледника Колка к катастрофе ученые больше гадают, предлагая различные варианты. Объясняя случившееся происшествие, исследователи исходят из разных природных процессов. Обычно, причины катастроф объединяют в 3 категории: сейсмическая, вулканическая и метеорологическая. Некоторые эксперты склонны считать, что в сходе ледника принимали участие все три механизма.

Официальную версию трагедии поддерживает Черноморец С.С, научный сотрудник географического факультета МГУ, который связывает сход ледника с обвалами висячих ледников: «В результате внезапного и непредвиденного обвала со скалы на горе Джимара сорвалась глыба льда. Она упала на ледник Колка, в результате чего большая часть его фирново-ледового тела соскользнула с ложа и двинулась по ущелью со скоростью более 200 км/ч, захватывая за собой камни. Этот поток накрыл Кармадонское ущелье» [14].

Вывод экспертов от 23.09.2002 г.: причина катастрофы – внезапное обрушение висячего ледника с горы Джимарай-хок, выбившего Колку из ложа. В публикации [6. С. 257] называют возможные причины выброса ледника:

1) обрушение на ледник каменно-ледяной массы со стены массива Джимарай-хох в результате землетрясения;

2) метеорологические условия;

3) подвижка ледника Колка;

4) подледниковый оползень;

5) вулканический (газовый) удар в верховьях ледника;

6) гидравлический удар, глиссирующий механизм формирования ледово-водно-каменного селя.

Специалист по ледникам, руководитель лаборатории дистанционного зондирования Земли из космоса, Института географии РАН Десинов Л.В. в числе первых экспертов МЧС участвовал в облете ледника после его схода. Ученый отрицает официальную версию трагедии, связанную с обрушением висячих ледников на Колку. По его версии подвижка Колки протекала в 3 этапа. Вначале ледник пришел в ускоренное движение 13 сентября, наступая со скоростью несколько сотен метров в сутки. Второй этап начался 16 сентября. В этот день произошло землетрясение, а местные жители отмечали очень сильные грохочущие звуки, доносившиеся из верховий. Третий этап начал развиваться в ночь на 20 сентября: «В это время примерно в двух км от ледника Колка и севернее него, за гребнем левого борта ледника, примерно на одном уровне с его поверхностью остановились на отдых 3 человека: Александр Цирахов – житель поселка Джимара с товарищами. По сведениям А. Цирахова, около 2 часов они были разбужены очень сильным толчком снизу. Около 1 минуты земля содрогалась. Был слышен сильный гул. Полагая, что произошло сильное землетрясение, надеясь на спасение людей, вернулись в поселок. Они обнаружили безмятежно спящих людей, не ощутивших толчка [11]. Что же это могло быть? Ученый утверждает, что решающая роль в катастрофическом характере последней подвижки ледника Колка, принадлежит воде. Событие связано с газо-гидравлическим ударом со стороны тыла ледника Колка. Его вызвала вода, нагретая в фумарольной зоне ложа, и смешанная с газами. При первоначальной толщине ледник удерживал давление воды и газов. Потеряв часть внешнего слоя льда толщиной 25-30 м «ледник не выдержал давления воды снизу и был практически взорван в самом тылу». К началу 20 сентября фронтальная часть с трудом протискивалась в крутой и глубокий поворот ущелья. Подвижки была заторможена. Головной части ледника предстояло добрать большую порцию вещества. По мнению ученого [11], жидкая фаза во льду изменяется под влиянием 3 основных факторов: повышения давления и концентрации солей и притока тепла. Все эти факторы присутствовали на леднике Колка летом 2002 г. Процесс схода ледника 20 сентября 2002 г. ученый видит в следующей очередности. Подвижка ледника началась 28 августа 2002 г., а кульминация произошла в период с 13 по 20 сентября 2002 г. в три этапа. Своеобразным спусковым механизмом катастрофы стал газо-гидравлический удар снизу в тыловой зоне ледника, произошедший в предрассветный час 20 сентября. Ледник начал наступать из-за поворота долины, как в 1902 и 1969 году. На прямолинейном участке долины скорость движения селя достигала 140 км/час. Катастрофа вызвана неустойчивостью пульсирующего ледника Колка, пришедшего в состояние режима динамической подвижности в результате наложения нескольких факторов: повышенной сейсмической активности; увеличении нагрева отдельных участков правого борта, газовыделение фумарол и таяние льда под влиянием вулкана Казбек; приход значительного количества воды с атмосферными осадками. Важным результатом наблюдений правого борта ледника стало фиксирование влажных пятен в зоне обрушения и нескольких потоков воды, стекавших по склону, чего ранее не отмечалось. В поисках тепловых проявлений сотрудники РАН в начале сентября 2003 г. выполнили сканирование всего правого борта ледника Колка. Применялся прибор шведской фирмы AGA, зондирующий в спектральном диапазоне около 14 мкм. Он достаточно точно фиксирует температурные контрасты. Слабость гипотезы Л. Десинова о причинах схода ледника, содержится в высказывании: «Однако наши усилия ни к чему не привели: склон остыл и приобрел практически равную температуру в равновысоких поясах» [11]. Упорство Л. Десинова, продолжающего настаивать на тепловых проявлениях в тыловой зоне ледника летом и осенью 2002 г., достойно похвалы. Однако он не может объяснить, почему инструментальными замерами в 2003 г. в зоне аккумуляции ледника не обнаружено температурных отличий.

