Late Pleistocene basitic magmatism and Its Relation to large caldera-forming eruptions on Iturup Island on example of Klumba volcano, Kuril Islands
- Autores: Timina T.Y.1, Smirnov S.Z.1, Kuzmin D.V.1, Kotov A.A.2, Rybin A.V.3, Danilovsky V.A.1, Izokh A.E.1
-
Afiliações:
- Sobolev Institute of Geology and Mineralogy Siberian Branch Russian Academy of Sciences
- Graduate School of Environmental Studies, Tohoku University
- Institute of Marine Geology and Geophysics Far Eastern Branch Russian Academy of Sciences
- Edição: Volume 33, Nº 1 (2025)
- Páginas: 3-26
- Seção: Articles
- URL: https://journal-vniispk.ru/0869-5903/article/view/288604
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869590325010015
- EDN: https://elibrary.ru/veaxlh
- ID: 288604
Citar
Resumo
The basaltic andesite volcano Klumba is the only post-caldera volcano in the center of one of the most powerful explosive eruptions that occurred at the end of the Neopleistocene in Great Kuril Ridge (GKR) and formed a thick sequence of dacitic pumice tuffs on the Vetrovoy Isthmus on the Iturup Island. A detailed study of mineralogy and olivine-hosted fluid and melt inclusions in the rocks of the Klumba volcano, showed that the feeding magma evolved within the arc crust at depths between 15.5 and 7 km and was related to Mg-rich (up to 9.8 wt. % MgO), low-potassium and low-alumina basaltic andesite melts, which initially contained about 5–6 wt. % H2O. Olivine and Cr-Al spinel are the earliest minerals, which are later joined by plagioclase and pyroxenes. The crystallization of the basaltic andesites occurred at temperatures of about 1000–1200°C. The melt was saturated with carbon dioxide fluid, containing minor amounts of SO2. The Pleistocene basaltic andesitic magmatism in the central part of the Iturup Island was predominantly intrusive and resulted in the formation of a large trans-crustal magmatic system (TCMS), which could include the dacitic reservoir that fed the explosive eruption of the Vetrovoy Isthmus. The plumbing system of the Klumba volcano is considered to be a part of this TCMS with impulsive injections of variously differentiated basaltic andesite magmas. It is assumed that such systems may have been developed on the scale of the whole island. The processes duration and the amount of intruded magma may have been sufficient to cause partial melting in the upper parts of the island-arc crust and to form magma reservoirs of powerful explosive caldera-forming eruptions.
Palavras-chave
Texto integral

Sobre autores
T. Timina
Sobolev Institute of Geology and Mineralogy Siberian Branch Russian Academy of Sciences
Autor responsável pela correspondência
Email: timina@igm.nsc.ru
Rússia, Novosibirsk
S. Smirnov
Sobolev Institute of Geology and Mineralogy Siberian Branch Russian Academy of Sciences
Email: timina@igm.nsc.ru
Rússia, Novosibirsk
D. Kuzmin
Sobolev Institute of Geology and Mineralogy Siberian Branch Russian Academy of Sciences
Email: timina@igm.nsc.ru
Rússia, Novosibirsk
A. Kotov
Graduate School of Environmental Studies, Tohoku University
Email: timina@igm.nsc.ru
Japão, Sendai
A. Rybin
Institute of Marine Geology and Geophysics Far Eastern Branch Russian Academy of Sciences
Email: timina@igm.nsc.ru
Rússia, Yuzhno-Sakhalinsk
V. Danilovsky
Sobolev Institute of Geology and Mineralogy Siberian Branch Russian Academy of Sciences
Email: timina@igm.nsc.ru
Rússia, Novosibirsk
A. Izokh
Sobolev Institute of Geology and Mineralogy Siberian Branch Russian Academy of Sciences
Email: timina@igm.nsc.ru
Rússia, Novosibirsk
Bibliografia
- Авдейко Г.П., Антонов А.Ю., Волынец О.Н. Подводный вулканизм и зональность Курильской островной дуги. М.: Наука, 1992. 528 с.
