Инициирование аномалий. Сход ледника Колка в 2002 году

7. Геофизические аномалии, обнаруженные при исследованиях в окрестности ледника Колка

Оледенение на северном склоне Большого Кавказа простирается по территориям от горы Фишт в бассейне р. Кубань до горы Тфан в бассейне р. Кусарчай, общая протяженность – 750 км. По состоянию на 2011 г., число ледников – 1536, общая площадь – 765 км2, объем льда – 45,41 км3, средняя высота нижней границы ледников – 2800 м, верхней – 4240 м [25]. Последние сто лет происходят распады ледников на несколько частей, сокращается толщина и объема льда. Число ледников увеличилось, а площадь оледенения уменьшилась. Отрицательный баланс массы ледников ученые объясняют современными климатическими условиями. В течение 1971–2011 гг. произошло увеличение средней годовой температуры воздуха по региону Кавказа на 0,026 °С/год и атмосферных осадков на 3,719 мм/год. Средняя годовая температура воздуха за этот период увеличилась > 1,0 °С, а сумма осадков за год – на 149 мм.

С целью изучения геодинамического состояния среды и оценки развития опасных геологических процессов, в различных регионах проводят магнитотеллурическое зондирование (МТЗ). В 2001-2002 гг. методом МТЗ проводили исследования в Приэльбрусье и в районе вулкана обнаружили аномалию проводимости, которую интерпретируют как магматическую камеру (на глубине 2-8 км) и магматический очаг (на глубине > 30 км) [26]. Чтобы изучить эндогенные процессы и выявить закономерности их проявления в долине р. Геналдон, в июле – августе 2003 г. в Геналдонском ущелье и прилегающих к нему территориях в пределах Казбекского и Кельского вулканических центров, были проведены комплексные геолого-геофизические и гидрогеологические исследования [27]. Геофизическая служба выполнила аудимагнитотеллурическое зондирование и МТЗ в Геналдонском ущелье [26]. При выполнении работ в районе поселка Кармадон, фон электромагнитных помех оказался неожиданно высоким. Поэтому на каждой точке цикл измерений многократно повторяли. Годными к обработке и интерпретации признаны 10 из 11 пунктов. В полученных результатах на одном из пикетов (№ 8) отмечают низкое сопротивление (0,6 Ом⋅м) на глубине 600 м, а также выделяют объект (на глубинах 6-8 км) в северной части профиля с аномально низкими сопротивлениями (0,6–0,3 Ом⋅м). Определили, что объект состоит из нескольких проводящих горизонтов и имеет сложную структуру. В работе рассматривают два возможных варианта изменения сопротивления с глубиной: а) возобновление вулканической активности и образованием промежуточных магматических камер в районе б) насыщение зон дробления высокоминерализованными термальными растворами. Ученые указали на недостаточность и ограниченность исследований северным склоном массива г. Казбек, и высказали желательность проведения аналогичных работ и на южном склоне (за территорией РФ), с последующим составлением объемной модели исследуемого района.

В июле 2003 г. в Геналдонском ущелье была выполнена гравиметрическая съемка. По профилю субмеридионального простирания протяженностью 7,5 км вдоль долины р. Геналдон с шагом 0,5 км на юг от лагеря спасателей у Кармадонского тоннеля измерено 15 значений силы тяжести. Результаты, полученные после обработки полевых наблюдений, свидетельствовали о наличии аномалии силы тяжести на расстоянии 3-4 км от села Тменикау по направлению к горе Казбек (от 0 до 25 мГал) [28]. По мере приближения к водоразделу Главного Кавказского хребта, сила тяжести существенно уменьшалась. Отрицательную аномалию ученые интерпретируют как разуплотнение (до 0,5 г/см3) крупного, не остывшего магматического тела, расположенного под вулканом Казбек на глубинах от 1 до 7 км ниже уровня моря. Авторы публикации пришли к заключению, что вещество магматической камеры нагрето до температуры > 1000 °С и насыщено водными флюидами (до 20%). Зона аномальных температур приземной поверхности обычно приурочена к крупным сбросам (0,5-1 км). Подобных геологических нарушений вдоль профиля трассы – нет. На продольном профиле долины р. Гизельдон с северной ее стороны видны поднятия террас до 90 м. В направлении Большого Кавказа, т. е. с южной стороны, максимальная амплитуда вертикального взброса не более 30 м [29]. Несмотря на отсутствие прямых доказательств, причиной снижения гравитационной силы, при приближении к горе Казбек, ученые называют близкое расположение магматической камеры к земной поверхности.