Сотрудникам географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова стали доступны фотоснимки места происшествия, полученные сканером Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) c борта американского спутника Landsat 7. Съемка проводилась с одной и той же орбиты в 11 часов 31 минуту утра по местному времени (8 часов 31 минуту по Гринвичу). Использовались снимки Landsat 7 ETM+ от 16 октября 2000 г. и 2 июля 2002 г., снимки Terra ASTER от 22 июля и 3 октября 2001 г., 18 июля 2002 г., 6 октября 2002 г. и другие. Анализировались снимки со спутника QuickBird от 25 сентября 2002 г. Съемка со спутника Landsat 7 велась вертикально, а со спутника QuickBird – с наклоном (18 градусов от надира). По космическим снимкам коллектив ученых провел анализ состояния поверхности ледника Колка за несколько часов до его схода. На основе дешифрирования снимков учеными [15] были сделаны выводы: фронт Колки оставался почти стационарным до момента катастрофы; признаков о начале движения ледника вниз по долине (вздутие лба ледника, образование зон трещин и т. п.) не было выявлено; изменения в языковой части Колки между 19 августа и 20 сентября отсутствуют; по состоянию на утро 20 сентября значительного продвижения фронта Колки вперед не обнаружено. Ученые не исключили незначительного продвижения (до 50 м) фронта ледника перед катастрофой. В статье утверждается: крупные скальные и ледовые обвалы начались в период между 28 июля и 19 августа 2002 г.; к 20 сентября обвалы висячих ледников на Колку практически завершились.

