Дешифрирование материалов для реконструкции процесса обрушения ледника Колка

Никитин М.Ю. – МГУ им.М.В.Ломоносова

Кристиан Хуггель – Цюрихский университет

Мелисса Шварц – Швейцарский федеральный исследовательский институт

Гончаренко О.А. – НИЛ «Геологоразведчик»

Галушкин И.В. – НПП «ИнфоТЕРРА»

Аннотация

Катастрофическое обрушение ледника Колка в 2002г. вызвало широкий научный интерес к проблемам горных территорий связанным с опасными природными явлениями.

В исследованиях катастрофы приняли участие множество организаций России и зарубежных стран. При этом происходил тесный обмен данными, идеями полученными результатами. Данная работа и есть результат такого сотрудничества. Авторы статьи работали независимо, но их результаты дополнили друг друга, что показало правильность направления исследований.

Основой работы послужили космические снимки высокого разрешения QuickBird, материалы цифровых воздушных снимков, аэрофотоснимков до и после события, наземных исследований, а также математические модели прохождения ледово-каменных масс от зоны обрушения до зоны аккумуляции. Моделирование подтвердило выдвинутые положения о распределении материала при прохождении ледово-каменного потока.

В результате проведенных работ:

• составлена схема дешифрирования комплекса накоплений по всему району;
• предложен вариант интерпретации динамики процесса формирования ледово – каменного и селевого потоков, их транзита и аккумуляции;
• получены предварительные  закономерности распределения твёрдой составляющей как в теле квазиледника, так и в зонах транзита и разгрузки селевого потока.

Выявлено по меньшей мере три флюктуации потока:

• начальная Генальская, с максимальным по фронту воздействием на склоны и лавинно-воздушным набросом обломочного материала с контактами несогласного прилегания, фаза инициирована обвалом ледово-каменных масс со склона Джимарай-хох;
• основная, Канинская, состоящая из двух подфаз заполнивших центральную часть и левый борт котловины вплоть до Кармадонских ворот;
• заключительная, Санибанская, финальная, имеющая рисунок пластического течения, следы которой фиксируются в придонной части ложа и наложены на предыдущие фазы.

Ключевые слова

Катастрофическое обрушение ледника Колка, дешифрирование дистанционных материалов, фазы обрушения ледника Колка.

Дешифрирование дистанционных материалов для реконструкции процесса обрушения ледника Колка

Введение

В исследованиях Кармадонской катастрофы приняли участие множество организаций России и зарубежных стран. При этом происходил тесный обмен данными, идеями полученными результатами. Данная работа и есть результат такого сотрудничества. Авторы статьи работали независимо, но их результаты дополнили друг друга, что показало правильность направления исследований.

Основой работы послужили космические снимки высокого разрешения QuickBird, материалы цифровых воздушных снимков, аэрофотоснимков до и после события, наземных исследований, а также математические модели прохождения ледово-каменных масс от зоны обрушения до зоны аккумуляции. Моделирование подтвердило выдвинутые положения о распределении материала при прохождении ледово-каменного потока.

Главной задачей обработки дистанционных данных явилось изучение состояния геологической среды в зоне поражения Кармадонского ледово – каменного потока после его прохождения, строение сформированных потоком накоплений, реконструкция протекания самого события.

Методы и оборудование

Основой для работы послужили космические снимки высокого разрешения. Полученная плановая фотооснова по изобразительным качествам и разрешению вполне приемлема для дешифрирования совместно с материалами аэроцифровой съемки.

Все дистанционные материалы были распределены по участкам отчетливо обособленным друг от друга. В пределах каждого из участков все данные подвергались тщательному визуальному анализу, сопоставлению с плановым КС данного участка и выносу на последний всех элементов дешифрирования. Кроме того, было проведено стереоскопическое дешифрирование крупномасштабных аэрофотоснимков по залету, проведенному в ноябре 2002 г., что позволило существенно детализировать строение зоны транзита и аккумуляции ледово-каменных накоплений. Наличие разноракурсных и разномасштабных снимков на один и тот же объект позволило с достаточной степенью достоверности не только картировать, но и определить его генетическую принадлежность, особенности взаимоотношений с другими накоплениями.

На втором этапе проводился общий анализ, уточнение и привязка генетических типов накоплений друг с другом в пределах смежных участков.

Примененная методика анализа и дешифрирования позволила составить детальную схему соотношений генетических типов накоплений, сформированных в результате события 20 сентября 2002 г.

Моделирование по оригинальной методике позволило подтвердить полученные выводы

Динамика формирования ледово – каменного и селевого потоков.

По результатам дешифрирования, особенностям строения рельефа ледового тела выделено три фазы генераций накоплений: Генальская, Канинская и Санибанская.