- Афонин В.П., Гуничева Т.Н., Пискунова Л.Ф. Рентгенофлуоресцентный силикатный анализ. Новосибирск: Наука СО, 1984. 227 с.
- Бергаль–Кувикас О.В., Смирнов С.З., Агатова А.Р. и др. Голоценовое эксплозивное извержение на перешейке Ветровой (о. Итуруп) как источник маркирующего горизонта тефры (~2000 лет назад) в центральной части Курильской островной дуги // Докл. АН. 2023. Т. 511. № 1. С. 46–54.
- Брайцева О.А., Мелекесцев И.В. Вулкан Карымский: история формирования, динамика активности и долгосрочный прогноз // Вулканология и сейсмология. 1989. № 2. С. 14–31.
- Булгаков Р.Ф. Опыт применения метода термолюминесцентного датирования к пирокластическим отложениям Курильских островов // Геосистемы переходных зон. 2018. Т. 2. № 4. С. 392–397.
- Волынец О.Н., Щека С.А., Дубик Ю.М. Оливин-анортитовые включения вулканов Камчатки и Курил // Под. ред. Б.Г. Лутц и др. Включения в вулканических породах Курило-Камчатской островной дуги. М.: Наука, 1978. С. 124–167.
- Грабков В.К., Ищенко А.А. Морфогенетические типы рельефа Курильских островов // Под. ред. Б.В. Ежов. Рельеф и вулканизм Курильской островодужной системы. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1982. С. 13–24.
- Дегтерев А.В., Рыбин А.В., Арсланов Х.А. и др. Катастрофические эксплозивные извержения Львиной Пасти (о. Итуруп): стратиграфия и геохронология // Всероссийская научная конференция с международным участием «Геодинамические процессы и природные катастрофы. Опыт Нефтегорска». Южно-Сахалинск: Дальнаука, 2015. С. 210–213.
- Ефимов А.А., Малич К.Н. Магнетит-ортопироксеновые симплектиты в уральских габбро: структурный след окисления // Записки РМО. 2010. Т. 139. № 5. С. 18–28.
- Изох А.Э., Поляков Г. В., Кривенко А. П. и др. Происхождение ультраосновных пород в дифференцированных габброидных интрузивах Монголии // Под. ред. Г.В. Поляков. Петрология гипербазитов и базитов. Новосибирск: Наука СО, 1990. С. 84–99.
- Ковтунович П.Ю., Сафронов А.Д., Удодов В.В. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации 1:200000. Серия Курильская. СПб: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2002.
- Крашенинников С.П., Соболев А.В., Батанова В.Г. и др. Экспериментальная проверка моделей равновесия оливин–расплав в области высоких температур // Докл. АН. 2017. Т. 475. № 5. С. 559–563.
- Кузьмин Д.В., Низаметдинов И.Р., Смирнов С.З. и др. Магнезиальные базальты кальдеры Медвежья: основные магмы и их источники на примере вулкана Меньший Брат (о. Итуруп) // Петрология. 2023. Т. 31. № 3. С. 238–262.
- Магматические горные породы. М.: Наука, 1983. Т. 1. 368 с.
- Мартынов А.Ю., Мартынов Ю.А. Плейстоценовый базальтовый вулканизм о. Кунашир (Курильская островная дуга): минералогия, геохимия, результаты компьютерного моделирования // Петрология. 2017. Т. 25. № 2. С. 194–214.
- Мартынов Ю.А., Ханчук А.И., Кимура Дж.И. и др. Геохимия и петрогенезис четвертичных вулканитов Курильской островной дуги // Петрология. 2010. Т. 18. № 5. С. 512–535.
- Мартынов А.Ю., Мартынов Ю.А., Рыбин А.В. и др. Роль задуговых процессов в происхождении субдукционных магм: новые данные по изотопии Sr, Nd и Pb в вулканитах ранних этапов формирования о. Кунашир (Курильская островная дуга) // Геология и геофизика. 2015. Т. 56. № 3. С. 469–487.
