Ash from the shiveluch volcano (kamchatka, russia) erupted in april 2023 as a source of water-soluble salts

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The paper considers the distribution of ash during the paroxysmal eruption of the Shiveluch volcano located in the north of Kamchatka, which lasted from April 10‒13, 2023, and its impact on the water resources of the areas covered by the ashfall. The thickness of ash deposits in different localities and their granulometric composition are characterized. It is shown that the dynamics of the volcanic eruption plays the main role in the distribution of ash clouds, but the atmospheric circulation actually determines the spatial distribution of the thickness of deposits. The water-soluble salts contained in ashes and the dynamics of their leaching under natural conditions are determined. Calcium and magnesium sulfates and sodium chloride dominate in the composition of the water-soluble part of fresh ashes, with subordinate amounts of aluminum, potassium, and ammonium chlorides and fluorides. Well-soluble chlorides wash out of ashes first, followed by sulfates. Over time, the total content of soluble salts decreases and their qualitative composition changes: calcium, magnesium and sodium hydrocarbonates begin to dominate. Several months after the eruption, the impact of the ashfall on the waters of the settlements, including open springs on the day surface, leveled off.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. V. Sergeeva

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Author for correspondence.
Email: anastavalers@gmail.com
Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky

O. A. Girina

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: girina@kscnet.ru
Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky

M. A. Nazarova

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: anastavalers@gmail.com
Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky

E. V. Kartasheva

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: anastavalers@gmail.com
Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky

L. A. Pozolotina

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: anastavalers@gmail.com
Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky

A. A. Kuzmina

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: anastavalers@gmail.com
Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky

E. Yu. Plutakhina

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: anastavalers@gmail.com
Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky

References

  1. Аникин Л.П., Силаев В.И., Чубаров В.М. и др. Алмаз и другие акцессорные минералы в продуктах извержения 2008–2009 гг. Корякского вулкана (Камчатка) // Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2018. № 2. С. 18–27.
  2. Башарина Л.А. Исследование газообразных продуктов вулканов Ключевского и Шивелуча в 1946–194٧ гг. // Бюлл. вулканол. станций. 1953а. № 18. С. 31–40.
  3. Башарина Л.А. Наблюдения за состоянием фумарол побочных кратеров вулканов Ключевского и Шивелуча в 1948–1949 гг. // Бюлл. вулканол. станций. 1953б. № 19. С. 51–59.
  4. Башарина Л.А. Эксгаляции базальтовых и андезитовых лав камчатских вулканов // Труды II Всесоюзного вулканологического совещания “Современный вулканизм”, 3–1٧ сентября 1964 г. М.: Наука, 1966. Т. 1. С. 139–146.
  5. Башарина Л.А. Влияние вулканической деятельности на химический состав атмосферных осадков и воздух Камчатки // Бюлл. вулканол. станций. 19٧4. № 50. С. 104–111.
  6. Башарина Л.А., Мархинин Е.К. Вулканические газы как производные летучих мантийной магмы // Материалы III Всесоюзного вулканологического совещания “Вулканизм и глубины Земли”, 28–31 мая 1969 г. Львов, 1971. С. 354–359.
  7. Гирина О.А., Демянчук Ю.В., Мельников Д.В. и др. Пароксизмальная фаза извержения вулкана Молодой Шивелуч, Камчатка, 2٧ февраля 2005 г. (предварительное сообщение) // Вулканология и сейсмология. 2006. № 1. С. 16–23. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=9188257
  8. Гирина О.А., Лупян Е.А., Хорват А. и др. Анализ развития пароксизмального извержения вулкана Шивелуч 10–13 апреля 2023 года на основе данных различных спутниковых систем // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 2. С. 283–291. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2023-20-2-283-291
  9. Гирина О.А., Ушаков С.В., Демянчук Ю.В. Пароксизмальное извержение вулкана Молодой Шивелуч, Камчатка, 9 мая 2004 г. // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 200٧. № 2. Вып. 10. С. 65–73. http://www.kscnet.ru/kraesc/2007/2007_10/art9.pdf
  10. Горбач Н.В., Плечова А.А., Пономарева В.В., Тембрел И.И. Эксплозивное извержение вулкана Шивелуч 26 июля 2013 г. // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2013. № 2. Вып. 22. С. 15–19. EDN: RWWKLH
  11. Жаринов Н.А., Демянчук Ю.В. Крупные эксплозивные извержения вулкана Шивелуч (Камчатка) с частичным разрушением экструзивного купола 28 февраля 2005 г. и 2٧ октября 2010 г // Вулканология и сейсмология. 2013. № 2. C. 48–62.
  12. doi: 10.7868/S0203030613020077
  13. Кирюхин А.В., Бергаль-Кувикас О.В., Лемзиков М.В. и др. Магматическая система Ключевского вулкана по сейсмическим данным и их геомеханической интерпретации // Записки горного института. 2023. № 263. С. 698–714. https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16305
  14. Кирьянов В.Ю. Гравитационная эоловая дифференциация пеплов вулкана Шивелуч (Камчатка) // Вулканология и сейсмология. 1983. № 6. C. 30–39.
  15. Леонова Н.Б., Микляева И.М., Рябова Н.В., Малхазова С.М. Современное состояние и перспективы использования целебных ресурсов Камчатки // Вестник Московского университета. Сер. 5. География. 2018. № 6. С. 10–17. EDN: YVUJML
  16. Лобков Е.Г. Восточная черная ворона Corvus Orientalis стала жертвой вулканического пеплопада в поселке Ключи на Камчатке (апрель 2023 года) // Русский орнитологический журнал. 2023. Т. 32. № 229٧. С. 1٧22–1725. EDN: BWYPMI
  17. Мелекесцев И.В., Карташева Е.В., Кирсанова Т.П., Кузьмина А.А. Загрязненная свежевыпавшей тефрой вода как фактор природной опасности (на примере извержения вулкана Корякский, Камчатка, в 2009–2009 гг.) // Вулканология и сейсмология. 2011. № 1. С. 19–32. EDN: NDJLFN
  18. Овсянников А.А., Маневич А.Г. Извержение вулкана Шивелуч в октябре 2010 г. // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2010. № 2. Вып. 16. С. 7–9. EDN: NBYPID
  19. Рычагов С.Н., Соколов В.Н., Чернов М.С. Гидротермальные глины геотермальных полей Южной Камчатки: новый подход и результаты исследований // Геохимия. 2012. № 4. С. 3٧8–378. EDN: OWWYTN
  20. Сандимирова Е.И., Главатских С.Ф., Рычагов С.Н. Магнитные сферулы из вулканогенных пород Курильских островов и Южной Камчатки // Вестник Камчатской региональной ассоциации “Учебно-научный центр”. Сер. Науки о Земле. 2003. № 1. С. 135–140. EDN: HRSHWX
  21. Симакин А.Г., Девятова В.Н., Салова Т.П., Шапошникова О.Ю. Экспериментальное исследование кристаллизации амфибола из высокомагнезиального андезитового расплава вулкана Шивелуч // Петрология. 2019. Т. 2٧. № 5. С. 4٧6–495. EDN: PGVYYB
  22. Федотов С.А., Жаринов Н.А., Двигало В.Н. и др. Эруптивный цикл вулкана Шивелуч в 2001–2004 гг. // Вулканология и сейсмология. 2004. № 6. С. 3–14. EDN: OPKRLR
  23. Barone G., De Giudici G., Gimeno D. et al. Surface reactivity of Etna volcanic ash and evaluation of health risks // Science of the Total Environment. 2021. V. 761. Article 143248. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.143248
  24. Cuoco E., Tedesco D., Poreda R.J. et al. Impact of volcanic plume emissions on rain water chemistry during the January 2010 Nyamuragira eruptive event: implications for essential potable water resources // J. of Hazardous Materials. 2013. V. 244. P. 570–581. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.10.055