Наличие фаз особенно четко фиксировалось в зоне транзита и обусловлено причиной, течением самого события и особенностями зоны транзита. Даже если условно принять старт всей массы одновременным событием, не учитывать фактор поворота на леднике Майли, то все равно такая масса не способна равномерно разместиться в долине Геналдон. Об этом же свидетельствует моделирование процесса обвала проведенное Швейцарским федеральным исследовательским институтом. Модель не учитывает факторы указанные выше, но и без них поток должен был разложиться на несколько «порций» (рис. 2).

Выделено три основных фазы процесса, они названы по трем населенным пунктам зоны отложения:

• Генальская;
• Канийская;
• Санибанская

Рис. 1. следы фаз движения ледово-каменных масс

Рис. 2.Моделирование процесса схода ледово-каменных масс

Генальская (начальная, фронтальная) фаза накоплений.

Фаза вызвана событием обвала ледово-каменных масс со склона Джимарай-хох, оставила на левом борту Колки след (рис 3).

Рис. 3. След обвала ледово-каменных масс со склона Джимарай-хох

Отпечаток имеет широкую амплитуду и достигает 1100м по протяженности  и 300м по высоте. При этом лавина не достигла своего максимального размаха, т.к. встретила препятствие в виде коренных пород, которые и срезали её сводовую часть. Накопления Генальской фазы сформированы начальной, высокоскоростной стадией потока (имеющей как отмечает Васьков И.М. роторный тип движения), несущей разноразмерные оглаженные ледяные глыбы с подчиненным количеством крупнощебнисто-глыбового заполнителя. Масса имела значительное количество воздуха, представляла лавинообразный поток в котором и окатывались обломки льда.

Это стадия потока первой достигла котловины, по основному вектору перемещения была остановлена правым бортом котловины у развалин с. Генал и далее перемещаясь вдоль юго-западного склона Скалистого хребта частично заполнила собой долину Кауридона и Геналдона вдоль правого борта до Кармадонских ворот. Непосредственно под с. Генал сохранился фрагмент ее высокого заплеска (рис. 4)

Рис. 4. Заплеск первой фазы ледово-каменного потока

На склоне наземно зафиксированы следы ударной волны вплоть до образования раздавленных и вбитых в склон деревьев и глыб пород (рис.5).

Рис.5. Следы ударной волны

Генальская фаза накоплений по вектору основного удара потока сопровождалась отседанием масс по циркам отрыва. Контакт налегания на нее последующей начальной подфазы Канинской фазы накоплений имеет линейную форму и достаточно хорошо выражен.

Накопления этой фазы выявлены вдоль правого склона долины Геналдона – Кауридона вдоль юго-западного склона Скалистого хребта в виде узкой полосы протягивающейся вплоть до Кармадонских ворот. Фаза заполнила собой правый, восточный борт Кармадонской котловины, оставив свободной для последующего заполнения ее западную часть (рис.6.).

Рис. 6. Отложения Генальской фазы (выделены в коричневом оттенке)

Канийская (основная, центральная) фаза накоплений.

Накопления этой фазы, II по счету в пределах ледового тела, расположены рядом с с. Н. Кани, почему и названы Канийскими. Они выполняют собой центральную часть и западную половину Кармадонской котловины, проникают вдоль левого ее борта вплоть до Кармадонских ворот. Канинская фаза преимущественно сложена крупноблоковым льдом до 10-30 м. в поперечнике, вероятно, содержит основное количество разнородного глыбово-обломочного материала из зоны деструкции ледника Колка, включая материал зоны обрушения. Она, судя по всему, соответствует основной стадии эвакуации масс из ложа Колки и перекрывает в Кармадонской котловине накопления Генальской фазы. Контакт между Генальской и Канинской фазами потока хорошо читается в центральной части перспективного снимка (рис. 7)

Рис. 7. Контакт между Генальской и Канинской фазами потока

 Канинская фаза накоплений, в отличие от предыдущей, имеет резко выраженный неровно-бугристый грядовый рельеф. Наличие гряд на поверхности может восприниматься как эффект «торошения» масс в процессе столкновения фронта потока с накоплениями предыдущей Генальской фазы и последующим их сжатием. Обращают на себя внимание структуры отрыва с плоской поверхностью в тыловых частях гряд , их изгиб в направлении перемещения масс, достаточно четко выраженная надвиговая форма контакта с подстилающей Генальской фазой потока.

В пределах Канинской фазы накоплений с единой морфологией потока может быть выделено две ее подфазы – передовая, обозначенная как II₁ и последующая – II_2. (рис. 8, 9.)

Передовая подфаза накоплений (II₁), судя по морфологии ее поверхности, после надвигания масс на Генальскую фазу накоплений продвигалась главным образом в сторону Кармадонских ворот по левой стороне котловины. В процессе «вжимания» ледовых масс между крутым скальным бортом котловины и Генальской фазой накоплений в сравнительно узкое пространство перед Кармадонскими воротами, возникла многочисленная сеть параллельно ветвящихся трещин отрыва, которые можно кинематически воспринимать как сдвиговые деформации внутри потока.

