Explosive activity of Zavaritsky volcano (Simushir Island, Central Kuriles) during the Holocene

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In our paper we represent the first data on the Holocene explosive activity of Zavaritsky volcano, the largest caldera center on Simushir Island (Central Kuriles). For the first time, we reconstructed the chronology of explosive eruptions of this volcanic center for the past 10 000 years, as well as estimate the parameters of its largest eruptions. In total, more than 40 tephra horizons have been identified, which allows us to estimate the frequency of eruptions: 1 event in 250 years. Constructed age model allowed us to determine the age of most eruptions. Volcanic glasses of Holocene tephras correspond in composition to low-potassium basaltic andesite-rhyolites, while the very low K2O content makes it possible to fairly confidently distinguish Zavaritsky tephra not only from the tephra of neighboring moderate-potassium volcanoes, but also from the tephra of other low-potassium volcanoes of the Kuril-Kamchatka Island arc. Holocene activity of Zavaritsky volcano started with two powerful eruptions with a conservatively estimated magnitude (M) of 6.4 and 5.6, which occurred about 9.5 and 9.2 thousand years ago (ka BP). Tephra from the first eruption (ZV-1) spread to the northeast and was found as far as northwestern North America. Tephra from the second powerful eruption (ZV-3) spread north and was found in sediments of the Sea of Okhotsk. Volcanic glass of ZV-1 tephra is characterized by rhyolitic composition with the highest SiO2 content (72.5‒74 wt. %). Glasses of the ZV-3 tephra varied in composition from dacites to rhyodacites (65‒71.9 wt. % SiO2). The products of subsequent eruptions were represented by scoria with glasses of dacite — andesite and basaltic andesite composition. Dacitic glasses reappeared only in the tephra of the last large explosive eruption that occurred early before the middle of the 19th century. Our studies revealed the catastrophic explosive eruptions of Zavaritsky volcano during the Early Holocene and sustained activity of this eruptive center throughout the Holocene. The appearance of high-silica glasses in the tephra of the last powerful eruption (ZV-40) indicates a possible strong eruption in the near future.

About the authors

O. V. Dirksen

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: oleg.dirksen@gmail.com
bulvar Piipa, 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006 Russia

V. V. Ponomareva

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: oleg.dirksen@gmail.com
bulvar Piipa, 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006 Russia

E. A. Zelenin

Geological Institute RAS

Email: oleg.dirksen@gmail.com
Pyzhevsky lane, 7, bld. 1, Moscow, 119017 Russia

P. Yu. Plechov

Fersman Mineralogical Museum RAS

Email: oleg.dirksen@gmail.com
Leninsky prosp., 18, bld. 2, Moscow, 119071 Russia

T. M. Philosofova

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: oleg.dirksen@gmail.com
bulvar Piipa, 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006 Russia

A. V. Rybin

Institute of Marine Geology and Geophysics FEB RAS

Author for correspondence.
Email: oleg.dirksen@gmail.com
Nauki str., 1B, Yuzhno-Sakhalinsk, 693022 Russia