К утру 20 сентября 2002 г. на поверхности Колки находился основной объем обвального материала, поступившего на ледник до катастрофы. На снимке 20 сентября зафиксирован крупный обвал, лежащий поверх свежего снега, площадью 0,17 ± 0,02 км². Сопоставление серии космических снимков склонило исследователей к мнению, что к утру 20 сентября произошло образование разлома, отделяющего пологую часть ледника от его правых притоков. Разлом обозначен двумя линиями ледяных обрывов длиной около 300 и 250 м. На снимке 19 августа обрывы не прослеживаются. Предположили, что они образовались из-за проседания поверхности ледника под воздействием обвалов. Опираясь на результаты своих исследований, ученые построили гипотезу развития катастрофы: «… в тыловой части ледника по состоянию на утро 20 сентября находился участок активизации, в ходе катастрофы лед был выброшен. Почему это могло произойти? Обвалы били в юго-западный угол ледника. Один из таких обвалов вечером 20 сентября 2002 г. мог послужить импульсом к началу катастрофы. Он ударил в нестабильный ледяной массив и сдвинул его вниз по долине. Выброс тыловой части ледника Колка привел к нарушению устойчивости его языка. В результате большая часть ледника покинула вместилище в цирке Колка и начала быстрое движение вниз по долине» [15]. По мнению авторов публикации, в 2002 г. подвижка ледника Колка не была его очередной пульсацией. Ученые убеждены, что космические снимки Landsat 7 ETM+ от 19 августа, 4 и 20 сентября 2002 г. позволили им правильно оценить, что происходило в цирке Колка за недели и считанные часы до катастрофы. Ученые не объясняют, почему после схода в ложе не осталось льда. В гипотезе не находят отражения: процесс образования и накопления миллионов кубометров воды под ледником; резкое изменение минерального состава вещества во льду, снеге, источниках, озерцах; образование паров и газов в цирке после схода ледника. Теория удара и продвижения ледника предложена без каких-либо грубых расчетов, подтверждающих возможность механического разрушения объемного ледяного тела, преодоление сцепления с ложем на площади S > 3,36 км². Развитие событий не увязано со временем инструментальных замеров на сейсмических станциях. Дешифрирование космических снимков выполнено достаточно тенденциозно. Утром 20 августа 2002 г. все склоны и ледник полностью покрыты снегом, за исключением полосы, принятый авторами за крупный обвал у подножия горы площадью 0,17 км2. На снимке нет ни одной обнаженной стены, от которой могла отделиться порода, и нет следов обрушений. Сравнивая снимки 20 августа 2002 г. и 6 октября 2002 г., можно увидеть подобие между контурами днища ложа, проступающего через молодой лед, и формой, принятую за "крупный обвал". Вероятно, на снимке 20 августа 2002 г. мы наблюдаем выпавший снег, который растаял в воде. Темная полоса по падению ледника и слева у борта – это вода, светлая полоса – не растаявший снег. После схода ледника, у подножья Джимарай-хох, остался крупный массив льда в виде двух «ступеней» [2. C. 71]. Обвалы горной породы продолжали поступать в эту зону в течение года после катастрофы. В исследованиях многих авторов указано (и доказано), что массового разового обрушения в день катастрофы не происходило.

Внешние признаки готовности пульсирующего ледника к подвижке были ярко выражены на Колке в 1902 и в 1969 годах. Продвижение фронта начиналось и продолжалось в течение нескольких месяцев. В труде [2. C. 114] ученые обращают внимание на не типичный сход ледника в 2002 году. В развитии Кармадонской трагедии исследователи отмечают некоторые особенности: катастрофа не была очередной «закономерной» подвижкой пульсирующего ледника Колка; активизация глубинных процессов в недрах «спящего» вулкана привела к образованию близкой к поверхности магматической камеры, повышению давления и температуры газов под ледником. Большие объемы воды сыграли решающую роль в отрыве всей массы ледника целиком от ложа и дальности выброса вниз по долине на 16 км. Длительные обвалы и перегрузка тыловой части ледника Колка материалом привели к нарастанию давления в подледных горизонтах [2. C. 176]. Предполагается, что непосредственной причиной стремительного выброса ледника стал взрыв газов, достигших критического давления.

