«Медвежья чаша», или как красиво сработала термодинамика

Недавно мне посчастливилось побывать в удивительном месте на Камчатке, известном в народе как Медвежья чаша. Смотря на него сверху, я подумала: «Вот где по-настоящему красиво сработала термодинамика» — и решила углубиться в физику этого явления.

📍 Где находится Медвежья чаша и как добраться?

Озеро расположено в пределах вулканического плата Толмачёва. Добраться туда можно на машине: сначала около 150 км по асфальту от Петропавловска-Камчатского, затем около 100 км по гравийной дороге, и пройти всего 15 минут пешком по лёгкому треккинговому маршруту. Этот путь подойдёт даже тем, кто не считает себя опытным путешественником. Своё название Медвежья чаша получила, очевидно, из-за частых встреч с бурыми медведями — особенно в сезон ягод.

Треккинг на Медвежью чашу.

Но не менее интересно образование этого озера.

🌋 Что такое маар?

С геологической точки зрения Медвежья чаша — это маар. Он возник около 4600 лет назад в результате фреатомагматического взрыва — когда магма вступает в контакт с подземными водами, происходит мгновенное испарение, давление резко возрастает и вызывает взрыв. С физической точки зрения — это природный эксперимент по быстрой фазовой трансформации и освобождению энергии. Маар - это пример того, как фундаментальные законы физики проявляются масштабах планеты.

⚛️ Как работает термодинамика в природе?

Физика процесса образования мааров основывается на трех стадиях.

1. Rapid phase transition
2. Explosion
3. Maar lake

Первая стадия - быстрый фазовый переход, воды в пар при контакте с магмой температурой более 1000 °C. Давление возрастает, создавая потенциальную взрывную зону.Это ключевая точка нестабильности. Вода закипает практически мгновенно, объём пара увеличивается в десятки раз. Вторая стадия – высвобождение накопленного давления - аналог взрыва в замкнутой системе с насыщенным паром.Породы разрушены, формируется кратер. Происходит выброс пепла, газов и обломков. Третья стадия - Система приходит в новое равновесное состояние: кратер стабилизирован, давление выровнено, вода заполняет гравитационную "ванну". После взрыва кратер становится локальной депрессией.

Если сказать кратко, магма с температурой более 1000 °C мгновенно испаряет воду, пар расширяется в десятки раз, и происходит взрыв, выбрасывающий породы. После этого система уравновешивается, и кратер заполняется водой.

Кратер имеет почти правильную чашеобразную форму, его диаметр — около 800 м, глубина — до 250 м. Вокруг кратера хорошо выражено туфовое кольцо, что также характерно для мааров. В озере отсутствуют следы лавовых потоков или центрального купола, что дополнительно подтверждает его мааровую природу.

Хотя Медвежья чаша формально не входит в базу данных GVP (Global Volcanism Program), в научной литературе (например, работы Белоусова и др.) она рассматривается как классический пример маара. Более того, в донных осадках озера обнаружен слой тефры от извержения Ксудача 1907 года, что делает Медвежью чашу ценным вулканологическим архивом региона.

Маар ≠ Кальдера

Маар часто путают с кальдерами, но разница между ними принципиальна. Маар — это результат одного взрывного события, вызванного взаимодействием магмы с водой. Кальдера же образуется в результате обрушения участка земной коры над опустошённой магматической камерой, и может достигать десятков километров в диаметре.

Сравнение маара и кальдеры.

Так что, когда Медвежью чашу называют кальдерой, знайте — это ошибка. Медвежья чаша — это маар. Причём очень красивый. И если вы окажетесь недалеко от озера Толмачева, настоятельно советую туда добраться — как ради физики, так и ради эстетики.