References

  1. Горбач Н.В., Философова Т.М., Мельников Д.В., Маневич Т.М. Состав вулканических стекол в продуктах вершинного извержения и побочного прорыва им. Г.С. Горшкова на вулкане Ключевской в 2020–2021 гг.: сравнительный анализ и интерпретация // Вулканология и сейсмология. 2022. № 2. C. 28–37.
  2. Горшков Г.С. Вулканизм Курильской островной дуги. М.: Наука, 1967. 288 с.
  3. Дегтерев А.В., Рыбин А.В., Мелекесцев И.В., Разжигаева Н.Г. Эксплозивные извержения вулкана Пик Сарычева в голоцене (о. Матуа, Центральные Курилы): геохимия тефры // Тихоокеанская геология. 2012. Т. 31. № 6. С. 16–26.
  4. Мелекесцев И.В., Егорова И.А., Лупикина Е.Г. Внутренний хребет Курильской дуги // Камчатка, Курильские и Командорские острова. М.: Наука, 1974. С. 265–327.
  5. Парфенова О.В., Бурикова И.А., Дриль С.И. Особенности эволюции состава кремнекислых пород низкокалиевой известково-щелочной серии вулкана Заварицкого (Курильская островная дуга, о. Симушир) // Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2015. № 6. С. 53–61.
  6. Разжигаева Н.Г., Ганзей Л.А., Белянина Н.И., Гребенникова Т.А., Арсланов Х.А., Пшеничникова Н.Ф., Рыбин А.В. Роль климатического и вулканогенного факторов в формировании органогенных отложений и развитии ландшафтов о. Симушир (Центральные Курилы) в среднем‒позднем голоцене // Тихоокеанская геология. 2013. Т. 32. № 3. С. 55–67.
  7. Baldini J.U., Brown R.J., McElwaine J.N. Was millennial scale climate change during the Last Glacial triggered by explosive volcanism? // Scientific Reports. 2015. V. 5(1). P. 1–9.
  8. Bronk Ramsey C. Bayesian Analysis of Radiocarbon Dates // Radiocarbon. 2009. V. 51. P. 337–360.
  9. Davies L.J. The Development of a Holocene Cryptotephra Framework in Northwestern North America / PhD thesis. Edmonton: University of Alberta, 2018. 235 p.
  10. Derkachev A.N., Nikolaeva N.A., Gorbarenko S.A., Portnyagin M.V., Ponomareva V.V., Nürnberg D., Sakamoto T., Iijima K., Liu Y., Shi X., Lu H., Wang K. Tephra layers in the Quaternary deposits of the Sea of Okhotsk: Distribution, composition, age and volcanic sources // Quaternary International. 2016. V. 425. P. 248–272.
  11. Hasegawa T., Nakagawa M., Yoshimoto M., Ishizuka Y., Hirose W., Seki S., Ponomareva V., Rybin A. Tephrostratigraphy and petrological study of Chikurachki and Fuss volcanoes, western Paramushir Island, northern Kurile Islands: Evaluation of Holocene eruptive activity and temporal change of magma system // Quaternary International. 2011. V. 246. P. 278–297.
  12. Jarosewich E., Nelen J.A., Norberg J.A. Reference samples for electron microprobe analysis // Geostandart Newsletters. 1980. V. 4(1). P. 43–47.
  13. Kozhurin A., Acocella V., Kyle P.R., Lagmay F.M., Melekestsev I.V., Ponomareva V., Rust D., Tibaldi A., Tunesi A., Corazzato C., Rovida A., Sakharov A., Tengonciang A., Uy H. Trenching studies of active faults in Kamchatka, eastern Russia: paleoseismic, tectonic and hazard implications // Tectonophysics. 2006. V. 417. P. 285–304.
  14. Legros F. Minimum volume of a tephra fallout deposit estimated from a single isopach // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2000. V. 96. P. 25–32.
  15. Le Maitre R.W., Streckeisen A., Zanettin B., Le Bas M.J., Bonin B., Bateman P., Bellieni G., Dudek A., Efremova S., Keller J., Lameyre J.A., Sabine P.A., Schmid R., Sorensen H., Wooley A.R. Igneous Rocks: A Classification and Glossary of Terms: A Classification and Glossary of Terms: Recommendations of the International Union of Geological Sciences, Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks. Cambridge: Cambridge University Press, 2002.
  16. McConnell J.R., Sigl M., Plunkett G., Burke A., Kim W.M., Raible C.C., Wilson A.I., Manning J.G., Ludlow F., Chellman N.J., Innes H.M. Extreme climate after massive eruption of Alaska’s Okmok volcano in 43 BCE and effects on the late Roman Republic and Ptolemaic Kingdom // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2020. V. 117. № 27. P. 15443–15449.
  17. Nakagawa M., Ishizuka Y., Kudo T., Yoshimoto M., Hirose W., Ishizaki Y., Gouchi N., Katsui Y., Solovyow A., Steinberg G., Abdurakhmanov A. Tyatya Volcano, southwestern Kuril Arc: Recent eruptive activity inferred from widespread tephra // Island Arc. 2002. V. 11. P. 236–254.
  18. Nakagawa M., Ishizuka Y., Hasegawa T., Baba A., Kosugi A. Preliminary Report on Volcanological Research of KBP 2007–08 Cruise by Japanese Volcanology group. Sapporo, Japan: Hokkaido University, 2008. Unpublished report (tDAR ID: 391304)
  19. Ponomareva V.V., Kyle P.R., Melekestsev I.V., Rinkleff P.G., Dirksen O.V., Sulerzhitsky L.D., Zaretskaia N.E., Rourke R. The 7600 (14C) year BP Kurile Lake caldera-forming eruption, Kamchatka, Russia: stratigraphy and field relationships // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2004. V. 136. P. 199–222.
  20. Ponomareva V., Portnyagin M., Pevzner M., Blaauw M., Kyle Ph., Derkachev A. Tephra from andesitic Shiveluch volcano, Kamchatka, NW Pacific: Chronology of explosive eruptions and geochemical fingerprinting of volcanic glass // International Journal of Earth Sciences (Geol Rundschau). 2015. V. 104. P. 1459–1482.
  21. Portnyagin M., Ponomareva V., Bindeman I., Hauff F., Krasheninnikov S., Kuvikas O., Mironov N., Pletchova A., van den Bogaard C., Hoernle K. Millennial variations of major and trace element and isotope compositions of Klyuchevskoy magmas, Kamchatka // Terra Nostra. 2009. V. 1. P. 64–65.
  22. Portnyagin M.V., Ponomareva V.V., Zelenin E.A., Bazanova L.I., Pevzner M.M., Plechova A.A., Rogozin A.N., Garbe-Schönberg D. TephraKam: geochemical database of glass compositions in tephra and welded tuffs from the Kamchatka volcanic arc (northwestern Pacific) // Earth System Science Data. 2020. V. 12(1). P. 469–486.
  23. Razjigaeva N.G., Ganzey L.A., Arslanov K.A., Pshenichnikova N.F. Coastal dunes of Urup Island (Kuril Islands, North-Western Pacific): Palaeoclimatic and environmental archive // Geosystems of Transition Zones. 2022. V. 6. P. 100–113.
  24. Reimer P., Austin W., Bard E., Bayliss A., Blackwell P., Bronk Ramsey C., Butzin M., Cheng H., Edwards R., Friedrich M., Grootes P., Guilderson T., Hajdas I., Heaton T., Hogg A., Hughen K., Kromer B., Manning S., Muscheler R., Palmer J., Pearson C., van der Plicht J., Reimer R., Richards D., Scott E., Southon J., Turney C., Wacker L., Adolphi F., Büntgen U., Capano M., Fahrni S., Fogtmann-Schulz A., Friedrich R., Köhler P., Kudsk S., Miyake F., Olsen J., Reinig F., Sakamoto M., Sookdeo A., Talamo S. The IntCal20 Northern Hemisphere radiocarbon age calibration curve (0–55 cal kBP) // Radiocarbon. 2020. V. 62. P. 725–757.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».