Введение

Вулкан в горах Сент-Элиас, Аляска. Гора Черчилль – действующий в прошлом вулкан в горах Сент-Элиас и Врангельском вулканическом поле (WVF) на востоке Аляски. Черчилль и его сосед, гора Бона, оба покрыты льдом, при этом у Черчилля есть кальдера к востоку от вершины. Имеются редкие обнажения лавовых потоков и тефры, преимущественно дацитового состава. Субдукция Тихоокеанской плиты под юго-восточной Аляской практически прекратилась за последние миллион лет, что привело к снижению вулканической активности в WVF. По-видимому, Черчилль питается магмой, образовавшейся из застойного блока в мантии, оставшегося от предыдущей субдукции. Вулкан извергался несколько раз в голоцене. Наиболее значительными извержениями являются два извержения пепла реки Уайт, отложения которых сформировались во время двух крупнейших вулканических извержений в Северной Америке за последние два тысячелетия. Северная лопасть отложилась около 1890 лет назад, а более крупная восточная лопасть изверглась зимой 852/853 годов. Пепел реки Уайт покрывает огромные территории Аляски и западной Канады, его следы обнаружены даже в Европе, и есть свидетельства того, что народ атабасков мигрировал из этого региона в современную территорию Соединенных Штатов в результате извержения.

География и геоморфология

Гора находится в подгруппе Университетских гор хребта Святого Илии на Аляске, к востоку от Маккарти, Аляска, и вблизи границы с Канадой. Район является частью Национального парка и заповедника Врангеля — Святого Илии. Он крайне удалён и не виден с автомобильных дорог. Впервые на вершину горы поднялись 20 августа 1951 года Р. Гейтс и Дж. Линдберг, а название в честь английского политика Уинстона Черчилля было присвоено в 1965 году. Она также известна как ледник Клутлан, Черчилль-Бона или вулкан Белой реки. Различные измерения высоты вершины дают значения , , или . Это гора в ледниковом, скалистом горном массиве, резко возвышающемся над окружающей местностью. Она является десятым по высоте пиком в Соединенных Штатах. Гора в основном покрыта льдом толщиной в сотни метров, но лавовые потоки с колончатой структурой и отложения тефры образуют скальные выходы, указывающие на то, что гора Черчилль может быть стратовулканом. К востоку от горы Черчилль, ниже вершины, расположена кальдера, формирующая плоский амфитеатр, открытый на северо-восток. Вокруг амфитеатра, полностью покрытого льдом, встречаются многочисленные выходы светлой пемзы с включениями литиков. Дальнейшие выходы тефры находятся в районах, защищенных от эрозии вокруг вулкана; самый большой из них занимает площадь, превышающую . Пемза образует террасы над склонами ледника Клутлан, протяженностью более чем . Их положение над современной поверхностью ледника может свидетельствовать о том, что во время отложения лед был толще, чем сейчас. В качестве альтернативы, они могли образоваться в результате наводнений, обрушившихся на лед, возможно, после извержения или прорыва озера, образованного пемзой. На противоположной стороне ледника, от горы Черчилль, находится пемзовый холм, образованный накоплением тефры на скальном основании. Ранее его считали источником пепла Белой реки. В некоторых местах вулканический пепел покрывает пемзу. Старая гора Бона находится в 3 км к юго-западу от горы Черчилль. С высотой вершины над уровня моря, она является самой высокой горой в хребте Врангеля и самым высоким вулканом в вулканическом поле Врангеля и во всех Соединенных Штатах. Снежный перевал высотой разделяет эти две горы. Обе горы покрыты льдом толщиной около . Ледники Рассел и Клутлан проходят вдоль северно-западного и восточно-южного склонов горы Черчилль соответственно. Ледник Клутлан окружен моренами и талусными отложениями. Оба ледника в конечном итоге впадают в реку Уайт-Ривер (Белую реку). Ледники на южном склоне горы Бона впадают в реку Читина. Возраст льда на горе Черчилль составляет до 800, а возможно и 1500 лет.

