Conditions and Magmas Sources of Summit and Flank Eruptions of the Klyuchevskoy Volcano in 2020–2021: Isotope (Sr-Nd-Pb-O)-Geochemical Data

R. I. Cherkashin; Черкашин Р. И.; O. V. Bergal-Kuvikas; Бергаль–Кувикас О. В.; A. V. Chugaev; Чугаев А. В.; Yu. O. Larionova; Ларионова Ю. О.; I. N. Bindeman; Биндеман И. Н.; A. L. Khomchanovsky; Хомчановский А. Л.; E. Y. Plutakhina; Плутахина Е. Ю.

doi:10.31857/S0869590323030032

Условия генерации и источники магм вершинного и побочного извержений вулкана Ключевской в 2020–2021 гг.: изотопно-геохимические (Sr-Nd-Pb-O) данные

Авторы: Черкашин Р.И.¹, Бергаль–Кувикас О.В.¹^,2, Чугаев А.В.², Ларионова Ю.О.², Биндеман И.Н.³, Хомчановский А.Л.¹, Плутахина Е.Ю.¹
Учреждения:
1. Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
2. Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
3. University of Oregon
Выпуск: Том 31, № 3 (2023)
Страницы: 264-280
Раздел: Статьи
URL: https://journal-vniispk.ru/0869-5903/article/view/137148
DOI: https://doi.org/10.31857/S0869590323030032
EDN: https://elibrary.ru/BZKRGC
ID: 137148

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В 2021 г. на вулкане Ключевской (Камчатка) спустя более 30 лет доминирования вершинных извержений произошло уникальное событие: образовался побочный прорыв, названный в честь чл.-корр. АН СССР Г.С. Горшкова. Извержение началось сразу после окончания активизации вершинного кратера в 2020–2021 гг. на высоте 2850 м в северо-западной части вулкана, где раннее не наблюдалось проявлений побочного вулканизма. Представлены геохимические и изотопные Sr-Nd-Pb-O данные для лав вершинного и побочного извержений Ключевского вулкана в 2020–2021 гг., проведен сравнительный петрографический анализ и проанализированы составы фенокристаллов этих лав. Лавы обоих извержений – глиноземистые андезибазальты нормальной щелочности. Вариации составов основных оксидов в лавах вершинного извержения и в лавах прорыва им. Г.С. Горшкова (в мас. %): SiO₂ 53.1–53.2 и 51.6–53.2, MgO 5.6 и 5.5–6.0 соответственно. Оценки температур и давлений кристаллизации плагиоклаза показали, что для лав вершинного извержения они составляли 1210–1118°C и 12.3–3.6 кбар, для лав побочного прорыва – 1203–1119°C и 9.0–3.3 кбар. Содержание главных элементов, близость условий генерации плагиоклаза и особенности вариаций химического состава фенокристаллов Ol, Cpx и Pl в лавах обоих извержений свидетельствуют о генетической взаимосвязи магм, питавших вершинное и побочное извержения. Лавы вершинных извержений 2016 г., 2020–2021 гг., как и лавы предшествующих вершинных извержений Ключевского вулкана, характеризуются весьма выдержанными Sr‑Nd‑Pb изотопными характеристиками: ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = 0.703625–0.703626, ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd = 0.513085–0.513102, ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb = 18.3148–18.3179. Изотопные отношения ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb (15.5022–15.5107) и ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb (37.9597–38.0143) для лав последних вершинных и побочного извержений значительно выше, чем для лав всех извержений прошлого, что говорит о более сложных процессах эволюции магм на коровых уровнях. Значения δ¹⁸O = 6.49–7.39 ‰ (SMOW) в лавах рассматриваемых извержений согласуются с ранее опубликованными данными по Ключевскому вулкану. Лавы прорыва им. Г.С. Горшкова обогащены, по сравнению с лавами последних вершинных извержений, Ba, Zr, Sr и другими несовместимыми элементами при постоянном содержании MgO, что указывает на различия путей эволюции их магм. Резко повышенные значения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (0.703673–0.703743) в лавах побочного прорыва им. Г.С. Горшкова, не наблюдавшиеся ранее в лавах Ключевского вулкана, свидетельствуют об интенсивной ассимиляции исходными расплавами корового вещества в северо-западной части вулкана.

