NEW INSIGHTS ON THE KOS-NISYROS VOLCANIC FIELD 

FROM THE MORPHOTECTONIC ANALYSIS OF THE SWATH BATHYMETRIC MAP

Nomikou P.

1*

, Papanikolaou D.

1

, Alexandri S.

2

, Ballas D.

2

1

Dept. of Geology, University of Athens, Greece, 

2

Hellenic Centre for Marine Research, Athens, Greece - * evi@ncmr.gr

Abstract

The recent volcanic activity at the eastern edge of the Aegean volcanic arc is limited within a neotectonic graben structure which is

developed in an E-W general direction, between the alpine basement of Kos Island to the north and the alpine basement of Tilos Island to

the south. In between the major boundary faults of the neotectonic graben there is an extended volcanic area comprising several individual

volcanic centers. The detailed bathymetric map, constructed by recently acquired high resolution multibeam data permitted the distinction

of the main morphotectonic structure of the area comprising a number of basins with average bottom depth of –600m in between several

volcanic centers separated by minor active faults.

Keywords: swath mapping, volcanic centers, Aegean Sea, tectonics

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

60

Geodynamic setting

The eastern sector of the Aegean volcanic arc, including the islands

of Kos, Nisyros and associated islets, is the result of northeastward-

directed subduction of the Eastern Mediterranean lithosphere below

the active Hellenic margin of the European plate. It is geodynamically

very active since it comprises large volumes of volcanic products

within Late Pleistocene-Holocene. Major magmatic activity began at

least 160 Ka ago producing the largest eruption in the Eastern

Mediterranean manifested by the “Kos ignibrite” which covered an

area of more than 3000 Km

2

. The centre of this eruption is not known

with accuracy but it is probably located in the submarine area north of

Yali islet. This major caldera structure has been obscured by the

younger volcanic activity and eversince several volcanic structures

have been developed in the area. 

Swath bathymetry

The offshore studies in the area of Nisyros-Kos islands comprise

detailed multibeam bathymetric mapping carried out onboard R/V

Aegaeo in three successive cruises during 2000, in the framework of

the EC project Geowarn (IST 1999 123210). The SEABEAM 1180

(180 kHz) system was used, for depths <500m and the SEABEAM

2120 (20 kHz) system, for depths >500m. Operating the systems for

totally 12 days with an average speed of 5 and 10 knots respectively,

3.500 Km

2

were covered from very shallow depths to great depths of

2200m. After elaborating data processing, the swath bathymetric map

of Kos-Nisyros volcanic field has been created with 50m grid interval

using 10m isobaths at scale 1/100.000, georeferenced to a WGS-84

ellipsoid and a Mercator projection at 380N. Merging the two

bathymetric data sets and combining the swath data with land DEMs

the new DTM model of the Kos-Nisyros volcanic field has been

created (Fig.1). 

Morphotectonic structure of Kos-Nisyros Volcanic Field

A neotectonic graben structure which is developed in an E-W

general direction, between the alpine basement of Kos Island to the

north and the alpine basement of Tilos Island to the south, is formed

by a subsidence of the alpine basement rocks, of the order of 2,5 Km

due to the marginal fault zones of Southern Kos and Northern Tilos.

Within the tectonic graben of Nisyros and surrounding islets, there is

a number of faults (1), which are limited mainly in the central part of

the area creating a minor internal tectonic horst structure which is

better expressed in the area of Kondeliousa islet, producing a median

platform, with NE-SW and ENE-WSW general trend. The western

part of this horst is composed of Mesozoic limestones in Kondeliousa

islet while the eastern part, both offshore and onshore, is constructed

by Quaternary volcanic formations. In the area of Nisyros and Yali

islands minor faults overprint the previous ENE-WSW horst structure. 

Five distinctive basins can be distinguished on both sides of the

median platform of Kondeliousa and its eastern prolongation to the

volcanic islands of Nisyros, Yali, Pachia, Pergousa and Strongyli.

North of Kondeliousa-Nisyros platform occur: a) The Kondeliousa

basin, expanding up to the western Kos platform with depths of about

550m, b) the Western Kos basin, with an average depth of 520m,

among Kefalos peninsula and the islets of Yali and Pachia and c) the

Eastern Kos basin, with an average sea-bottom depth of 630m

separated from Western Kos basin by a relatively shallow rise between

Yali and Kos with a depth of approximately 400m. South of

Kondeliousa-Nisyros ridge occur: d) the northern end of the large

Karpathos basin, reaching more than 2000m towards the south and e)

eastwards the Tilos basin between Tilos and Nisyros with depths more

than 600m. 

A number of volcanic centres has been described around Nisyros

Island (2, 3), developed within the neotectonic graben, in shallow

areas. These are (Fig 1a): 1) The Nisyros caldera with a top of the rim

at +580m and a bottom at +80m 2) The Yali Volcano which exhibits a

partly submerged caldera (bottom –300m, top +170m), 3) The

Strongyli Volcanic Cone, which starts from –650m depth of the sea-

bottom up to +120m 4) The submarine caldera northeast of Strongyli

in the depth of -670m up to –590m, 5) The Pergousa Volcanic Cone

(bottom –400m, top +100m), 6) The domes of Prophitis Ilias (bottom

–270m, top +698m), 7) The volcanic domes of Pachia Islet (bottom

–250m, top +150m), and 8) the submarine volcanic domes to the east

of Kondeliousa Islet (bottom –400m, top -80m). The lack of

sediments overlying the volcanic domes indicates their very young

age, ranging between Upper Pleistocene and Holocene.

References

1-Nomikou, P., Papanikolaou, D., 2000. Active geodynamics at Nisyros,

the eastern edge of the aegean volcanic arc: emphasis on the submarine

survey. Proceedings of the 3rd Int. Conf. Geology East. Mediterranean,

Sept. 1998, pp. 97-103.

2-Papanikolaou D., Nomikou P., 2001. Tectonic structure and volcanic

centres at the eastern edge of the Aegean Volcanic Arc around Nisyros

island. Bulletin of the Geological Society of Greece, Vol. XXXIV/1, pp.

289-296, Proceedings of the 9th International Congress, Athens,

September 2001.

3-Nomikou, P., Papanikolaou, D., Alexandri, M., 2003. Variating modes

of submarine volcanism within the Kos-Nisyros volcanic field. Abstracts

IUGG, July 2003, Sapporo, Japan.