В работе [16] причину аварийного схода ледника видят в целой серии ударов обвальных масс в тыловую часть Колки. По мнению ученых, происходило накапливание объема разрушающегося льда и горных пород. Ученые считают, что удар от крупного обвала горных пород способен пробивать толщу ледника, генерировать мощнейшие колебания скального ложа, вызывать в его теле акустические волны и термобарические процессы. По мере возрастания количества воды, нарушается устойчивость ледника, приводится в движение ледово-водо-каменная масса в виде селевого потока. В тыловую часть ледника при обвалах поступает огромная порция энергии, которая вызывает кардинальную перестройку всего ледникового тела. Удары преобразуют массив льда и формируют в тыловой части ледника в ограниченных объемах селевой очаг и пористый слой дробленого льда в ложе цирка. Аккумуляция энергии предопределяет возникновение и развитие двух основных взаимодействующих структур перед срывом Колки – импактного (ударного) селевого очага и пористого слоя льда. Серия тектонических импульсов привела к частичному обвалу висячих ледников и крупному отрыву горных пород от массива. По сценарию, изложенному в гипотезе, формирование очага началось после 2 часов ночи 29 июля 2002 г. с момента обвала и удара массы до 7 млн. тонн по тыловой части ледника, где пересекаются два крупных тектонических разлома. Лед слабо препятствовал внедрению обвального тела в толщу ледника. При сверхвысоких давлениях (до 100 тыс. МПа), возникающих в момент удара обвальных масс о поверхность ледника, лед практически мгновенно переходит в жидкокристаллическое состояние. Внедряясь в толщу ледника, тело обвала взаимодействует со льдом в ложе ледника, замедляет движение. Спустя 2–4 с после своего падения, массы останавливаются и образуют «выпуклые лопастевидные тела, приподнимающие собой поверхность ледника». Избыточное давление, сопровождаемое сильными тепловыми эффектами, приводит к перегреву обвального материала. Перегретые слои горной породы, представляющие собой плотную пульпу, содержат включения воды. Согласно суждению авторов, внутреннее давление во внешних (холодных) слоях обвального тела быстро понижается, что приводит к "холодному" кипению внутриледниковой смеси. Участки ледника, примыкающих к месту крупного обвала, приподнимаются, образуют системы радиальных и поперечных трещин. По расчетам авторов [16] из-за крупных обвалов энергетический потенциал очага возрастал, к 20 сентября 2002 г. он достиг почти 500 млн. МДж.

Гипотеза активизации в тыловой части Колки селевого очага неустойчивости предполагает лавинообразное разрушение льда при прохождении ударных упругих волн по ложу и телу ледника. От колебаний скального основания дробится поверхность ледника. Лед, залегающий на скальном ложе, превращался в пористые слои. Объем пористого слоя перед срывом ледника составил 35 млн. м3, а объем аккумулированной в порах воды 5 млн. м3. Авторы статьи пришли к нескольким неочевидным выводам: в результате удара крупного обвала горных пород и льда с энергией до 70-100 млн. МДж в конце июля 2002 г., в тыловой части ледника Колка произошло зарождение импактного очага неустойчивости; развитие неустойчивости формировалось скачками. Рост энергетического потенциала очага происходил в течение 50 дней и сопровождался прохождением волн напряжений внутри тела ледника и по его ложу. При импактах энергия сферических волн поглощалась телом ледника, во льду возникал пористый слой. Объем дробленого льда (20 – 40 млн. м3), насыщенного водой, занимал слой толщиной 10 – 50 м. Мощные удары по тыловой части Колки развили селевой очаг, оказали воздействие на перестройку структуры ледника и сформировали на ложе цирка условия (в виде талых вод и пористого слоя) для катастрофического транзита ледниковой массы. Авторы гипотезы неубедительно сформулировали причину схода ледника Колка, поскольку даже сильное землетрясение не может гарантировать обвал крупного объема горных пород. Серия мелких толчков, разделенных короткими временными интервалами, способна выделить нужное количество энергии на участках сходящихся разломов, но сеть региональных сейсмических станций таковых не зарегистрировала. Сейсмические толчки в районе ледника Колка были зафиксированы 21 марта, 23 апреля, 2 и 4 июня, 14 июля (три толчка в этот день), но по данным местных наблюдений крупных обвалов не было.

Академик Садовский представлял Землю открытой, многокомпонентной системой, способной воспринимать и перерабатывать (транспортировать и трансформировать) поступающую в нее извне энергию. Согласно утверждениям ученого, такими свойствами обладают составляющие ее подсистемы: литосфера, земная кора, горная порода и отдельные ее блоки [17]. В работе подчеркивалось, что внешние источники энергии, такие как Солнце, поле тяготения, а для подсистем – тепловой поток из недр, тектонические движения и подобные им, за обозримые промежутки времени практически не меняются. Постоянство потока энергии, поступающего на Землю, является причиной того, что свойства системы Земля и составляющей ее горной породы для нас практически не меняются при всех протекающих в них процессах. Описанный механизм автор относит к самоорганизации системы. Ученый предполагает, что широкому классу природных и техногенных процессов свойственна «автомодельность». Он предложил свое виденье закономерностей после того, когда они прошли испытания на модели. Садовский описывает, благодаря каким наблюдениям существуют вполне определенные эмпирические зависимости между процессом подготовки горного массива к землетрясению и признаками, предшествующими этому явлению.