Геология

Вулканическое поле Врангелла (ВВФ) активно на протяжении последних 30 миллионов лет в горах Врангелла и Сент-Элиас. Вулканическое поле Врангелла характеризуется многочисленными крупными щитовыми вулканами, которые являются одними из крупнейших вулканов дуги на Земле. Вулкан Драм и другие вулканы в ВВФ в среднем плейстоцене демонстрировали извержения, даже более масштабные, чем извержения, сформировавшие пепел Белой реки. Вулканы Черчилль и Врангель – единственные вулканы в ВВФ, имевшие извержения в голоцене. За исключением горы Черчилль, вулканическая активность в вулканическом поле Врангелла мигрировала в северо-западном направлении и снизилась по мере изменения конфигурации плит около 200 000 лет назад и прекращения субдукции. Горы Черчилль и Бона состоят из андезитовых лавовых потоков. Университетский пик – это вулканическое интрузивное тело возрастом 8,4 миллиона лет, обнаженное в результате эрозии. Основание под горой Бона образовано плато, состоящим из пород пермского и пенсильванского периодов и гранитов третичного периода; большая часть горы Бона может быть сформирована этими невулканическими породами. У западного побережья юго-восточной Аляски Тихоокеанская плита ранее осуществляла подныривание под Североамериканскую плиту, что привело к образованию ВВФ. Начиная с юрского периода, семь отдельных терранов были перенесены на Аляску Тихоокеанской плитой и присоединены к континенту: терран Винди, различные терраны Врангелии, Чугач, Принца Уильяма и, наиболее недавно, блок Якутат, который в настоящее время находится в процессе аккреции. Столкновение с блоком Якутат привело к прекращению субдукции, в то время как движение плит теперь происходит вдоль сдвиговых разломов, таких как разломы Денали и Тоцчунда, в то время как субдукция продолжается дальше на западе в Алеутской мегазоне. Пересечение разлома Тоцчунда с разломами Коннектор и Дьюк-Ривер может быть местом подъема магмы к вулкану Черчилль.

Состав и происхождение магмы

Черчилльские породы дацитовые и формируют кальк-щелочной адакитовый ряд. В них содержится умеренное количество фенокристов, включая биотит, роговую обманку, илменит, гиперстен, магнетит и плагиоклаз, с незначительным количеством апатита и ортопироксена. Различные геохимические характеристики пород вносят вклад в формирование каждого из лепестков пепла Белой реки, которые в остальном очень похожи друг на друга и, следовательно, их трудно различить. Зерна в восточном лепестке крупнее, чем в северном, и демонстрируют признаки двух отдельных геохимических трендов; отложения на горе Черчилль соответствуют составу восточного лепестка. Реконструированные температуры магмы составляют для магмы северного лепестка и для магмы восточного лепестка. Остаток плиты Врангеля, образовавшийся в результате субдукции, мог затормозиться в мантии и нагреваться астеносферой, проходящей через оконную зону плиты, пока не расплавился и не образовал магмы горы Черчилль, которые, таким образом, имеют адакитовый состав, типичный для расплавов, образованных из субдуцированных базальтов при высоких температурах. При подъеме магмы дополнительно модифицировались взаимодействием с фундаментом террана Александра. Каждое из извержений пепла Белой реки, вероятно, включало несколько различных партий магмы, а не одну слоистую магматическую камеру.