Еще в конце 1950-х годов в районе Эльбруса была выявлена отрицательная аномалия силы тяжести. Ее интерпретация свелась к тому, что под вулканом существует значительный объем вещества с низкой плотностью в магматическом очаге c температурой внутри него > 1250 °С. Согласно принятому допущению, определили основные параметры возмущающего тела. Верхний срез тела расположен ниже основания вулканического конуса Эльбруса, на глубине 0–2 км ниже уровня моря. Основание тела уходит до глубины 9 км и более. Признаки возобновления вулканической деятельности на Северном Кавказе в настоящее время связывают, в первую очередь, с вулканом Эльбрус. В зоне Эльбрусского вулканического центра (ЭВЦ) были зарегистрированы землетрясения с частотой колебаний 1–2 Гц. Сейсмограммы выделяются интенсивной поверхностной волной, характерной только для современной вулканической активности. В районе восточной вершины Эльбруса и вдоль некоторых трещин северного склона наблюдались выходы водяного пара с примесью сернистого газа. Фумарольная деятельность в районе восточного вершинного кратера, по мнению ученых, указывает на существование под Эльбрусом еще не остывшего магматического очага. Исследования под Эльбрусом показали, что геотермический градиент достигает 100 °С/км, плотность теплового потока более чем в 10 раз превышает фоновый показатель для Центрального Кавказа [30]. Сотрудники МЧС, альпинисты и ученые отмечают, что с 2002 г. наблюдается активизация фумарольной деятельности в районе восточного вершинного кратера Эльбруса и на седловине, сопровождающаяся образованием линейных проталин и термогротов в снежно-ледовом покрове, выделениями водяного пара и сернистого газа. Световые аэрозольные "столбы" высотой 100-150 м, появились 26.12.2005 г., наблюдались в солнечную погоду. Ярко-белые свечения были видны над тепловой аномалией № 1-А (Восточного вершинного кратера Эльбруса) – около 40 минут, над тепловой аномалией № 2-А (зона современного разлома под ледником Малый Азау) – в течение 2 часов [30]. Ниже 250 м станции канатной дороги «Кругозор» в апреле 2007 года была обнаружена новая фумарола. В 2008 г. она не была активной, активизировалась вновь в 2009–2012 гг. В период 2009–2013 гг. появились новые фумарольные площадки, но уже на 160 м ниже первой.

В районе горы Кора и ледника Кабиши были обнаружены тепловые аномалии. Температура в этих районах, где ранее не замечали проявлений вулканизма, повысилась на 2–2,9 °С. Среди российских ученых большая группа считает доказанным, что вулканы Эльбрус и Казбек «спящие». Происшедшие на Кавказе Спитакское (1988 г.) и Рачинское (1991 г.) землетрясения, трактуют как возобновление вулканической активности. В статье [31] утверждается, что последние исследования свидетельствуют о высокой вулканической опасности Кавказского региона. Ученые допускают, что образование системы зон субмеридиональных разломов можно рассматривать как начало зарождения рифтогенной структуры, под которой располагается мантийный плюм [31]. Эта структура залегает вкрест простирания и пересекает весь Кавказский регион. В публикации [27] предполагают, что двумя независимыми методами (гравиметрические исследования и аудимагнитотеллурическое зондирование вдоль долины р. Геналдон) выявлены приповерхностная магматическая камера и глубинный магматический очаг.