Рис. 8. Канинская фаза, передовая подфаза (выделена в коричневом оттенке)

Образование трещин отрыва – левостороннего сдвига сопровождалось вжиманием ледовых масс в нижние части овражных врезов левого борта котловины, в сторону которых был частично направлен вектор перемещения масс после фронтального удара о Генальскую  фазу потока. Трещины отрыва в плане имеют частый параллельный характер расположения, кулисную форму в плане, были полностью сформированы к моменту остановки потока. В результате перемещения ледовых масс вдоль левого борта Кармадонской котловины и их скучивания в фронтальной части образовалась положительная продольная ступень в рельефе вплоть до Кармадонских  ворот, где она наиболее резко выражена. Продольная ступень между Генальской и передовой подфазой II₁ Канинской фазы хорошо читается в рельефе по наличию уступа и параллельной системе трещин их разделяющих в Кармадонских воротах.

Последующая подфаза накоплений (II₂) выделена по морфологическим признакам в центральной части Кармадонской котловины (рис. 9). Между с.с. Кани – Генал располагается хорошо выраженный в рельефе в виде вала  изогнутый в плане фронт накоплений, частично надвинутый на передовую подфазу накоплений

Рис. 9. Канинская фаза, последующая подфаза (выделена в коричневом оттенке)

Поверхность контакта между подфазами II₁ и II₂ имеет изогнутую форму.

В основании фронтального вала прослеживается линия поверхности раздела, морфологически представляющая собой надвиговую поверхность. Поверхность сместителя между подфазами II₁ и II₂ Канинской фазы накоплений имеет притертый характер за счет проскальзывания по поверхности подстилающих накоплений. Подфаза накоплений II₂ частично протягивается в сторону с. Саниба.

Санибанская (финальная, тыловая) фаза накоплений.

Санибанская, или иначе финальная, тыловая фаза накоплений (рис. 10) завершает собой образование ледового тела квазиледника. На модели Швейцарского федерального института это выглядит следующим образом (рис. 11)

Она формировалась, когда практически вся Кармадонская котловина была заполнена предыдущими накоплениями. Она возникла из хвостовой части ледово-каменного потока, двигавшейся по долине Геналдона с меньшей скоростью, чем предыдущие его стадии, и имевшей как следствие, меньшую несущую способность и обогащенную водной составляющей. Этим можно объяснить наличие элементов затекания масс ясно читаемых в рельефе ее фронтальной части.

Рис. 10. Санибанская, или иначе финальная, тыловая фаза накоплений

Рис. 11. Вид Санибанской фазы на модели Швейцарского федерального института

Так же как и в предыдущих случаях, морфологически ясно выражен передовой вал с торошением масс и наличием пограничного шва с подстилающими накоплениями Канинской фазы.

 «Проскальзывание» накоплений Санибанской фазы по поверхности Канинских накоплений имеет изогнутую в плане поверхность с разворотом масс в сторону долины Кауридона, что хорошо видно на снимке (рис. 12).

Рис. 12. Контакт накоплений Санибанской фазы по поверхности Канинских накоплений

Результаты

В результате проведенных работ получены следующие результаты:

• составлена схема дешифрирования комплекса накоплений в очаге формирования обвала,  в ложе ледника Колка и в долине р. Геналдон, сформированных после 20.09.2002 г.;
• предложен вариант интерпретации динамики процесса формирования ледово – каменного и селевого потоков, их транзита и аккумуляции;
• получены предварительные  закономерности распределения твёрдой составляющей как в теле квазиледника, так и в зонах транзита и разгрузки селевого потока.

По дистанционным материалам реконструирована схема произошедшего события, которая согласуется с данными моделирования.

Дана характеристика ледово-каменных накоплений, условий их залегания и соотношения с подстилающими отложениями ложа.

Отмечено секущее и наложенное соотношение отложений разновременных фаз внутри общего потока, наличие сложной кинематики продольных и поперечных волновых колебаний.

Выявлено по меньшей мере три флюктуации потока:

• начальная Генальская, с максимальным по фронту воздействием на склоны и лавинно-воздушным набросом обломочного материала с контактами несогласного прилегания и заполнением отрицательных форм рельефа, а также образованием примазок ледово-каменного материала, фаза инициирована обвалом ледово-каменных масс со склона Джимарай-хох;
• основная, Канинская, состоящая из двух подфаз заполнивших центральную часть и левый борт котловины вплоть до Кармадонских ворот, и ;
• заключительная, Санибанская, финальная или тыловая, имеющая рисунок пластического течения, следы которой фиксируются в придонной части ложа и наложены на предыдущие фазы.

Благодарности

Авторы приносят благодарность Департаменту развития и сотрудничества Министерства иностранных дел Швейцарии и лично Дитриху Драйеру за возможность совместной работы российских и швейцарских специалистов.