Seismic velocity changes beneath Ebeko Volcano (Kuril Islands) based on observations in July-August 2021

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Here we present seismic velocity changes in the northern part of Paramushir Island, where presently active Ebeko Volcano is located. We use the data of a seismic network that operated in this area in 2021–2022 during a continuous eruption activity of Ebeko. We selected the data from July 1 to August 15, when most stations of the network provided prompt recording of seismic signals. The velocity changes were derived from the ambient noise cross-correlation functions. To identify common features in the obtained velocity variation curves, we have performed the cluster analysis and separated all the curves in two groups having similar shapes within each group, but strongly different between the groups. Velocity changes in Cluster 1 corresponding to the station pairs covering the entire Northern Paramushir have some delayed correlation with the precipitation intensity, implying that these changes might be caused by meteoric fluid migration. In Cluster 2, which is more concentrated in the area of Ebeko Volcano, the velocity changes are apparently connected with both external factors (precipitation and atmospheric pressure) and internal indicators of volcano activity (phreatic explosions, seismicity, thermal anomalies and gas emission).

Full Text

Restricted Access

About the authors

Ya. M. Berezhnev

Trofimuk Institute of Petroleum-Gas Geology and Geophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech)

Author for correspondence.
Email: BerezhnevYM@ipgg.sbras.ru
Russian Federation, Novosibirsk; Moscow

N. N. Belovezhets

Trofimuk Institute of Petroleum-Gas Geology and Geophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech)

Email: BerezhnevYM@ipgg.sbras.ru
Russian Federation, Novosibirsk; Moscow

I. Yu. Koulakov

Trofimuk Institute of Petroleum-Gas Geology and Geophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech); Institute of the Earth’s Crust Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: BerezhnevYM@ipgg.sbras.ru

Corresponding Member of the RAS

Russian Federation, Novosibirsk; Moscow; Irkutsk

A. V. Jakovlev

Alfred-Wegener-Institut

Email: BerezhnevYM@ipgg.sbras.ru
Germany, Bremerhaven

M. S. Alajmi

KingAbdulaziz City of Science and Technology

Email: BerezhnevYM@ipgg.sbras.ru
Saudi Arabia, Riyadh

E. I. Gordeev

Institute of Volcanology and Seismology Far Eastern Branch of the Russian Academy of Science

