Морфолитодинамика берегов острова Итуруп (Большая Курильская гряда) за историческое время по данным натурных исследований и моделирования

Основные рельефообразующие процессы на голоценовых аккумулятивных морских террасах о-ва Итуруп связаны с перераспределением наносов на пляже и подводном береговом склоне. На интенсивность этих процессов в значительной степени влияют неотектонические и сейсмические условия, поскольку остров расположен в пределах Курило-Камчатской зоны субдукции. В этой связи он подвержен как медленным тектоническим вертикальным движениям, так и быстрым косейсмическим, которые наиболее сильно влияют на рельеф берега. Данное исследование рассматривает такие факторы рельефообразования и осадконакопления как затопление территории в результате штормовых нагонов и деформации берегового аккумулятивного рельефа при штормовом волнении в условиях изменения уровня моря. Использовано три взаимодополняющих метода: палеосейсмологический, геоморфологический и метод математического моделирования. Данный подход позволяет рассмотреть прошлое морской террасы, ее современное состояние, а благодаря методам моделирования перейти к прогнозу ее развития в будущем. По результатам палеосейсмологических работ в теле береговых валов аккумулятивной морской террасы найдено четыре погребенных уступа размыва, свидетельствующих о происходивших здесь ранее косейсмических опусканиях, которые привели к резкому изменению относительного уровня моря. По тефре Та-а 1739 г., вскрытой в уступе, установлен приблизительный возраст молодых береговых валов (~280 лет). На основании фондовых данных, топографических карт, спутниковых снимков и полевых исследований на о-ве Итуруп в 2022–2023 гг. построены цифровые карты и цифровые модели рельефа (ЦМР) береговой зоны Курильского залива. На основании полученной ЦМР показано потенциальное затопление территории при возможных резких изменениях относительного уровня моря, которые могут произойти в будущем. На основе теоретического берегового профиля равновесия (модель Дина) выявлено, что в данный момент аккумулятивная морская терраса находится в стабильном состоянии. С помощью литодинамического моделирования (модель SBEACH) воспроизведены сценарии штормов при различных уровнях моря. Сделан вывод, что размыв террасы возможен либо катастрофическими штормами редкой повторяемости, либо после опускания берега, которое может произойти после мощного землетрясения.

1. Атлас Курильских островов. (2009) Под ред. В.М. Котлякова, П.Я. Бакланова, Н.Н. Комедчикова, Е.А. Федоровой. М. – Владивосток: ИПЦ “ДИК”. 516 с.

2. Афанасьев В.В. (2020) Морфолитодинамические процессы и развитие берегов контактной зоны субарктических и умеренных морей Северной Пацифики. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН. 233 с.

3. Блох Ю.И., Бондаренко В.И., Долгаль А.С. и др. (2022) Подводные вулканы Охотоморского склона острова Итуруп (Курильская островная дуга). В сб.: Материалы конференции “Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей”. СПб: ВСЕГЕИ C. 31–34.

4. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. IX. Охотское море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия. Справочник. (1998) СПб: Гидрометеоиздат. 343 с.

5. Гранин Н.Г., Радзиминович Н.А., Кучер К.М., Чечельницкий В.В. (2014) Генерация колебаний уровня озера Байкал удаленными сильными землетрясениями. Доклады академии наук. Т. 455. № 2. С. 224–228. https://doi.org/10.7868/S0869565214080180

6. Дунаев Н.Н., Леонтьев И.О., Афанасьев В.В., Репкина Т.Ю. (2020) Морфодинамика берега, сложенного пирокластическим материалом (на примере о. Иту- руп Курильского архипелага). В сб.: Труды IX Международной научно-практической конференции “Морские исследования и образование (MARESEDU-2020)”. Тверь: ООО “ПолиПРЕСС”. С. 67–70.

7. Зенкович В.П. (1962) Основы учения о развитии морских берегов. М.: Изд-во АН СССР. 710 с.

8. Игнатов Е.И. (2004) Береговые морфосистемы. М. – Смоленск: Маджента. 352 с.

9. Каплин П.А., Леонтьев О.К., Лукьянова С.А. и др. (1991) Берега. М.: Мысль. 480 с.

10. Кузнецов М.А. (2021) Берега острова Итуруп: морфология, динамика, прогноз развития. Геоморфология. Т. 52. № 1. С. 51–60. https://doi.org/10.31857/S0435428121010089

11. Леонтьев И.О., Кошелев К.Б., Марусин К.В. и др. (2009) Программные продукты для математического моделирования и прогнозирования береговых процессов волновой. В сб.: Труды Международной конференции “Создание искусственных пляжей, островов и других сооружений в береговой зоне морей, озер и водохранилищ”. Новосибирск: Изд-во СО РАН. С. 24–31.

