background image

www.geologicacarpathica.sk

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

, OCTOBER 2012, 63, 5, 423—435

 

                                                  doi: 10.2478/v10096-012-0033-3

Chronological implications of the paleomagnetic record of

the Late Cenozoic volcanic activity along the Moravia-Silesia

border (NE Bohemian Massif)

VLADIMÍR CAJZ

1

, PETR SCHNABL

1

, ZOLTAN PÉCSKAY

2

, ZUZANA SKÁCELOVÁ

3

, DANIELA

VENHODOVÁ

1

, STANISLAV ŠLECHTA

1

 and KRISTÝNA ČÍŽKOVÁ

1

1

Institute of Geology AS CR, v.v.i., Rozvojová 269, 165 00 Praha 6, Czech Republic;

cajz@gli.cas.cz;  schnabl@gli.cas.cz;  slechta@gli.cas.cz;  cizkova@gli.cas.cz

2

Institute of Nuclear Research of the Hungarian Academy of Sciences, Bem tér 18/C, H-4001 Debrecen, Hungary;  pecskay@namafia.atomki.hu

3

Czech Geological Survey, Erbenova 348, 790 01 Jeseník, Czech Republic;  zuzana.skacelova@geology.cz

(Manuscript received January 9, 2012; accepted in revised form March 13, 2012)

Abstract: This paper presents the results of a paleomagnetic study carried out on Plio-Pleistocene Cenozoic basalts from
the NE part of the Bohemian Massif. Paleomagnetic data were supplemented by 27 newly obtained K/Ar age determina-
tions. Lavas and volcaniclastics from 6 volcanoes were sampled. The declination and inclination values of paleomagnetic
vectors vary in the ranges of 130 to 174 and —85 to —68° for reversed polarity (Pleistocene); or 345 to 350° and around 62°
for normal polarity (Pliocene). Volcanological evaluation and compilation of older geophysical data from field survey
served as the basis for the interpretation of these results. The Pleistocene volcanic stage consists of two volcanic phases,
fairly closely spaced in time. Four volcanoes constitute the Bruntál Volcanic Field; two others are located 20 km to the E
and 65 km to the NW, respectively. The volcanoes are defined as monogenetic ones, producing scoria cones and lavas.
Exceptionally, the largest volcano shows a possibility of remobilization during the youngest volcanic phase, suggested by
paleomagnetic properties. The oldest one (4.3—3.3 Ma), Břidličná Volcano, was simultaneously active with the Lutynia
Volcano (Poland) which produced the Zálesí lava relic (normal polarity). Three other volcanoes of the volcanic field are
younger and reversely polarized. The Velký Roudný Volcano was active during the Gelasian (2.6—2.1 Ma) and possibly
could have been reactivated during the youngest (Calabrian, 1.8—1.1 Ma) phase which gave birth to the Venušina sopka and
Uhlířský vrch volcanoes. The reliability of all available K-Ar data was evaluated using a multidisciplinary approach.

Key words: Plio-Pleistocene basalts, paleomagnetism and magnetostratigraphy, volcanology, K/Ar dating, airborne
magnetometry and gravimetry, Moravia and Silesia.

Introduction

Cenozoic  volcanism  in  the  NE  part  of  the  Bohemian  Massif
occurs prevalently in Polish Silesia. It stretches into the territory
of the Czech Republic to a limited extent only. The volcanic
locations of this wider area constitute the Odra Tectono-Vol-
canic Zone (OTVZ, sensu Kopecký 1987) of the WNW—ESE
strike,  as  a  part  of  the  so-called  Bohemo-Silesian  Volcanic
Arc. Volcanic rocks are located mostly inside the Fore-Sudetic
Block which is limited by the Odra Fault in the NE (outside
the  studied  area  in  Poland)  and  the  Sudetic  Marginal  Fault
(SMF) in the SW, and elongated parallel to the OTVZ.

The  basaltic  volcanic  products  in  northern  Moravia  and

southernmost Silesia are among the youngest in the territory
of the Bohemian Massif (e.g. Ulrych et al. 2011). Their com-
position  ranges  mostly  between  olivine  nephelinite  and
nepheline  basanite  (e.g.  Barth  1977;  Fediuk  &  Fediuková
1985, 1989; Ulrych et al. 1999; and others). These volcanics
represent  primitive  basaltic  magmas  (Vokurka  &  Bendl
1992,  1993),  much  like  most  other  similar  Cenozoic  volca-
nics  in  the  Bohemian  Massif.  These  rocks  were  studied  in
their paleomagnetic properties by Marek (1969, 1973, 1974)
and  Kolofíková  (1976),  in  the  Czech  Republic  and  by
Birkenmajer et al. (2002) in Poland.

Volcanic  occurrences  of  this  wider  region  concentrate  on

three smaller areas in the territory of the Czech Republic. The
greatest  concentration  of  basalts  is  in  the  Bruntál  Volcanic
Field (BVF) near Bruntál in the Nízký Jeseník Mts. These ba-
salts are not eroded to a very high degree, and their lavas locally
overlie  river  terraces  (e.g.  Horský  et  al.  1972).  Unpublished
data of Bellon from the 1970s (in Kopecký 1987) brought the
first  information  that  they  formed  in  the  Pliocene.  The  Plio-
Pleistocene age was confirmed by Šibrava & Havlíček (1980)
using  the  K/Ar  method.  The  second  area  of  basaltic  occur-
rences lies on the Czech-Polish border near Zálesí. No radio-
metric  datings  have  been  published  from  this  location  but
geological  evidence  assigns  these  rocks  to  the  Lutynia  area
in  Poland.  The  only  other  separate  occurrence  near  Opava
(third area) was dated to the Miocene (Shrbený & Vokurka
1985).  The  rock  of  the  nearby  location  of  Štemplovec  has
been totally excavated and cannot provide data anymore.

Geological setting and volcanology

Magma of the volcanic occurrences was emplaced into Up-

per Paleozoic rocks. Only the Lutynia area and the Zálesí area
are  situated  in  the  Králický  Sněžník  Crystalline  Complex;

background image

424

CAJZ, SCHNABL, PÉCSKAY, SKÁCELOVÁ, VENHODOVÁ, ŠLECHTA and ČÍŽKOVÁ

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 5, 423—434

basalts  near  Bruntál  are  hosted / underlain  by  slightly  meta-
morphosed  rocks  of  the  Horní  Benešov  Formation  and  un-
metamorphosed  rocks  of  the  Moravice  Formation,  both
belonging to the Nízký Jeseník Mts regional unit (Fig. 1). The
Miocene Hůrka Hill near Opava and the occurrence at Štem-
plovec of unknown age penetrate through the Moravice For-
mation sediments only.

The Sudetic Marginal Fault, separating the Žulová granitic

massif  from  the  crystalline  complexes  of  the  Králický
Sněžník Mts and the Hrubý Jeseník Mts in the territory of the
Czech Republic, is accompanied by several faults of similar
strike  in  both  crystalline  complexes.  A  continuation  of  one
of  the  closest  faults  to  the  SMF,  or  the  continuation  of  the
SMF itself, proceeds to the area of the BVF (see Fig. 1). As
the  SMF  is  presently  active  (Štěpančíková  et  al.  2010),  it
could be responsible for some magmatic activity during the
Pleistocene  or  even  earlier.  A  similar  scenario  of  tectonic
predisposition was published by Barth (1977).

The volcanic landforms have been described as stratovol-

canoes  or  composite  volcanoes.  This  terminological  misun-
derstanding possibly arose from the first description of Jahn
(1907)  and  an  old-fashioned  understanding  of  the  presence
of both explosive and effusive products. Volcanic activity in
the  BVF  started  as  somewhat  explosive  and  soon  produced
scoria cones. At the beginning explosiveness was influenced
by  contact  with  water  during  magma  ascent.  Partly-palag-
onitized  phreatomagmatic  tuffs  were  formed.  This  is  most

visible at the Venušina sopka Volcano. In this point of view,
the role of the SMF-parallel faults during the volcano forma-
tion is well acceptable – surface water and ascending magma
can meet on fault planes. This influence was relatively small
and  variable.  Activity  of  all  the  below  described  volcanoes
of the BVF can be described as mostly phreatomagmatic at
the  beginning.  Further  volcanic  activity  was  of  magmatic
type, producing scoriae and plastic bombs (Fig. 2a). Later it
associated  with  effusive  activity  with  smaller  or  larger  lava
production  (Fig. 2b).  This  is  a  typical  development  of  the
most  common  type  of  a  monogenetic  volcano.  We  suppose
mostly  low-energy  magmatic  activity  of  Strombolian  type,
close to the Hawaiian type.

