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.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В 2021 г. был проведен большой объем экспедиционных работ на островах Парамушир, Итуруп и Кунашир. Полевые исследования в рамках проекта были направлены на решение нескольких задач: изучение геохимии термальных вод областей активного вулканизма, оценка гидротермального выноса магматических летучих (Cl и S), оценка скорости химической эрозии вулканических островов. Впервые на о. Итуруп были изучены источники мыса Конакова, проведены детальные гидрохимические и гидрологические работы в устьях основных водотоков, дренирующих постройки активных вулканов центральной части острова. Для изучения химического и водного баланса озер в кальдере вулкана Головнина проведена детальная батиметрическая съемка и поинтервальное гидрохимическое опробование оз. Кипящее и оз. Горячее. Впервые для Курильских островов выполнены измерения диффузионного потока СО2 с поверхности термального озера. Впервые с начала извержения вулкана Эбеко (о. Парамушир) проведено опробование кратерного озера с помощью беспилотного летательного аппарата. В результате комплексного геохимического исследования кислых термальных вод о. Уруп выявлено (Калачева и др., 2021), что термальные воды вулкана Берга, сосредоточенные в открытой на запад кальдере на разном удалении от экструзивного купола, теплые (Т до 40оС), кислые (рН 3.5-3.8) SO4-Cl-Ca-типа с минерализаций до 2.5 г/л. Источники вулкана Три Сестры, расположенные у его подножия рядом с мысом Ключевым, имеют температуру до 45°С, рН<3 и относятся к SO4-Cl-Ca-типу с минерализацией до 1.9 г/л. Изотопный состав вод этих двух групп источников близок к составу локальных метеорных вод. Отношения концентраций основных катионов и микрокомпонетный состав в основном отражают состав вмещающих пород. Анионный состав, изотопный состав серы растворенного сульфата (от +15.2‰ до +21.6‰) а также отношения Cl/B и Cl/Br указывают на участие магматических летучих в формировании этих вод. Общий измеренный вынос Сl и SO4 источниками вулкана Берга составляет 9±1.3 т/сутки и 23.3±3.4 т/сутки, источниками мыса Ключевой – 0.5±0.2 т/сутки и 2.3±0.8 т/сутки, соответственно. Предварительно оцененная химическая эрозия постройки вулкана Берга с участием термальных вод составляет 700-800 т/км2/год. На примере термального оз. Зеленое активного вулкана Малый Семячик, используя метод количественной оценки массового и энергетического баланса кратерных озер, сделана оценка поступления магматических летучих в замкнутый водоем, рассмотрена детальная геохимия воды в озере (Taran et al., 2021). Показано, что кратерное озеро содержит ультракислую воду сульфатно-хлоридного состава с минерализацией от 8 до 42 г/л в зависимости от состояния вулкана и периодов его активности. Анионный состав (Cl-, SO42-, F-) озера формируется за счет поступления и последующего растворения кислых вулканических газов (HCl, HF и SO2) в водоносном горизонте, располагающемся непосредственно под озером, в постройке вулкана. Время водообмена в озере при прекращении поступления глубинного флюида составляет 11±3 лет. С середины 2000-х годов по настоящее время наблюдается период активизации вулкана Малый Семячик, который выражается в повышении температуры, минерализации и резком увеличении объема кратерного озера. C 2003 г. объем озера увеличился на 7×106 м3, что сопровождалось добавлением в воду около 56 000 тонн Cl-. Можно подсчитать, что поступление гидротермального флюида в озеро происходило со средней скоростью ~13 кг/с, и содержанием Cl- ~8 г/л.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Летом 2022 г. при финансовой поддержке гранта РНФ 20-17-00016 «Роль термальных вод в выносе магматических летучих и химической эрозии вулканических островов (на примере Курильской островной дуги)» была проведена морская экспедиция на северные и центральные Курильские острова: Парамушир, Онекотан, Шиашкотан и Райкоке на арендованном маломерном судне «Ашура», вмещающем до 8 пассажиров. Экспедиция состоялась в период с 20 июля по 7 августа. Несмотря на сложные высадки, трудные маршруты и непредсказуемость погоды был выполнен большой объем работ. Впервые с помощью беспилотной техники было проведено опробование оз. Кольцевое (кальдера вулкана Тао-Русыр, о. Онекотан) и выполнена аэрофотосъемка района для составления ортофотоплана и определения морфометрических параметров озера. Впервые проведены гидрологические и гидрохимические работы на реках, дренирующих склоны активных вулканов Фусса, Карпинского (о. Парамушир). Сделана повторная геохимическая и впервые – инфракрасная съемка термальных полей вулкана Синарка (о. Шиашкотан), выполнено режимное опробование ультракислых Верхне-Юрьевских источников (о. Парамушир). Для дальнейших аналитических исследований в ходе экспедиционных работ отобрано большое число водных и газовых проб, пополнена коллекция осадков. Получено большое количество фото- и видеоматериалов, которые помогут отследить динамику изменений, происходящих на активных термальных полях и в речных долинах Курильских островов. Основные виды аналитических исследований образцов, полученных в ходе экспедиционных работ, выполнялись собственными силами членов научного коллектива в лаборатории постмагматических процессов ИВиС ДВО РАН на закупленном как до реализации проекта, так и непосредственно во время его действия, оборудовании. Сделана полная профилактика ионных хроматографов, приобретен спектрофотометр UNICO 2100 и автоматический титратор HI901. Часть анализов выполнялась в Аналитическом центре ИВиС ДВО РАН (г. Петропавловск-Камчатский) и в Дальневосточном геологическом институте ДВО РАН (г. Владивосток). Для систематизации и анализа накопленного объема данных