Ключевые слова

вулкан Ключевской, Камчатка, извержения 2020–2021 гг., побочный прорыв, Sr‑Nd-Pb-O изотопные данные, условия генерации магм

Список литературы

Апрелков С.Е., Ольшанская О.Н. Тектоническое районирование Центральной и Южной Камчатки по геологическим и геофизическим данным // Тихоокеанская геология. 1989. № 1. С. 53–66.
Арискин A.A., Бармина Г.С., Озеров А.Ю., Нильсен Р.Л. Генезис высоко-глиноземистых базальтов Ключевского вулкана // Петрология. 1995. Т. 3 № 5. С. 42–67.
Брайцева О.К., Мелекесцев И.В., Пономарева В.В. и др. Возраст действующих вулканов Курило-Камчатского региона // Вулканология и сейсмология. 1994. № 4–5. С. 5–32.
Гирина О.А., Маневич А.Г., Мельников Д.В. и др. Активность вулканов Камчатки и Курильских островов в 2020–2021 гг. и их опасность для авиации // Вулканизм и связанные с ним процессы. Материалы XXIV ежегодной научной конференции, посвященной Дню вулканолога, 29–30 марта 2021 г., Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2021. С. 25–28.
Горельчик В.И., Сторчеус А.В. Глубокие длиннопериодные землетрясения под Ключевским вулканом, Камчатка // Геодинамика и вулканизм Курило-Камчатской островодужной системы. Петропавловск-Камчатский: ИВГиГ ДВО РАН, 2001. С. 373–379.
Зубин М.И., Козырев А.И., Лучицкий А.И. Гравитационная модель строения Ключевского вулкана (Камчатка) // Вулканология и сейсмология. 1990 № 5. С. 76–93.
Мороз Ю.Ф., Мороз Г.А. Глубинные проводящие зоны в области сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг // Физика Земли. 2006. № 6. С. 60–68.
Озеров А. Ю. Механизм базальтовых взрывов (экспериментальное моделирование) // Вулканология и сейсмология. 2010. № 5. С. 3–19.
Озеров А.Ю. Ключевской вулкан: вещество, динамика, модель. М.: ГЕОС, 2019. 306 с.
Озеров А.Ю., Гирина О.А., Мельников Д.В. и др. Вулкан Ключевской: новый побочный прорыв им. Г.С. Горшкова, 2021 г. (п-ов Камчатка) // Вест. КРАУНЦ. Науки о Земле. 2021. № 1. Вып. 49. С. 5–9.
Пийп Б.И. Ключевская сопка и ее извержения в 1944–1945 гг. и в прошлом // Тр. лаборатории вулканологии АН СССР. 1956. Вып. 11. 308 с.
Покровский Б.Г., Волынец О.Н. Геохимия изотопов кислорода в эффузивах Курило-Камчатской дуги // Петрология. 1999. Т. 7. № 3. С. 227–251.
Сенюков С.Л., Нуждина И.Н., Дрознин Д.В. и др. Сейсмичность вулкана Ключевской в 2021 г. в связи с побочным прорывом имени Г.С. Горшкова // Проблемы комплексного геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов. 2021. С. 228–235.
Тарарин И.А., Бадрединов З.Г., Дриль С.И. Геохимия и возраст метаморфических пород Хавывенской возвышенности Восточной Камчатки // Геохимия. 2007. № 9. С. 962–980.
Тарарин И.А., Дриль С.И., Сандимирова Г.П. и др. Изотопный состав стронция, неодима и свинца в метаморфических породах Хавывенской возвышенности Восточной Камчатки // Докл. АН. 2010. Т. 431. № 2. С. 238–241.
Федотов С.А. Магматическая питающая система и механизм деятельности Ключевского вулкана // Вулканология и сейсмология. 1993. № 3. С. 23–45.