Результаты сейсмических и гравиметрических исследований связывают с наличием под Эльбрусом магматического очага. Наличие устойчивых положительных тепловых аномалий, подтвержденных данными автоматических термодатчиков, магнитотеллурическое и дистанционное зондирование в купе с результатами гравиметрических исследований, склоняет ученых [30] к мысли о расположении под вулканом Эльбрус приповерхностных магматических камер с расплавом. Метод теплового дистанционного зондирования основан на бесконтактном определении плотности потока излучения поверхности в инфракрасном тепловом диапазоне длин волн (8–14 мкм). Приповерхностное тепловое поле характеризует термический режим Земной коры от поверхности до глубины нейтрального слоя (~ 50 м). Современные технические средства ТДЗ обеспечивают измерение радиационной температуры с точностью порядка 0,1 °С. Области активной тектоники и вулканизма стали объектом экспериментальных и теоретических исследований неоднородностей глубинного и приповерхностного теплового поля. Средства космического теплового зондирования дают возможность изучения и мониторинга современной геодинамической активности в приповерхностном тепловом поле. Высокое отклонение поверхностной температуры от стандартной при определенных условиях может характеризовать тектоническую и сейсмическую активность.

Дистанционное зондирования Земли (ДЗЗ) это получение информации о земной поверхности (включая расположенные на ней объекты) без непосредственного контакта с ней путем регистрации приходящего от нее электромагнитного излучения. ДЗЗ является инструментом, позволяющим детально исследовать состояние окружающей среды. Метод космического теплового мониторинга является результатом теоретических и экспериментальных исследований неоднородностей геотермальных полей глубинной тектоники и близких к поверхности (на поверхности) областей вулканизма и геодинамики. Радиометр ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer), установленный на борту спутника Terra, работает c 2000 года. Прибор проводит съемку земной поверхности в спектральных диапазонах от видимого до дальнего инфракрасного (ИК) с пространственным разрешением от 15 до 90 м. ASTER (14 каналов) позволяет вести стереосъемку. Существуют три окна прозрачности. 3-5, 8-14, 30-80 мкм. Первые два интервала используются для съемки. На электромагнитные волны длиной 10-12 мкм приходится максимум собственного теплового излучения Земли. Зоны теплового диапазона предназначены для регистрации температуры земной поверхности и дешифрирования основных типов горных пород. Линейно-полосовые тепловые аномалии, выявляемые при ИК- съемке, интерпретируются как зоны разломов, а площадные и концентрические – как тектонические или орографические структуры.

Тектонические процессы характеризуются усилением вертикального теплопереноса по плоскостям разлома и разрывным нарушениям, что приводит к возникновению линейно вытянутых положительных аномалий температур поверхности вдоль разлома или последовательному чередованию положительных и отрицательных температурных аномалий. Структуры геотермического поля могут служить признаком активности очага. Отклонение приземной температуры от средней, сигнализирует исследователям о признаках тектонической или сейсмической активности на выбранном для анализа участке. В работе [32] исходят из теоретического представления, что тектоническая активность характеризуется усилением переноса тепла по разломам и разрывным нарушениям. По геофизическим данным в пределах ЭВЦ установлено наличие приповерхностных магматических камер и глубинного очага. Нагреваются окружающие породы, что должно выразиться положительными тепловыми аномалиями различной интенсивности на земной поверхности. Для проверки этого предположения и выявления таких камер были привлечены снимки со спутниковой системы NOAA за период с 1990 по 2003 годы. По результатам космического зондирования земной поверхности проведен ретроспективный анализ теплового поля в окрестности Казбекского вулканического центра на площади ~ 900 км². В верхнем течении реки Геналдон, в районе ледника Мна и восточнее горы Казбек были выявлены тепловые аномалии [32]. В работе для анализа приземной температуры было использовано 20 качественных снимков со спутников NOAA. Сравнение усредненных значений разности температур весеннего, летнего и осеннего периодов за 1990,1998, 2000, 2002 и 2003 годы в целом показало однотипное распределение теплового поля. Сравнительное дешифрование проведено на двух космических снимках ASTER от 03.10.2001 г. и 06.10.2002 г., т. е. когда в ложе уже не было ледника. Ученые утверждают [32]: на снимке 06.10.2002 г. просматривается резко выраженная контрастность линеаментов по правому борту р. Геналдон. Рассматривая снимок, авторы визуально определили тепловую аномалию в верховье р. Геналдон, включая территорию ледника Колка. В статье [32] утверждают: неотектонические подвижки – одна из причин схода ледника Колка. В комплекте с другими материалами наблюдений в статье пришли выводу: на космическом снимке АSТЕR, полученном после катастрофического обвала, дешифровано неотектоническое нарушение; оно могло спровоцировать каменно-ледовый обвал с массива г. Джимара на ледник Колка и быстрый сход последнего по долине р. Геналдон.