началось формирование специализированной геоинформационной системы, которая станет частью геопортала ИВиС ДВО РАН. Для представления полученных результатов по проекту члены научного коллектива приняли участие в двух очных российских конференциях, проходивших в г. Петропавловск-Камчатский, в Институте вулканологии и сейсмологии ДВО РАН: Вулканизм и связанные с ним процессы. XXV ежегодная научная конференция, посвященная Дню вулканолога и Всероссийская научная конференция с международным участием «Геотермальная вулканология, гидрогеология, геология нефти и газа» (Geothermal Volcanology Workshop 2022). Всего было сделано 6 докладов, которые опубликованы в Материалах конференций, размещены на сайте ИВиС ДВО РАН и портале научной электронной библиотеки eLIBRARY.RY. В отчетный 2022 г. было подготовлено и опубликовано (принято в печать) 4 статьи в рецензируемых журналах, три статьи, включающие полученные в ходе экспедиционных работ новые данные готовятся к печати. Получены новые данные по геохимии и формированию термальных вод гидротермальных систем островов Итуруп, Кунашир, Янкича и др.: - Источники «Голубые озера», расположенные в долине р. Кипящая на южном склоне вулкана Баранского относятся к редкому типу ASC-вод – кипящие ультракислые сульфатно-хлоридные вулканические воды. В их формировании, помимо смеси вулканического газа и приповерхностных подземных вод в постройке вулкана, участвуют хлоридно-натриевые воды геотермального резервуара другой гидротермальной системы, связанной также с вулканом Баранского. Влияние хлоридных натриевых вод отражается преимущественно на катионном составе ультракислых источников долины руч. Кипящий. Изучение макрокомпонентного состава последних выявило существенное их обогащение по сравнению с вмещающими породами щелочными металлами (К и Na), тогда как концентрации Al, Fe, Ca, Mg, Mn и Si соответствуют полному растворению примерно 1 г породы в литре воды. - На основании выполненных гидрологических и гидрохимических измерений по руслам основных водотоков, дренирующих сольфатарные поля и источники вулкана Баранского (руч. Кипящий и р. Серная) определен общий гидротермальный сток магматических летучих (Сl и S (в виде SO4) и оценена химическая эрозия постройки вулкана. Общий измеренный гидротермальный вынос Cl и SO4 в Тихий океан составляет 14 т/сутки и 41 т/сутки, соответственно. Смешанная химическая эрозия вулканических отложений бассейна р. Серная составляет около 150 тонн/км2/год. Вклад руч. Кипящий в вынос растворенных породообразующих компонентов составляет более 1/3 от общего стока, осуществляемого р. Серная в Тихий океан. - Практически все термальные воды, формирующиеся в неогеновых отложениях рыбаковской свиты и разгружающиеся на Тихоокеанском и Охотоморском побережьях центральной части о. Итуруп относятся к единому гидрохимическому типу термальных вод, а именно к субнейтральным хлоридным/хлоридно-гидрокарбонатным натриевым водам с минерализацией менее 10 г/л. Они характеризуются небольшими (0.1 л/с) до незначительных (0.02-0.05 л/с) дебитами. При этом пробуренные рядом скважины вскрывают горизонты напорных вод со средним дебитом самоизлива ~5 л/с. В химическом и изотопном составе термальных источников прослеживается влияние морских вод. - Гидротермальная система вулкана Ушишир (о. Янкича) выносит на поверхность воду и парогазовую смесь со всеми геохимическими и изотопными особенностями высокотемпературной геотермальной системы, с пластовой температурой флюида не ниже 300ºС. Флюид представляет собой частично разбавленную измененную морскую воду, что делает эту систему похожей на системы, разгружающиеся на дне океанов в зонах тылового спрединга. Однако, наряду с общими для подводных систем чертами (низкие концентрации магния и сульфата, близкие к морским отношения концентраций кальция и стронция, изотопный состав стронция) имеются и отличия, главными из которых являются более сильный изотопный сдвиг кислорода, высокое содержание бора и, как следствие, более низкие отношения вода/порода (<1 вместо 1-2). - Кратерное оз. Кипящее (вулкан Головнина, о. Кунашир) представляет собой поверхностное проявление близповерхностной локальной гидротермальной системы, содержащей ультракислый раствор хлоридно-сульфатного типа. Основным процессом формирования химического состава термальных вод, как и для большинства изучаемых в ходе реализации гранта вулканических вод, является растворение кислых магматических газов в подземных водах с последующим взаимодействием с вмещающими породами. Дополнительно происходит смешение с нейтральными водами хлоридного натриевого состава, что выражается в обогащении хлором, натрием, калием. Ориентировочная доля потока термальной воды, питающей озеро, в общем массовом балансе составляет 64 кг/с. Общий диффузионный вынос диоксида углерода с поверхности оз. Кипящее составляет 5.2 т/сутки, а с учетом прибрежной зоны – более 5.4 т/сутки. Ежесуточный гидротермальный вынос растворенного хлора составляет 10 тонн, а SO4 – 5.4 тонны, что превышает полученные нами результаты по данным 2015 г. и указывает на усиление гидротермальной активности в кальдере вулкана Головнина. - Смешанная химическая эрозия вулкана Кунтоминтар, формирующего южную часть о. Шиашкотан, составляет 400 тонн/км2/год, а вулкана Синарка (северная часть о. Шиашкотан) – 615 тонн/км2/год. Высокие значения определяются как современными гидротермальными процессами, так и наличием обширных полей гидротермально-измененных пород, содержащих водорастворимые, преимущественно сульфатные минеральные комплексы. Соотношение основных катионов в речных водах в сравнении с породными указывает на то, что обогащение кальцием кислых водотоков также происходит за счет растворения вторичных кальцийсодержащих минералов.