As  Hůrka  Hill  near  Opava  represents  an  old  eroded  sub-

volcanic  form  and  Štemplovec  site  does  not  provide  any
data,  we  focused  only  on  four  separate  volcanoes  and  one
“rootless” basaltic occurrence.

Břidličná Volcano (BV)

This is the oldest preserved basaltic rock of the BVF. The

volcano is eroded down to the near-surface level of the mag-
matic  vent,  or  just  to  the  pre-volcanic  superficial  position.
The inner-crater facies passing to the vent-breccia is exposed
in  an  old  quarry.  Semi-plastic  bombs  are  preserved,  docu-
menting  a  position  very  close  to  the  vent.  The  majority  of
clastic  material  is  represented  by  somewhat  altered  scoriae

Fig. 1. A simplified geological map showing sampling sites and primary magnetic polarities of the studied rocks. Bruntál Volcanic Field
(BVF) is shown by samples SU-02 to 10 and SU-12+13 in the central part of the frame. Zálesí (SU-11) and samples BP (14 to 16; taken
from Birkenmajer et al. 2002) locate the Lutynia area in the NW.

background image

425

THE PALEOMAGNETIC RECORD OF THE LATE CENOZOIC VOLCANIC ACTIVITY (BOHEMIAN MASSIF)

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 5, 423—434

and  the  finest  material  is  possibly  primarily  reduced  in  vol-
ume.  The  alteration  visible  on  the  outcrop  can  be  caused  by
syngenetic  process  (phreatic  influence)  and  by  weathering,
too.  The  massive  basalt  of  the  plug  has  been  excavated  for
commercial use. The volcano very probably produced lava(s)
but no outcrops are preserved now. Nevertheless, a small relic
of lava was observed before exploitation (Jahn 1909). The size
of  the  vent  cut  suggests  a  relatively  large  scoria  cone  of  the
Břidličná Volcano at the time of its origin.

Uhlířský vrch Hill Volcano (UV)

This volcano is situated closest to Bruntál. It represents a

remnant of a scoria cone with a single thin lava flow extend-
ing to the east. Now, two walls of an old quarry expose sco-
riae,  while  the  central  more  solid  rock  has  been  excavated.
The  exposed,  mostly  centroclinally  stratified  layers  (the  in-
ner  facies)  mostly  consist  of  scoriaceous  lapilli  and  bombs.
Centripetal  layers  are  developed  as  well,  further  from  the
feeder. The stratification is visible in grading and in colour:
an alternation of more and less palagonitized pyroclastics is
visible. This may be a result of a pulsation caused by interac-
tion  with  water  in  the  vent  in  the  early  stages  of  volcanic
activity. Palagonitization  decreases  upwards  while  the  fre-
quency of semiplastic bombs increases in the same direction.
Red-  to  brown-coloured  baked  clasts  of  country  rock  (acci-
dental  pyroclasts)  are  present.  A  relatively  great  number  of
large  ballistic-transported  bombs,  occur  and  have  been  de-
posited in plastic form. Spindle- to cow dung-shaped forms
were observed, sometimes an indication of a bread crust-type
bomb is visible. These bombs contain primary paleomagnetic
field vector – their temperature was above the Curie point
at the time of deposition. A small outcrop of slightly vesicu-
lated and sonnenbrand-altered lava is hardly detectable in a
railway  cut  1 km  to  the  E  from  the  vent.  The  idea  of  Barth
(1977) on the collapse of the cinder cone in its eastern part
and  production  of  a  single  small  lava  flow  in  this  direction
seems to be very realistic.

Venušina sopka Volcano (VS) near Mezina

This is another small volcano of the BVF but with higher ef-

fusive activity. The cinder cone in the central part of the hill is
the most phreatic-influenced one among the volcanoes of the
BVF. Accidental pyroclasts of Paleozoic country rocks are rel-
atively  frequent  in  altered  scoriae.  Basaltic  vesiculated  pyro-
clasts  with  chilled  margins  were  observed.  Spindle-shaped
bombs  are  also  present  and  about  1 m  large  bomb  with  a
bomb-sag  is  exposed  in  an  old  quarry  at  the  summit.  A  lava
flow over 20 m thick was exploited in two abandoned quarries
down on the slope, near the Černý potok Creek (see Fig. 2b).
The older quarry described by Jahn (1907) really shows an un-
conformity  dipping  40°  to  the  E,  but  this  does  not  represent
the boundary between “two lava flows”: no typical lower and
upper facies of flows are developed. The rock is the same on
both sides of this boundary; only a small difference in jointing
is visible, representing a facies change inside the flow. Most
probably, the unconformity originated subparallel to the dip of
the  lava  body  during  cooling.  A  younger  quarry  in  the  same
lava body exposes several facies of the same unit. Lava brec-
cias are developed at the base, and the facies are represented
by levels with different intensity of vesiculation and different
intensity  of  sonnenbrand  disintegration.  Columnar  jointing
runs across all the facies. We suppose that the thickness is not
caused by a stacking of several (up to 4!) lava flows. The enor-
mous thickness resulted from a decrease in flow velocity and
its stopping by a body of hyaloclastic breccia at the lava front,
now  mostly  eroded.  This  body  was  produced  by  thermal
shock at the contact of the lava with an active water flow.

Velký Roudný Hill Volcano (VR)

This is the largest volcano of the BVF. It also displays the

largest preserved effusive production. Our description of this
volcano  slightly  differs  from  that  of  previous  authors  (e.g.
Barth  1977).  The  two  summits  lying  closely  apart  –  Velký
(“large”)  Roudný  and  Malý  (“small”)  Roudný  Hills  –  were

Fig. 2. Selected volcanological features visible in outcrops: a – a ballistic-transported plastic bomb from the Uhlířský vrch Hill Volcano
(UV) cinder cone; b – a thick columnar-jointed lava flow of the Venušina sopka Volcano (Mezina, sampling site SU-10), the change in
jointing corresponds to facies development.

background image

426

CAJZ, SCHNABL, PÉCSKAY, SKÁCELOVÁ, VENHODOVÁ, ŠLECHTA and ČÍŽKOVÁ

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 5, 423—434

sometimes  believed  to  represent  two  separate  volcanoes.  We
suppose that Malý Roudný Hill is not an independent volcano.
Now, it represents only a part of the same volcano (its cinder
cone), separated and modelled by erosion from another sum-
mit. This is supported by the presence of a single vent based
on the evaluation of geophysical survey (see the part “Gravity
and  airborne  magnetometry...”  below).  The  same  idea  of  a
large  volcano  is  suggested  from  small  basaltic  occurrences
like  Volárenský  vrch  Hill,  Křiš anovice  and  possibly  Zlatá
Lípa near Červený vrch Hill. All these may represent erosional
relics of other flows from the same volcano. No signs of sepa-
rate vents were found. All the exposed basalts of this position
show only signs of lavas. Unfortunately, the outcrops in pyro-
clastics are poor for comparison. Variation in the chemistry of
lava in one flow mentioned by previous authors is a usual phe-
nomenon  and  cannot  be  used  for  the  flow  determination.
Moreover, the compact facies has been altered. We suppose a
location  of  the  feeder  between  the  future  Velký  Roudný  and
Malý Roudný Hills, building of a large cinder cone with possi-
ble (but not proved) parasitic vents and production of several
lava flows (3?). The largest preserved flow fills the valley of
the  paleo-Moravice  River  (Slezská  Harta,  Bílčice-Leskovec).
Volárna  relic  represents  the  second  flow.  The  southern  flow
can  be  traced  as  far  as  the  proximity  of  Křiš anovice  (4 km)
now  forming  a  small  erosional  relic.  The  connection  of  the
Zlatá Lípa site to this flow is more problematic because of the
large distance (ca. 12—13 km). Although it is far from the sup-
posed vent, this connection cannot be excluded. Lava produc-
tion  in  several  flows  can  be  deduced  from  the  spatial
distribution of the relics, not from superposition as no super-
imposed  lavas  are  exposed  now.  The  largest  flow  filling  the
paleovalley of the river shows only several facies, and the un-
conformity still visible in the active quarry of Bílčice does not
represent a boundary between two units. The enormous thick-
ness  of  ca.  50 m  can  be  explained  by  flow  deceleration  by
hyaloclastite  breccia  which  formed  at  the  lava/stream  inter-
face at the front and on the surface of the flow. Sediments of
fluvial terraces are known to underlie this flow (Horský et al.
1972).  Kolofíková  (1976)  employed  anisotropy  of  magnetic
susceptibility to the study of the flow orientation. Her results
correspond to the supposed directions of the flow and its fa-
cies development (see also Tarling & Hrouda 1993). The lens-
like layer of porcelanite-rich material in the old quarry (near
the lava front) mentioned in Barth & Zapletal (1978) and in-
terpreted as a boundary between two flows may also represent
a hyaloclastite breccia (not preserved now).

