авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |

Динамика вулканических извержений и её проявление в ударно-волновых и акустических эффектах в атмосфере

-- [ Страница 6 ] --

Рис. 16. Мощность акустических инфразвуковых и сейсмических сигналов, сопровождающих извержения пирокластических потоков, и число импульсных акустических сигналов в час с А 0.2 Па. Толщина столбцов соответствует длительности сигнала. Волнистые линии разделяют отдельные временные участки, на которых наблюдались извержения ПП.

  1. Мощность инфразвуковых акустических сигналов ; 2- мощность сейсмических сигналов, 3- число импульсных акустических сигналов с Р 0.2 Па в час; 4- период грозовой активности; 5 – визуально наблюдаемые ПП; 6 – номера ПП.

Как видно на рис. 15б основная часть точек образуют компактную группу, которая может быть описана зависимостью lgWa = 0.54lgWc+ 0.86. Для группы сигналов № 4, 5, 13, 15 уровень акустической мощности значительно ниже линии полученной зависимости (рис. 15б), а сигнал № 14, наоборот, имеет более высокий уровень мощности акустического источника относительно расчетного.

По данным работы (Алидибиров и др., 1988), отложения ПП № 4 и 14 по гранолуметрическому составу и генезису сильно отличаются. Материал заполнителя ПП № 4 более крупнозернистый и более резургентный, чем для ПП № 14. Это указывает на то, что сигналы № 4, 5 возникли при образовании глыбово-пепловых ПП, которые сопровождались обвалом стенок абразивной впадины, и теплоотдача с поверхности этих ПП была значительно ниже относительно «нормальных» ПП. Извержение ювенильного ПП № 14, отложения которого перекрыли отложения всех предшествующих, наблюдалось из пункта ЗМН (см. рис. 2). При движении ПП его материал имел темно-вишневый цвет, что позволило оценить его температуру в 600-700°С. Высокая температура и газонасыщенность ПП № 14, способствовали быстрому развитию мощного эруптивного облака, в результате чего мощность акустического сигнала от него была максимальной.

Рассчитанные значения мощности акустического и сейсмического излучений ПП для извержения 29 июня - 2 июля 1985 г. приведены на рис. 16, где также указаны результаты визуальных наблюдений из лагеря, расположенного на отрогах сопки Зимина в 8.5 км от кратера вулкана (см. рис.2б). На этом же рисунке приведено также число ИАС с Р 0.2 Па. Сопоставление визуальных наблюдений с сейсмической и акустической информацией позволило проследить кинетику кульминационной стадии извержения 29.06-1.07.1985 г. и реконструировать ход извержения.

В разделе 6.3 рассмотрены инфразвуковые волны от сильных эксплозивных извержений в дальней зоне от вулканов Безымянного (~ 350 км) и Карымского (125 км).

Рис. 17. Волновые возмущения в атмосфере, зарегистрированные микробарографами в пунктах Петропавловск и Начики, а также сейсмические эффекты, зарегистрированные на сейсмической станции Эссо, во время извержения вулкана Безымянный 9 мая 2006 г. Стрелкой отмечена фаза разрежения длинноволнового акустического возмущения.

Динамика извержения вулкана Безымянного 9 мая 2006 г. изучалась на основании режимных видеонаблюдений, которые осуществлялись из пос. Козыревск. Это позволило выделить две фазы: фазу декомпрессии и фазу извержения ПП. Волновые возмущения, сопровождавшие это извержение, были зарегистрированы в пунктах «Петропавловск» (ПТР - 340 км) и «Начики» (НЧК - 367 км), а сейсмический сигнал хорошо записался на сейсмической станции «Эссо» на расстоянии 190 км от вулкана (Фирстов, Пономарев, 2007, Фирстов, Тристанов 2009). На рис. 17 приведены копии записей волновых возмущений от этого извержения, зарегистрированные микробарографами с различными амплитудно-частотными характеристиками. В пункте ПТР микробарограф имел широкополосную (0.003 – 0.3 Гц), а в пункте НЧК узкополосную амплитудно-частотную характеристику (0.4-8.0 Гц). Обе фазы активности хорошо выражены на записях акустического и сейсмического сигналов. Акустический эффект от первой фазы извержения на записях в обоих пунктах представлен тремя цугами колебаний (рис. 17).

На широкополосном канале в ПТР первый цуг состоит из длинноволнового возмущения с фазой длительностью ~ 60 с, на которое накладываются более «высокочастотные» колебания. Как видно на рис. 17, время прихода вступления первого АС - 8h 41.5m. Если, согласно скоростного разреза, принять скорость звука 0.3 км/с, то время распространения АС до ПРТ составит 19.2m, а время его возникновения будет t0 = 8h 22.3m, что близко к времени возникновения сейсмического сигнала 8h22.1m. Два вторых цуга обусловлены особенностями распространения инфразвука на трассе источник-пункт приема.

