333

QUATERNARY VOLCANISM IN THE PERªANI MOUNTAINS (ROMANIA)

GEOLOGICA CARPATHICA, 55, 4, BRATISLAVA, AUGUST 2004

333–339

SHORT-LIVED QUATERNARY VOLCANISM IN THE PERªANI

MOUNTAINS (ROMANIA) REVEALED BY COMBINED K-Ar AND

PALEOMAGNETIC DATA

CRISTIAN G. PANAIOTU

1

, ZOLTÁN PÉCSKAY

2

, ULRICH HAMBACH

3

, IOAN SEGHEDI

4

,

CRISTINA E. PANAIOTU

1

, ITAYA TETSUMARU

5

, MIHAI ORLEANU

6

 and ALEXANDRU SZAKÁCS

4

1

University of Bucharest, Paleomagnetism Laboratory, Bãlcescu 1, 70111 Bucharest, Romania;  panaiotu@geo.edu.ro

2

Institute of Nuclear Research of the Hungarian Academy of Sciences, Bem Tér 18c, 4001 Debrecen,  Hungary

3

Geosciences University of Bayreuth, Chair of Geomorphology, 95440 Bayreuth, Germany;  ulrich.hambach@uni-bayreuth.de

4

Institute of Geodynamics “Sabba S. Stefãnescu”, str. Jean-Luis Calderon 19–21, 70201 Bucharest, Romania

5

Research Institute of Natural Sciences, Okayama University of Science, Ridai-cho1–1, 700-0005 Okayama, Japan

6

Leinberger Str. 6, 44141 Dortmund, Germany

(Manuscript received February 19, 2003; accepted in revised form October 2, 2003)

Abstract: New K-Ar ages combined with paleomagnetic data demonstrate that the basaltic volcanism in the Perºani

Mountains occurred in two relatively short phases. The first one lasted several tens of thousands of years around 1.2 Ma

and it seems that the inception of the volcanic activity took place in two isolated places and reached the maximum extent

during the Cobb Mountain Normal Polarity Subchron when larger areas were covered. The second phase started just

before 600 ka and was restricted to the central area of the volcanic field. One lava flow of this phase recorded a short-

lived reversed polarity event inside the Brunhes Normal Chron, probably the 15β reversal excursion. The duration of this

phase was less than 200 kyr, which is the best estimate according to the available radiometric data.

Key words: Carpathians, Perºani Mountains, Quaternary volcanism, alkali basalts, K-Ar data, paleomagnetism, magnetic

polarity.

Introduction

The  alkali  basaltic  volcanism  in  the  Perºani  Mountains,  al-

though of modest extension (ca. 22×8 km), represents an im-

portant  Quaternary  alkali  basaltic  province  inside  the  Car-

pathians  and  south-eastern  Europe.  Previous  K-Ar  data

pointed to a Late Pliocene, Early and Middle Pleistocene vol-

canic  activity  (Casta  1980;  Ghenea  et  al.  1981;  Mihãilã  &

Kreuzer  1981;  Downes  et  al.  1995).  Paleomagnetic  studies

(Hambach et al. 1994; Pãtraºcu et al. 1994) showed a strong

bias towards normal polarity and intermediate directions but

only a few reversed polarities. Because this pattern cannot be

explained by a long lasting volcanic activity, a new study was

initiated  to  obtain  more  reliable  K-Ar  data  in  order  to  con-

strain better the timing of volcanic activity.

Geological settings and sampling

Well-preserved volcanic structures show spectacular topo-

graphic features in the Perºani Mountains: more or less eroded

conical hills and remnants of scoria cones on top of a “volca-

nic  plateau”.  Volcanological  investigations  revealed  several

successive  stages,  each  one  starting  with  phreatic  or

phreatomagmatic  eruptions  followed  by  a  less  energetic

strombolian  or  effusive  activity  (Seghedi  &  Szakács  1994).

Fossil  soils  (e.g.  Bogata  Quarry,  Bârc  Quarry)  separate  se-

quences  of  pyroclastics  and  lava  flows  (Seghedi  &  Szakács

1994), however, without giving exact information about dura-

tion of interruptions in volcanic activity.

The initiation of the volcanic activity is represented by thin-

ly-bedded pyroclastic deposits with plan-parallel, undulatory

or  cross  lamination  and  frequent  bomb-sags  indicating  near

vent  phreatomagmatic  explosion-derived  dilute  density  cur-

rents and co-surge fall-out deposition resulting from the inter-

action  of  ascending  magma  with  the  shallow  water  table.

These deposits are organized as a number of maar or tuff-ring

type volcanic structures (Sãrata, Racoº, Mãguricea, and Bârc).