Email: BerezhnevYM@ipgg.sbras.ru

Academician of the RAS

Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky

References

  1. Ratdomopurbo A., Poupinet G. Monitoring a Temporal Change of Seismic Velocity in a Volcano: Application to the 1992 Eruption of Mt. Merapi (Indonesia) // Geophysical Research Letter. 1995. V. 22. P. 775–778.
  2. Poupinet G., Ellsworth W. L., Frechet J. Monitoring Velocity Variations in the Crust Using Earthquake Doublets: An Application to the Calaveras Fault, California // Journal Geophysical Research. 1984. V. 89. P. 5719–5731.
  3. Vargas C. A., Koulakov I., Jaupart C., Gladkov V., Gomez E., El Khrepy S., Al-Arifi N. Breathing of the Nevado Del Ruiz Volcano Reservoir, Colombia, Inferred from Repeated Seismic Tomography // Scientific Reports. 2017. V. 7. P. 46094.
  4. Shapiro N. M., Campillo M. Emergence of Broadband Rayleigh Waves from Correlations of the Ambient Seismic Noise // Geophysical Research Letter. 2004. V. 31. P. 2004GL019491.
  5. Sens‐Schönfelder C., Wegler U. Passive Image Interferometry and Seasonal Variations of Seismic Velocities at Merapi Volcano, Indonesia // Geophysical Research Letters. 2006. V. 33. P. 2006GL027797.
  6. Belousov A., Belousova M., Auer A., Walter T. R., Kotenko T. Mechanism of the Historical and the Ongoing Vulcanian Eruptions of Ebeko Volcano, Northern Kuriles // Bulletin of Volcanology. 2021. V. 83. P. 4.
  7. Kotenko T. A., Smirnov S. Z., Timina T.Yu. The 2022 Activity of Ebeko Volcano: The Mechanism and Ejecta // Journal of Volcanology and Seismology. 2023. V. 17. P. 259–277.
  8. Котенко Т. А., Котенко Л. В. Гидротермальные проявления и тепловой поток вулканов Эбеко и Крашенинникова (о. Парамушир, Курильские о-ва) // Вестник КРАУНЦ. Сер. НаукиоЗемле. 2006. № 1. Вып. 7. С. 129–137.
  9. Belovezhets N., Berezhnev Y., Koulakov I., Jakovlev A., Abramenkov S., Smirnov S. Z., Abkadyrov I. Magma and Hydrothermal Sources below the Northern Part of Paramushir Island (Kuril Arc) Inferred from Ambient Noise Tomography // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2023. V. 443. P. 107931.
  10. Bensen G. D., Ritzwoller M. H., Barmin M. P., Levshin A. L., Lin F., Moschetti M. P., Shapiro N. M., Yang Y. Processing seismic ambient noise data to obtain reliable broad-band surface wave dispersion measurements // Geophysical Journal International. 2007. V. 169. P. 1239–1260.
  11. Brenguier F., Campillo M., Takeda T., Aoki Y., Shapiro N. M., Briand X., Emoto K., Miyake H. Mapping Pressurized Volcanic Fluids from Induced Crustal Seismic Velocity Drops // Science. 2014. V. 345. P. 80–82.
  12. Brentan B., Meirelles G., Luvizotto E., Izquierdo J. Hybrid SOM+k-Means Clustering to Improve Planning, Operation and Management in Water Distribution Systems // Environmental Modelling & Software. 2018. V. 106. P. 77–88.
  13. Li K., Sward K., Deng H., Morrison J., Habre R., Franklin M., Chiang Y. Y., Ambite J. L., Wilson J. P., Eckel S. P. Using Dynamic Time Warping Self-Organizing Maps to Characterize Diurnal Patterns in Environmental Exposures // Scientific Reports. 2021. V. 11. P. 24052.
  14. Obermann A., Planès T., Hadziioannou C., Campillo M. Lapse-Time-Dependent Coda-Wave Depth Sensitivity to Local Velocity Perturbations in 3-D Heterogeneous Elastic Media // Geophysical Journal International. 2016. V. 207. P. 59–66.
  15. Van Dinther C., Margerin L., Campillo M. Implications of Laterally Varying Scattering Properties for Subsurface Moni-toringWith Coda Wave Sensitivity Kernels: Application to Volcanic and Fault Zone Setting // Journal Geophysical Research. Solid Earth. 2021. V. 126. P. e2021JB022554.
  16. Gradon C., Brenguier F., Stammeijer J., Mordret A., Hindriks K., Campman X., Lynch R., Boué P., Chmiel M. Seismic Velocity Response to Atmospheric Pressure Using Time-Lapse Passive Seismic Interferometry // Bulletin of the Seismological Society of America. 2021. V. 111. P. 3451–3458.
  17. KBGS. Daily Activity Level Color Codes for Kamchatka Volcanoes (in Russian). Available online: http://www.emsd.ru/~ssl/monitoring/main.htm.
  18. KVERT. Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS. Available online: http://www.kscnet.ru/ivs/kvert/.
  19. McMillan T.C., Rau G. C., Timms W. A., Andersen M. S. Utilizing the Impact of Earth and Atmospheric Tides on Ground-water Systems: A Review Reveals the Future Potential // Reviews of Geophysics. 2019. P. 57. P. 281–315.
  20. Berezhnev Y., Belovezhets N., Shapiro N., Koulakov I. Temporal Changes of Seismic Velocities below Bezymianny Volcano Prior to Its Explosive Eruption on 20.12.2017 // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2023. V. 433. P. 107735.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Research area and data distribution. (a) A map of the northern Kuril Islands and southern Kamchatka with an indication of the research area (blue rectangle). The red dots represent Holocene volcanoes. (b) A research area with marked temporary and permanent seismic stations (black and purple triangles, respectively). A relief with an interval of 200 m is depicted on the background. The red areas depict Holocene lava flows. White stars represent cones. Large volcanic centers are marked in brown and yellow: VER – Vernadsky; BIL – Bilibin; KRA – Krasheninnikov; BOG – Bogdanovich; NEO – Unexpected; EBE – Ebeko. (c) Time schedules for registration of seismic stations.

Download (580KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The upper part is an example of daily cross-correlations across pairs of SKR-VER13 stations in the frequency band 0.125–0.25 Hz after averaging over a sliding window. The gray parts indicate correlation times that were not used to estimate velocity changes. The resulting velocity changes for this correlogram are shown in the bottom panel.

Download (395KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Average velocity curves and their standard deviations for the frequency ranges 0.125–0.25 Hz and 2-4 Hz for the 1st and 2nd groups, indicated in pink and blue colors, respectively.

Download (223KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Clustering results. (a), (b) Pairs of stations (black dots) corresponding to groups 1 and 2 (red and blue lines, respectively). (c) Average velocity curves for the frequency ranges 0.125–0.25 Hz and 2-4 Hz (purple and green lines, respectively) for groups 1 and 2, indicated by pink and blue backgrounds, respectively.

Download (611KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Normalized average curves of velocity changes in comparison with meteorological data and the activity of the Ebeko volcano. The daily activity of Ebeko was determined according to the data of the CF GS RAS [17] and KVERT [19].

Download (428KB)
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».