Раздел 6.4 посвящен экспериментальным исследованиям акустических и сейсмических сигналов от снежных лавин на северном склоне горы Чегет (Кавказ). Исследования инфразвуковых колебаний, сопровождающих извержения пирокластических потоков на вулкане Безымянный, натолкнули соискателя на мысль о проведении наблюдений за сейсмическим и акустическим излучениями от другого типа гравитационных потоков – снежных лавин (Фирстов и др., 1990а,б). Возможность осуществлять искусственный спуск снежных лавин являлась значительным преимуществом этого эксперимента относительно наблюдений за неконтролируемыми извержениями вулканов. За время работы было спущено 5 лавин объемом (1- 8)104 м3, две из которых сопровождались инфразвуковым АС (воздушной волной) с частотой 0.5 – 4.0 Гц. Мощность акустического источника составила 2104 Вт для лавины объемом 8104 м3.

ГЛАВА 7. Волновые эффекты в атмосфере от извержений типа

«направленный взрыв»

Внимание всего мирового сообщества вулканологов в течение многих десятилетий привлекают исследования катастрофических эксплозивных извержений типа «направленный взрыв» вулканов: Безымянный, 1956 г. (Камчатка); Шивелуч, 1964 г. (Камчатка); Сент –Хеленс, 1980 г. (Каскадные горы, США). Извержения характеризуются грандиозным разрушением вулканических построек и большой мощностью, когда после значительного разрушения постройки за короткий отрезок времени на поверхность Земли выносится большое количество вулканического материала с секторным его распространением на десятки километров. После извержения вулкана Безымянного в 1956 г. Г.С. Горшков (1960) обратил внимание на длинноволновые акустические возмущения (ДАВ) длительностью в нескольких минут, сопровождавшие это извержение и указал на их информативность. Он высказал предположение, что они могут служить источником инструментальной информации о динамике извержений, и наряду с геологическими данными могут пролить свет на различие и сходство в сценариях подобных катастроф.

В разделе 7.1 на основании литературных данных дано краткое описание извержений типа «направленный взрыв»: Безымянный, 1956 г. (Камчатка); Шивелуч, 1964 г. (Камчатка); Сент –Хеленс, 1980 г. (Каскадные горы, США). Также приводится описание расположения микроборографических пунктов во время извержения вулкана Шивелуч в 1964 г.

В разделе 7.2 дана характеристика длинноволновых акустических возмущений в ближней и дальней зонах, сопровождающих извержения типа направленный взрыв, и рассмотрены особенности их формы.

Копии трехчасовых записей атмосферного давления метеорологическими барографами, расположенными вблизи вулканов, на которых зарегистрированы ДАВ от четырех извержений типа «направленный взрыв», приведены на рис. 18.

 Записи длинноволновых акустических возмущений, сопровождавшие извержения-26

Рис. 18. Записи длинноволновых акустических возмущений, сопровождавшие извержения типа «направленный взрыв», метеорологическими барографами в ближней зоне.

На качественном уровне дано объяснение формирование ДАВ для извержений типа «направленный взрыв». Первый полупериод ДАВ для вулканов Мон – Пеле, Безымянный и Шивелуч связан с выносом в атмосферу вулканических газов и материала фрагментации с температурой значительно выше температуры воздуха, что приводит к возникновению начального импульса длительностью несколько минут (7.7 -13.2 мин), обусловленного изменением эффективного объема поднимающейся струи продуктов в атмосфере до точки зависания. Сравнительно «высокочастотная» фаза избыточного давления ДАВ от извержения вулкана Сент-Хеленс говорит о более «жестком» источнике, которая определяется теплоемкостью процесса в единицу времени.

После образования конвективной колонны плинианскую деятельность можно рассматривать как постоянно действующий источник тепла и массы, который некоторое время поддерживает в атмосфере существование струи от поверхности Земли до тропопаузы и выше. Возникает мощный подсос воздуха и формируется фаза разрежения, которая связана с суммарной мощностью тепловыделения, как с площади распространения «взрывных отложений», так и выносимого в атмосферу горячего пепла во время плинианской деятельности. Кроме того, конденсация большого количества перегретого ювенильного пара также способствует формированию глубокой фазы разрежения. Не исключена возможность подпитки струи теплом в результате окислительных реакций вулканических газов с кислородом воздуха по периферии колонки. После уменьшения удельной теплоемкости источника ниже определенного порога конвективная струя теряет высоту, происходит опускание, переохлажденных по отношению к точке равновесия, продуктов извержения, которые вызывает сжатие внутренних слоев атмосферы, что фиксируется в виде второго максимума. При извержении вулкана Безымянный в 1956 г. наблюдалась наибольшая высота эруптивной колонки и была зарегистрирована наибольшая фаза разряжения в ДАВ в 1.5 кПа, что свидетельствует в пользу большой интенсивности этого извержения.

