В заповеднике «Курильский» рассказали об удивительных открытиях в кальдере вулкана Головнина

Как сообщили в пресс-службе заповедника «Курильский», в сентябре 2024 года на территории заповедника, в кальдере вулкана Головнина, работала экспедиционная группа ученых в рамках договора о научном сотрудничестве. С 11 по 25 сентября 2024 года научные сотрудники Института геологии и геохимии им. А. Н. Заварицкого Уральского отделения РАН (ИГГ УрО РАН) из Екатеринбурга, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Александр Иванович Малышев и научный сотрудник Лидия Константиновна Малышева, проводили исследования в этом уникальном месте.

В заповеднике подчеркивают, что вулканы — это сложные природные системы, которые тщательно хранят свои тайны. Геологи и вулканологи, словно настоящие детективы, проводят кропотливую работу, чтобы понять хитросплетения геологических, геофизических и геохимических процессов, происходящих в недрах Земли.

В качестве примера такой «детективной» истории в заповеднике приводят поиск коллоидной серы в вулканических озерах кальдеры Головнина. Изначально ученые рассматривали кальдеру как идеальный объект для изучения коллоидной серы, своего рода «эталон», сообщают представители заповедника. Одной из задач научной программы было определение условий образования этого вещества. Первоначально планировалось взять образцы коллоидной серы из озер Кипящее и Горячее, чтобы, проанализировав ее состав, в дальнейшем идентифицировать озерную серу и в других местах. Однако, как рассказали в заповеднике, удивление исследователей было велико, когда первые же анализы показали отсутствие коллоидной серы в озерах.

Вместо ожидаемой коллоидной серы, исследователи получили убедительные доказательства присутствия расплавленной серы в вулканических воронках, расположенных на дне озера Кипящее, поясняют в заповеднике. Капли этого расплава выносятся на поверхность озера вместе со светло-серой пеной. Именно эту пену, скапливающуюся по берегам озера, до исследований группы Малышевых ошибочно принимали за коллоидную серу. Впоследствии, как выяснилось, коллоидная сера все же присутствует, но, по информации заповедника, основная часть серы в озерах кальдеры вулкана Головнина – это конденсат самородной серы.

В заповеднике «Курильский» объясняют, что сера — вещество летучее, которое, подобно воде, может находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии в зависимости от температуры и давления. Твердое и жидкое состояние серы — это ее конденсат. Твердый конденсат серы образуется при температуре ниже 98 градусов. При более высоких температурах конденсат серы переходит в жидкое (расплавленное) состояние.

Конденсат серы, как отмечают специалисты заповедника, может присутствовать в воде в виде мельчайших частиц, размером менее 1 микрона. Это и есть коллоидная сера. Однако частицы такого размера оседают в воде крайне медленно. Чтобы опуститься на 1 см, им требуются месяцы и годы. Поэтому, как показали исследования, сера такого размера практически отсутствует в осадках вулканических озер и источников. Частицы коллоидной серы постепенно разрушаются горячими термальными водами, обеспечивая постоянный характерный сероводородный запах термальных вод и поддерживая их кислотность.

В заповеднике подчеркивают, что полученные уральскими геологами результаты расходятся с общепринятыми мировыми представлениями о формировании серы в вулканических озерах. Согласно этим представлениям, сера кратерных озер образуется в водной среде при взаимодействии вулканических газов между собой и с атмосферным кислородом. Однако, как стало ясно благодаря исследованиям в заповеднике «Курильский», данная теория, по всей видимости, требует серьезного пересмотра и дополнения.

Отсутствие коллоидной серы в озере Кипящем, по мнению ученых, о котором сообщает заповедник, указывает на то, что существующие модели образования серы в воде вулканических озер не являются универсальными. Более того, моделирование демонстрирует, что даже если коллоидная сера и присутствует в озере Кипящем, ее количество незначительно по сравнению с конденсатной серой, образующейся при контакте вулканических газов с охлаждающей водой.

В заповеднике отмечают, что ученые смогли сделать такие важные выводы и провести подробный анализ происходящих в озере Кипящем процессов на основе большого массива собранных ими данных. Сера кальдеры вулкана Головнина, как выяснилось, образовалась в результате конденсации серных паров из глубинных вулканических газов.

Александр Малышев, комментируя результаты исследований, отметил, что большая часть серы озера Кипящего осаждается на глубине до конденсации воды, поэтому она склеивается в расплав. Он пояснил, что температура конденсации воды на глубине озера около 160 градусов, и там еще возможно образование расплава. В приповерхностных условиях, где температура 100-120 градусов кипения/конденсации, по его словам, сера уже не склеивается между собой, материал не образует расплав, и он выносится в виде очень мелких частичек. При больших концентрациях эти частицы участвуют в росте небольших игольчатых кристаллов серы, которые оседают вокруг этих выносов, образуя как бы «водные фумаролы». Малышев рассказал, что раньше такой желтый конденсат серы вокруг фумарол называли отдельным термином — «сульфурит» (тонкий налет, который выпадает прямо вокруг выхода газов, обрамляя этот выход). Позже это название посчитали устаревшим, потому что на самом деле это просто элементарная сера, только очень мелкие ее частички. По мнению Малышева, для коллоидной серы было бы уместно как раз применять этот термин, так как коллоидная сера — это водный сульфурит.