- Миронов Н.Л., Тобелко Д.П., Смирнов С.З. и др. Оценка содержания CO₂ в газовой фазе расплавных включений с использованием рамановской спектроскопии (на примере включений в оливине Карымского вулкана, Камчатка) // Геология и геофизика. 2020. Т. 61. № 5–6. С. 734–747.
- Низаметдинов И.Р., Кузьмин Д.В., Смирнов С.З. и др. Вода в родоначальных базальтовых магмах вулкана Меньший Брат (о. Итуруп, Курильские острова) // Докл. АН. 2019. Т. 486. № 1. С. 93–97.
- Николаев Г.С., Арискин А.А., Бармина Г.С. и др. Тестирование Ol–Sp–Opx оксибарометра Балльхауса–Берри–Грина и калибровка нового уравнения для оценки окислительного состояния расплавов, насыщенных оливином и шпинелидом // Геохимия. 2016. Т. 54. № 4. С. 323–343.
- Пискунов Б.Н. Геолого-петрологическая специфика вулканизма островных дуг. М.: Наука, 1987. 242 с.
- Плечов П.Ю., Шишкина Т.А., Ермаков В.А. и др. Условия формирования алливалитов – оливин-анортитовых кристаллических включений в вулканитах Курило-Камчатской вулканической дуги // Петрология. 2008. Т. 16. № 3. С. 248–276.
- Прошкина З.Н., Кулинич Р.Г., Валитов М.Г. Структура, вещественный состав и глубинное строение океанского склона Центральных Курил: новые детали // Тихоокеанская геология. 2017. Т. 36. № 6. С. 44–55.
- Селянгин О.Б., Пономарева В.В. Строение и развитие Гореловского вулканического центра, Южная Камчатка // Вулканология и сейсмология. 1999. Т. 2. С. 3–23.
- Смирнов С.З., Рыбин А.В., Соколова Е.Н. и др. Кислые магмы кальдерных извержений острова Итуруп: первые результаты исследования расплавных включений во вкрапленниках пемз кальдеры Львиная Пасть и перешейка Ветровой // Тихоокеанская геология. 2017. Т. 36. № 1. С. 50–68.
- Тимина Т.Ю., Смирнов С.З., Рыбин А.В. и др. Импульсный характер позднеплейстоценового базитового вулканизма перешейка Ветровой (о. Итуруп, Курильские острова) // Международный научно-исследовательский журнал. 2022. № 10 (124).
- Федорченко В.И., Абдурахманов А.И., Родионова Р.И. Вулканизм Курильской островной дуги: геология и петрогенезис. М.: Наука, 1989. 239 с.
- Шишкина Т.А., Плечов П.Ю., Портнягин М.В. Условия формирования оливин-плагиоклазовых кумулатов вулкана Ксудач (Камчатка) // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 2009. № 1. С. 8–17.
- Ambler E.P., Ashley P.M. Vermicular orthopyroxene-magnetite symplectites from the Wateranga layered mafic intrusion, Queensland, Australia // Lithos. 1977. V. 10. № 3. P. 163–172.
- Annen C., Sparks R.S.J. Effects of repetitive emplacement of basaltic intrusions on thermal evolution and melt generation in the crust // Earth Planet. Sci. Lett. 2002. V. 203. № 3. P. 937–955.
- Bachmann O., Bergantz G.W. On the origin of crystal-poor rhyolites: extracted from batholithic crystal mushes // J. Petrol. 2004. V. 45. № 8. P. 1565–1582.
- Bachmann O., Bergantz G.W. Rhyolites and their source mushes across tectonic settings // J. Petrol. 2008. V. 49. № 12. P. 2277–2285.
- Bailey D.K. Fluid transport and metasomatic storage in the mantle // Eds. Н.С. Helgeson. Chemical Transport in Metasomatic Processes. Springer Dordrecht, 1987. P. 39–51.
- Baker D.R., Eggler D.H. Compositions of anhydrous and hydrous melts coexisting with plagioclase, augite, and olivine or low-Ca pyroxene from 1 atm to 8 kbar; application to the Aleutian volcanic center of Atka // Amer. Mineral. 1987. V. 72. № 1–2. P. 12–28.