Федотов С.А., Жаринов Н.А., Гонтовая Л.И., Собисевич А.Л. Вулкан Ключевской (Камчатка): деятельность, магматическая питающая система, сейсмотомография // Изменение окружающей среды и климата, природные и связанные с ними техногенные катастрофы. Т. 2. Новейший вулканизм Северной Евразии: закономерности развития, вулканическая опасность, связь с глубинными процессами и изменениями природной среды и климата. М.: ИГЕМ РАН, 2008. С. 273–294.
Федотов С.А., Жаринов Н.А., Гонтовая Л.И. Магматическая питающая система Ключевской группы вулканов (Камчатка) по данным об ее извержениях, землетрясениях, деформациях и глубинном строении // Вулканология и сейсмология. 2010. № 1. С. 3–35.
Хренов А.П., Маханова Т.М., Богатиков О.А., Платэ А.Н. Результаты аэрокосмических исследований вулканов Камчатки (Ключевская группа вулканов) // Вулканология и сейсмология. 2002. № 2. С. 3–20.
Хубуная С.А., Соболев А.В. Первичные расплавы известково-щелочных магнезиальных базальтов Ключевского вулкана // Докл. АН. 1998. Т. 360. № 1. С. 100–102.
Хубуная С.А., Гонтовая Л.И., Соболев А.В., Хубуная В.С. К вопросу о магматических очагах под вулканом Ключевской // Вулканология и сейсмология. 2018. № 2. С. 14–30.
Черкашин Р.И., Иванов В.В., Озеров А.Ю. и др. Активность вулкана Ключевской в ноябре 2019–июне 2020 гг. // Вест. КРАУНЦ. Науки о Земле. 2020. № 2(46). С. 5–9.
Acocella V. Neri M. What makes flank eruptions? The 2001 Etna eruption and its possible triggering mechanisms // Bull. Volcanol. 2003. V. 65. № 7. C. 517–529.
Auer S., Bindeman I., Wallace P. et al. The origin of hydrous, high-δ18O voluminous volcanism: diverse oxygen isotope values and high magmatic water contents within the volcanic record of Klyuchevskoy volcano, Kamchatka, Russia // Contrib. Mineral. Petrol. 2009. V. 157. № 2. P. 209–230.
Bergal-Kuvikas O., Nakagawa M., Kuritani T. et al. A petrological and geochemical study on time-series samples from Klyuchevskoy volcano, Kamchatka arc // Contrib. Mineral. Petrol. 2017. V. 172. № 5. P. 1–16.
Bergal-Kuvikas O., Chugaev A., Larionova Yu. et al. Major, trace element and Sr-Nd-Pb isotopic geochemistry of Gorshkov vent (18.02–21.03.2021), Klyuchevskoy volcano (Kamchatka, Russia): restart a new cycle of volcanic activity? // Geochem. Int. 2023. № 3. in the press.
Bindeman I.N. Ponomareva V.V., Bailey J.C., Valley J.W. Volcanic arc of Kamchatka: a province with high-δ18O magma sources and large-scale 18O/16O depletion of the upper crust // Geochim. Cosmochim. Acta. 2004. V. 68. № 4. P. 841–865.
Chugaev A., Chernyshev I., Lebedev V., Eremina A. Lead Isotope composition and origin of the quaternary lavas of Elbrus Volcano, the Greater Caucasus: High-precision MC-ICP-MS data // Petrology. 2013. V. 21. № 1. P. 16–27.
Dorendorf F., Wiechert U., Wörner G. Hydrated sub-arc mantle: a source for the Kluchevskoy volcano, Kamchatka/Russia // Earth Planet. Sci. Lett. 2000. V. 175. № 1–2. P. 69–86.
Gavrilenko M., Herzberg C., Vidito C. et al. A calcium-in-oli-vine geohygrometer and its application to subduction zone magmatism // J. Petrol. 2016. T. 57. № 9. P. 1811–1832.
Gudmunsson A., Oskarsson N., Gronvold K. et al. The 1991 eruption of Hekla, Iceland // Bull. Volcanol. 1992. V. 54. № 3. P. 238–246.
