Physicochemical parameters of crystallization of melts in intermediate suprasubduction chambers (by the example of Tolbachik and Ichinskii Volcanoes, Kamchatka Peninsula)

Abstract

In study of plagioclases, amphiboles, and melt inclusions, we have determined the physicochemical parameters of crystallization of melts in the intermediate suprasubduction chambers of volcanoes representing different types of subduction magmatism on the Kamchatka Peninsula: the young basaltic systems of Tolbachik Volcano (Klyuchevskaya group) and ancient Ichinskii Volcano (Sredinnyi Ridge) with alternating basaltic and felsic eruptions. For Tolbachik Volcano, we have found that plagioclase lapilli formed from basaltic melts at 1075–1115 °C and low (≤1 kbar) pressures at depths of 2–3 km. Andesite minerals crystallized within a wider range of temperatures and pressures (1220–1020 °C and 3.3–1.6 kbar) in an intermediate chamber at depths of ≤10 km. The melts were generated in basaltic magma chambers (detected well by geophysical methods at depths of 18–20 km) with minimum temperatures of ~1290 °C. For Ichinskii Volcano, three levels of intermediate chambers are distinguished. Andesites formed at depths of ≤23 km at ≤1225 °C. Dacitic melts were generated from an intermediate chamber (14 km) at 1135–1045 °C as a result of differentiation of andesitic magmas. Dacites formed in the uppermost horizons (9–3 km) at 1130–1030 °C. Despite the similarity between differentiation processes in the intermediate chambers of the Kamchatka volcanoes, each volcano is characterized by specific magmatism. The lavas of basaltic volcanoes (Tolbachik) and those of andesitic volcanoes (Ichinskii) differ in genesis and differentiation.

Magmatic plumbing systems of the monogenetic volcanic fields: A case study of Tolbachinsky Dol, Kamchatka

“…The research accomplished at the beginning of the 2012-2013 eruption involved seismological, GPS and InSAR data, and resulted in the visualization of the possible location of the magmatic chamber in 2012 during the unrest stage (Ermakov et al, 2014;Fedotov et al, 2015;Kugaenko et al, 2015b;Belousov et al, 2015;Lundgren et al, 2015). (Dobretsov et al, 2016) provides the results of mineral chemistry and melt inclusion studies with the new data on the crystallization conditions in the magmatic chambers (temperature, pressure and depth) for the Tolbachik area. The 2012-2013 eruption also revived the debate on the nature of contrast composition of rocks and resulted in series of publications with new geochemical data for the products of stratovolcanoes and monogenetic activity and new models of magma generation process here (Churikova et al, 2015a;Flerov et al, 2015;Koloskov et al, 2017;Portnyagin et al, 2015;etc.).…”

Boninites as a Criterion for the Geodynamic Development of Magmatic Systems in Paleosubduction Zones in Gorny Altai

“…Именно в этом направлении проводятся многие сейсмотомографические исследования современных субдукционных зон [Koulakov et al, 2016;Dobretsov et al, 2017]. Наши работы показали, что с помощью анализа минералов и расплавных включений можно получать информацию о параметрах магматических очагов в зонах субдукции, хорошо согласующуюся с сейсмическими данными [Dobretsov et al, 2016]. В частности, таким способом рассмотрены особенности надсубдукционных магматических камер на примере островодужной системы Камчатки [Dobretsov et al, 2016[Dobretsov et al, , 2017.…”

“…Наши работы показали, что с помощью анализа минералов и расплавных включений можно получать информацию о параметрах магматических очагов в зонах субдукции, хорошо согласующуюся с сейсмическими данными [Dobretsov et al, 2016]. В частности, таким способом рассмотрены особенности надсубдукционных магматических камер на примере островодужной системы Камчатки [Dobretsov et al, 2016[Dobretsov et al, , 2017. Данный подход приобретает особое значение при исследовании древних зон субдукции, когда невозможно применить сейсмические методы.…”

“…Расчетное моделирование с использованием состава включений и клинопироксенов из бонинитов Курайских офиолитов показало, что в одном случае при минимальных температурах (1140-1120 °С) происходил непрерывный подъем кристаллизующейся массы с глубины от 12 до 0.6 км. Для более высокотемпературных магм характерен другой путь -с выделением трех зон кристаллизации пироксенов на глубинах: 18.0-13.8 км (1245-1205 °С), 12.0-3.5 км (1240-1185 °С) и 3.3-0.6 км (1185-1145 °С), фактически соответствующих промежуточным разноглубинным магматическим камерам, характерным для современных островодужных зон субдукции [Dobretsov et al, 2016].…”

“…The pattern is different in case of higher-temperature magmas, and three zones of pyroxene crystallization are distinguished: 18.0-13.8 km (1245-1205 °С), 12.0-3.5 km (1240-1185 °С), and 3.3-0.6 km (1185-1145 °С). Actually, these zones correspond to the intermediate deep-seated magmatic chambers typical of modern island-arc subduction zones [Dobretsov et al, 2016]. Based on the detailed study of zonal phenocrysts of clinopyroxene in boninites from the Kuray ophiolites, we established the parameters of the evolution of the ascending boninite melts.…”