Such structures are overlain by strombolian fall-out deposits,

which constructed volcanic cones, and by lava flows of vari-

able thickness. Thicker lavas generally display various platy,

columnar  or  blocky  jointings  inside  the  flow-body,  breccia-

tions at the base and clinker-like features at the top. Five iso-

lated  volcanic  structures  have  been  recognized,  three  in  the

north (Sãrata, Racoº and Mateiaº) and one in the south (Coma-

na) as well as a more complex volcanic area in the central part

(between Hoghiz and Bogata Valley).

For  the  K-Ar  measurements  we  sampled  mostly  the  fresh

lava flows, however, in some cases loose fragments have been

also sampled (e.g. a fragment at the base of the upper Bârc

lava flow and a fragment of strombolian bomb belonging to

the Gruiu cone), in order to accurate the judgment of the event

succession. Each collected sample had 2 kg wt. and was mac-

roscopically free of xenoliths. The most suitable samples (free

of any alteration and xenoliths) were selected on the basis of

the examination of thin sections.

334

PANAIOTU et al.

Sampling  sites  for  paleomagnetic  investigations  cover  all

the  volcanic  structures,  though  samples  are  mainly  derived

from lava flows. From each site at least 3 block samples or 6

cores have been collected (Table 2). Exogene alterations and

lightning areas have been avoided. Fig. 1 shows sample loca-

tions on a simplified volcanological map.

Fig. 1. Volcanological sketch-map of the Perºani Mountains — Quaternary ba-

saltic province. Inset map shows location of the Perºani Mountains in Romania.

1 — Prevolcanic basement (Mesozoic and Cenozoic). First phase: 2 — Initial

pyroclastics  (phreatomagmatic  deposits);  3  —  Scoria  cones;  4  —  Lava  flows.

Second phase: 5 — Pyroclastics (phreatomagmatic deposits); 6 — Scoria cones;

7 —  Lava flows; 8 — Holocene alluvia; 9 — Sampling sites for K-Ar. Sampling

sites for paleomagnetism: 10 — Normal polarity; 11 — Reversed polarity; 12 —

Transitional  directions.

Experimental methods

The samples for K-Ar datings were crushed and

sieved  to  250–100 µm.  Sieved  fraction  was

washed  with  distilled  water  and  dried  at  110  °C

for 24 h for Ar-analysis. A portion of the fraction

was ground using an agate mortar and the result-

ing  powder  was  analysed  for  potassium.  Due  to

the mineralogical and petrological character of the

rock samples principally the K-Ar age determina-

tion  was  carried  out  on  “whole  rock”  samples,

however,  in  some  cases  the  analytical  work  has

been  made  on  the  “groundmass  rich  fractions”

(iron-oxides and plagioclase phenocrysts were re-

moved  using  a  permanent  magnet  and  an  isody-

namic separator).

In the ATOMKI, Debrecen, conventional exper-

imental  techniques  were  used  for  the  argon  and

the potassium analysis. Details of the procedures

are those described in Pécskay & Molnár (2002).

The  results  of  calibration  of  the  instruments  and

the  applied  methods  have  been  described  else-

where (Balogh 1985). All analytical errors given

in  Table 1  represent  one  standard  deviation  (i.e.

68% analytical confidence level).

In  Okayama  University  the  K-Ar  dating  has

been  made  following  the  methods  described  by

Nagao et al. (1984) and Itaya et al. (1991). Potas-

sium was analysed by flame photometry using a

2000 ppm Cs buffer. Its analytical error is within

2 % at the 2 sigma confidence level. Argon was

analysed by a 15 cm radius sector type mass spec-

trometer  with  a  single  collector  system  using  an

isotopic  dilution  method  with  a  spike  of 

38

Ar.

Multiple runs of standard (JG-1 biotite, 91 Ma) in-

dicate that the error of Ar analysis is about 1 % at

the 2 sigma confidence level.

Calculations of K-Ar ages were made using the

decay constants given by Steiger & Jäger (1977).

K-Ar data from the Perºani Mountains

The  new  K-Ar  ages  are  presented  in  Table 1.

For  the  sake  of  checking  reproducibility  of  Ar

analysis duplicate measurements have been made

on samples No. 4390 and No. 4389 respectively.

These  samples  have  significant  importance  be-

cause  they  belong  to  different  lava  flows.  Data

show that basaltic volcanism in the Perºani Moun-

tains occurred in two phases: first phase between

1.5–1.2 Ma and the second phase between 0.67–

0.52 Ma.  Comparing  these  data  with  K-Ar  ages

from Downes et al. (1995) we found a good agreement for the

age of Racoº Complex and an important difference for the age

of  lava  flows  from  Bârc  Valley  where  they  reported  an  age

around 1.6 Ma. This discrepancy points out the difficulties to

obtain good K-Ar ages for this type of rocks. The assumption

that the 

40

Ar/

36

Ar ratio of argon trapped in volcanic rocks at

                                                 335

QUATERNARY VOLCANISM IN THE PERªANI MOUNTAINS (ROMANIA)

Presented  data  set  includes  26  sites.  The  age  of  each  site

was established by direct K-Ar dating or by a direct geological

relation to a dated lava flow: 19 sites belong to phase 1 and 4

sites belong to phase 2. Last four sites in Table 2 (marked with

“?”)  still  lack  well  established  ages  so  they  were  excluded

from further analysis. Data were divided in sites with normal

polarity, reversed polarity and transitional directions accord-

ing  to  the  virtual  geomagnetic  pole  (VGP)  latitude  for  each

site (latitude >45° N for normal polarity, latitude >45° S for

reversed polarity, latitude = 45° N or S for transitional direc-

tions) (Fig. 2).

