Введение

Мазама (Tum sum ne на языке коренных американцев кламат) — сложный вулкан в западном штате Орегон, США, в сегменте Каскадной вулканической дуги и Каскадного хребта. Большая часть горы обрушилась после мощного извержения около 7700 лет назад. Вулкан расположен в округе Кламат, в южной части Каскадных гор, в 97 км к северу от границы Орегона и Калифорнии. Обрушение, вызванное извержением магмы и опустошением подземной магматической камеры, привело к образованию кальдеры, в которой находится Кратерное озеро (Giiwas на языке коренных американцев кламат). Изначальная высота горы Мазама составляла 3658 м, но после кульминационного извержения она уменьшилась до 2486 м. Глубина Кратерного озера — 592 м, что делает его самым глубоким пресноводным водоемом в США и вторым по глубине в Северной Америке после Большого Невольничьего озера в Канаде. Гора Мазама сформировалась из группы перекрывающихся вулканических образований, таких как щитовые вулканы и небольшие конусы, и периодически проявляла активность до своего кульминационного извержения 7700 лет назад. Это извержение, самое крупное из известных в Каскадной вулканической дуге за миллион лет, разрушило вершину Мазамы, уменьшив её высоту примерно на 2 км. Большая часть вулканического массива обрушилась в частично опустошенную жерловинку и магматическую камеру, образовав кальдеру. Вулканическая активность в регионе обусловлена субдукцией океанической плиты и подвержена влиянию местных разломов растяжения. Мазама находится в состоянии покоя, но Геологическая служба США полагает, что извержения меньшего масштаба вероятны и могут представлять угрозу для окрестностей. Коренные американцы населяют территорию вокруг Мазамы и Кратерного озера не менее 10 000 лет, и вулкан играет важную роль в местном фольклоре. Европейские поселенцы впервые достигли этого региона в середине XIX века. С конца XIX века ученые активно изучают эту область с точки зрения её геологических особенностей, а в последнее время — и как потенциальный источник геотермальной энергии. Кратерное озеро и остатки Мазамы поддерживают разнообразные экосистемы, которые тщательно контролируются Службой национальных парков из-за их удаленности и экологической значимости. Здесь доступны различные виды отдыха, такие как пешие и велосипедные прогулки, катание на снегоступах, рыбалка и лыжные походы; летом для посетителей открыты кемпинги и домики у Кратерного озера.

География

Гора Мазама расположена в округе Кламат, в штате Орегон, США, и является второй по глубине в Северной Америке после Большого Невольничьего озера в Канаде. До извержения, сформировавшего кальдеру, высота Мазамы составляла от 2 до 6 километров над уровнем озера, что примерно на 1,6 километра (2 км) выше уровня самого озера.

Физическая география

По мере развития Мазамы на горе часто формировались ледники. Они прорезали желоба на склонах вулкана, а также U-образные долины у подножия вулканического конуса. Эти образования видны в трех крупных ледниковых каньонах на южных склонах: Керр-Нотч, Мансон-Вэлли и Сан-Нотч.