Kayzar T.M., Nelson B.K., Bachmann O. et al. Deciphering petrogenic processes using Pb isotope ratios from time-series samples at Bezymianny and Klyuchevskoy volcanoes, Central Kamchatka Depression // Contrib. Mineral. Petrol. 2014. V. 168. № 4. P. 1–28.
Kersting A., Arculus R. Pb isotope composition of Klyuchevskoy volcano, Kamchatka and North Pacific sediments: implications for magma genesis and crustal recycling in the Kamchatkan arc // Earth Planet. Sci. Lett. 1995. V. 136. № 3–4. P. 133–148.
Koulakov I., Abkadyrov I., Al Arifi N. et al. Three different types of plumbing system beneath the neighboring active volcanoes of Tolbachik, Bezymianny, and Klyuchevskoy in Kamchatka // J. Geophys. Res.: Solid Earth. 2017. V. 122. № 5. P. 3852–3874.
Ludden J.N. Eruptive patterns for the volcano Piton de la Fournaise, Reunion Island // J. Volcanol. Geotherm. Res. 1977. V. 2. № 4. P. 385–395.
Melnik O., Lyukhovsky V., Shapiro N. et al. Deep long period volcanic earthquakes generated by degassing of volatile-rich basaltic magmas // Nature Communicat. 2020. V. 11. № 1. P. 1–7.
Mironov N.L., Pletchov P.Y., Portnyagin M.V., Khubunaya S.A. Final stages of magma evolution in Klyuchevskoy volcano, Kamchatka: evidence from melt inclusions in minerals of high-alumina basalts // Petrology. 2001. V. 9. № 1. P. 51–69.
Ozerov A.Y. The evolution of high-alumina basalts of the Klyuchevskoy volcano, Kamchatka, Russia, based on microprobe analyses of mineral inclusions // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2000. T. 95. № 1–4. C. 65–79.
Peltier A., Bachelery P., Staudacher T. Magma transport and storage at Piton de La Fournaise (La Réunion) between 1972 and 2007: A review of geophysical and geochemical data // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2009. V. 184. № 1–2. P. 93–108.
Putirka K.D. Igneous thermometers and barometers based on plagioclase + liquid equilibria: Tests of some existing models and new calibrations // Amer. Mineral. 2005. V. 90. №. 2–3. P. 336–346.
Putirka K.D. Thermometers and barometers for volcanic systems // Rev. Mineral. Geochem. 2008. V. 69. № 1. C. 61–120.
Rehkämper M., Halliday A.M. Accuracy and long-term reproducibility of lead isotopic measurements by multiple-collector inductively coupled plasma mass spectrometry using an external method for correction of mass discrimination // Int. J. Mass Spectrom. 1998. V. 181. № 1–3. P. 123–133.
Sharp A.D.L., Davis P.M., Gray F. A low velocity zone beneath Mount Etna and magma storage // Nature. 1980. V. 287. № 5783. P. 587–591.
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.
Turner S., Sims K., Reagan M. A 210Pb–226Ra–230Th–238U study of Klyuchevskoy and Bezymianny volcanoes, Kamchatka // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. V. 71. № 19. P. 4771–4785.
Viccaro M., Giacomoni P., Ferlito C., Cristofolini R. Dynamics of magma supply at Mt. Etna volcano (Southern Italy) as revealed by textural and compositional features of plagioclase phenocrysts // Lithos. 2010. V. 116. № 1–2. P. 77–91.
Yokoyama I. Parasitic eruptions on Sakurajima Volcano // Bull. Volcanol. Soc. Jpn. 2013. V. 58 № 1. P. 91–102.
Yokoyama I. Eruption patterns of parasitic volcanoes // Ann. Geoph. 2015. V. 58. № 3. P. 1–17.