В долине р. Геналдон геологическими обследованиями обнаружены и документированы два субширотных разлома [27]. Один из них расположен напротив селения Кони, по нему перемещалась каменно-ледовая масса лавины, сошедшей 20.09.2002. Второй – крупный разлом северо-восточного простирания, по которому, вероятно, откололись от массива г. Джимарай-хох коренные породы, а затем обвалились вместе с ледовой «шапкой» на ледник Колка, выбив его основную часть из ложа. В публикации считают, что наличие этих разломов было позже подтверждено в результате дешифрирования и сравнения космических снимков со спутника TERRA (03.10.2001 и 06.10.2002 гг.). В статье высказана версия: локальное повышение температуры под ледником произошло из-за вулканической активизации в районе Казбекского вулканического центра и подъема магматического расплава, разогретого до 1100 °С, из промежуточной магматической камеры к поверхности. В работе [27] считают, что происшедшие на Кавказе Спитакское (1988 г.) и Рачинское (1991 г.) землетрясения свидетельствуют о возобновлении активности «спящих» вулканов Эльбрус и Казбек. В статье [31] допускают, что образование субмеридиональных разломов можно рассматривать как начало зарождения рифтогенной структуры, под которой располагается мантийный плюм. В купе с другими материалами наблюдений ученые пришли выводу: на космическом снимке АSТЕR, полученном после катастрофического обвала, дешифровано неотектоническое нарушение, которое могло спровоцировать каменно-ледовый обвал с массива горы Джимара на ледник Колка и катастрофически быстрый сход последнего по долине реки Геналдон. По мнению ученых, неотектонические подвижки – одна из причин схода ледника Колка.

По данным дистанционного теплового зондирования с системы спутников NOAA, в районе Казбекского вулканического центра (КВЦ) за период 2003–2010 гг. были выявлены положительные тепловые аномалии. В пределах этой аномалии, периодически наблюдались значительные колебания радиационной температуры земной поверхности. Один из таких участков длиной 1,0 км расположен в долине р. Геналдон от «нижних Кармадонских» термальных источников (на юге) и почти до поселков Тменикау, Кони (на севере) [31]. Динамику температур в контурах тепловой аномалии с 09.08 по 24.08.2011 года исследовали наземным методом, с помощью шести автоматических термодатчиков, размещенных вдоль меридионального профиля долины р. Геналдон. Максимальные значения наземной температуры показали четыре термодатчика (№№ 7, 9, 14 и 15), помещенные в шурфах глубиной до 1,0 м и присыпанные щебнем. Измеренная температура была выше на 4,67 °С, 6,180 °С, 10,68 °С и 13,630 °С соответственно, чем на прилегающих к ним фоновых территориях. Потепление происходило практически одновременно на всей территории: 15–16.08.2011 – с 21:00 до 02:00; 19–20.08.2011 – с 21:00 до 02–04:00 и 22–23.08.2011 – с 21:00 до 02–06:00. Минимальные значения температур, зафиксированные термодатчиками, также близки к одновременности.

Движение глубинных флюидов через трещины в разломных структурах к поверхности приводит к формированию тепловых аномалий, проявляющихся, в том числе и в изменении температурного режима углекислых минеральных вод в районе Эльбрусского вулканического центра. Анализ данных дебита более 200 источников показал [33, рис. 2], что температура вод северного склона Главного Кавказского хребта увеличивается пропорционально дебиту с 500 л/сут (10 °С) до 30000 л/сут (26 °С). На южном склоне хребта при тех же дебитах температура вод минеральных источников изменяется от 0,5 до 2 °С соответственно. Следовательно, повышенная температура вод углекислых минеральных источников на северных склонах отражает воздействие на них неизвестного фактора. В субширотном направлении (по тренду резкого возрастания выноса тепла с водой) поперечник составляет 10 км, в субмеридиональном – он равен 30 км. Учеными был рассчитан вынос глубинного тепла многодебитными источниками углекислотными минеральными водами Приэльбрусья (более 100 источников). Он составил 21277 тыс. ккал/сут или 1030 кВт. Зона многократно повышенного выноса тепла образует аномалию. Даже при учете всех скрытых и неучтенных потерь тепла суммарный вынос потока энергии из глубинного его очага много меньше энергии, которая составляет среднюю продуктивность вулкана при его жизни.