The  volcanological  results  briefly  described  above  were

tested using the orientation of the paleomagnetic field vector
and  evaluation  of  magnetic  and  gravimetric  regional  fields.
K/Ar dating was used as well.

The paleogeographic reconstruction of this volcano (Cajz et

al. 2010) also incorporated two other sites of tuffites near the
villages of Karlovec and Razová (Barth & Zapletal 1978). Our
opinion  on  their  origin  is  again  only  slightly  different  from
previous authors. The source area for most of the scoriaceous
material  in  tuffites  can  be  placed  in  an  old  cone  of  the
Břidličná  Volcano,  destroyed  and  transported  by  the  paleo-
Moravice  River.  The  country  rock  surrounding  this  volcano
(low-grade metamorphosed slates) was removed together with

the scoriaceous material. Sedimentary clasts of the tuffites are
low-grade metamorphosed rocks which do not correspond to
the country rock of the tuffites. During effusive activity of the
younger  Velký  Roudný  Hill  Volcano,  a  lava  dam-lake  was
formed, the stream gradient of the river got changed, and the
mixed  pyroclastic-sedimentary  material  was  deposited  in  the
lake. Afterwards, the river used the contact between the lava
and the former valley side to cut the present Moravice River
channel.  Some  of  the  scoriae  in  tuffites  may  also  have  been
produced  during  the  activity  of  the  Velký  Roudný  Volcano.
This  can  be  documented  by  the  volume  of  redeposited  pyro-
clasts  in  the  sedimentary  record  at  Razová,  which  shows  a
very slow increase in the upwards direction.

Zálesí lava flow

This erosional remnant is situated on the Czech-Polish bor-

der  near  Zálesí  and  has  no  vent  in  the  territory  of  the  Czech
Republic.  We  suppose  the  production  of  this  lava  from  the
Lutynia area (Poland) where the vent is located, 1—2 km from
the sampled location. The idea of this relation was tested using
a comparison of magnetic properties of basalts on both sides
of the border, comparing data of the Zálesí lava flow and previ-
ously published data from Lutynia (Birkenmajer et al. 2002).

Methods of study

Paleomagnetic and basic rock-magnetic studies

The previous studies by Krs (1968) and Marek (1969, 1973)

first discovered reversed polarity in the BVF, with the excep-
tion  of  the  Břidličná  Volcano  which  is  normally  polarized.
The  latter  author  (Marek  1974)  measured  normal  polarity  at
the Zálesí lava flow, which is the closest Czech location to the
Polish sites, and discovered normal polarity of the basaltic oc-
currence from Ladek Zdrój. We have confirmed the older data
obtained  on  an  astatic  magnetometer  using  a  greater  number
of samples and different measurement techniques (see below).
Normal  polarity  was  recently  detected  by  Birkenmajer  et  al.
(2002) in the Lutynia area of Poland.

Thirteen sites in the territory of the Czech Republic were

newly  sampled  and  processed.  Hand-operated  drilling  on
outcrops provided 216 laboratory samples. The natural rema-
nent  magnetization  was  measured  using  the  JR5a  and  JR6
spinner  magnetometers  and  755R  superconducting  rock
magnetometer made by AGICO and 2G Enterprises, respec-
tively. The samples for measuring were predominantly cho-
sen  according  to  the  Koenigsberger  ratio  the  (Q-parameter)
which  should  be  lower  than  10;  however  data  from  the
Břidličná  volcano  proved  that  Q-parameter  can  primarily
reach over 40. The samples were demagnetized by alternat-
ing  field  in  LDA-3a  demagnetizer  and  2G600  automatic
sample  degaussing  system  in  8  to  9  successive  fields
between  2  and  80 mT,  and  thermally  demagnetized  in
MAVACS apparatus at temperatures between 80 and 600 °C
with a 40° step. On most of the samples two Curie tempera-
tures T

c1

= 160—200 (300) °C and T

c2

= 500—580 °C (Table 1)

were recorded.

background image

427

THE PALEOMAGNETIC RECORD OF THE LATE CENOZOIC VOLCANIC ACTIVITY (BOHEMIAN MASSIF)

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 5, 423—434

A  principal  component  analysis  by  Kirschvink  (1980)

was performed for all measured samples and group statis-
tics including mean direction (Fisher 1953) was computed
on  the  distinguished  primary  components  for  all  sites.
The  primary  components  were  recorded  in  the  tempera-
ture range 320—560 °C or field range 15—80 mT.

Representative alternating field and thermal demagneti-

zation curves of four samples are shown in Fig. 3. Mag-
netic susceptibility was measured by KLY-4S. In order to
identify  the  main  magnetic  carriers,  temperature  depen-
dence of magnetic susceptibility was also measured in ar-
gon atmosphere from the room temperature up to 600 °C,
and  field-dependent  magnetic  susceptibility  in  the  field
range  of  2—450 A/m.  The  Curie  temperature  of  180 °C
and the steep field-dependent susceptibility curve (Fig. 4)
obtained from the SU-7 site can be explained by the pres-
ence of titanomagnetite and other spinelid-group minerals.
A similar situation was detected for the volcanics from the
Krušné  hory  Mts  (Schnabl  et  al.  2010)  and  corresponds
with the findings of Vahle & Kontny (2005).

Conventional K/Ar age determination

Several  authors  published  radiometric  ages  of  basalts

from  the  BVF  (e.g.  Šibrava  &  Havlíček  1980;  Kopecký
1987; Lustrino & Wilson 2007). Some data remained un-
published but are accessible in a report (Shrbený & Vokurka
1985).  Results  from  a  ten  year-old  set  were  recently  pub-
lished by Pécskay et al. (2009) as an abstract during a re-
gional  conference  in  Olomouc.  Birkenmajer  et  al.  (2002)
published data from sites in Polish Silesia close to Zálesí.

K/Ar dating of two data sets of samples was performed

in the K/Ar Laboratory of the Institute of Nuclear Research
of the Hungarian Academy of Sciences (ATOMKI), De-
brecen, Hungary. The new K/Ar data set of the BVF was
obtained from the same sites as the set for paleomagnetic
research.  About  200 g  of  each  rock  sample  were  crushed
and  sieved  to  300 mm.  Adhering  fine  particles  were  re-
moved  by  rinsing  in  distilled  water.  Approximately  0.8 g
of  sieved  sample  were  weighed  for  the  whole  rock.  The
amount of radiogenic 

40

Ar was determined by means of the

isotope  dilution  method  using 

38

Ar  as  a  spike.  Mass  dis-

crimination of argon isotopes was corrected by measuring
air Ar. Previously preheated whole rock samples were de-
gassed by RF fusion in Mo crucibles, and the usual getter
materials (titanium sponge, getter pills of SAES St707 type
and cold traps) were used for cleaning and transporting ar-
gon.  The  purified  argon  was  directly  introduced  into  the
mass  spectrometer  (90°  magnetic  sector  type  of  150 mm
radius and operated in the static regime). For the determi-
nation of the potassium content, about 1 g of the identical
sample that was used for Ar measurement was ground in an
agate  mortar  to  the  grain  size  finer  than  50 mm.  About
100 mg  of  this  powdered  sample  was  dissolved  in  hydro-
fluoric acid and nitric acid using a teflon bomb. Potassium
content was determined by flame photometry with Lithium
internal  standard  (CORNING  M  480  flame  photometer,
digitized).  The  decay  constants  of  Steiger  &  Jäger  (1977)
were used in the age calculation. All analytical errors repre-

Table 1:

 Paleomagnetic 

and 

radiometric 

data 

for 

the 

sampling 

sites, 

dat

of 

Birkenmajer 

et 

al. 