Normal  polarity  (7  sites,  probably  from  4–5  independent

flows) and transitional directions (8 sites from 4 flows in the

Racoº Complex and 1 flow in Bogata Quarry) dominate sites

from phase 1. Only four sites (from 2–3 lava flows: Turzun

and Comana) have reversed polarity. From phase 2, one site

has a reversed polarity and the other two flows (3 sites) have

normal polarity.

Correlation of magnetic polarity data and K-Ar ages

To correlate the observed magnetic polarities with the polar-

ity time scale, several histograms of K-Ar ages were computed

using  the  method  of  Vandamme  et  al.  (1991).  Each  datum

from Table 1 is given unit weight and represented by a Gauss-

ian  distribution  with  standard  deviation  equal  to  age  uncer-

tainty. This flattens the large uncertainty data and emphasizes

the most precise results. The smooth histogram represents the

sum of all individual Gaussian distributions. The precise loca-

tion of the peak and duration of the tails do not reflect the tim-

ing of volcanic activity, but parameters linked to argon-loss or

argon-excess process. This would account for the asymmetric

nature of the histogram with its sharp rise, actually the most

eruption is atmospheric (295.5) often gives a large systematic

“geological error” in the K-Ar dating of Quaternary basaltic

rocks, especially younger than 1 Ma. There are two possible

sources of error: a) the existence of excess Ar; b) mass-frac-

tionated initial Ar. The major source of excess Ar is supposed

to  be  the  magma  itself  (Balogh  et  al.  1994).  Frequently  the

mafic  phenocrysts  (olivine,  pyroxene  and  amphibole)  and

crustal quartz xenolith proved to be carriers of excess Ar, too

(Fuhrmann & Lippolt 1986). If mass-fractionation of initial Ar

occurred this should give a 

38

Ar/

36

Ar ratio different from the

atmospheric ratio, so simply determining the 

38

Ar/

36

Ar ratio in

samples  can  check  this.  The  error  sources  other  than  those

mentioned above are uncertainty in the blank correction and

instabilities in the sensitivity of mass spectrometer. All these

factors produce overlapping of the confidence limits for ages,

which make it difficult to distinguish between lava flows.

To avoid any dubious conclusion caused by age disturbing

effects,  K-Ar  ages  will  be  analysed  further  in  combination

with paleomagnetic data.

Paleomagnetic data from the Perºani Mountains

The  compilation  of  previous  paleomagnetic  results  (Ham-

bach et al. 1994; Pãtraºcu et al. 1994) in conjunction with two

new sites is presented in Table 2. All data from Table 2 fulfill

the minimum criteria of McElhinny & McFadden (1997) for

data quality in secular variation studies from lava flows: (1)

there can be no suggestion that the sampling region has been

subjected to any tectonic effects; (2) a minimum N=2 samples

per lava flow (site) should have been studied; (3) stability of

the magnetization must have been tested by some demagneti-

zation method; (4) the radius of the circle of 95% confidence

(α

95

) for each site must be <20°.

Fig. 2. Equal-area projection of VGPs from the Perºani Mountains: full square — lower hemisphere; open triangle — upper hemisphere.

Dotted circle — limit of secular variation (45° north or south).

336

PANAIOTU et al.

significant feature with respect to true age. The width of the

histogram peak at half amplitude is probably the best estimate

of  the  geological  age.  We  computed  several  histograms

(Fig. 3)  grouping  the  data  from  Table 1  according  to  their

magnetic polarity and volcanic phase. The histogram for tran-

sitional directions was constructed using both data from Ta-

ble 1 and the age (1.19±0.05 Ma) reported for the Racoº vol-

cano by Downes et al. (1995).