Ледяные ядра и климат

Несколько ледяных кернов были извлечены из массива Бона-Черчилль и являются важным источником информации о климате Тихоокеанского Северо-Запада. Ледяной керн, полученный в 2002 году из седловины между горами Черчилль и Бона, является самым длинным неполярным ледяным керном на 2006 год, его длина составляет . Ледяные керны содержат свидетельства вулканических извержений, включая извержения Катмая, Кракатау, Лаки и Тамборы, а также климатических колебаний, таких как Средневековый климатический оптимум и Малый ледниковый период. В ледяных кернах Бона-Черчилль зафиксированы и другие процессы: выбросы пыли в Китае, лесные пожары на Аляске, температура поверхности Северной части Тихого океана, положение Алеутского минимума и площадь арктических морских льдов. Неглубокий лед и снег использовались для реконструкции состава пыли в горах Сент-Элиас. Горы Чугач блокируют поступление морских воздушных масс, что обуславливает континентальный климат в регионе. Среднегодовая температура на горе Черчилль составляет около . Ежегодно на гору Черчилль выпадает около эквивалента воды в снеге.

История извержения

Возраст массива Черчилль-Бона неизвестен, но гора Черчилль начала извергаться в позднем плейстоцене. Потассиево-аргоновое датирование дало возраст 119 000 ± 17 000 лет для дацитовой лавы вблизи вершины. 190 000-летний тефра-подслой "F" в Канаде и на Аляске, возможно, образовался на горе Черчилль, но вероятнее – на горе Драм. Внешний вид и высота горы Черчилль (и соседней Бона) указывают на то, что они сформировались относительно недавно. Гора могла выглядеть совершенно иначе до извержений Уайт-Ривер Эш. Существует шесть вулканических извержений голоцена, которые могут быть связаны с горой Черчилль. Пепел, отложенный около 647 ± 55 г. н.э., мог произойти либо от горы Черчилль, либо от вулкана Редаут, а европейские тефры, отложенные около 2350 г. до н.э., и гренландские тефры примерно 1100 г. н.э. схожи с тефра́ми горы Черчилль. Два слоя тефры в юго-восточной Аляске – 300-летний "пепел Лены" и 6330-летний "MTR 146" – напоминают пепел Белой реки и, возможно, были образованы извержениями горы Черчилль; тефра с аналогичным составом, как у "пепла Лены", была обнаружена в Европе. Если "пепел Лены" 1650 г. н.э. происходит от этого вулкана, то это будет его самое последнее извержение. Помимо этого, вулканическая активность в регионе была нечастой.

Извержения пепла Белой реки

Гора Черчилль является источником двух крупнейших вулканических извержений за последние два тысячелетия в Северной Америке. Первое извержение, произошедшее около 1890 лет назад, сформировало северную лопасть пепла Белой реки («Северный пепел Белой реки»), а более известное второе извержение зимой 852/853 годов сформировало восточную лопасть («Восточный пепел Белой реки»). Оба были очень мощными плинианскими извержениями с индексом вулканической взрывоопасности 6. Отложения от этих извержений были впервые обнаружены в 1883 году вдоль верховьев реки Юкон. После исключения горы Врангель в качестве источника в 1892 году, в качестве жерла-источника была предложена гора Нацазат, а в 1965 году – гора Бона. Лишь в 1984 и 1995 годах гора Черчилль была окончательно идентифицирована как источник. Извержения произвели около 200 000 тонн тефры и покрыли территорию, превышающую площадь Аляски, Юконской территории и Северо-Западных территорий. Современные города Доусон-Сити и Уайтхорс (Канада) находятся в пределах зоны распространения северной и восточной лопастей соответственно, где толщина пепла достигает определенного значения. Пепел залегает на небольшой глубине в почве, если только он не был перемещен глубже под воздействием почвенных процессов. Он образует отчетливые слои вдоль шоссе Аляска, по берегам рек Юкон, Танана и их притоков. Слои пепла влияют на свойства почвы, в которой они находятся, способствуя почвообразованию и иногда являясь поверхностью отрыва оползней. Ближе к границе США с Аляской, на леднике Клутлан, пепел уплотняется, образуя покрытые дюнами поля пепла и участки, лишенные растительности, поскольку пепел не подходит для роста растений. У подножия горы Черчилль из слоев пепла выступают пни деревьев, погибших от выпадения пепла. Пепел часто переотлагается и перерабатывается, формируя почвы в горах Сент-Элиас. Ледники, такие как ледники Барнард и Клутлан, захватывали и переносили пемзу и пепел, или размывали слои пепла при продвижении; некоторые морены у подножия гор Сент-Элиас состоят в основном из пепла Белой реки. Пепел выносится реками Клутлан и Белая река, внося значительный вклад (вместе с ледниковой мукой) в их характерный цвет, давшей название Белой реке. Отложения пепла используются в качестве временного маркера в тефрохронологии для датировки природных событий и археологических памятников Аляски и Юкона, а также Гренландии (путем корреляции ледяных кернов) и Ирландии в Европе. Помимо непосредственного физического воздействия, извержение горы Черчилль, вероятно, оказало сильное психологическое воздействие на население пострадавшего района. Столб извержения был виден на расстоянии сотен километров. Вскоре после начала небо потемнело на несколько дней, и в Юконе были слышны раскаты грома и видны молнии. В непосредственно пострадавшем районе могло проживать около 500 человек. Вероятно, прямых жертв в результате извержения не было, поскольку пирокластические потоки и другие непосредственные последствия извержения были ограничены необитаемыми окрестностями горы Черчилль, а постройки, в которых жили люди в то время, вряд ли обрушились бы под весом пепла. Существуют разногласия относительно того, можно ли идентифицировать в устной традиции народа атапасков упоминания об извержениях пепла Белой реки.