(2002)

 are 

added 

for 

comparison. 

Curie 

temperature 

and 

is 

adequate

 to 

T

c1

 and 

T

c2

respectively.

Abbreviations 

of 

volcanoes:

 VR 

– 

Velký 

Roudný 

Hill, 

BV 

– 

Břidličná, 

VS 

– 

Venušina 

sopka 

Hi

ll, 

UV 

– 

Uhlířský 

vrch 

Hill. 

For 

more 

information 

on 

age 

see 

Ta

bles

 

and 

and 

the 

text.

background image

428

CAJZ, SCHNABL, PÉCSKAY, SKÁCELOVÁ, VENHODOVÁ, ŠLECHTA and ČÍŽKOVÁ

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 5, 423—434

Fig. 3. Demagnetization curves and Zijderveld diagrams of four representative samples: a, c – AC field demagnetization curves of sam-
ples show a low-coercivity mineral (magnetite). The reversely polarized sample has a relatively strong viscous component; b, d – a thermal
demagnetization curve showing the presence of magnetite with T

c1

 of 160—200 °C and T

c2

 of 560—600 °C and no change in magnetic sus-

ceptibility after individual demagnetization steps.

Fig. 4.  Basic  rock-magnetic
measurements  at  the  Břidličná
Volcano  (SU-07)  prove  the
presence  of  minerals  from  the
spinelid group (titanomagnetite,
etc.): a – field-dependent mag-
netic  susceptibility;  b  –  tem-
perature-dependent 

magnetic

susceptibility 

shows 

phase

change  during  laboratory  heat-
ing.  It  is  caused  by  newly
formed  magnetite  in  the  altered
rock during the procedure.

background image

429

THE PALEOMAGNETIC RECORD OF THE LATE CENOZOIC VOLCANIC ACTIVITY (BOHEMIAN MASSIF)

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 5, 423—434

sent one standard deviation (68 % confidence level). Multiple
runs of the inter-laboratory standards (Asia 1/65, LP-6, HD-B1
and GL-0) were used for checking the measurements. Details
of the instruments, the applied methods and results of the cali-
bration have been described elsewhere (e.g. Balogh 1985).

Gravity and airborne magnetometry used for

interpretation

Geomagnetic  data  were  acquired  by  a  detailed  airborne

survey of the Nízký Jeseník Mts on the scale 1 : 25,000 in the
late  1970s  (Dědáček  &  Gnojek  1980).  The  anomalies  were
interpreted  by  Šalanský  &  Gnojek  (2002)  and  Šalanský
(2004).  A  detailed  gravity  survey  was  realized  during  the
early  1970s  (with  measurement  density  of  3  points  per
1 km

2

)  and  the  gravity  data  were  compiled  to  the  Bouguer,

regional and residual gravity maps (Kadlec et al. 1972).

The  generally  monotonous  positive  regional  magnetic

field in the study area (except for the distinct positive mag-
netic  Šternberk—Horní  Benešov  Zone  with  iron  mineraliza-
tion)  is  modified  by  several  local  anomalies  in  the  Bruntál
area  induced  by  Cenozoic  volcanics.  Reversely  polarized
volcanic  bodies  with  Q-parameter  above  1  cause  negative
anomalies.  Lavas  and  pyroclastic  rocks  of  the  VR  Volcano
near Leskovec nad Moravicí represent the source of the three
distinctive negative anomalies (Fig. 5). Each negative anom-
aly in the original maps is accompanied by a small positive
anomaly  on  the  N.  It  points  to  the  tabular  shape  of  bodies
more than the steep anisometric one. But only detailed field
measurements could specify their geometry. An anomaly of
about  —10 nT  situated  to  the  NE  along  the  Moravice  River
reflects the largest preserved volcanic flow. The anomaly of
—50 nT to the SW corresponds to Malý Roudný Hill. A cen-
tral,  very  distinctive  negative  magnetic  anomaly  of  about

—60 nT coincides with a small local positive gravity anomaly
of more that 15 µms

—2

 in the regional gravity survey. Such a

type of coincidence is typical for a volcanic vent (e.g. Lidner
et al. 2006; Cassidy et al. 2007). The close-up gravity field
map  places  this  small  positive  gravity  anomaly  close  to
Velký  Roudný  Hill.  As  the  magnetic  anomalies  correspond
to  the  tops  of  both  hills  and  no  solid  basalts  are  known  on
their  summits,  the  anomalies  are  supposed  to  reflect  only
volcaniclastics.  On  the  other  hand,  their  intensity  is  higher
than  that  of  an  anomaly  induced  by  a  relatively  thick  lava
flow. The existence of parasitic feeders of a large volcano is
one  of  the  possible  explanations.  Volcanological  interpreta-
tion  of  such  data  is  problematic  because  the  results  of  the
geophysical  survey  are  not  unambiguous.  A  more  detailed
field  geophysical  survey  is  needed  for  correct  specification
of the geometry and exact location of the vent.

The Uhlířský vrch Hill (UV) and the Venušina sopka (VS)

volcanoes, closer to Bruntál, are characterized by weak negative
magnetic  anomalies  (about  —10 nT  relative  to  background).
The  individual  vents  cannot  be  precisely  determined  from
geophysical  fields,  they  are  monotonous.  The  Břidličná  Vol-
cano vent is indicated by an elongated local positive magnetic
anomaly  (normal  magnetization).  Similar  positive  magnetic
anomaly  about  3 km  to  the  S,  accompanied  by  a  negative
gravity  anomaly  (—25 µms

—2

),  indicates  the  supposed  buried

volcanic maar near Lomnice. This unique phenomenon is visi-
ble only in the gravity and magnetic data.

Results

A new volcanological evaluation of the volcano remnants

was made. The older volcanological evaluation was generally
confirmed (Horský et al. 1972; Barth 1977). Only in the case
of  the  largest  volcano,  Velký  Roudný  Hill  and  the  neigh-

Fig. 5. Summarized regional magnetic [nT] and gravity [µms

—2

] fields of the Bruntál Volcanic Field (BVF) and a close-up map of the gravity

field at Velký and Malý Roudný Hills (VR)—(10 µms

—2

= 1 mGal). Adapted from Šalanský & Gnojek (2002) and Kadlec et al. (1972).

background image

430

CAJZ, SCHNABL, PÉCSKAY, SKÁCELOVÁ, VENHODOVÁ, ŠLECHTA and ČÍŽKOVÁ

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 5, 423—434

bouring hill of Malý Roudný, our results are slightly different.
Basalts  of  this  area  were  studied  in  their  paleomagnetic
properties and several of them were processed to obtain their
K/Ar ages. Paleomagnetic results were compared with exist-
ing reliable radiometric data. This, together with the analysis
of magnetic and gravity fields, allowed us to reconstruct vol-
canic activity in time and space and supported the volcanolog-
ical evidence. A combination of different approaches resulted
in evaluation of the whole set of K-Ar data.

Paleomagnetism

Lavas and bombs from cinder cones on both smaller volca-

noes  of  the  BVF  (UV  and  VS)  were  sampled.  The  sampled
bombs were chosen based on volcanological observation – the
plastic  type  ones  (e.g.  cow-dung  and  spindle-shaped)  were
preferred. Only lavas were accessible at VR. Paleomagnetic
results proved that larger bombs were transported above the
Curie temperature (560 °C for VS and 400—560 °C for UV).

Fig. 6. Summarized paleomagnetic vector projections of the youngest volcanoes: a – Uhlířský vrch Hill (UV), pyroclastics and lava. The
most components are computed between 400 and 600 °C or 20—100 mT. b – Venušina sopka Volcano (VS), pyroclastics and lava. The most
components are computed between 280 and 560 °C or 15—80 mT. c – Velký Roudný Hill (VR), lava. The most components are computed
between 320 and 560 °C or 15—80 mT.

The  primary  field  of  explosive  and  effusive  products  of
Uhlířský vrch Hill is visible in Fig. 6a. The primary field of
both lavas and pyroclastics of VS is documented in Fig. 6b.
Differences in the paleofields between UV and VS are only
1.3°.  Secular  variation  of  all  volcanoes  is  not  centred  be-
cause  of  the  supposed  short  duration  of  volcanic  activity,
complying  with  the  relatively  short  lives  of  monogenetic
volcanoes.  From  this,  we  can  conclude  a  nearly  identical
time of origin of the two volcanoes, moreover, when the K/Ar
ages are very close.