Looking at the position of the histogram peaks for phase 1

on the polarity time scale, it is obvious that expected magnetic

polarities should be dominated by reversed polarity. On con-

trary, paleomagnetic polarities measured in lava flows belong-

ing to this volcanic phase are dominantly normal and transi-

tional.  This  aspect  reduces  dramatically  the  duration  of

eruptions and suggests that most of volcanic activity was dur-

ing  Cobb  Mountain  Normal  Polarity  Subchron  (CMNS).  In

order to check if our K-Ar ages are in agreement with this in-

terpretation, we computed a new histogram combining all sites

with  normal  and  transitional  directions.  The  width  of  histo-

gram peak at half amplitude suggests an age between 1.15 Ma

and 1.4 Ma. This time interval includes the age accepted for

CMNS  between  1.17  and  1.24 Ma  (Table 3).  The  combined

histogram  is  asymmetric  with  a  tail  toward  older  ages.  The

asymmetry  was  produced  by  K-Ar  ages  obtained  from  sites

with normal polarity, most of them achieved from the Bogata

area and reflecting excess argon in samples. For this reason,

the symmetrical histogram for transitional directions gives a

better estimation for the age of the first phase: 1.24±0.09 Ma.

This  age  confirms  the  suggestion  of  Hambach  et  al.  (1994)

that transitional directions from the lava flows of the Racoº

Complex recorded the CMNS. The new K-Ar data show that

not only the transitional directions of CMNS were recorded,

but also the normal polarity associated with this subchron. The

duration of CMNS based on paleomagnetic studies on sedi-

ments  is  around  88 kyr  (Clement  &  Martinson  1992),  with

normal polarity around 30 kyr (Clement & Martinson 1992) or

23 kyr (Yang et al. 2001) or even 10 kyr (Horng et al. 2002).

Fig.  3.  Histograms  of  K-Ar  ages  from  the  Perºani  Mountains:  1  —

phase 1 reversed polarity; 2 — phase 1 normal polarity; 3 — phase 1

transitional directions; 4 — phase 1 combined normal and transitional

directions; 5 — phase 2 normal polarity; 6 — phase 2 reversed polari-

ty; 7 — phase 2 combined normal and reversed polarity. Main Geo-

magnetic  polarity  time  scale  after  Cande  &  Kent  (1995):  black  =

normal polarity; white = reversed polarity. Full white bands are short-

lived  global  polarity  events  inside  the  Brunhes  Normal  Chron  after

Langereis et al. (1997) and Quidelleur et al. (1999), 15α = Big Lost;

15β  =  La  Palma.  Position  of  reversal  and  events  during  the  late

Matuyama  Reversed  Chron  are  after  Singer  et  al.  (1999).  CMNS  =

Cobb Mountain Normal Polarity Subchron.

Table 1: K-Ar ages (Ma) from basaltic lavas of the Perºani Mountains.

Locality 

Lab.  

Nr. 

Dated  

fraction 

K % 

40

Ar 

rad % 

40

Ar rad 

cc STP/gr 

K-Ar age 

Debrecen 

K-Ar age 

Okayama 

Magnetic 

polarity 

Phase 1 

Turzun 

5162 

wr 

0.94 

  9.1 

5.295 ´ 10

–8

 

1.44 ± 0.22 

 

Reversed 

Comana Quarry 

5163 

wr 

0.87 

11.0 

5.286 ´ 10

–8

 

1.53 ± 0.23 

 

Reversed 

Sãrata 

4799 

wr 

1.26 

10.0 

6.609 ´ 10

–8

 

1.34 ± 0.18 

 

Normal 

Hoghiz 

4391 

wr 

1.06 

16.9 

5.552 ´ 10

–8

 

1.35 ± 0.11 

 

Normal 

Bogata Valley 

5164 

wr 

1.29 

15.6 

7.239 ´ 10

–8

 

1.44 ± 0.13 

 

Normal 

Bârc Valley 

4390 

wr 

1.42 

15.1 

7.542 ´ 10

–8

 

1.36 ± 0.14 

 

Normal 

Bârc Valley 

4390 

wr 

1.42 

15.7 

7.757 ´ 10

–8

 

1.39 ± 0.13 

 

Normal 

Bârc lithic  

4382 

wr 

1.31 

34.3 

6.384 ´ 10

–8

 

1.25 ± 0.06 

 

- 

Bogata Quarry 

4386 

wr 

1.53 

  8.9 

7.583 ´ 10

–8

 

1.27 ± 0.20 

 

Transitional 

Racoº low 

4387 

wr 

0.67 

15.4 

3.180 ´ 10

–8

 

 

1.21 ± 0.12 

Transitional 

Racoº middle 

3517 

wr 

1.24 

29.9 

6.022 ´ 10

–8

 

1.24 ± 0.06 

 

Transitional 

Racoº upper (Hegheº) 

4388 

pm 

1.33 

  7.9 

6.744 ´ 10

–8

 

1.39 ± 0.24 

 

Transitional 

Racoº upper (Hegheº) 

4388 

wr 

1.22 

24.3 

6.040 ´ 10

–8

 

 

1.27 ± 0.07 

Transitional 

Phase 2 

Pietrele Valley 

5682 

wr 

1.59 

11.3 

4.130 ´ 10

–8

 

