Dating of lava flows of the Avacha volcano, Kamchatka, from paleomagnetic data

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The paleodirection and paleointensity of the geomagnetic field are determined in seven andesibasalt–basalt samples from three lava flows (L1–L3) of the Avacha volcano. The reliability of the Thellier–Coe method for geomagnetic field paleointensity determination is demonstrated on the sample from the modern lava flow TTI-50 (the Tolbachik Fissure Eruption): the difference between the calculated Han and IGRF12 values is within 3% with a quality factor q > 13. The age of lava flows L1–L3 is refined using paleomagnetic data. Flows L1, L2 of the Young Cone were formed in 1827 and 300–600 years ago, respectively, and the age of flow L3 on the crest of the somma is determined at 30–32 ka, which agrees with the known age estimate (14C dating) of the avalanche associated with the catastrophic destruction of the Avacha volcano 29 900 ± 900 years ago.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V.  I.  Maksimochkin

Moscow State University

Email: maxvi@physics.msu.ru

Faculty of Physic

Russian Federation, Moscow

L.  I.  Bazanova

Institute of Volcanology and Seismology, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences

Email: bazanovali@mail.ru
Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatskii

Yu.  V. S leptsova

Ludwig Maximilians Universität

Author for correspondence.
Email: syv18@mail.ru

Department of Earth and environmental sciences

Germany, Munich

References

  1. Аверьянов В.С., Штейнберг Г.С. Использование вариаций магнитного поля Земли для оценки возраста Авачинского вулкана. Проблемы изучения палеовековых вариаций магнитного поля Земли // Владивосток: ДВНЦ АН СССР. 1979. С. 61–67.
  2. Алыпова О.М. Палеомагнетизм лав Ключевской группы вулканов и ее фундамента // Бюлл. вулканологических станций.1967. № 43. С. 27–43.
  3. Базанова Л.И., Брайцева О.А., Пузанков М.Ю., Сулержицкий Л.Д. Катастрофические плинианские извержения начальной фазы формирования молодого конуса вулкана Авачинский (Камчатка) //Вулканология и сейсмология. 2003. № 5. С. 20–40.
  4. Базанова Л.И., Брайцева О.А., Мелекесцев И.В., Пузанков М.Ю. Потенциальная опасность от извержений Авачинского вулкана. Геодинамика и вулканизм Курило-Камчатской островодужной системы. Петропавловск-Камчатский: ИВГиГ ДВО РАН. 2001. 428 с.
  5. Брайцева О.А., Егорова И.А., Несмачный И.А., Селянгин О.Б., Сулержицкий Л.Д. Тефрохронологическое датирование лавовых комплексов и реконструкция истории формирования современного вулкана // Бюллетень вулканологических станций. 1978. № 55. С. 41–53.
  6. Брайцева О.А., Мелекесцев И.В., Пономарева В.В., Сулержицкий Л.Д., Литасова С.Н. Возраст действующих вулканов Курило-Камчатского региона // Вулканология и сейсмология. 1994. № 4-5. С. 5–32.
  7. Бурлацкая С.П. Археомагнетизм: Структура и эволюция магнитного поля Земли. М.: ГЕОС. 2007. 344 с.
  8. Добрецова Ю.Г., Зубов А.Г., Кочегура В.В. Стратиграфическая корреляция голоценовых отложений Камчатки по палеовековым вариациям. Методы палеомагнетизма в решении геологических задач (на примере Дальнего Востока): материалы 1 Дальневосточного семинара по палеомагнетизму и магнетизму горных пород. Владивосток: ДВНЦ АН СССР. 1982. С. 189–193.
  9. Жидков Г.В., Щербаков В.П., Долотов А.В., Смирнов М.А., Овсянников А.А., Плечов П.Ю. Тестовые определения палеонапряженности на исторических лавах Камчатки // Физика Земли. 2017. № 1. С. 171–182. doi: 10.7868/S0002333716060132
  10. Заварицкий А.Н. Вулкан Авача на Камчатке и его состояние летом 1931 г. Труды ЦНИГРИ. Вып. 35. М.-Л. 1935. 35 с.
  11. Кочегура В.В., Зубов А.Г., Брайцева О.А. Магнитостратиграфия голоценовых почвенно-пирокластических образований Камчатки // Вулканология и сейсмология. 1986. № 6. С. 3–17.
  12. Латышев А.В., Кушлевич Д.О., Пономарева В.В., Певзнер М.М., Федюкин И.В. Вековые вариации геомагнитного поля последних 4000 лет, записанные в лавах и пирокластике Северной группы вулканов Камчатки: новые данные // Физика Земли. 2017. № 5. С. 139–148.
  13. Мелекесцев И.В., Литасова С.Н., Сулержицкий Л.Д. О возрасте и масштабе катастрофических извержений типа направленного взрыва вулкана Авачинский (Камчатка) в позднем плейстоцене // Вулканология и сейсмология. 1991. № 2. С. 3–11.
  14. Мелекесцев И.В., Брайцева О.А., Двигало В.Н., Базанова Л.И. Исторические извержения Авачинского вулкана на Камчатке (попытка современной интерпретации и классификации для долгосрочного прогноза типов и параметров будущих извержений). Часть I (1737–1909 гг.) // Вулканология и сейсмология. 1993. № 6. С. 13–27.