Геология

Образованная субдукцией плиты Хуана де Фука в зоне субдукции Каскадии, которая медленно движется в северо-восточном направлении вместе с тектонической плитой Горды под Североамериканской тектонической плитой, Мазама является частью Каскадной вулканической дуги, простирающейся от северной Калифорнии до южной Британской Колумбии. Она расположена в области расширения коры, характеризующейся зонами разломов, включая нормально-сдвиговые разломы северного-южного простирания, такие как разлом Энни Спринг в зоне разломов Западного озера Кламат, который может вызывать разрушительные землетрясения. Разлом Ред-Кон также прорезает базальтовые андезитовые отложения Ред-Кон возрастом 35 000 лет; вместе эти два разлома смещаются со средней скоростью каждый год. В стенках кальдеры Кратерного озера, по-видимому, нет разломов, но вулкан индуцировал напряженное поле в верхней коре поблизости. Мазама подстилается четвертичными базальтами Высоких Каскад и мафическими (богатыми магнием и железом) андезитами на западе и юго-западе, а высокообъемные лавовые потоки риодацита возрастом от 600 000 до 700 000 лет подстилают отложения Мазамы на юге, юго-востоке, востоке и северо-востоке. Это крупный вулкан Каскад, расположенный на пересечении Каскадного хребта и грабена Кламат – бассейна с северо-северо-западным простиранием, также окруженного зонами разломов. Провинция Бассейна и Хребта находится к востоку. Мазама расположена в широком сегменте дуги Каскад, где распространены более мелкие вулканы из-за особенностей плавления мантии Земли в этом регионе. Извергающая магму, варьирующуюся от высокоалюминистого оливинового толеита до магнезиального базальтового андезита, эти вулканы демонстрируют повышенное содержание флюидов, образовавшихся в результате субдукции или плавления, которые смешивались с другой магматической камерой в мантии. Эти магмы содержат от 47,6 до 73,2 процентов диоксида кремния. Мазама и Кратерное озеро образуют часть участка Мазама Каскадных гор Орегона, простирающегося от Тимбер-Кратера до щитового вулкана Биг-Банчграсс. Это включает 175 четвертичных вулканических жерл в полосе шириной от с высокой плотностью жерл, включающей множество щитов и моногенных вулканических центров. После вулкана Ньюберри Мазама является вторым по величине четвертичным вулканическим образованием в Орегоне и самым объемным, с общим объемом. Мазама – самая молодая из четвертичных кальдер в Каскадной вулканической дуге, которая также включает кальдеры Ньюберри и кальдеру вулкана Озеро-Медисин. Четвертичный моногенный вулканизм в Высоких Каскадах Орегона включает шлаковые конусы, лавовые поля и небольшие щитовые вулканы, которые извергли лаву, варьирующуюся от низкокалийного, высокоалюминистого оливинового толеита до среднекалийного щелочного базальта, базальтового андезита и шошонитного базальтового андезита. Вулканический комплекс Мазама первоначально образовался как скопление перекрывающихся образований, состоящих из щитовых вулканов и небольших стратоконов, имевших неправильную форму. Гора Скотт, высотой 2723 м, является самым старым видимым остатком этого первоначального скопления. Скотт был первым из сложных вулканов, создавших комплекс Мазама, сформировавшимся в результате быстрой и активной фазы конусообразования и ставшим неактивным задолго до последнего извержения в Мазаме. Со временем извергательная деятельность переместилась на запад, создав конусы Апплегейт-Пик и Гарфилд-Пик на южных склонах вулканического центра. Гавайские извержения соседних щитовых вулканов также наращивали Мазаму, образуя лавовые потоки базальтового андезита средней толщиной от м. Эти потоки, присутствующие на южной, западной и восточной стенках кальдеры Мазамы, также содержали лавовые бомбы. Вязкие извержения андезитовой лавы, достигающие толщины в несколько сотен футов, еще больше наращивали конусы Мазамы, создавая твердую, плотную внутреннюю часть, богатую угловатыми лавовыми блоками. Исследования Хоуэлла Уильямса наложили кальдеру Кратерного озера на другие стратовулканы Каскад, включая гору Шаста в Калифорнии и гору Рейнир в штате Вашингтон, и пришли к выводу, что Мазама возвышалась на высоту 3658 м до обрушения, что было принято геологами в качестве стандартной оценки. К голоцену вулкан Мазама состоял из нескольких скопленных вершин, с горой Скотт на восточном конце и пиком Хиллман на дальнем западном конце. Вулканы, вероятно, поднимались в высоту с востока на запад и также имели вулканические конусы и лавовые купола на своих южных склонах. Присутствовали также ледниковые рога, такие как лавовый поток Уотчмен, и гора могла или не могла поддерживать ледники вблизи вершины. К моменту обрушения гора Мазама охватывала площадь и представляла собой один из крупнейших вулканов в ветви Высоких Каскад более широкого Каскадного хребта. Это был самый крупный вулканический массив между горой Шаста в Калифорнии и комплексом Три сестры в Орегоне. До извержения она была значительно изменена ледниковой эрозией, которая вырезала U-образные долины на своих южных и юго-восточных склонах. На северных и западных сторонах кальдеры не наблюдается явных следов ледниковой эрозии, поскольку они характеризуются лавовыми потоками, которые подверглись изменениям только в результате движения ледников позднего плейстоцена. За пределами кальдеры большинство холмов демонстрируют признаки ледникового изменения, за исключением тех, которые образовались в голоцене, и низменных форм рельефа, включая плейстоценовые лавовые купола и шлаковые конусы. Гора Скотт также сильно подверглась эрозии льдом, и вулкан Юнион-Пик теперь состоит только из пирамидального рога. Хотя сейчас его размеры составляют и ширину , ученые считают, что первоначальный диаметр обрушения составлял . Сейчас он включает в себя несколько небольших лавовых куполов и шлаковых конусов, включая остров Уизерд и подводный вулкан Мерриам-Кон. Общий объем массива Мазама оценивается в , хотя с учетом ледниковой эрозии он мог превышать . После кульминационного извержения вершина Мазамы была полностью разрушена и заменена впадиной глубиной 1219 м, окруженной скалами. Объем магмы, извергнутой из Мазамы во время этого извержения, составил 61 км3. Лава, образовавшаяся в результате, была вертикально зонирована в соответствии с расположением в исходной магматической камере и имела кальциево-щелочной состав. Она состояла примерно на 90 процентов из однородного риодацитового пемзы, содержащей около 10 процентов фененокристаллов, а остальное – из кристаллических андезитовых шлаков и мафических кристаллов. Общий объем извержения составляет 176 км3, что более чем в два раза превышает объем пепла Мазамы. Кульминационное извержение Мазамы было одним из крупнейших извержений в голоцене. Учитывая извергательную активность Мазамы за последние 420 000 лет, она могла произвести более объема извержений, что делает ее либо третьим, либо четвертым по продуктивности четвертичным вулканическим центром в Каскадном хребте. Извержение имело индекс вулканической взрывоопасности 7, что было определено по высоте облака извержения, объему извержения и качественным наблюдениям.