0.668 ± 0.08 

 

Normal 

Old Bârc Quarry 

5683 

wr 

1.76 

15.9 

4.645 ´ 10

–8

 

0.679 ± 0.06 

 

Normal 

Bârc Quarry 

4389 

wr 

1.55 

  6.9 

3.477 ´ 10

–8

 

0.578 ± 0.12 

 

Reversed 

Bârc Quarry 

4389 

wr 

1.55 

11.1 

3.682 ´ 10

–8

 

0.612 ± 0.08 

 

Reversed 

Bârc Quarry 

4389 

wr 

1.55 

16.8 

3.810 ´ 10

–8

 

 

0.631 ± 0.05 

Reversed 

Gruiu (Fîntâna) 

5421 

wr 

1.79 

  5.9 

3.647 ´ 10

–8

 

0.524 ± 0.02 

 

 

                                                 337

QUATERNARY VOLCANISM IN THE PERªANI MOUNTAINS (ROMANIA)

K-Ar ages of reversals recorded in Turzun and Comana are af-

fected by relatively large analytic errors and excess argon, but

we  supposed  that  they  erupted  not  much  before  the  start  of

CMNS. In conclusion, the total duration of the first phase of

eruption in the Perºani Mountains was in the order of ten thou-

sand years.

The  second  phase  of  eruptions  took  place  between  0.5–

0.72 Ma, according to the width of total histogram peak at half

amplitude.  Several  eruptions  occurred  during  this  interval,

since one of them recorded one short-lived polarity event in-

side the Brunhes Normal Chron (e.g. Gubbins 1999). One lava

flow from Bârc Quarry has a paleomagnetic direction inside

Site means were computed using Fisher’s statistics (1953): n — number of specimens; Dec — paleomagnetic declination; Inc — paleomagnetic in-

clination; k — precision parameter; α

95 

— 95% confidence circle; Lat — latitude and Long — longitude of paleomagnetic pole; Polarity: N — nor-

mal, R — reversed, T — transitional directions; Ref:  1 (Hambach et al. 1994), 2 (Pãtraºcu et al. 1994), 3 (this study). Sites labeled with A, B, C were

sampled in the same lava flow.

Site 

n 

Dec (º) 

Inc (º) 

k 

á

95 

(º) 

Lat (º) 

Long (º) 

Polarity 

Phase 

Ref. 

Turzun   

  9 

168.1 

–57.1 

140 

4.4 

–77.9 

  76.2 

R 

1 

2 

Comana  Quarry (A) 

24 

164.8 

–65.4 

     84.7 

3.2 

–79.4 

129.6 

R 

1 

1 

Comana  Quarry (B) 

  6 

160.6 

–64.7 

242 

4.3 

–76.6 

105.7 

R 

1 

2 

Comana  Old Quarry 

  6 

152.5 

–61.7 

295 

4.5 

–70.2 

116.1 

R 

1 

3 

Sãrata  

14 

    6.3 

 55.6 

260 

2.5 

  79.1 

177.7 

N 

1 

1 

Racoº (1) 

12 

110.8 

   8.6 

  21 

9.7 

–11.1 

  97.2 

T 

1 

1 

Racoº (2) 

  8 

130.6 

   4.7 

  82 

6.1 

–25.0 

  82.2 

T 

1 

1 

Racoº (3A) 

14 

143.0 

 10.1 

     84.5 

4.3 

–29.3 

  68.8 

T 

1 

1 

Racoº (4B) 

10 

137.6 

   8.8 

246 

3.1 

–27.1 

  74.4 

T 

1 

1 

Racoº (5C) 

  6 

138.7 

   7.9 

  91 

7.1 

–27.1 

  73.5 

T 

1 

2 

Racoº (Hegheº)  

14 

129.6 

   0.1 

107 

3.9 

–26.2 

  84.6 

T 

1 

1 

Hoghiz   

17 

   13.0 

 63.9 

431 

1.7 

  81.0 

113.1 

N 

1 

1 

Bogata Valley (1) 

  5 

   20.7 

 57.2 

  76 

8.8 

  72.6 

136.1 

N 

1 

1 

Bogata Valley (2) 

  9 

   17.6 

 59.0 

943 

1.7 

  75.7 

134.8 

N 

1 

1 

Bogata Valley (3) 

23 

359.4 

 61.6 

   157.6 

2.4 

  86.7 

212.8 

N 

1 

1 

Bogata Valley (4) 

  6 

337.4 

 62.9 

528 

5.4 

  73.8 

    297 

N 

1 

2 

Bogata Quarry (A) 

19 

232.8 

–50.6 

260 

2.1 

–47.1 

296.2 

T 

1 

1 

Bogata Quarry (B) 