Инструментальными измерениями, проведенными сотрудниками РАН в сентябре 2003 г., присутствие температурных проявлений на обнаженных склонах г. Джимара и на дне цирка – не установлено [11]. На основании космических снимков вести научный разговор о тектонических подвижках и обосновывать существованием магматических камер под г. Казбек наличие аномальной температуры под ледником Колка, несколько опрометчиво. Создавая ГЭЦ, в которую включена локальная область земной корой и атмосфера, при достижении определенных параметров, токи достаточно быстро разогревают среду, в которой движутся электрические заряды. Отключением ГЭЦ, или выходом ее из строя, массив достаточно быстро приходит в стационарное состояние.

8. Гипотетическая сейсмическая активность зон, расположенных в районе горы Казбек

Северные районы в Республике Северная Осетия-Алания (РСО-А) имеют равнинный ландшафт, южная половина – это горные массивы. В северных районах РСО-А наблюдаются 4–5-балльные сотрясения земной поверхности, в предгорно-равнинных – 7–8-балльные, а в горных – 8–9-балльные (согласно картам общего сейсмического районирования ОСР-97,1998). Редкая сеть сейсмических станций, построенных в Анапе (1968), Сочи (1928), Кисловодске (1988), Пятигорске (1909), Махачкале (1951), Цее (1984), Грозном (1932, 1994 гг.), не давала полного представления о региональной сейсмичности. Первая сейсмостанция на территории РСО-А – «Цей», установлена в 1984 году в Цейском ущелье у подножия горы Монах. Станция находилась в подчинении Центральной опытно-методической экспедиции (ЦОМЭ), которая располагалась в г. Обнинске. Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук (ИФЗ РАН) оборудовал станцию специально разработанными сейсмическими датчиками. В то время станция являлась одной из самых чувствительных на Северном Кавказе. Запись сигнала землетрясения производилась в аналоговой форме в виде непрерывной функции на бумажную ленту. За 1997–1998 гг. были организованы пункты наблюдений «Владикавказ», «Ардон», «Чикола», «Кармадон», «Заманкул», «Фиагдон», «Цей 2», «Дигорское ущелье», оснащенные цифровыми регистраторами сейсмических сигналов «Альфа-Геон» и трехкомпонентными сейсмоприемниками СК-1П. Регистрация землетрясений производилась в триггерном режиме. Съем накопленной информации производился один раз в неделю путем объезда пунктов наблюдений на автомобиле. Информация, полученная с сейсмических станций, отправлялась в информационно-обрабатывающий центр г. Обнинск для сводной обработки результатов по Северному Кавказу. В 2003 году установили станции, укомплектованные цифровыми регистраторами сейсмических сигналов SDAS с короткопериодными сейсмометрами СМ3-КВ. Новое оборудование проводило непрерывную регистрацию сейсмических событий и имело более устойчивую систему отслеживания точного времени [34].

В 2002 г. локальная сеть сейсмических наблюдений Геофизического центра экспериментальной диагностики (ГФЦЭД) РСО-А зафиксировала эпицентры 45 землетрясений. Станциями ГФЦЭД С 7 по 30 сентября 2002 г. зарегистрировано 18 событий, в том числе 11 случаев с магнитудой М = 3,9-5,5 на расстоянии 18-232 км от места схода ледника [35]. Четыре события зарегистрировано в период с 22 по 30 сентября 2002 г. В случаях (7), связанными со сходом ледника Колка, магнитуда равна нулю. Обращает на себя внимание событие М = 5 (17.09.2002 г.), произошедшее на расстоянии 250 км от ледника, эпицентр которого располагался на глубине h = 1 км, т. е. не характерно близко к земной поверхности. К особенностям Спитакского (1988 г., М = 6,9) и Рачинского (1991 г., М = 7,1) очагов землетрясений на Кавказе относятся их неглубокое, приповерхностное залегание, большие размеры (длина и ширина измеряется десятками километров) и мощные обвалы, оползни, грязекаменные лавины [27].