12. Леонтьев И.О. (2012) Прогнозирование развития берега в масштабе столетия (на примере Вислинской (Балтийской) косы). Океанология. Т. 52. № 5. С. 757–767. https://doi.org/10.1134/S0001437012050104

13. Леонтьев И.О. (2018) Моделирование берегового профиля, сформированного штормовым циклом. Океанология. Т. 58. № 6. С. 973–981. https://doi.org/10.1134/S0030157418060084

14. Леонтьев И.О. (2022) К определению глубины замыкания у песчаного берега. Океанология. Т. 62. № . 2. С. 301–308. https://doi.org/10.31857/S0030157422020101

15. Леонтьев И.О., Афанасьев В.В. (2016) Динамика лагунного берега северо-восточного Сахалина на примере системы Ныйского залива и косы Пластун. Океанология. Т. 56. № 4. С. 618–626. https://doi.org/10.7868/S0030157416030138

16. Леонтьев И.О., Хабидов А.Ш. (2009) Моделирование динамики береговой зоны. Обзор современных исследований. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 90 с.

17. Мелекесцев И.В., Брайцева О.А., Эрлих Э.Н. и др. (1974) Камчатка. Курильские и Командорские острова. М.: Наука. 437 с.

18. Носов М.А., Колесов С.В., Нурисламова Г.Н. и др. (2018) Влияние вращения Земли на волны цунами, вызванные глубокофокусным Охотоморским землетрясением 2013 г. Вестник Московского Университета. Серия 3. Физика. Астрономия. № 6. C. 117–123.

19. Носов М.А., Колесов С.В., Нурисламова Г.Н. и др. (2019) Роль силы Кориолиса в динамике волн, возбуждаемых в океане глубокофокусными землетрясениями. Вычислительные технологии. Т. 24. № 1. С. 73–85. https://doi.org/10.25743/ICT.2019.24.1.006

20. Пинегина Т.К., Разжигаева Н.Г., Дегтерёв А.В. и др. (2023) По следам голоценовых сильных землетрясе- ний острова Итуруп. Природа. № 3(1291). С. 51–57. https://doi.org/10.7868/S0032874X23030055

21. Пинегина Т.К., Кожурин А.И. (2023) Косейсмические и медленные тектонические деформации островной дуги: по данным исследований восточного побережья полуострова Камчатка (Дальний Восток, Россия). Геотектоника. № 6. С. 1–14. https://doi.org/10.31857/S0016853X23060061

22. Пчёлкин В.И., Гальверсен В.Г., Тарануха В.И. (1986) Отчет о поисках термальных вод в центральной части о. Итуруп (отчет Итурупской ГГП за 1977–86 гг.). Южно-Сахалинск: СГГЭ ПГО “Сахалингеология”. 1496 с.

23. Российская система предупреждения о цунами (СПЦ) [Электронный ресурс]. URL: https://rtws.ru/ (дата обращения: 05.12.2023).

24. Руководство по методам исследований и расчетов перемещения насосов и динамики берегов при инженерных изысканиях. (1975) Под ред. М.Н. Костяницына, Л.А. Логачева, В.П. Зенковича. М.: Гидрометеоиздат. 238 с.

25. Сафьянов Г.А. (1996) Геоморфология морских берегов. М.: Изд-во МГУ. 400 с.

26. Соловьев С.Л., Го Ч.Н., Ким Х.С. (1986) Каталог цунами в Тихом океане, 1969–1982. М.: МГК АН СССР. 163 с.

27. Хабидов А.Ш., Марусин К.В., Жиндарев Л.А. и др. (2012) Реакция берегов крупных водохранилищ на колебания уровня воды: классические и неклассические сценарии. Геоморфология. № 3. С. 61–68. https://doi.org/10.15356/0435-4281-2012-3-61-68

28. Хузеева М.О. (2015) Повторяемость штормового волнения в прибрежной части Южной Курильской гряды по данным наблюдений береговых гидрометеорологических станций. В сб.: Геодинамические процессы и природные катастрофы. Опыт Нефтегорска: Всероссийская научная конференция с международным участием (г. Южно-Сахалинск, 26–30 мая 2015 г.): сборник материалов. Владивосток: Дальнаука. С. 381–385.

29. Шевченко Г.В. (2015) Оценка высот цунами редкой повторяемости с учетом вероятности наложения на прилив или нагон для побережья Дальнего Востока России. В сб.: Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России. Петропавловск-Камчатский: Геофизическая служба (Камчатский филиал). С. 383–388.

30. Шуйский Ю.Д. (2018) История развития и методология береговедения. Одесса: Астропринт. 448 с.

31. Ячменев В.Е., Хузеева М.О. (2017) Повторяемость штормового волнения на Южных Курильских островах по данным визуальных наблюдений и инструментальных измерений. Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. № 1(191). С. 121–127.