- Bakker R.J. Adaption of the Bowers and Helgeson (1983) equation of state to the H2O–CO2–CH4–N2–NaCl system // Chem. Geol. 1999. V. 154. P. 225–236.
- Baranov B., Wong H.K., Dozorova K. et al. Opening geometry of the Kurile Basin (Okhotsk Sea) as inferred from structural data // Island Arc. 2002. V. 11. № 3. P. 206–219.
- Blondes M.S., Brandon M.T., Reiners P.W. et al. Generation of forsteritic olivine (Fo99.8) by subsolidus oxidation in basaltic flows // J. Petrol. 2012. V. 53. № 5. P. 971–984.
- Bowers T.S., Helgeson H.C. Calculation of thermodynamic and geochemical consequences of nonideal mixing in the system H2O–CO2–NaCl on phase relations in geological systems: Equation of state for H2O–CO2–NaCl fluids at high pressures and temperatures // Geochim. Cosmochim. Acta. 1983. V. 47. P. 1247–1275.
- Burke E.A.J. Raman microspectrometry of fluid inclusions // Lithos. 2001. V. 55. № 1. P. 139–158.
- Cashman K.V., Sparks S., Blundy J.D. Vertically extensive and unstable magmatic systems: A unified view of igneous processes // Science. 2017. V. 355. eaag3055.
- Chatterjee S., Bandyopadhyay D., Takazawa E. et al. Orthopyroxene-magnetite symplectite in olivine gabbros from the lower crustal Oman Ophiolite: Oman Drilling Project, Hole GT2A // J. Mineral. Petrol. Sci. 2021. V. 116. P. 170–175.
- Coogan L.A., Saunders A.D., Wilson R.N. Aluminum-in-olivine thermometry of primitive basalts: Evidence of an anomalously hot mantle source for large igneous provinces // Chem. Geol. 2014. V. 368. P. 1–10.
- Danyushevsky L.V. The effect of small amounts of H2O on crystallisation of mid-ocean ridge and backarc basin magmas // J. Volcanol. Geoth. Res. 2001. V. 110. № 3. P. 265–280.
- Danyushevsky L., Pasqua F., Sokolov S. Re-equilibration of melt inclusions trapped by magnesian olivine phenocrysts from subduction-related magmas: petrological implications // Contrib. Mineral. Petrol. 2000. V. 138. P. 68–83.
- Danyushevsky L.V., McNeill A.W., Sobolev A.V. Experimental and petrological studies of melt inclusions in phenocrysts from mantle-derived magmas: an overview of techniques, advantages and complications // Chem. Geol. 2002. V. 183. № 1. P. 5–24.
- Danyushevsky L.V., Plechov P.Y. Petrolog3: Integrated software for modeling crystallization processes // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2011. V. 12. № 7. Q07021.
- Del Moro S., Renzulli A., Landi P. et al. Unusual lapilli tuff ejecta erupted at Stromboli during the 15 March 2007 explosion shed light on the nature and thermal state of rocks forming the crater system of the volcano // J. Volcanol. Geoth. Res. 2013. V. 254. P. 37–52.
- Frezzotti M.L., Tecce F., Casagli A. Raman spectroscopy for fluid inclusion analysis // J. Geochem. Explor. 2012. V. 112. P. 1–20.
- Gavrilenko M., Herzberg C., Vidito C. et al. A calcium-in-olivine geohygrometer and its application to subduction zone magmatism // J. Petrol. 2016. V. 57. № 9. P. 1811–1832.
- Gill J.B. Orogenic andesites and plate tectonics. Berlin: Springer, 1981. 390 p.
- Hildreth W. Volcanological perspectives on Long Valley, Mammoth Mountain, and Mono Craters: several contiguous but discrete systems // J. Volcanol. Geoth. Res. 2004. V. 136. № 3. P. 169–198.