Paleomagnetic  data  from  the  Velký  Roudný  Volcano

(Fig. 6c)  were  obtained  from  lava  of  its  largest  flow;  pyro-
clastics are not available for sampling. The samples chosen
for paleomagnetic evaluation come from the compact facies
of the lava flow. Data from site SU-03 (Bílčice quarry) were
systematically  rotated  13°  to  the  N  compared  to  the  others
from the same lava flow. Horský et al. (1972) have discov-
ered  tilting  of  large  basaltic  blocks  during  the  investigation
for the dam construction. This finding is in agreement with

Fig. 7. Paleomagnetic vector projection of the complex data with a—a
lava  breccia  clasts  (Slezská  Harta  lava  flow  –  VR)  and  the  lava
flow  direction.  The  most  components  are  computed  between  280
and 600 °C or 15—80 mT.

the  geological  position  of  the  sampling  site  and  the  mecha-
nism of disintegration of the lava body. This was the reason
for the apparent heterogeneity of data from one location.

One interesting effect was observed on a-a brecciated sur-

face of the largest lava flow of VR. Figure 7 shows the ex-
traordinary distribution of samples taken from breccia clasts,
which resulted in  95 value of 23.2° for the whole location.
This is caused by a special type of sample – the rotation of
clasts  from  destroyed  already  cooled  surface  incorporated
into fluidal lava is responsible for this phenomenon. Group-
ing of these samples shows direction of axis similar to the di-
rection  of  the  flow  and  very  close  to  the  interpreted  AMS
data of Kolofíková (1976). This phenomenon can be derived
from  the  style  of  rotation  of  a-a  clasts  at  the  surface  in  the
central part of the flow. Data from only one location cannot
be  statistically  significant;  anyway,  combination  of  AMS
and  direction  of  remanent  magnetization  offers  a  theme  for
methodological study on behaviour of a-a lava flows.

background image

431

THE PALEOMAGNETIC RECORD OF THE LATE CENOZOIC VOLCANIC ACTIVITY (BOHEMIAN MASSIF)

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 5, 423—434

Fig. 8. Paleomagnetic vector projection of the Zálesí lava relic and the Břidličná Vol-
cano vent, compared with products from the Lutynia area. The most components are
computed between 200 and 500 °C or 10—80 mT.

Grouping  of  all  reliable  data  of  the  VR  lava  flow  (see

Fig. 6c)  enabled  comparison  of  the  paleofield  of  the  largest
lava flow from VR with that of smaller volcanoes (UV and
VS). The angle between the mean directions of their vectors
is 4.5 and 5.0°, respectively. Unfortunately, this small differ-
ence  does  not  provide  a  conclusive  basis  for  magnetostrati-
graphic  interpretation  itself.  Anyway,  it  agrees  with  new
radiometric data which divide the reversely polarized volca-
nic bodies into two separate phases.

A wider difference of 6.4 and 8.0° is obtained if we com-

pare  the  sites  of  the  isolated  lava  relics  of  Zlatá  Lípa  and
Volárna,  most  possibly  belonging  to  the  VR  volcano,  too.
From  this,  we  conclude  the  possibility  of  the  production  of
other flows from the same volcano (VR). The Volárna relic
seems to be produced close in time to the main flow, while
the Zlatá Lípa relic may represent a younger flow.

Two  of  our  sampling  sites  are  normal  polarized.  The

Břidličná Volcano has an extremely high Q-parameter (aver-
age around 30, but often exceeding 40). Usually, these high
values are explained by a secondary influence, such as light-
ning.  But  in  this  case,  the  sampling  site  is  situated  in  the
depth of the old quarry, so the influence by lightning is not
realistic. A more probable reason can be seen in the titano-
magnetite composition (see Fig. 4).

Another normal-polarized occurrence is the lava relic near

Zálesí  on  the  Czech-Polish  border.  Its  paleomagnetic  char-
acteristics are comparable with those of the basaltic occurrences
in  Polish  territory  (Marek  1974;  Birkenmajer  et  al.  2002),
close to the sampling site. Volcanological evaluation proves
the relation of this lava relic at Zálesí to the plug of Lutynia.
Figure 8 shows very close vector orientations for all normal-
polarized  volcanics  in  the  Lutynia  vicinity,  including  the
Břidličná Volcano. This situation can be explained by volca-
nic activity in a very close time span. The conclusion offers
two results: the Zálesí lava flow was produced from the Lu-
tynia Volcano as supposed from geology; and the Břidličná
and Lutynia volcanoes were active nearly simultaneously.

The Kamenná hora Volcano near Otice is one of the oldest

in  the  region.  The  site  displays  a  deeply  eroded  vent  whose
volcanic rock was strongly altered. The main magnetic carrier

is  titanomagnetite  (Curie  temperature  around  200 °C).  The
mean  paleomagnetic  directions  are  D = 206°  and  I = —14°,
similar to those measured by Marek (1974). The inclination
is  extremely  low  compared  to  other  Cenozoic  rocks.  Both
values  show  rather  “Paleozoic-like”  directions,  similar  to
data from Barrandian volcanics (Kletetschka et al., in print).
Given  the  known  age  of  20 Ma  for  the  Otice  volcano  (Shr-
bený  &  Vokurka  1985),  the  acceptable  explanation  can  be
seen in a possible rotation of the only preserved block in an
old quarry, most probably due to quarrying activities. This is
the  reason  why  we  suppose  that  the  primary  polarity  is  im-
possible  to  reconstruct  (see  Fig. 1),  and  this  location  is  not
suitable for paleomagnetic studies.

K/Ar datings

Table 1 compares new data from the laboratory in Debrecen

and  older  data  of  previous  authors  from  other  laboratories.
Older  data  from  several  sites  differ  significantly  from  new
ones (Table 2), moreover, the localization of several previous
sampling sites is very poor (see e.g. Lustrino & Wilson 2007).
The  latter  data  were  published  without  analytical  errors,  so
their informative value is not fully comparable with the others.

Conventional K/Ar dating of 12 representative whole-rock

samples was carried out in two sets (Table 3). The first set of
6  samples  was  collected  and  analysed  10  years  ago.  These
preliminary  data  remained  unpublished  for  a  long  time  but
were  accessible.  In  the  meantime,  a  new  flame  photometer
(CORNING M 480) has been set up in Debrecen, therefore
the potassium analyses made on the first set of samples were
repeated. Considering that consistent results were achieved,
the  mean  K  contents  were  used  for  the  recalculation  of  the
previous K/Ar ages. At the same time, 6 additional samples
were collected from the same sites for paleomagnetic studies,
hoping to get confirmation of the meaningful ages obtained
on the previous samples.

On the basis of the preliminary results, we concluded that

the BVF basaltic rocks are generally younger than the alka-
line basaltic rocks exposed at Lutynia and Ladek Zdrój. On
the other hand, the analytical data suggested that the volca-

nic activity was episodic: older than 3.4 Ma,
around  2.3 Ma  and  younger  than  1.5 Ma.
However, such an estimation does not con-
sider  possible  geologically  induced  distur-
bances of the argon isotope system, such as
Ar loss by alteration or excess Ar by incor-
poration  of  xenocrysts/xenoliths.  Because
of  these  uncertainties,  we  use  all  the  avail-
able  and  reliable  radiometric  data  in  this
study,  determined  in  different  laboratories
(see  Table 2).  The  paleomagnetic  data  are
also  taken  into  account  for  the  final  model
of the volcanic evolution.

Four  new  K/Ar  ages  of  whole-rock  sam-

ples  (SU-03,  04,  05  and  06)  are  identical
within  the  analytical  error.  On  the  basis  of
the  concordant  age,  we  consider  these  ages
to be statistically significant for the geologi-
cal  setting.  Therefore,  one  can  assume  that

background image

432

CAJZ, SCHNABL, PÉCSKAY, SKÁCELOVÁ, VENHODOVÁ, ŠLECHTA and ČÍŽKOVÁ

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 5, 423—434

these whole rocks contain negligible rock or mineral compo-
nents with insufficient Ar retentivity or with excess Ar. This
assumption is confirmed by the analytical data obtained for a
sample from the previous set (CZB-5, sampling site identical
with SU-06) – see Table 3. In contrast, the radiometric ages
from the VS (CZB-3A and SU-12) appear to be affected by
excess Ar (0.83 ± 0.12 and 2.14 ± 0.08 Ma), assuming that the
age disturbances are mainly caused by the presence of some
very  fine-grained  xenocrystic  material,  which  is  impossible
to eliminate from the samples. Consequently, the younger age
is closer to the real geological age than the older one. How-
ever,  it  cannot  be  completely  excluded  that  sample  CZB-3A

Table 2: All available primary K/Ar age data from the region in the territory of the Czech Republic. For ab-
breviations of authors see Table 1; and P 2009 = Pécskay et al. 2009.