  6 

225.4 

–47.5 

154 

6.2 

–50.6 

305.4 

T 

1 

2 

Bârc Valley   

15 

    4.8 

 61.6 

   88 

4.1 

 85.3 

156.4 

N 

1 

1 

Bârc Quarry  

15 

216.6 

–55.9 

504 

1.7 

–61.2 

301.4 

R 

2 

1 

Bârc Old Quarry 

  5 

342.1 

 69.3 

   74 

6.8 

  76.5 

332.5 

N 

2 

3 

Pietrele (A) 

  7 

   10.7 

 67.5 

369 

4.0 

  81.6 

  79.6 

N 

2 

1 

Pietrele (B) 

  6 

   13.6 

 74.2 

   1585 

1.7 

  73.4 

  49.1 

N 

2 

2 

Mateiaº Quarry 

14 

    3.1 

 64.3 

360 

2.1 

  87.8 

110.4 

N 

1? 

1 

Mãguricea  

16 

   29.6 

 51.6 

226 

2.5 

  63.5 

136.0 

N 

1? 

1 

Trestia Valley (1) 

  7 

   10.7 

 67.5 

   369.3 

4.0 

  81.6 

  79.6 

N 

1? 

1 

Trestia Valley (2) 

  6 

348.5 

 74.3 

273 

4.4 

  73.8 

  74.9 

N 

1? 

2 

Table 2: Site mean paleomagnetic data from basaltic volcanism in the Perºani Mountains.

Radiometric ages (Ma) 

Magnetic 

Reversal 

Astronomical age 

(Ma) 

Combined 

40

Ar/

39

Ar 

K-Ar 

Cobb Mountain Normal Subchron 

Cobb Mt. 

1.173±0.004 (top) 

(1) 

1.185±0.005 (base) 

1.190 

(2)

 

1.21–1.24 

(2)

 

1.181±0.007 

(2)

 

 

 

Racoº 

 

 

 

 

1.19±0.05 

(3)

 

1.24±0.09 

(7)

 

Excursions in Brunhes Chron 

Big Lost 

0.573±0.03 

(4)

 

 

 

 

0.565±0.014 

(4)

 

 

La Palma 

 

 

 

0.602±0.012 

(5)

 

 

 

15a 

0.573 

(6)

 

 

 

 

 

 

15b 

0.604 

(6)

 

 

 

 

 

 

Bârc Quarry 

 

 

 

 

 

0.63±0.08 

(7)

 

 

 

1

Horng  et  al.  (2002); 

2

Singer  et  al.  (1999)  and  references  therein; 

3

Downes  et  al.  (1995); 

4

Langereis  et  al.  (1997)  and  references  therein;

5

Quidelleur et al. (1999);

 6

Lund et al. (2001); 

7

this study.

Table 3: Comparison of magnetic reversal ages used in this paper.

the secular variation limits for a full reversal. The age of this

reversed polarity event is around 0.63±0.08 Ma considering

the symmetrical histogram computed from the K-Ar ages de-

termined from this quarry (Table 1). This interval includes two

reversal  excursions,  reported  both  in  lava  flows  and  sedi-

ments. The most detailed record of this sequence of excursions

was  recovered  from  Leg  172  sediments  (Lund  et  al.  2001).

The  older  excursion  15β  has  an  astronomical  age  around

604 ka and strongly negative inclinations and significant dec-

lination variability. According to this age estimation, 15β ex-

cursion can be correlated with an excursion of the geomagnet-

ic  field  characterized  by  strongly  abnormal  directions

338

PANAIOTU et al.

associated with a field intensity as low as 7 µT identified in a

lava  flow  sequence  from  La  Palma,  Canary  Islands

(602±12 ka  obtained  by  K/Ar  dating,  using  the  Cassignol

technique, Quidelleur et al. 1999). This age is concordant with

a  minimum  observed  in  the  global  SINT800  composite

record, derived from worldwide deep-sea records of relative

paleointensity (Guyodo & Valet 1999). Taking into account

this directional behaviour, 15β can be defined as a short dura-

tion of the altered polarity according to the definition of Gub-

bins  (1999)  or  a  reversal  excursion  (e.g.  Langereis  et  al.

1997). The younger excursion, 15α, has an age of 573 ka and

less directional variability with minimum inclinations reach-

ing only 0°. It can be classified as a large secular variation

event. Both the age and the directional behaviour of 15α are

similar to the event CR3 found in an eastern Mediterranean

piston core (Langereis et al. 1997). Langereis and co-workers

correlated it with the Big Lost Event. Since the direction re-

corded in the Bârc Quarry look like a full reversal, we sup-

posed that the best correlation is with 15β which is also a full

reversal and not with Big Lost.