- Karakas O., Dufek J. Melt evolution and residence in extending crust: Thermal modeling of the crust and crustal magmas // Earth Planet. Sci. Lett. 2015. V. 425. P. 131–144.
- Kotov A.A., Smirnov S.Z., Nizametdinov I.R. et al. Partial melting under shallow-crustal conditions: A study of the Pleistocene caldera eruption of Mendeleev volcano, Southern Kuril Island Arc // J. Petrol. 2023. V. 64. № 6. https://doi.org/10.1093/petrology/egad033.
- Kuno H. High-alumina basalt // J. Petrol. 1960. V. 1. № 2. P. 121–145.
- Le Maitre R.W., Streckeisen A., Zanettin B. et al. Igneous rocks // IUGS Classification and Glossary: Recommendations of the International Union of Geological Sciences, Subcommision on the Systematics of Igneous Rocks. 2002. P. 3–42.
- Macdonald R., Hawkesworth C.J., Heath E. The Lesser Antilles volcanic chain: a study in arc magmatism // Earth-Sci. Rev. 2000. V. 49. № 1. P. 1–76.
- Marsh B.D. On the crystallinity, probability of occurrence, and rheology of lava and magma // Contrib. Mineral. Petrol. 1981. V. 78. № 1. P. 85–98.
- Martynov Y., Rybin A., Chibisova M. et al. Basaltic volcanism of Medvezhia caldera on the Iturup Island of Kurile Isles: impact of regional tectonics on subduction magmatism // Int. Geol. Rev. 2023. V. 65. № 2. P. 179–199.
- McDonough W.F., Sun S.S. The composition of the Earth // Chem. Geol. 1995. V. 120. № 3. P. 223–253.
- Mironov N., Portnyagin M., Botcharnikov R. et al. Quantification of the CO2 budget and H2O–CO2 systematics in subduction-zone magmas through the experimental hydration of melt inclusions in olivine at high H2O pressure // Earth Planet. Sci. Lett. 2015. V. 425. P. 1–11.
- Miyashiro A. Volcanic rock series in island arcs and active continental margins // Amer. J. Sci. 1974. V. 274. P. 321–355.
- Nakanishi A., Kurashimo E., Tatsumi Y. et al. Crustal evolution of the southwestern Kuril Arc, Hokkaido Japan, deduced from seismic velocity and geochemical structure // Tectonophysics. 2009. V. 472. P. 105–123.
- Petford N., Gallagher K. Partial melting of mafic (amphibolitic) lower crust by periodic influx of basaltic magma // Earth Planet. Sci. Lett. 2001. V. 193. № 3–4. P. 483–499.
- Plank T., Kelley K.A., Zimmer M.M. et al. Why do mafic arc magmas contain ~4wt % water on average? // Earth Planet. Sci. Lett. 2013. V. 364. P. 168–179.
- Plank T., Langmuir C.H. The chemical composition of subducting sediment and its consequences for the crust and mantle // Chem. Geol. 1998. V. 145. № 3. P. 325–394.
- Portnyagin M., Mironov N., Botcharnikov R. et al. Dehydration of melt inclusions in olivine and implications for the origin of silica-undersaturated island-arc melts // Earth. Planet. Sci. Lett. 2019. V. 517. P. 95–105.
- Smirnov S.Z., Rybin A.V., Kruk N.N. et al. Parental melts and magma storage of a large-volume dacite eruption at Vetrovoy Isthmus (Iturup Island, Southern Kuril Islands): Insights into the genesis of subduction-zone dacites // J. Petrol. 2019. V. 60. № 7. P. 1349–1370.
- Sobolev A.V., Hofmann A.W., Kuzmin, D.V. et al. Estimating the amount of recycled crust in sources of mantle-derived melts // Science. 2007. V. 316. P. 412–417.
- Sun S.S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes // Geol. Soc. London. Spec. Publ. 1989. V. 42. № 1. P. 313–345.
- Workman R.K., Hart S.R. Major and trace element composition of the depleted MORB mantle (DMM) // Earth Planet. Sci. Lett. 2005. V. 231. № 1. P. 53–72.
Arquivos suplementares