Сравнение формы записи ДАВ от извержений вулканов Безымянный и Сент-Хеленс в дальней зоне показало, что наличие «высокочастотной» волны сжатия в сигнале от извержения вулкана Сент-Хеленс указывает на то, что начальный процесс этого извержения имел более «жесткий» источник.

В разделе 7.3 дана реконструкция динамики катастрофического извержения вулкана Шивелуч 11 ноября 1964 г. (Фирстов, 1996). Реконструкция осуществлялась на основании сопоставления записей акустических и сейсмических сигналов, записанных на станциях Ключи ( = 45 км) и Козыревск ( = 113 км). На рис. 19а приведены длиннопериодные волновые возмущения в атмосфере, восстановленные по записям микробарографа станции КЗР, и запись флуктуаций атмосферного давления на метеорологическом барографе в пос. Ключи (рис. 19г), сопровождавшие это извержение. Наблюдается качественное сходство длиннопериодных сигналов, зарегистрированных различной аппаратурой. На этом же рисунке приведены мощности вулканического дрожания и «высокочастотной» составляющей АС, полученной путем фильтрации сигнала, записанного на ст. КЗР, фильтром высоких частот с fгр = 0.04 Гц.

 Длинноволновое акустическое возмущение, восстановленное по записи-27

Рис. 19. Длинноволновое акустическое возмущение, восстановленное по записи микробарографа в пункте КЗР и приведенное к времени возникновения (а), мощность источника «высокочастотного» акустического излучения (б), мощность вулканического дрожания (в), запись флуктуаций атмосферного давления метеорологическим барографом в пункте КЛЧ (г).

На основании совместного анализа сейсмического и акустического сигналов выделены времена переломных моментов и составлена хронологическая таблица (табл. 6). Через ~70 с после самого сильного землетрясения с энергетическим классом К = 12.3 в течение около 10 минут регистрировались инфразвуковые колебания - АС1. С учетом времени пробега акустического сигнала время возникновения источника, которому обязано появление АС1, можно отнести к 19h07m40s. В этот период на сейсмической станции КЛЧ ( = 45 км) сигнал отсутствовал. На этом этапе извержения интенсивность акустического излучения позволила зарегистрировать АС на удалении более 100 км, в то время как мощность сейсмического источника была недостаточной, чтобы сейсмический сигнал был зафиксирован на расстоянии 45 км. Это объясняется тем, что при гравитационных потоках мощность акустического превосходит мощность сейсмического сигнала на несколько порядков. На основании этого факта в совокупности с геологическими данными можно предложить следующую схему начала извержения.

Перед началом извержения скорость сейсмотектонических деформаций резко возросла, что является свидетельством интенсивного роста напряжений в районе вулкана в результате быстрого подъема магмы к дневной поверхности. При малой глубине очага (H =10 км) землетрясения постройка вулкана могла быть нарушена в результате землетрясения, что привело к потере устойчивости склона и его обрушению. Обрушение склона породило обвальную лавину, отложения которой протяженностью 16 км выделяются по геологическим данным. При движении лавины часть энергии за счет сил трения «перекачалась» в энергию упругих колебаний грунта, а над телом лавины образовался пылевоздушный поток, который дал начало конвективному облаку – первому (I) источнику акустических колебаний инфразвукового диапазона. Акустический источник I работал в течение 8.5 мин, что близко к расчетному времени движения обвальной лавины, если принять среднюю скорость движения 30 м/с, которая была зафиксирована во время извержения вулкана Сент – Хеленс в 1980 г.

Таблица 6. Последовательность сейсмических и акустических явлений начала извержения

в. Шивелуч 11 ноября 1964 г. (время GMT)

Событие Время (GMT) Характеристика событий Визуальные данные
Землетрясение I 19:06:51 Самое сильное событие роя, К = 12.3
Начало работы акустического источника №1 19:07:40 Четкое вступление Высота пылевоздушного облака 1.5-2 км
Землетрясение II 19:13:34 К = 11.7, после него землетрясений с К > 9 не зарегистрировано
Окончание работы акустического источника №1 19:16:10
Начало работы сейсмического источника 19:20:00 Вулканическое дрожание с амплитудой 0.5 мкм Высота эруптивной колонны 7-8 км
Начало работы акустического источника №2 19:20:00 Плавное нарастание сигнала, появление колебаний с периодом 2 мин.
Усиление амплитуд сейсмического и акустического сигналов 19:48:00 Высота эруптивной колонны 10-15 км


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.