Закономерности, полученные М. Садовским для глубоко залегающих горных пород и случаев проявления землетрясения, Ученые в [16] использовали работу М.А. Садовского, установившего эмпирические зависимости между характерным временем процессов (t, год), их энергией (Е, эрг) и размерами очага землетрясения (L, см), и применили к леднику, расположенному на поверхности земли. В гипотезе утверждается, что за счет обвалов в очаге аккумуляции все время поддерживалось состояние, способное выделить энергию и совершить механическую работу по перемещению отделенных друг от друга частей ледника. По расчетам ученых размер очага выброса энергии достигает в поперечнике примерно 1 км, время пребывания его в активном состоянии около 70 дней. Вертикальное давление ледника на ложе обусловлено деформацией льда, противодействие – обусловлено деформацией горных пород цирка. С увеличением толщины ледника растет сила давления на ложе и напряженность внутри массива. До тех пор пока эти изменения происходят в интервале предела упругих деформаций – система находится в равновесии, в этом нет какого-либо откровения.

Гипотеза о импактном селевом очаге, возникшего в тыловой части ледника Колка, постулирует мгновенный переход льда в жидкокристаллическое состояние на значительных площадях и на всю толщу ледника. Моделью при этом предусматривается создание пористого льда в днище цирка и по поверхности ледника. Выдвигается требование к удержанию воды и накоплению кинетической энергии от обвалов породы, в покрытом трещинами леднике. Толщина льда по оси ледника Колка достигала 90–140 м. По физико-механической характеристике льда можно проводить оценку напряженно-деформированного состояния ледяного покрова. Учтем, что поверхность ледника покрыта панцирем из породы, смерзшейся со льдом, который перераспределяет давление, возникшее при ударе, на массив большой площади. При этом он оказывает сопротивление механическому проникновению упавшей горной массы к ложу цирка. К факторам, не учтенным авторами, относим: косой удар обвала по склону, имеющему угол > 30°, сопротивление воды и льда движению породы, затраты энергии на разрушение прочного каменно-ледового панциря ледника и рассеиванье энергии при упругих деформациях.

Горные породы земной коры подвержены воздействию тектонических сил. Природные землетрясения происходят при разрушении целостности напластований горных пород от перенапряжений. Накопленная в массиве энергия упругих деформаций быстро высвобождается. В момент разрыва горная порода приходит в движение, возникают колебания. Они продолжаются до тех пор, пока массив не перейдет в новое устойчивое объемное напряженное состояние. При всем желании не найти подобия в механизме, вызывающего разгрузку напряжений в подземном массиве и в плоском леднике, лежащем на поверхности земли. Закономерность мгновенного изменения структуры льда и аккумулирования энергии в леднике, с последующим взрывным высвобождением, не подкреплена ни практикой наблюдения за ледниками, ни опытной проверкой образцов из ледников на механические испытания по методике М. Садовского.