  15. Мелекесцев И.В., Брайцева О.А., Двигало В.Н., Базанова Л.И. Исторические извержения Авачинского вулкана на Камчатке (попытка современной интерпретации и классификации для долгосрочного прогноза типов и параметров будущих извержений). Часть II (1926–1991 гг.) // Вулканология и сейсмология. 1994. № 2. С. 3–23.
  16. Нагата Т. Магнетизм горных пород. М.: Мир. 1965. 348 с.
  17. Сергеев С.А., Пушкарев Ю.Д., Лохов К.И., Сергеев Д.С. Обзор современных методов изотопной геохронологии (составная часть Геохронологического Атласа). СПб.: изд-во ВСЕГЕИ. 2015. 31 с.
  18. Постельс А. Путешествие вокруг света, совершенное на военном шлюпе “Сенявине” в 1826, 1827, 1828 и 1829 годах Флота Капитаном Федором Литке. Часть III. СПб. 1836. 274 с.
  19. Chadima M., Hrouda F. Remasoft 3.0: a user-friendly paleomagnetic data browser and analyzer //Travaux Geophysiques. 2006. V. XXVII. P. 20–21.
  20. Coe R.S. The determination of paleointensities of the Earth`s magnetic field with emphasis on mechanism which could cause nonideal behavior in Thellier’s method // J. Geomag., Geoelectr. 1967. V. 19. P. 157.
  21. Coe R. S., Grommé S., Mankinen E.A. Geomagnetic paleointensities from radiocarbon-dated lava flows on Hawaii and the question of the Pacific nondipole low // Journal of Geophysical Researc. 1978. V. 83. № B4. P. 1740–1756. https://doi.org/10.1029/JB083iB04p01740
  22. Day R., Fuller M., Schmidt V.A. Hysteresis Properties of Titanomagnetites: Grain Size and Composition Dependence // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1977. V. 13. P. 260–267. http://dx.doi.org/10.1016/0031-9201(77)90108-X
  23. Dunlop D. Theory and application of the Day plot (Mrs/Ms versus Hcr/Hc), 1. Theoretical curves and tests using titanomagnetite data // J. Geophys. Res. 2002. V. 107(B3). P. 2056. doi: 10.1029/2001JB000486.
  24. Fisher R.A. Dispersion on a Sphere // Proceedings of the Royal Society of London A. 1953. V. 217. № 1130. P. 295–305. doi: 10.1098/rspa.1953.0064
  25. Korte M., Constable C., Donadini F., Holme R. Reconstructing the Holocene geomagnetic field // Earth and Planetary Science Letters. 2011. V. 312. P. 497–505.
  26. Knudsen M.F., Riisager P., Donadini F., Snowball I., Muscheler R., Korhonen K., Pesonen L.J. Variations in the geomagnetic dipole moment during the Holocene and the past 50 kyr // Earth planet. Sci. Lett. 2008. V. 272. P. 319–329.
  27. Krasheninnikov S.P., Bazanova L.I,, Ponomareva V.V., Portnyagin M.V. Detailed tephrochronology and composition of major Lateglacial and Holocene eruptions from Avachinsky, Kozelsky, and Koryaksky volcanoes in Kamchatka // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2020. V. 408. P. 107088. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2020.107088
  28. Moskowitz B.M. Methods for estimating Curie temperatures of titanomaghemites from experimental Js-T data //Earth Planet. Sci. Lett. 1981. V. 53. P. 84–88. doi: 10.1016/0012-821X(81)90028-5
  29. Nilsson A., I. Snowball R. Muscheler, Uvo C.B. Holocene geocentric dipole tilt model constrained bysedimentary paleomagnetic data //Geochem. Geophys. Geosyst. 2010. V. 11. P. Q08018. doi: 10.1029/2010GC003118.
  30. Nilsson A., Holme R., Korte M., Suttie N., Hill M. Reconstructing Holocene geomagnetic field variation: new methods, models and implications // Geophys. J. Int. 2014. V. 198. P. 229–248. https://doi.org/10.1093/gji/ggu120
  31. Panovska S., Constable C. G., Korte M. Extending global continuous geomagnetic field reconstructions on timescales beyond human civilization // Geochemistry Geophysics Geosystems (G3). 2018. V. 19(12). P. 4757–4772. http://doi.org/10.1029/2018GC007966
  32. Prévôt M., Mankinen E.A., Coe R., Grommé C.S. The Steens Mountain (Oregon) geomagnetic polarity transition: 2. Field intensity variations and discussion of reversal models // Journal of Geophysical Research. 1985. V. 90. № B12. P. 10417–10448.
  33. Rikitake T. Electromagnetism and the Earth’s Interior. Amsterdam: Elsevier Pub. Co. 1966. Chap. 15. P. 221–230.
  34. Selkin P.A.,Tauxe L. Long-term variations in palaeointensity // Philos. Trans. R. Soc. London: Ser. A. 2000. V. 358. № 1768. P. 1065–1088. doi: 10.1098/rsta.2000.0574
  35. Thébault E., Finlay C.C., Beggan C.D. et al. International Geomagnetic Reference Field: the 12th generation // Earth. Planet. Sp. 2015. V. 67. № 79. https://doi.org/10.1186/s40623-015-0228-9
  36. https://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/igrf/index.html