Северная Белая река

Северный пепел Уайт-Ривер простирается вдоль границы Аляски и Канады и достигает мощности к западу от вулкана, уменьшаясь к северу от горы Черчилль. Пепел Уайт-Ривер является формальной стратиграфической единицей в Аляске, и частицы из него были обнаружены вплоть до северной части хребта Брукс на Аляске. Широко распространенный "PWS тефра" в проливе Принца Уильяма был отложен между 2039 и 1520 годами назад и имеет сходство с северным пеплом Уайт-Ривер. Извержение могло произойти летом, когда ветры дуют с юга, а высота столба извержения могла достигать . В то время как извержение восточной доли изучено не так подробно, его влияние на человеческие популяции было относительно умеренным, с небольшими признаками сдвигов в численности населения или культуры.

Восточная пепел Белой реки

Восточный Белый речной пепел изучен лучше и был более крупным. Его интенсивность была промежуточной между извержением Мазамы и извержением Кракатау в 1883 году. Он был более чем в два раза больше извержения Новарупта/Катмай 1912 года и в десять раз больше извержения горы Пинатубо 1991 года. Извержение вулкана подняло столб извержения, вбросив пепел в стратосферу; пепел выпал на расстоянии более тысячи километров, а сульфаты и хлориды осаждались в ледяном покрове Гренландии. Сильные западные ветры перенесли облако пепла на восток, где он мог смешаться со снегом при выпадении. Восточная лопасть Белого речного пепла имеет значительную мощность на расстоянии от горы Черчилль, простираясь до озер Большого Раба и Большого Медведя. Восточный Белый речной пепел имеет цвет от белого до бежевого. Отложения пепла из восточного Белого речного пепла были обнаружены по всей Северной Америке и в Европе, где он идентичен пеплу "AD860B", найденному в Ирландии, Великобритании, Скандинавии, Германии, Польше и Гренландии. Другие находки обнаружены в Новой Шотландии, юго-центральной Аляске, юго-восточной Аляске и прилегающем Тихом океане, Ньюфаундленде и штате Мэн. Эти находки делают Белый речной пепел одним из самых обширных отложений тефры за последние 100 000 лет и привлекли внимание к потенциалу межконтинентального распространения вулканического пепла даже при извержениях, происходящих раз в столетие. Территориям, пострадавшим от пеплопада, могли потребоваться десятилетия для восстановления, с изменениями в растительности, водной и торфяной продуктивности, продолжавшимися веками, поскольку леса открывались в некоторых районах, покрытых пеплом. В озерах вулканический пепел мог либо похоронить организмы, либо высвободить питательные вещества, такие как фосфор, тем самым увеличивая продуктивность; оба эффекта были отмечены для Белого речного пепла. Погребение источников пищи и попадание пепла и фторида повлияли бы на популяции карибу, коз, лосей и овец, вынуждая их перемещаться; геномные данные указывают на значительный сдвиг в популяциях карибу после извержения восточного Белого речного пепла, хотя эта теория не является общепринятой. Попадание пепла в реки и повторная мобилизация пепла, выпавшего на сушу, нарушили бы популяцию водоплавающих птиц, нерест лосося и других рыб, хотя популяции