Conclusions

The  new  K-Ar  data  combined  with  paleomagnetic  data

demonstrate that the basaltic volcanism in Perºani Mountains

took place in two relatively short phases. The first one lasted

about ten thousand years around 1.2 Ma, however, not as con-

tinuous activity but showing in this interval several short term

volcanic  pulses.  At  the  actual  level  of  knowledge,  it  seems

that the volcanic activity started in two isolated places (Tur-

zun  and  Comana)  and  reached  the  maximum  extension  and

volume  during  CMNS.  The  duration  of  volcanic  activity  in

different parts of the Perºani Mountains can be estimated on

the basis of the length of CNMS from marine sediments: 1.

Racoº volcano, with transitional directions, consists of several

eruptions, suggesting its generation in less than 5 kyr; 2. The

lava flow from Bogata Quarry, with a different transitional di-

rection  than  the  Racoº  directions,  was  not  erupted  simulta-

neously with the Racoº lavas; 3. The lavas with full normal

polarity  (Sãrata,  Hoghiz,  Bogata  Valley,  Bârc  Valley)  were

emplaced in less than 10–20 kyr.

The  second  phase  started  just  before  600 ka  and  was  re-

stricted to both sides of the Bogata Valley. The duration of

this phase was less than 200 kyr, which is the best estimate ac-

cording to the available radiometric data. Paleomagnetic data

and K-Ar ages give evidence for three independent lava flows

belonging to this second phase. Additional evidence for the

long lasting gap between the two eruption phases is given by

a paleosol complex between the lavas from the Bârc Valley

(phase 1) and Bârc Quarry (phase 2). This fossil soil devel-

oped on a wind blown volcanogenic detrital sediment and not

directly on the lava flows. Such successions indicate at least

one glacial/interglacial cycle between the volcanic phases.

Our analyses demonstrate that by combining paleomagnetic

and K-Ar data with magnetic polarity time scale, it was possi-

ble to obtain more detailed and accurate information about the

age  of  volcanic  activity  in  the  Perºani  Mountains.  This  ap-

proach overcame analytical difficulties in using K-Ar dating

methods on young basaltic rocks and it helped to remove the

effect of a perturbing factor, such as excess argon. Moreover,

these results not only contributed with additional constraints

and  information  to  the  knowledge  about  the  volcanological

evolution of the Perºani Mountains in the last 1.2 Ma, but also

demonstrated the potential for studying the behaviour of the

past  geomagnetic  field.  More  analytical  (paleomagnetic  and

more precise Ar-Ar dating) and volcanological work in this

area  to  benefit  from  this  unique  feature  of  the  basaltic  lava

flows  from  the  Perºani  Mountains  to  record  both  the  Cobb

Mountain  Normal  Subchron  and  reversal  excursions  inside

the Brunhes Chron.

Acknowledgments: K-Ar dating was done in the framework

of bilateral agreements between the Romanian Academy and

Hungarian Academy of Sciences, between 1995–2002.

References

Balogh K. 1985: K-Ar dating of Neogene volcanic activity in Hun-

gary.  Experimental  technique,  experiences  and  methods  of

chronological studies. ATOMKI Reports D/1, 277–288.

Balogh K., Vass D. & Ravasz-Baranyai L. 1994: K/Ar ages in the

case  of  correlated  K  and  excess  Ar  concentrations:  A  case

study for the alkaline olivine basalt of Somoška, Slovak-Hun-

garian frontier. Geol. Carpathica 45, 2, 97–102.

Cande S.C. & Kent D.V. 1995: Revised calibration of the geomag-

netic polarity time scale for the Late Cretaceous and Cenozoic.

J. Geophys. Res. B4, 6093–6095.

Casta  L.  1980:  Les  formations  Quaternaires  de  la  Depression  de

Brasov (Roumanie). Thèse Univ. d’Aix, Marseilles, 1–256.

Clement B.M. & Martinson D.G. 1992: A quantitative comparison

of two paleomagnetic records of the Cobb Mountain Subchro-

nozone  from  North  Atlantic  deep-sea  sediments.  J.  Geophys.

Res. 94, 1735–1752.

Downes H., Seghedi I., Szakács A., Dobosi G., James D.E., Vaselli

O., Rigby I.J., Ingram G.A., Rex D. & Pécskay Z. 1995: Petrol-

ogy  and  geochemistry  of  late  Tertiary/Quaternary  mafic  alka-

line volcanism in Romania. Lithos 35, 65–81.

Fisher  R.A.  1953:  Dispersion  on  a  sphere.  Proc.  Roy.  Soc.  217,

295–305.

Fuhrmann U. & Lippolt H.J. 1986: Excess argon and dating of Quater-

nary  Eifel  Volcanism:  II.  Phonolitic  and  foiditic  rocks,  near

Rieden, East Eifel/FRG. Neu. Jb. Geol. Paläont. Abh. 172, 1, 1–19.

Ghenea C., Bandrabur T., Mihaila N., Rãdulescu C., Samson P. &

Rãdan S. 1981: Pliocene and Pleistocene deposits in the Braºov

Depression.  Guidebook  for  the  INQUA  field  excursion,  IGR,

Bucharest, 12–18.