Table 3:  Results  of  radiometric  analyses  used  for  this  study  (ATOMKI  Debrecen,  Hungary);  sets  2000
(CZB samples) and 2010 (SU samples). Data of the set from 2000 (Pécskay et al. 2009) are recalculated
with new results on potassium content.

Volcano 

Landform 

Original site name 

Adequate to  K/Ar age (Ma)  Sampling year  Authors 

Otice 

vent (eroded) 

Kamenná hora Hill 

SU-01 

20 ± 3 

SV 1985 

BV vent 

(surface) 

Břidličná 

SU-07 

3.69 ± 0.56 

2000 

P 2009 

VR 1 

lava-S. margin  Velký Roudný (Bílčice)  SU-03 

3.31 ± 0.24 

2000 

P 2009 

VR 1 

lava-S. margin  Bílčice-Leskovec 

SU-03 

2.7 ± 0.5 

SH 1980 

VR 1 

lava-S. margin  Bílčice-Leskovec 

SU-03 

3.4 ± 0.9 

SH 1980 

VR 1 

lava-S. margin  Bílčice 

SU-03 

2.33 ± 0.14 

2010 

this paper 

VR 1 

lava-N. margin  Slezská Harta 1 

SU-04 

2.21 ± 0.16 

2010 

this paper 

VR 1 

lava-surface 

Slezská Harta 2 

SU-05 

2.37 ± 0.29 

2010 

this paper 

VR 1 

lava-front 

Slezská Harta 

no sample 

  1.28 ± 0.4 

SH 1980 

VR 1 

lava-front 

Slezská Harta 

no sample 

1.46 ± 0.15 

SH 1980 

VR 1 

lava-front 

Slezská Harta 

no sample 

1.6 ± 0.6 

SH 1980 

VR 1 

lava-front 

Slezská Harta 

no sample 

2.2 ± 0.9 

SH 1980 

VR 2 

lava relic 

Volárna 

SU-06 

2.48 ± 0.31 

2010 

this paper 

VR 2 

lava relic 

Volárenský vrch 

SU-06 

2.41 ± 0.14 

2000 

P 2009 

VR? 

lava relic 

Zlatá Lípa 

SU-02 

1.75 ± 0.15 

2000 

P 2009 

VR? 

lava relic 

Zlatá Lípa 

SU-02 

 1.24  

1992 

LW 2007 

VS 

lava 

Venušina sopka 

SU-09, SU-10 

0.80 ± 0.11 

2000 

P 2009 

VS 

lava 

Mezina 

SU-09 

1.26 ± 0.16 

2010 

this paper 

VS 

lava 

Mezina 

SU-09, SU-10 

1.94 ± 0.22 

SH 1980 

VS 

bomb-cinder c.  Venušina sopka 

SU-12 

 2.14 ± 0.08  

2010 

this paper 

VS 

Venušina sopka 

 1.11  

1992 

LW 2007 

UV ? 

Uhlířský vrch 

SU-08 ? 

2.4 ± 0.5 

SH 1980 

UV lava 

relic 

Bruntál-trať 

SU-08 

1.54 ± 0.15 

2000 

P 2009 

UV bomb-cinder 

c. 

Uhlířský vrch 

SU-13 

 1.47 

1992 

LW 2007 

91/1 — no location 

 0.91  

1992 

LW 2007 

91/2 — no location 

 1.22  

1992 

LW 2007 

91/4a — no location 

 4.58  

1992 

LW 2007 

 

VR1 = Velký Roudný Hill Volcano, its largest lava flow; VR2 = Velký Roudný Hill Volcano, relic of another flow; VR? = relic of 
possible next younger flow from the Velký Roudný Hill; VS = Venušina sopka Volcano; UV = Uhlířský vrch Hill Volcano.

 

 

 

K/Ar code  Sample code 

Site K 

(%) 

40

Ar

rad

 (ccSTP/g) 

40

Ar

rad

 (%)  K/Ar age (Ma) 

5373/A 

CZB-4A 

Velký Roudný (Bílčice) 0.886 

 1.155 

 10

–7

 

20.2  

3.35 ± 0.23 

5375/B 

CZB-6B 

Zlatá Lípa 

1.078  

7.526   10

–8

 

16.4  

1.79 ± 0.15 

5370/B CZB-1B 

Břidličná 

  1.31  

1.909   10

–7

 

  9.1  

3.74 ± 0.56 

5371/A CZB-2A 

Uhlířský vrch  

0.663  

3.973   10

–8

 

14.1  

1.54 ± 0.15 

5372/A 

CZB-3A 

Venušina sopka 

1.136  

3.652   10

–8

 

        9.6  

0.83 ± 0.12 

5374 

CZB-5 

Volárenský vrch (Volárna)  1.118  

1.066   10

–7

 

27.2  

2.45 ± 0.13 

8012 SU-03 

Bílčice 0.975 

 

8.845 

 10

–8

 

23.4  

2.33 ± 0.14 

8013 

SU-04 

Slezská Harta 

  0.95  

8.169   10

–8

 

19.3  

2.21 ± 0.16 

8014 

SU-05 

Slezská Harta 

0.751  

6.945   10

–8

 

10.9  

2.37 ± 0.29 

8015 

SU-06 

Volárenský vrch (Volárna)  0.985  

9.519   10

–8

 

11.1  

2.48 ± 0.31 

8016 SU-09 

Mezina 

1.446 

 

7.096 

 10

–8

 

11.1  

1.26 ± 0.16 

8017 

SU-12 

Venušina sopka 

1.188  

9.872   10

–8

 

27.3  

 2.14 ± 0.08  

 

was affected by a slight al-
teration  which  resulted  in
Ar  loss.  As  a  conse-
quence,  the  analytical  age
determined  for  this  sam-
ple  should  be  considered,
as a “minimum age”.

Discussion

R e v e r s e d - p o l a r i z e d

young  volcanoes  of  the
BVP  must  be  older  than
0.781 Ma  (Gradstein  et
al.  eds.  2004)  –  the
Matuyama polarity chron.
Based  on  polarity  and
group  statistics  results,
supported  by  volcanolog-
ical evidence, we can dis-
cuss  the  reliability  of  the
K/Ar  dating  done  during
the last nearly 40 years in
different  laboratories.  On
the  example  of  the  prod-
ucts  from  Velký  Roudný
Hill  (see  Fig. 1  for  loca-
tion,  samples  SU-03  to
SU-06)  we  can  explain
the  result  of  the  evalua-
tion which is documented
in  Fig. 9.  The  data  ob-
tained  in  the  early  1980s
for  the  largest  lava  flow
(Slezká  Harta  and  Bíl-
čice-Leskovec) have rela-
tively  large  analytical
errors – over 30 %. As a
result,  a  part  of  the  time
period belongs to the nor-
mal  polarity  event.  One
rock  body  measured  sev-
eral  times  and  in  several
sampling-places 

shows

different ages. The possi-
ble  period  is  therefore  so

wide that it looses validity. Moreover, the evaluation of vol-
canological phenomena, which is proved by group statistics
of  paleomagnetic  results,  now  summarizes  9  ages  for  the
same lava body (VR1 – see Table 2). The time span counted
from  all  these  data  is  4.3—0.88 Ma,  if  we  give  the  same
weight  to  each  result.  The  high  age  of  the  two  above  men-
tioned reversed samples from VR is comparable to the nor-
mal  polarized  activity  of  BV  and  Lutynia  only  by  chance;
the measured polarity does not allow this possibility. There-
fore, such an age is not realistic for the VR activity. So, we
have chosen data which were grouped in a time period closest
to  the  reversed  polarity  subchron.  It  is  important  to  notice

background image

433

THE PALEOMAGNETIC RECORD OF THE LATE CENOZOIC VOLCANIC ACTIVITY (BOHEMIAN MASSIF)