Однако, как оказалось, даже в составе водного сульфурита Кипящего коллоидная сера отсутствует, подчеркивают в заповеднике. Все мелкие кристаллики, иголочки и шарики водно-осажденной серы имеют размер больше 1 микрона, то есть не являются коллоидными частицами.

В заповеднике «Курильский» также привели данные о запасах серы в кальдере Головнина, которые связаны с донными отложениями озера Кипящего и оцениваются в несколько десятков тысяч тонн. Известно, что месторождение эксплуатировалось японцами до 1945 года путем непосредственного вычерпывания серных илов и выплавки из них серы. Несколько тысяч тонн серы также содержится в пределах центрально-западного фумарольного поля кальдеры, где также имеются следы эксплуатационных разработок.

Одной из неожиданных и интересных находок экспедиции, о которой сообщает заповедник, стало обнаружение недавно проявившегося материала излияний серы 1979 года. В заповеднике напомнили, что в августе 1979 года в кальдере Головнина произошло три излияния расплавленной серы, которые были описаны вулканологом Евгением Мархининым со слов студентов, присутствовавших при этом событии.

Спустя 45 лет, как рассказали в заповеднике, экспедиция вулканологов случайно обнаружила эти застывшие серные потоки излияния 1979 года, которые оголились в результате эрозийного размытия мягкого грунта. Также сотрудники ИГГ УрО РАН обнаружили новые сернисто-опаловые излияния.

В заповеднике «Курильский» также напомнили об опасностях, связанных с вулканической деятельностью. В частности, сотрудники указывают, что во время сгорания серы образуется бесцветный газ диоксид серы, который при взаимодействии с осадками превращается в серную кислоту. Кислота, выпадая на листву, сжигает ее, что напоминает кислотные выбросы в промышленных районах. После извержения 1979 года такое явление наблюдалось в кальдере летом 1980 года, где погиб лес в полосе шириной более 100 м, тянувшейся на несколько километров от побережья озера Горячего в юго-западном направлении.

Александр Малышев, рассказывая про опасности кальдеры, отметил, что кальдерные озера — явление удивительно интересное, но опасное, и что опаснее всего — газы. Он подчеркнул, что газовый вынос идет постоянно, газы ядовитые, и если движения воздуха не будет, можно даже задохнуться в углекислом газе. Малышев рассказал, что в этот раз на противоположном берегу озера Горячего на склоне они обнаружили двух погибших соболей, предположив, что, видимо, они использовали вулканические «отдушины» — отверстия как норки, так как там тепло, но в один момент пошел только углекислый газ. Углекислый газ тяжелее воздуха, он скапливается у самой земли, и соболи задохнулись и погибли. Малышев также упомянул, что известны и более опасные явления, связанные с выделением газов в вулканических озерах, — лимнологические катастрофы, приведя в пример наиболее известные лимнологические катастрофы на высокогорных кратерных озерах Монун и Ниос, расположенных на «вулканической линии» Камеруна в Африке. В связи с этим ученый порекомендовал, что если вдруг кто-то увидит внезапное интенсивное вскипание поверхности Кипящего или Горячего озер, то в безветренную погоду нужно подниматься на возвышенности, а при наличии ветра — уходить с линии возможного распространения газов. Он добавил, что, к сожалению, лимнологические катастрофы невозможно предсказать, но, к счастью, катастрофы такого масштаба крайне редки, однако опасность могут представлять и небольшие газовые выбросы.

В заповеднике также сообщают, что между Институтом геологии и геохимии УрО РАН и заповедником «Курильский» заключен договор о долгосрочной программе исследований, предполагающей изучение породо- и рудообразования в кальдере вулкана Головнина и на вулкане Тятя. В заповеднике выражают надежду на новые исследования и интересные находки в будущем.

В заключение, администрация заповедника «Курильский» напомнила всем посетителям кальдеры вулкана Головнина о необходимости получения разрешения установленного образца на посещение маршрута и ознакомления с правилами техники безопасности. Администрация заповедника особо предупреждает, что:

• Плавать и нырять в озере Кипящем — опасно для жизни. Озеро Кипящее — кратер-воронка действующего вулкана, где можно попасть в выброс кипятка из подводных источников. Опасность представляет и купание возле берега в самых «безопасных» и мелких местах, в первую очередь, из-за низко стелющихся над водой углекислых и серосодержащих газов. Озеро Кипящее содержит множество химических элементов, бальнеологическая «полезность» которых находится под большим вопросом.
• По берегам озера Кипящего есть выходы горячих источников и пара, а также пустоты. Опасно подходить к сольфатарам из-за риска провалиться и получить термический и химический ожоги. В случае ожога необходимо немедленно снять обувь и штаны, пока горячая грязь не проникла с одежды на кожу. Если есть чистая питьевая вода, стоит быстро охладить и промыть рану, затем обратиться за квалифицированной медицинской помощью в отделение скорой медицинской помощи ЦРБ Южно-Курильска.
• Опасность также представляют собой газы, которые конденсируются в районе озера, особенно в безветренную погоду: углекислый газ и серосодержащие газы, которые тяжелее воздуха, выделяются в большом количестве на прилегающих к озеру сольфатарных полях и из воронок в самом озере.

Заповедник «Курильский» призывает всех быть осторожными и внимательными при посещении кальдеры вулкана Головнина и неукоснительно соблюдать правила техники безопасности.