32. Aedo D., Cisternas M., Melnick D. et al. (2023) Decadal coastal evolution spanning the 2010 Maule earthquake at Isla Santa Maria, Chile: Framing Darwin’s accounts of uplift over a seismic cycle. Earth Surf. Processes Land- forms. Vol. 48. No. 12. P. 2319–2333. https://doi.org/10.1002/esp.5615

33. Atwater B.F., Nelson A.R., Clague J.J. et al. (1995) Summary of coastal geologic evidence for past great earthquakes at the Cascadia subduction zone. Earthquake Spectra. Vol. 11. No. 1. P. 1–18. https://doi.org/10.1193/1.1585800

34. Atwater B.F., Hemphill-Haley E. (1997) Recurrence Intervals for Great Earthquakes of the Past 3500 Years at North- eastern Willapa Bay. Washington. U.S. Geol. Surv. Prof. Pap. No. 1576. P. 109. https://doi.org/10.3133/pp1576

35. Bondevik S., Gjevik B., Sørensen M.B. (2013) Norwegian seiches from the giant 2011 Tohoku earthquake. Geophys. Res. Lett. Vol. 40. No. 13. P. 3374–3378. https://doi.org.10.1002/grl.50639

36. Bruun P. (1988) The Bruun rule of erosion by sea-level rise: a discussion on large-scale two- and three-dimensional usage. J. Coastal Res. Vol. 4. No. 4. P. 627–648.

37. Canitano A., Bernard P., Allgeyer S. (2017) Observation and modeling of the seismic seiches triggered in the Gulf of Corinth (Greece) by the 2011 Mw 9.0 Tohoku earthquake. J. of Geodynamics. Vol. 109. P. 24–31. https://doi.org/10.1016/j.jog.2017.06.001

38. Dean R.G., Maurmeyer E.M. (1983) Models for Beach Profile Response. CRC Handbook of Coastal Processes and Erosion. P.D. Komar ed. Boca Raton, Fl.: Coastal Re- search Center Press. 305 p.

39. Dean R.G. (2002) Beach nourishment. Theory and practice. World Scientific. 398 p.

40. Hallermeier R.G. (1981) A profile zonation for seasonal sand beaches from wave climate. Coastal Engineering. Vol. 4. P. 253–277. https://doi.org/10.1016/0378-3839(80)90022-8

41. Hanson H., Kraus N.C. (1989) GENESIS: Generalized model for simulating shoreline change. Tech. Report CERC-89-19. Coastal Engineering Research Center. US Army Corps of Engineers. 247 p.

42. Iwaki M., Toda T. (2022) Seismic seiche-related oscillations in Lake Biwa, Japan, after the 2011 Tohoku earthquake. Scientific Reports. Vol. 12. No. 1. P. 19357. https://doi.org/10.1038/s41598-022-23939-7

43. Larson M., Kraus N.C., Byrnes M.R. (1990) SBEACH: numerical model for simulating storm-induced beach change. Report 2. Numerical formulation and model tests. 115 p.

44. National Geophysical Data Center. World Data Service: NCEI/WDS Global Historical Tsunami Database. NOAA National Centers for Environmental Information. [Electronic data]. Access way: https://www.ngdc.noaa.gov/ hazard/tsu.shtml (access date: 05.12.2023).

45. Okada Y. (1985) Surface deformation due to shear and ten- sile faults in a half-space. Bull. Seismol. Soc. Am. Vol. 75. No. 4. P. 1135–1154.

46. Peterson C.D., Doyle D.L., Barnett E.T. (2000) Coastal flooding and beach retreat from coseismic subsidence in the central Cascadia margin, USA. Environ. Eng. Geosci. Vol. 6. No. 3. P. 255–269. https://doi.org/10.2113/gseegeosci.6.3.255

47. Pinegina T.K., Bourgeois J., Bazanova L.I. et al. (2020) Coseismic coastal subsidence associated with unusually wide rupture of prehistoric earthquakes on the Kamchatka subduction zone: A record in buried erosional scarps and tsunami deposits. Quat. Sci. Rev. Vol. 233. 106171. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106171

48. Satake K., Nanayama F., Yamaki S. (2008) Fault models of unusual tsunami in the 17th century along the Kuril trench. Earth, planets and space. Vol. 60. P. 925–935. https://doi.org/10.1186/BF03352848

49. Suzuki T. (2012) Seismic seiche occurred at Lake Saiko due to the 2011 off the Pacific Coast of Tohoku earthquake. Proc. Jpn. Soc. Civil Eng. A. Vol. 1. P. 68. https://doi.org/10.2208/jscejseee.68.I_152

50. Tamura T. (2012) Beach ridges and prograded beach deposits as palaeoenvironment records. Earth Sci. Rev. Vol. 114. No. 3–4. P. 279–297. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2012.06.004

51. Tsukanova E. (2022) The Observations of the 2022 Ton- ga-Hunga Tsunami Waves in the Sea of Japan. Pure Appl. Geophys. Vol. 179. P. 4279–4299. https://doi.org/10.1007/s00024-022-03191-w