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 5, 423—434

Fig. 9. The highest probability age (dotted time spans) of Pleistocene (reverse-polarized – open circles) volcanoes of the BVF compared to
Pliocene (normal-polarized – black dots) volcanic activity. If open circle only – no analytical error was given by previous authors (Lustrino
& Wilson 2007). Stratigraphic chart after Gradstein et al. (2004).

background image

434

CAJZ, SCHNABL, PÉCSKAY, SKÁCELOVÁ, VENHODOVÁ, ŠLECHTA and ČÍŽKOVÁ

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 5, 423—434

that only newly obtained data with smaller analytical errors
were  the  result.  Thus,  the  most  possible  chron  of  the  lava
flow origin is C2r2r (2.581—2.148 Ma). The Volárna lava relic
with  a  slightly  different  vector  orientation  is  very  close  in
time,  belonging  to  the  same  chron.  Only  the  Zlatá  Lípa  lava
relic  is  younger  (1.24 Ma  in  Lustrino  &  Wilson  2007  or
1.79 ± 0.15 in Pécskay et al. 2009) with a possible origin dur-
ing the C1r3r Chron. Its vector orientation is slightly different
as well.

Based on this, we can conclude that two lava flows were pro-

duced from the VR vent, close in time or simultaneously – to
the SE (Slezská Harta) and to the W (Volárna). As has been
mentioned  above,  another  lava  flow  oriented  to  the  S
(Křiš anovice—Zlatá  Lípa)  could  have  been  produced  later,
during a possible remobilization connected with UV and VS
formation.  This  model  corresponds  to  the  new  volcanologi-
cal evaluation.

The  orientation  of  the  paleofield  vector  in  the  products  of

both smaller volcanoes is nearly identical. Therefore, we sug-
gest  that  these  youngest  volcanoes  (Uhlířský  vrch  Hill  and
Venušina  sopka  Volcano)  were  constituted  most  probably
during the C1r3r or C1r2r Chrons (1.778—1.072 Ma), although
one K/Ar age from VS (0.80 ± 0.11 Ma in Pécskay et al. 2009)
is younger, situated within C1r1r – see above. The only older
age  (2.14 ± 0.08 Ma),  newly  obtained  from  the  bomb  of  the
cinder cone (VS), might have been easily influenced by con-
tamination during vesiculation or alteration during the phreato-
magmatic event.

As  the  K/Ar  age  of  the  normal-polarized  older  Břidličná

Volcano meets three normal subchrons (C2An2n – 3.207—
3.116 Ma;  C2An3n  –  3.596—3.330 Ma;  C3n1n  –  4.300—
4.187 Ma),  only  the  two  older  ones  represent  the  most
probable  time  of  origin.  This  is  substantiated  by  the  results
of group statistics, where the vectors of BV and the Lutynia
Volcano  are  similar.  In  a  similar  way,  we  can  evaluate  the
age of the plug in Poland (Lutynia I) as slightly shifted to a
higher age.

Another interesting conclusion can be seen from the point

of view of tectonic development. All the studied area is in-
fluenced by the tectonics of the Sudetic Marginal Fault. For
the ascent of basaltic magmas, we assume the tectonic activity
in the form of relative extension, at least. It allows us to sup-
pose  close  interrelationship  of  volcanism  and  tectonics
(changes in paleostress field) in time. At the time of the older
volcanic activity (Břidličná and Lutynia), tectonic disquiet is
mentioned in the mountain ranges of Ve ká and Malá Fatra
(Kováč et al. 2011), some 150 km to the SE. On the contrary,
the  time  of  two  younger  volcanic  phases  (Velký  Roudný,
Venušina sopka and Uhlířský vrch) is supposed to represent
a period of tectonic quiescence in the Fatra region. Unfortu-
nately, this study is not able to explain this disparity.

Conclusions

Newly  obtained  data  on  spatial  and  time  distribution  of

volcanic  activity  do  not  confirm  the  idea  of  its  shifting  in
time from the N to the S (sensu Birkenmajer et al. 2004) in
the Czech part of Silesia. We can only state that three different

Late  Cenozoic  volcanic  phases  exist,  with  the  following
most probable timing:

i) Pliocene (Late Zanclean or Early Piacenzian) phase of nor-

mal polarity in the span of 4.3—4.2 Ma (C3n1n) or 3.6—3.3 Ma
(C2An3n) constituting the Břidličná and Lutynia Volcanoes;

ii)  Gelasian  phase  (2.6—2.1 Ma,  C2r2r)  which  formed  the

Velký Roudný Volcano with its large lava production; and

iii)  Early  Calabrian  phase  (1.8—1.1 Ma,  C1r1r + C1r2r)  of

the  Venušina  sopka  and  Uhlířský  vrch  Hills,  with  possible
remobilization of the Velký Roudný Volcano (southern flow
of Zlatá Lípa).

These results represent a strong basis for the Upper Ceno-

zoic  volcanostratigraphy  of  this  region.  They  can  also  con-
tribute to the ideas on the younger history and development
of tectonic activity, connected to the Sudetic Marginal Fault
system. The Otice Volcano rock is not appropriate for paleo-
magnetic studies.

Acknowledgments: This research was supported by Project
IAA  300130612  of  the  GA  AS  CR  “Combined  magneto-
stratigraphic studies of Cenozoic volcanics, Bohemian Mas-
sif”.  The  paleomagnetic  and  rock-magnetic  methodology
benefited from newly obtained knowledge on Paleozoic vol-
canism (P 210/10/2351). It falls within the Research Plan of
the  Institute  of  Geology,  Academy  of  Sciences  CR,  v.v.i.,
AV0Z30130516.  We  highly  acknowledge  the  kindness  of
our  colleague  Jacek  Grabowski  for  providing  his  primary
data  from  the  Lutynia  area  for  comparison.  We  also  thank
Miroslav  Radoň  (Regional  Museum  Teplice,  o.p.s.)  for  his
great  help  during  sample  acquisition,  and  Jana  Drahotová,
Václav Sedláček and Jiří Petráček from our lab for technical
assistance.  We  wish  to  express  our  great  thanks  to  Klaudia
Kuiper and Christine Franke for stimulating comments on pa-
leomagnetism,  to  Jaroslav  Lexa  for  remarks  on  volcanology
and to Jiří Adamovič for English revision of the manuscript.

References

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

gary:  Experimental  technique,  experiences  and  methods  of
chronologic  studies.  ATOMKI  Rep.  D/1,  Institute  of  Nuclear
Research
, Debrecen, 277—288.

Barth V. 1977: Basaltic volcanoes of the central part of the Nízký

Jeseník Mts (in Czech). Čas. Mineral. Geol. 22, 3, 279—291.

Barth  V.  &  Zapletal  J.  1978:  Geology  of  the  Razová  Pyroclastic

Complex in the Nízký Jeseník Mts. Sbor. Geol. Věd, Geol. 32,
97—122 (in Czech).

Birkenmajer  K.,  Pécskay  Z.,  Grabowski  J.,  Lorenc  M.W.  &

Zagozdzon P.P. 2002: Radiometric dating of the Tertiary vol-
canics  in  Lower  Silesia,  Poland.  II.  K/Ar  and  paleomagnetic
data  from  Neogene  basanites  near  Ladek  Zdrój.  Sudetes  Mts.
Ann. Soc. Geol. Pol. 
72, 119—129.

Birkenmajer K., Lorenc M.W., Pécskay Z. & Zagozdzon P.P. 2004:

Age,  cycles  and  course  of  migration  of  the  Tertiary  basaltic
volcanism  in  Lower  Silesia  in  the  light  of  K/Ar  dating.  VIII.
Ogólnopolska Sesja Naukowa Datowanie mineralów i skal, 9—10
(in Polish).

Cajz V., Schnabl P., Pécskay Z. & Radoň M. 2010: Reconstruction

and  timing  of  the  Plio-Pleistocene  volcanism  in  surroundings
of  Bruntál,  Nízký  Jeseník  Mts.  In:  Křížek  M.,  Nyplová  P.,
Vočadlová K. & Borská J. (Eds.): Geomorphological proceed-

background image

435

THE PALEOMAGNETIC RECORD OF THE LATE CENOZOIC VOLCANIC ACTIVITY (BOHEMIAN MASSIF)

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 5, 423—434

ings 9 (11. international conference Stage of geomorphological
research in 2010). Faculty of Science, Charles University, Praha.