  25. Cronin S.J., Stewart C., Zernack A.V. et al. Volcanic ash leachate compositions and assessment of health and agricultural hazards from 2012 hydrothermal eruptions, Tongariro, New Zealand // J. of Volcanol. and Geotherm. Res. 2014. V. 286. P. 233–247. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2014.07.002
  26. Flaathen T.K., Gislason S.R. The effect of volcanic eruptions on the chemistry of surface waters: The 1991 and 2000 eruptions of Mt. Hekla, Iceland // J. of Volcanol. and Geotherm. Res. 2007. V. 164. № 4. P. 293–316. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2007.05.014
  27. Kalacheva E.G., Rychagov S.N., Koroleva G.P., Nuzhdaev A.A. The geochemistry of steam hydrothermal occurrences in the Koshelev volcanic massif, southern Kamchatka // J. of Volcanol. and Seismol. 2016. V. 10. P. 188–202. https://doi.org/10.1134/S0742046316030040
  28. Kiryukhin A.V., Sergeeva A.V., Usacheva O.O. Modeling of the thermal-hydrodynamic and chemical regime of Geyser reservoir (Valley of Geyser, Kamchatka) // Geothermics. 2023. V. 115. Article 102808. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2023.102808
  29. Melekestsev I.V., Volynets O.N., Ermakov V.A. et al. Sheveluch Volcano // Active Volcanoes of Kamchatka. M.: Наука, 1991. № 1. P. 98–103.
  30. Ozerov A.Yu., Girina O.A., Zharinov N.A. et al. Eruptions in the Northern Group of Volcanoes, in Kamchatka, during the Early 21st Century // J. of Volcanol. and Seismol. 2020. V. 14. P. 1–17. https://doi.org/10.1134/S0742046320010054
  31. Popova V.I., Polyakov V.O. Uzonite As4S5 – a new arsenic sulfide from Kamchatka // Zap. Vses. Mineral. Obshchest. 1985. V. 114. P. 369–373.
  32. Sandimirova E.I., Rychagov S.N., Sergeeva A.V. et al. Zeolite Mineralization in Mudstones of the East Pauzhetka Thermal Field As an Indicator of the Discharge of Alkaline Fluids in a Present-Day Hydrothermal System, Southern Kamchatka // J. of Volcanol. and Seismol. 2022. V. 16. P. 432–450. https://doi.org/10.1134/S0742046322060070
  33. Sergeeva A., Zhegunov P., Skilskaia E. et al. Secondary minerals in basalts of the Evevpenta gold occurrence (North Kamchatka, Russia) as indicators of ore forming processes // Earth Science Frontiers. 2023. V. 30. № 5. P. 450–468. https://doi.org/10.13745/j.esf.sf.2023.7.1
  34. Stewart C., Johnston D.M., Leonard G.S. et al. Contamination of water supplies by volcanic ashfall: a literature review and simple impact modelling // J. of Volcanol. and Geotherm. Res. 2006. V. 158. № 3‒4. P. 296–306. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2006.07.002
  35. Wilson T.M., Stewart C., Sword-Daniels V. et al. Volcanic ash impacts on critical infrastructure // Physics and Chemistry of the Earth. Parts a/b/c. 2012. V. 45. P. 5–23. https://doi.org/10.1016/j.pce.2011.06.006
  36. Wilson T., Stewart C., Cole J. et al. Vulnerability of farm water supply systems to volcanic ash fall // Environmental Earth Sciences. 2010. V. 61. P. 675–688. https://doi.org/10.1007/s12665-009-0380-2
  37. Witham C.S., Oppenheimer C., Horwell C.J. Volcanic ash-leachates: a review and recommendations for sampling methods // J. of Volcanol. and Geotherm. Res. 2005. V. 141. № 3–4. P. 299–326. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2004.11.010

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Compositions of ash from Shiveluch volcano erupted in April 2023 and in the period 1964–2017 according to data from [Zharinov, Demyanchuk, 2013; Simakin et al., 2019; Girina et al., 2007; Gorbach et al., 2013] (a); composition of tephra at different distances from Shiveluch volcano (b).

Download (332KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Minerals (a) and soluble salts in the form of dry salt residue (b) in ash diffraction patterns.

Download (156KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Ash particles from the settlement of Anavgay: morphology of ash particles (a); “rounded” ash particle composed of potassium feldspars, amphiboles and anorthoclase with inclusions of titanium-containing magnetite, backscattered electron photo (b); hematite ball on an amphibole ash particle, backscattered electron photo (c).

Download (161KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Cationic (a) and anionic (b) compositions of aqueous extracts from ash immediately after the eruption and several months later, natural sources and the central water supply network of the village of Klyuchi, mg-eq/l.

Download (101KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Amount of ash (g/m2) at different distances from the Shiveluch volcano after its eruption on April 10–13, 2023.

Download (104KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Cumulative curves (a) and differential histograms (b) of the grain size distribution of tephra from the Shiveluch volcano during the eruption on April 10–13, 2023, at different distances from the volcano.

Download (187KB)
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».