анадромных рыб восстановились бы в короткие сроки. Южный Юкон был опустошен извержением. Местные охотники-собиратели, вероятно, покинули наиболее пострадавшие районы и искали убежище в нетронутых регионах, возвращаясь только после улучшения условий или не возвращаясь вовсе. Археологические данные указывают на то, что некоторые важные торговые пути были заброшены и созданы новые после извержения восточного Белого речного пепла, что подразумевает, что перемещение способствовало переоценке экономической деятельности и что перемещенные люди создали новые торговые сети. Использование меди и луков и стрел могло попасть на территорию Юкона таким образом, а народы денэ перебрались в прибрежные районы, иногда вступая в конфликт с ранее обосновавшимися там людьми, а иногда создавая новые родственные и коммерческие связи. Другие народы денэ мигрировали на юг и восток после извержения, что привело к расширению аттабасканских языков и распространению языков на-дене по всему континенту. К прибытию европейцев аттабасканы, такие как апачи и навахо, распространились между субарктической Канадой и Большим бассейном юго-западных Соединенных Штатов, принеся с собой свои языки. Извержение произвело сульфатные аэрозоли, которые могут затемнить Солнце и вызвать охлаждение климата Земли, создавая вулканическую зиму. Выброс серы, 2,5 тераграмма, был относительно скромным, составляя треть от выброса вулкана Пинатубо в 1991 году. Климатические модели предполагают максимальное охлаждение, достигающее в некоторых моделях, без четких изменений в количестве осадков. Существуют многочисленные сообщения о плохой погоде и возникших в результате трудностях, таких как голод, в течение этого десятилетия в Европе, и четкой связи с извержением горы Черчилль не установлено; в худшем случае это могло усугубить уже существующее климатическое нарушение. Связь между Белым речным пеплом и охлаждением в середине 6-го века (позднеантичный Малый ледниковый период) была исключена.

Опасности

Гора Черчилль является одним из самых опасных вулканов Канады, несмотря на то, что расположена за пределами страны, из-за масштаба её извержений. Возобновление крупной активности будет крайне опасным для северо-западной Канады и сопредельной Аляски. Меньшие извержения могут представлять угрозу для долины Белой реки и Аляскинского шоссе, вызывая выпадение пепла и наводнения, обусловленные заторами на реке Белая. Аналогичная опасность наводнений существует в долинах рек Читина и Коппер к югу от горы Черчилль. Геологическая служба США классифицирует гору Черчилль как вулкан с "высоким уровнем угрозы". Выпадение пепла может повредить технику, леса и водоёмы, а также вызвать проблемы с дыханием. Даже небольшие извержения этого высокого вулкана могут нарушить воздушное сообщение. Кроме того, распространение пепла на межконтинентальном уровне вызовет серьёзные сбои, аналогичные, но в большем масштабе, чем при извержении Эйяфьядлайёкюдля в 2010 году, что повлечёт за собой последствия для транспорта и авиационной отрасли. Воздушные трассы между Азией, Европой и Северной Америкой проходят через зону распространения пепла от Белой реки.