Модель с отделением от скалы монолитного массива, рассечение им льда толщиной 100 м, с последующим ударом в породы дна цирка, не представляется реальной. Перенос сценария автомодельности М. Садовского на ледниковый массив Колки был не продуктивной идеей. Авторы [16] проигнорировали различия в действии статических механических нагрузок на горные породы залегающих под землей и реакцию на ударные нагрузки породно-ледникового панциря, лежащего на поверхности земли. Сомнительный вариант, требует наличия явлений, не существующих в природе, таких как мгновенный фазовый переход льда в воду. Маловероятно и длительное удержание накопившейся воды в леднике, из которого постоянно течет речка. О накоплении и сбросе воды из под ледника Колка говорит сход селя 28.08.2002 г., когда из цирка «… водно грязевой поток выбросил куски льда до створа Белой речки» [2. С. 61]. Обращаем внимание на то, что выносился не пористый лед. В публикации [18] описывают обстановку накануне катастрофы и указывают на важные детали: «… в начале сентября отмечена высокая активность обвальных процессов на склонах г. Джимарай-хох; грохот обвалов слышался практически непрерывно, в верхней части ледника Колка наблюдался крупный конус выноса, сложенный обломочным материалом; у края ледника Колка образовались три небольших озера; по каньону, в котором идет сток с ледника Колка, сходили сели». Можно сделать вывод, что внутри ледника энергия не накапливалась, ее избытки преобразовывались в таяние ледника и стекали наружу по уклону.

Иную точку зрения о происшествии высказывают в работе [19]. Одну из главных причин неожиданного выброса пульсирующего ледника Колка называют активизацию вулканогенных проявлений в недрах массива вулкана Казбек. По мнению ученых, аналогичные процессы выявлены в районе Эльбруса, их изучают геологи Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМ).

В работе [20] автор доказывает аналогию между вулкано-тектонической активностью и поступлением к дневной поверхности большого количества газов, в состав которых входят в разных пропорциях СО2 и H2S. Похожие явления сопутствовали поступления газов в окружающую среду во время геотермальных извержений в кратерных озерах (Камеруна, Индонезии). Описание очевидцев тех событий и ощущения, близки к наблюдавшимся эффектам, сопровождавшим обвал ледника Колка в 1902 году. Камчатский ученый предполагает: «… все это свидетельствует о возможности взрывной активности под ледником, что, в свою очередь, генетически связано с динамикой ледникового тела». По его мнению, связанные с глубинными разломами термальные источники в верховьях реки Геналдон, группируют три очага разгрузки. Источники Колки расположены в боковой морене ледника Майли, в 850 м к югу от Верхне-Кармадонской группы. Содержание углекислого газа в воде достигает 1100 мг/л. Воды углекислые, хлоридно-гидро-карбонатные, натриевые с температурой от 8 до 12°С и минерализацией от 2980 до 4860 мг/л. По температуре их нельзя отнести к термальным водам, но по макрокомпонентному составу они очень близки к Верхнее-кармадонским источникам. Группа Верхне-Кармадонских источников расположена к северу от ледника Майли, наиболее изучена в этом районе и наблюдается с 1878 года. Температура воды на выходе меняется от 20 до 60°С, а минерализация – от 1,97 до 10,3 г/л. Содержание борной кислоты доходит до 300 мг/л, кремневой – до 80 мг/л. Содержание свободной углекислоты не превышает 600 мг/л. Муравьев предполагает: минеральные воды, имеют единый источник формирования температурного режима – гидротермальный резервуар, отличаются лишь приповерхностными условиями разгрузки. Геохимические причины он связывает с активными поствулканическими процессами, происходящими в недрах Казбекско-Джимарайского вулканического массива, эманации которых поступают по разлому, вскрытому глубоким ущельем Колки. Развивая свою гипотезу, он предложил следующую схему подвижек-обрушений ледника Колка. Обвалами висячих ледников, объем которых в начале движения может достигать миллионы кубических метров, начинается создание условий для выбросов ледника. При перепаде высот на этом участке склона ~ 900–1000 м и угле падения 40°, скорость ледяной лавины на выходе к пологой части ледника Колка на дне ущелья может превышать 75–80 м/с. Тело ледника при такой скорости быстро насыщается воздухом и превращается в водно-газовую пульпу, несущую фирново-ледяные и каменно-обломочные включения. Ученый предполагает, что лавина прокатилась по леднику, вызвав многочисленные сотрясения в его теле, которые способствовали резкому уменьшению силы трения на большой площади ложа («отлипанию») [20]. Лавина пересекла ледник Майли, захлестнула правый борт долины и, повернув в прямое русло реки Геналдон, в течение 3.5–4 минут преодолела 14 км, достигла поселка Нижний Кармадон, где сломала опору ЛЭП.