КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 20-17-00016

НазваниеРоль термальных вод в выносе магматических летучих и химической эрозии вулканических островов (на примере Курильской островной дуги)

РуководительКалачева Елена Геннадьевна, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения Российской академии наук, Камчатский край

Года выполнения при поддержке РНФ 2020 - 2022 

КонкурсКонкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-208 - Гидрогеохимия

Ключевые словатермальные воды, вулкано-гидротермальная система, химическое выветривание, химические состав, река, остров

Код ГРНТИ38.37.25


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Одной из наиболее актуальной проблемой геохимической геодинамики в рамках современного понимания строения и динамики мантии, формирования коры, эволюции гидросферы и атмосферы, является проблема круговорота элементов. Магматические и вулканические процессы выступают одним из ключевых факторов быстрого (в геологическом масштабе времени) перераспределения элементов между мантией и внешними оболочками Земли. Общий поток летучих компонентов, поступающих из магмы сквозь постоянно дегазирующие вулканы, включает в себя как вынос их с вулканическими парами в атмосферу во время извержений, дегазацией очагов посредством фумарольной деятельности, так и гидротермальный поток через локальную гидрологическую сеть. До недавнего времени гидротермальный вынос магматических летучих не учитывался, но работами (Taran, 2009; Shinohara, 2013; Taran, Kalacheva, 2019) показано, что гидротермальный вынос магматического хлора (в ионной форме) сопоставим с оцененным потоком HCl через фумаролы вулканов. Химическая эрозия вулканических пород в областях недавнего и современного вулканизма островных дуг является одним из наиболее интенсивных силикатных выветриваний. Связанный с этим вынос растворенного вещества (катионы+SiO2) природными водами оказывает влияние на стабильность вулканических построек, а также на химический состав омывающих их морей и океанов. Курильская островная дуга является идеальным объектом-полигоном для решения задач, связанных с балансом летучих и химической эрозией в областях активного вулканизма. Ее длина составляет около 2% от глобальной длины зон субдукции. Здесь около 40 действующих вулканов, многие из которых, кроме фумарольных полей, имеют мощные вулкано-гидротермальные системы. Характерной особенностью этих систем является наличие неглубоких ограниченных водоносных горизонтов высокотемпературных кислых минерализованных растворов, формирование которых происходит за счет поглощения подземными водами легкорастворимых вулканических газов. Единственным способом оценить скорость химической эрозии вулканических островов, увеличенной за счет химической активности кислых термальных вод, и гидротермальный поток магматических летучих является измерение расходов и определение химического состава водотоков, дренирующих термальные поля. Основной целью данного проекта является определение, на основе гидрометрических и гидрогеохимических данных, выноса вещества (летучих и породообразующих компонентов) термальными и поверхностными водами следующих островов Курильской дуги: Парамушир, Шиашкотан, Уруп, Итуруп и Кунашир. Результаты исследований позволят уточнить вклад гидротермальных систем в общий расход летучих компонентов Курильской островной дуги, впервые оценить объемы высокотемпературного и низкотемпературного химического выветривания вулканических островов и приблизиться к решению глобальной задачи, связанной с определением роли вулкано-гидротермальных систем зон субдукции в перераспределении мантийного и корового вещества.

Ожидаемые результаты
Работы по данному проекту имеют большую научную значимость и актуальность и позволят приблизиться к количественному решению важной глобальной задачи, связанной с определением роли гидротермальных систем вулканических дуг в химическом выветривании и перераспределение мантийного и корового вещества в целом. В результате проведенных исследований впервые: - будут рассчитаны потоки породообразующих и магматических компонентов для 10 вулкано-гидротермальных систем, расположенных на Курильских островах (Парамушир, Шиашкотан, Уруп, Итуруп и Кунашир); - будет оценен совокупный гидротермальный расход магматических летучих наиболее продуктивными вулкано-гидротермальными системами Курильских островов и проведено сравнение гидротермального выноса с опубликованными данными по расходу летучих за счет постоянной дегазации действующих вулканов дуги; - будет дана оценка степени и скорости химического выветривания за счет термальных и холодных (метеорных) вод, включая водотоки, дренирующие современные термальные поля, гидротермально измененные и неизмененные породы для отдельных островов и Курильской дуги, в целом; - будет сделан сопоставление скорости химического выветривания Курильских островов с данными по вулканическим провинциям Мира. Полученные количественные и качественные характеристики могут быть использованы для расчетов глобального выветривания силикатных пород и изучения геохимических циклов отдельных элементов, а также для составления общего баланса летучих в зонах субдукции