Cassidy J., France S.J. & Locke C.A. 2007: Gravity and magnetic

investigation of maar volcanoes, Auckland volcanic field, New
Zeland. J. Volcanol. Geotherm. Res. 159, 153—163.

Dědáček K. & Gnojek I. 1980: Technical reports on airborne geo-

physical research in the Jeseníky area in 1978 a 1979. Geofyzika,
Brno, 1—22 (in Czech).

Fediuk F. & Fediuková E. 1985: Postmesozoic alkaline volcanics of

northern  Moravia.  Acta  Univ.  Carol.,  Geol.  4,  355—382  (in
Czech).

Fediuk F. & Fediuková E. 1989: Ultramafic nodules from basaltoids

of northern Moravia. Sbor. Geol. VědGeol. 44, 9—49.

Fisher R.A. 1953: Dispersion on a sphere. Proceedings of the Royal

Society of London, Series A 217, 295—305.

Gradstein F., Ogg J. & Smith A. Eds. 2004: A Geologic Time Scale

2004. Cambridge University Press, 1—589.

Horský O., Müller K. & Trávníček L. 1972: Investigation of distur-

bance  of  the  basalt  sheet  at  the  damsite  Slezská  Harta  using
geological  and  geophysical  methods.  Sbor.  Geol.  Věd,  HIG,
10, 39—57 (in Czech with English resume).

Jahn  J.J.  1907:  Über  das  quartäre  Alter  der  Basalteruptionen  im

märisch-schlesischen  Niederen  Gesenke.  Sitz.-Ber.  K.  Akad.
Wiss., Math.-Naturwiss
., Wien 116, 1777—1821.

Jahn J.J. 1909: Über die Altersfrage der sudetischen Basalteruptionen.

Sitz.-Ber. K. Akad. Wiss., Math.-Naturwiss., Wien 118, 1—9.

Kadlec  E.,  Novotný  A.,  Bednář  J.,  Blížkovský  M.  &  Špaček  B.

1972:  Review  of  the  gravity  data  processing  in  the  Nízký  Je-
seník  area.  I.  period,  partial  report  of  the  “Geophysical  re-
search  of  the  Culm  basement  in  the  Nízký  Jeseník  Mts.”
Geofyzika, Brno, 85 (in Czech).

Kirschvink J.L. 1980: The least-squares line and plane and the anal-

ysis of palaeomagnetic data. Geophys. J. Int. 62, 699—718.

Kletetschka G., Pruner P., Schnabl P., Šifnerová K., Tasáryová Z.,

Manda  Š.  (in  print):  Magnetic  scanning  and  interpretation  of
paleomagnetic  data  from  Prague  Synform’s  volcanics.  Stud.
Geophys. et Geodaetica.

Kolofíková  O.  1976:  Geological  interpretation  of  measurment  of

magnetic properties of basalts. An example of the Chřibský les
lava flow of the Velký Roudný volcano (Nízký Jeseník Mts.).
Čas. Mineral. Geol. 21, 287—348.

Kopecký L. 1987: Young volcanism of the Bohemian Massif I –

structural-geological and volcanological study. Geologie a Hy-
drometalurgie  Uranu
,  Stráž  pod  Ralskem  11,  3,  30—67  (in
Czech).

Kováč M., Hók J., Minár J., Vojtko R., Bielik M., Pipík R., Rakús M.,

Král J., Šujan M. & Králiková S. 2011: Neogene and Quaternary
development of the Turiec Basin and landscape in its catchment:
a tentative mass balance model. Geol. Carpathica 62, 4, 361—379.

Krs  M.  1968:  The  scope  rock  magnetism  in  geology.  Sbor.  Geol.

Věd, Geol. 7, 43—75.

Lidner  H.,  Gabriel  G.,  Götze  H.-J.,  Kaeppler  R.  &  Suhr  P.  2006:

Geological and geophysical investigation of maar structures in
the Upper Lusatia region (East Saxony). Z. Dtsch. Gesell. Ge-
owiss.
 157/3, 355—372.

Lustrino M. & Wilson M. 2007: The circum-Mediterranean anoro-

genic Cenozoic igneous province. Earth Sci. Rev. 81, 1—65.

Marek F. 1969: Magnetism of the basalt formation of the Lesser Je-

seník  Mts.  Trav.  Inst.  Géophys.  Acad.  Tschécoslovaque  Sci.
307, 129—164.

Marek F. 1973: Paleomagnetism of the inner Sudeten series of vol-

canoes of the basalt formation of the Nízký Jeseník Mts. Sbor.
Geol. Věd, UG
, Praha 11, 31—66.

Marek F. 1974: Palaeomagnetism of the outer Sudeten series of vol-

canoes of the Nízký Jeseník basalt formation and its surround-
ings. Sbor. Geol. Věd, UG, Praha 12, 131—153.

Pécskay Z., Přichystal A., Tomek Č. & Zapletal J. 2009: New radio-

metric  data  of  volcanics  from  northern  Moravia  and  Silesia.
Moravskoslezské paleozoikum 2009, 15—16 (in Czech).

Schnabl  P.,  Novák  J.K.,  Cajz  V.,  Lang  M.,  Balogh  K.,  Pécskay  Z.,

Chadima M., Šlechta S., Kohout T., Pruner P. & Ulrych J. 2010:
Magnetic  properties  of  high-Ti  basaltic  rocks  from  the  Krušné
hory/Erzgebirge  Mts.  (Bohemia/Saxony),  and  their  relation  to
mineral chemistry. Stud. Geophys. et Geodaetica 54, 1, 77—94.

Shrbený O. & Vokurka K. 1985: The present state of geochronolog-

ical  and  isotope  research  of  neovolcanics  of  the  Bohemian
Massif  and  their  inclusions.  Czech  Geol.  Surv.,  Praha,  1—31
(unpubl.).

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

Convention  on  the  use  of  decay  constants  in  geo-and  cosmo-
chronology. Earth Planet. Sci. Lett. 36, 359—362.

Šalanský K. 2004: Geophysics of the neovolcanites in Czech Repub-

lic. Czech Geol. Surv., Spec. Pap., Praha 17, 1—174 (in Czech).

Šalanský  K.  &  Gnojek  I.  2002:  Geomagnetic  anomalies  in  Czech

Republic. Czech Geol. Surv., Spec. Pap., Praha 14, 1—141 (in
Czech).

Šibrava  V.  &  Havlíček  P.  1980:  Radiometric  age  of  Plio-Pleis-

tocene volcanic rocks in the Bohemian Massif. Věst. Ústř. Úst.
Geol
. 55, 129—150.

Štěpančíková P., Hók J., Nývlt D., Dohnal J., Sýkorová I. & Stem-

berk  J.  2010:  Active  tectonics  research  using  trenching  tech-
nique  on  the  south-eastern  section  of  the  Sudetic  Marginal
Fault (NE Bohemian Massif, central Europe). Tectonophysics
485, 269—282.

Tarling D.H. & Hrouda F. 1993: The magnetic anisotropy of rocks.

Chapman and Hall, London, 1—217.

Ulrych J., Pivec E., Lang M., Balogh K. & Kropáček V. 1999: Ceno-

zoic  intraplate  volcanic  rock  series  of  the  Bohemian  Massif.
Geolines 9, 123—129.

Ulrych J., Dostal J., Adamovič J., Jelínek E., Špaček P., Hegner E.

& Balogh K. 2011: Recurrent Cenozoic volcanic activity in the
Bohemian Massif (Czech Republic). Lithos 123, 133—144.

Vahle  C.  &  Kontny  A.  2005:  The  use  of  field  dependence  of  AC

susceptibility  for  the  interpretation  of  magnetic  mineralogy
and  magnetic  fabrics  in  the  HSDP-2  basalts,  Hawaii.  Earth
Planet. Sci. Lett.
 238, 110—129.

Vokurka K. & Bendl J. 1992: Sr isotope geochemistry of Cenozoic Ba-

salts from Bohemia and Moravia. Chem. d. Erde 52, 3, 179—187.

Vokurka K. & Bendl J. 1993: Nd Isotopes of Cenozoic Basalts from

Northern Moravia. Chem. d. Erde 53, 4, 307—313.