Недавняя деятельность и потенциальные опасности

С момента кульминационного извержения 7700 лет назад вся изверженная активность Мазамы происходила в пределах кальдеры. После образования кальдеры первоначальный кратер был расширен лавинами со стен, придав кальдере волнистый профиль, например, в виде бухт в заливе Ллао, заливе Стил и бухте Гротто. Оползень Часки, самый заметный оползень, обнаруженный на стене кальдеры, произошел спустя долгое время после образования кратера. Он расположен на южном склоне и содержит лавовые блоки длиной, многие из которых сейчас находятся под водой на дне озера Кратер. По мере заполнения кратера оползнями, лавой и водой внешний вид кальдеры менялся со временем. Внутри кальдеры образовались новые конусы и лавовые поля, все из которых, за исключением острова Волшебника, оказались затоплены. Используя высокоточное многолучевое эхолотирование, датчики движения аппаратов и навигационное оборудование, а также двойную дифференциальную глобальную систему позиционирования (DGPS), ученые из государственных учреждений США и университетов обнаружили под водой вулканы и отложения оползней. Между 7700 и 7200 годами назад сформировались центральная лавовая платформа, конус Мерриам и остров Волшебника, а также лавовые потоки. Эти извержения произвели андезитовой лавы, половина которой содержится в конусе острова Волшебника. Лава острова Волшебника взаимодействовала с водой, образуя скопления брекчии, и по мере повышения уровня воды над водой оставалась лишь вершина строения острова Волшебника. Строение имеет форму лавового купола, поскольку оно расположено над большим овальным пьедесталом, возвышающимся на 366 метров над дном озера Кратер; лишь два процента острова Волшебника находятся над поверхностью воды. Мазама считается дремлющей, но остается под наблюдением Каскадной вулканической обсерватории Геологической службы США. Будущие извержения, вероятно, произойдут вблизи западной стороны комплекса и в пределах края кальдеры; они могут происходить под водой. Выброс газонасыщенной лавы из мелководья может создать огромные столбы пепла, но подводные извержения на большей глубине могут снизить взрывоопасность. Тем не менее, быстрое смешивание воды и лавы может привести к опасным пирокластическим навалам, которые более газообразны и менее плотны, чем пирокластические потоки. Такие навалы могут преодолевать топографические препятствия, перемещать обломки горных пород со скоростью и проходить несколько миль от жерла. Мазама вряд ли вызовет грязевые потоки далеко от кальдеры, хотя близлежащее жерло за пределами кальдеры может извергнуться и смешаться со снегом. Извержения вряд ли вызовут волны, выходящие за пределы озера Кратер, но мощные взрывы могут создать высокие волны в кальдере. Извержение, столь же мощное, как 7700 лет назад, маловероятно, поскольку для этого потребуется больший объем магмы, чем известно в окрестностях Мазамы. Оползни могут затопить прилегающие к берегу территории, но вряд ли приведут к обрушению стен кальдеры, поскольку они поднимаются более чем на 152 метра над поверхностью озера. Землетрясения в близлежащей зоне разлома озера Западный Кламат могут достигать магнитуды 7,0 по шкале Рихтера, но они происходят лишь раз в 3000–10 000 лет; они могут генерировать высокие волны, вызывая оползни. Хотя местные землетрясения, вызванные вулканической активностью, могут вызвать колебания в озере, их максимальная магнитуда, вероятно, не превысит 5,0 по шкале Рихтера. Озеро Кратер недостаточно хорошо контролируется и не отличается высокой сейсмической активностью среди вулканов Каскадного хребта. Наибольшая угроза землетрясения исходит от зоны субдукции Каскадии, которая может вызвать землетрясения магнитудой 8 или 9, способные вызвать огромные волны в озере Кратер. Хотя население в пределах Мазамы составляет всего около 50 человек, в пределах вулкана проживает более 270 000 человек. Оползни могут угрожать посетителям национального парка или исследователям, создавая цунами, а также потенциально повреждая инфраструктуру вокруг озера.