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Единственным способом оценить скорость химической эрозии вулканических островов, увеличенной за счет химической активности кислых термальных вод, и гидротермальный поток магматических летучих является измерение расходов и определение химического состава водотоков, дренирующих термальные поля. Для выполнения задач по проекту с 17 по 31 июля на арендованном катере "Ашура" членами научного коллектива была осуществлена морская экспедиция на северные Курильские острова (Парамушир, Шиашкотан, Райкоке) с выходом и возвращением в порт г. Петропавловск-Камчатского. Впервые, после извержения вулкана Райкоке в июне 2019 г. на одноименном острове были выполнены геологические и гидрохимические работы. Отбор проб пирокластических потоков и морских вод вблизи острова проводился с целью выявления влияния продуктов извержения на химический состав прибрежной морской воды. Для оценки химической эрозии были выполнены гидрологические работы с параллельным гидрохимическим опробование в устьях всех значимых (Q>50 л/с) рек и ручьев, дренирующих вулканические постройки островов Парамушир и Шиашкотан. Всего было изучено более 70 рек. Особое внимание было уделено рекам, в долинах которых происходит разгрузка кислых сульфатно-хлоридных термальных вод вулканического происхождения, поскольку они в растворенном виде, помимо компонентов вмещающих пород, выносят на поверхность вещества питающих вулканы магм. При смешении кислых сульфатно-хлоридных вод с морскими, формируются протяженные шлейфы, видимые с больших расстояний. Съемки с дронов в приустьевых зонах ручьев Агломератовый и Кратерный на о. Шиашкотан, а также р. Юрьева на о. Парамушир позволили оценить площади распространения подобных шлейфов (фото в дополнительном файле). Как показали наши исследования в рамках текущего проекта (Taran, Kalacheva, 2020), наибольшее количество вулкано-гидротермальных систем, характеризующихся наличием горизонтов кислых горячих сульфатно-хлоридных рассолов, сосредоточены на Японских (преимущественно Хоккайдо и Хонсю) и на Курильских островах (от Парамушира до Кунашира), встречаются также в Индонезии, на Филлипинских островах и в Латинской Америке (Коста-Рика, Аргентина). Формирование данного типа вод может происходить в результате: (1) конденсации магматических паров в близповерхностных условиях и/или (2) растворения магматических газов в подземных водах; (3) приповерхностного смешения кислых сульфатных вод с хлоридно-натриевыми водами более глубоких водоносных горизонтов; (4) взаимодействия хлоридно-натриевых вод с породами, подвергшимися аргиллизации, включая гидролиз элементарной серы; (5) сочетание нескольких из перечисленных процессов. Образование вулкано-гидротермальных систем, содержащих кислые хлоридно-сульфатные воды, во многом связано со спецификой строения вулканов и местными гидрогеологическими особенностями. Основополагающими факторами являются: источник тепла и магматических газов (в первую очередь SO2 и HCl), располагающийся на небольшой (1-2 км) глубине; особенные структурные условия (наличие чередования проницаемых и непроницаемых зон и значительный гидравлический градиент); климатические условия (высокое количество осадков). Кислые сульфатно-хлоридные воды характеризуются значительной минеральной нагрузкой, определяющей химическую эрозию вмещающих пород и высокими концентрациями анионов, отражающих гидротермальный вынос магматических летучих. Для Верхне-Юрьевских источников, расположенных на северо-восточном склоне вулкана Эбеко (о. Парамушир) нашими исследованиями определены одни из наибольших среди всех подобных систем Мира потоки магматических S (как SO2) и Cl: более 160 тонн/сутки и 80 тонн/сутки, соответственно. Уточнение этих данных и исследования, связанные с оценкой гидротермального расхода магматических летучих других наиболее продуктивных гидротермальных систем Курильских островов, расположенных на островах Шиашкотан, Уруп, Итуруп и Кунашир реализуются при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках гранта № 20-17-00016.

 

Публикации

1. - Камчатские ученые получили грант на исследование разрушительных свойств геотермальных вод Информационно-аналитический портал Камчатка-Информ, 07 июля 2020 Новости/Экология (год публикации - ).

2. - Камчатские вулканологи исследовали вулканы на Курилах медиа-центр Государственного природного заповедника Курильский, 09.10.2020 г. (год публикации - ).

3. Калачева Е.Г., Таран Ю.А., Котенко Т.А., Волошина Е.В. ГЕОХИМИЯ КИСЛЫХ ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД О. УРУП (КУРИЛЬСКИЕ ОСТРОВА) Вулканология и сейсмология, - (год публикации - 2021).

4. Котенко Т.А., Калачева Е.Г., Волошина Е.В. Современные экзогенные процессы в долинах р. Юрьева (о. Парамушир) и руч. Горчичный (о. Кетой) и их влияние на разгрузки термальных вод ВУЛКАНИЗМ И СВЯЗАННЫЕ С НИМ ПРОЦЕССЫ, страницы 187-190 (год публикации - 2020).

5. Таран Ю.А., Калачева Е.Г. Acid sulfate-chloride volcanic waters; Formation and potential for monitoring of volcanic activity Journal of Volcanology and Geothermal Research, V.405 107036 (год публикации - 2020).

6. Топчиева О.М., Сергеева А.В., Житова Е.С., Назарова М.А. Мышьяксодержащий ярозит Верхне-Докторских источников, остров Кунашир, Курильские острова, Россия ВУЛКАНИЗМ И СВЯЗАННЫЕ С НИМ ПРОЦЕССЫ, 219-222 (год публикации - 2020).