Gubbins D. 1999: The distinction between geomagnetic excursions

and reversals. Geophys. J. Int. 137, F1–F3.

Guyodo  Y.  &  Valet  J-P.  1999:  Global  changes  in  intensity  of  the

Earth’s  magnetic  field  during  the  past  800 kyr.  Nature  399,

249–252.

Hambach U., Orleanu M., Rogenhagen J. & Schnepp E. 1994: Pale-

omagnetism of Pleistocene volcanics from the Perºani Moun-

tains,  East  Carpathians  (Romania).  Rom.  J.  of  Tectonics  and

Regional Geology 75, 20–22.

Horng C.S., Lee M.Y., Pälike H., Wei K.Y., Liang W.T., Iizuka Y.

& Torii M. 2002: Astronomically calibrated ages for geomag-

netic  reversals  within  the  Matuyama  chron.  Earth  Planets

                                                 339

QUATERNARY VOLCANISM IN THE PERªANI MOUNTAINS (ROMANIA)

Space 54, 679–690.

Itaya  T.,  Nagao  K.,  Inoue  K.,  Honjou  Y.,  Okada  T.  &  Ogata  A.

1991: Argon isotope analysis by a newly developed mass spec-

trometric system for K-Ar dating. Mineral. J. 15, 203–221.

Langereis  C.G.,  Dekkers  M.J.,  de  Lange  G.J.,  Paterne  M.  &  van

Santvoort P.J.M. 1997: Magnetostratigraphy and astronomical

calibration of the last 1.1 Myr from an eastern Mediterranean

piston core and dating of short events in the Brunhes. Geophys.

J. Int. 129, 75–94.

Lund S.P., Williams T., Acton G.D., Clement B. & Okada M. 2001:

Brunhes Chron magnetic field excursions recovered from Leg

172 sediments. In: Keigwin L.D., Rio D., Acton G.D. & Arnold

E. (Eds.): Proc. ODP, Sci. Results 172, 1–18.

Mihãilã N. & Kreuzer H. 1981: Contributions to the chronology of

basaltic  volcanism  from  central  and  southern  Perºani  Moun-

tains. Terra 4, 37–47 (in Romanian).

McElhinny  M.W.  &  McFadden  P.L.  1997:  Paleosecular  variation

over the past 5 Myr based on a new generalized database. Geo-

phys. J. Int. 131, 240–252.

Nagao K., Nishido H. & Itaya T. 1984: K-Ar determination method.

Bull. Hiruzen Res. Inst. 9, 19–38 (in Japanese with English ab-

stract).

Pãtraºcu  S.,  Panaiotu  C.,  Panaiotu  C.E.  &  Voinea  S.  1994:  A

Pliocene-Pleistocene paleomagnetic pole for Romania. Rom. J.

Physics 39, 7-8, 613–625.

Pécskay  Z.  &  Molnár  F.  2002:  Relationships  between  volcanism

and  hydrothermal  activity  in  the  Tokaj  Mountains,  Northern

Hungary, based on K-Ar ages. Geol. Carpathica 53, 5, 1–12.

Quidelleur X., Gillot P-Y., Carlut J. & Courtillot V. 1999: Link be-

tween  excursions  and  paleointensity  inferred  from  abnormal

field  directions  recorded  at  la  Palma  around  600  ka.  Earth

Planet. Sci. Lett. 168, 233–242.

Seghedi I. & Szakács A. 1994: Upper Pliocene to Quaternary basal-

tic  volcanism  in  the  Perºani  Mountains,  Romania.  Rom.  J.

Petrol. 76, 101–107.

Singer B.S., Hoffman K.A., Chauvin A., Coe R.S. & Pringle M.S.

1999:  Dating  transitionally  magnetized  lavas  of  the  late

Matuyama Chron: Toward a new 

40

Ar/

39

Ar timescale of rever-

sals and events. J. Geophys. Res. 104, B1, 679–693.

Steiger  R.H.  &  Jäger  E.  1977:  Subcomission  on  geochronology:

Convention on the use of decay constants in geology and geo-

chronology. Earth Planet. Sci. Lett. 36, 3, 359–362.

Vandamme D., Curtillot V. & Besse J. 1991: Paleomagnetism and

age distributions of the Deccan Traps (India): Results of a Nag-

pur-Bombay  traverse  and  review  of  earlier  work.  Rev.  Geo-

phys. 29, 2, 159–190.

Yang Z., Clement B.M., Acton G.D., Lund S.P., Okada M. & Will-

iams T. 2001: Records of the Cobb Mountain Subchron from

the  Bermuda  Rise  (ODP  LEG  172).  Earth  Planet.  Sci.  Lett.

193, 303–313.