Геотермальная энергия

Исследования теплового потока и химического состава воды в озере Кратер, а также изменения горных пород возрастом более 120 000 лет, указывают на наличие гидротермальных зон в районе Мазамы. Большинство источников демонстрируют схожий химический состав, обусловленный выветриванием вулканического стекла и клинопироксена. Эти образования, вероятно, сформировались в результате процессов, связанных с остаточным теплом магматической камеры, вызвавшей кульминационное извержение Мазамы 7700 лет назад. Озеро демонстрирует конвективное перемешивание, цикл которого составляет три года, поскольку термальные флюиды поступают в озеро через его дно, образуя термальные источники и силикатные шпили высотой до… В результате, Калифорнийская энергетическая компания провела бурение двух геотермальных разведочных скважин: MZI 11A глубиной в… к востоку от границы национального парка в бассейне Скотт-Крик и MZII 1 глубиной в… к югу от той же границы и к востоку от ручья Эни-Крик. Максимальная температура, зафиксированная в южной скважине, составляет 40 °C (104 °F), а в восточной – 130 °C (266 °F). Конвективный тепловой поток в озере Кратер является третьим по величине в Каскадных горах, уступая только горячим источникам Остина и Национальному парку Лассен-Волканик. Ученые Геологической службы США полагают, что в районе Мазамы и озера Кратер существуют потенциальные источники геотермальной энергии.

Экология

Национальный парк Кратер-Лейк и район вокруг горы Мазама варьируются в высоте, обеспечивая разнообразные места обитания. Экологические нарушения, как правило, приводят к уменьшению ущерба с увеличением расстояния от источника, но вулканические извержения могут приводить к более однородным картинам разрушения окружающих ландшафтов. Ближайшие окрестности Мазамы продолжают восстанавливаться после извержения. В Национальном парке Кратер-Лейк обитает более 50 видов млекопитающих. Опоссумы, такие как вирджинский опоссум, встречаются нечасто, в то время как виды землероек и кротов в парковой зоне включают болотистую землеройку, тихоокеанскую землеройку, американскую водяную землеройку, туманную землеройку, землеройку Троубриджа, странствующую землеройку, американского крота и широколапого крота. К летучим мышам, которых часто можно увидеть в парке, относятся малая бурая летучая мышь, седая летучая мышь и большая бурая летучая мышь, в то время как калифорнийский миотис, серебристоволосая летучая мышь, миотис Юма, длинноухий миотис, длинноногий миотис и бледная летучая мышь встречаются реже. Изменение климата угрожает популяциям американской пики в районе Кратер-Лейк, поскольку они не переносят теплую погоду из-за неэффективного рассеивания тепла их шерстью. Изменение климата может сократить их кормовую базу из-за нарушения закономерностей роста растительности. По крайней мере три популяции пик в Орегоне исчезли за последние несколько десятилетий. Кроме того, в результате изменения климата участились вспышки короеда-типографа среди белокорой сосны на краю Кратер-Лейк и на близлежащих вершинах. По оценкам Службы национальных парков, примерно половина белокорой сосны в Национальном парке Кратер-Лейк погибла или находится в состоянии умирания. После того, как гора саморазрушилась, кламаты пересказывали события как великую битву между Ллао и его соперником Скеллом, их богом неба, или "Вождем Верхнего Мира". И народ кламата верил, что даже взгляд на Мазаму может привести к смерти. Некоторые коренные американцы до сих пор отказываются смотреть на воду. Слово "mazama" также означает "горный козел" в испанском языке. Никакие домики, заправочные станции или кемпинги не работают с октября по конец мая. Популярные виды деятельности в Национальном парке Кратер-Лейк включают катание на велосипеде, рыбалку, лыжные гонки и ходьбу на снегоступах.