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Studied lava flows of the Avachinsky volcano: (a) – the active Young Cone and lava flows L1, L2 at its foot. View from south-southwest; (b) – remnant of lava flow L3 on the northwestern ridge of the somma. The arrow shows the area of paleomagnetic sampling. In the background is the Koryaksky volcano. Sample numbers and coordinates of the place of their collection (see Table 1).

Download (1MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Images of ferrimagnetic grains of samples K17-14 (a), K17-3 (b), K17-9 (c) in backscattered electrons and sample K17-9 (d) in a SolverPRO magnetic force microscope from NT MDT.

Download (790KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Day diagram for samples from lava flows of the Avachinsky volcano: L1 (sample K17-6), L2 (samples K17-3 and K17-7), L3 (samples K17-8, K17-9, K19-11, K19-12), and TTI-50 (Tolbachik Fissure Eruption) (sample K17-14).

Download (183KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the derivative of magnetic susceptibility on temperature of lava samples TTI-50 (sample K17/14) and Avachinsky volcano (sample K17/6 - stream L1; samples K17/3 and K17/7 - stream L2, sample K17/ 8 – flow L3). The position of the minima on the curves shows the Curie temperature.

Download (447KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of magnetization in a field of 0.24 T on temperature during cyclic heating of TTI-50 lava samples (a) and Avachinsky volcano (b)–(d): (b) – flow L1; (c) – flow L2, (d) – flow L3.

Download (725KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Results of thermal cleaning, NRM demagnetization and pTRM formation in the Thellier cycles (left) and Arai–Nagata and Zijderveld diagrams (right) for TTI-50 lava samples (a) and Avachinsky volcano (b)–(f): (b) – flow L1; (c) – flow L2; (d), (e), (f) – flow L3.

Download (772KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Examples of Zijderveld diagrams illustrating the results of demagnetization of lava samples from the Avachinsky volcano with an alternating magnetic field – NRM(h) and temperature (thermal cleaning) – NRM(T): (a) – flow L1, (b) – flow L2, (c) – flow L3.

Download (657KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. NRM directions of samples from three lava flows L1, L2 and L3 of Avachinsky volcano in the geographic coordinate system (L1 – K17-6; L2 – K17-3, K17-7; L3 – K17-9, K19-11, K19-12 ; black star – direction of the main geomagnetic field according to the IGRF-12 model at the sampling site).

Download (325KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. VGP based on samples from lava flows L1-L3. Black dots indicate the position of the paleopole from the 10th to the 20th century AD. According to [Burlatskaya, 2007], the numbers next to the dots indicate years.

Download (631KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Comparison of VGP data (blue rectangles) obtained from lava samples of the Avachinsky volcano (flow L2) with variations in geomagnetic field coordinates over the past 3500 years according to [Nilsson et al., 2010] - (a), as well as VDM (orange rectangle) and VADM (blue rectangle) – with the Earth’s dipole moment according to [Nilsson et al., 2014] – (b). The arrow shows the most probable age of the L2 lava flow.

Download (555KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Comparison of the dipole magnetic moment obtained from samples K17-8, 9 and K19-11 of the Avachinsky volcano (lava flow L3) with the change in the axial dipole moment of the Earth over the last 50,000 years according to [Knudsen et al., 2008], dashed lines – the VADM value we obtained and the error range. The arrow shows the most probable age of the L3 lava flow.

Download (429KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 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».