Огонь
Игнимбрит — разновидность вулканической породы , состоящая из затвердевшего туфа . [1] Игнимбриты образуются из отложений пирокластических потоков , которые представляют собой горячую взвесь частиц и газов, быстро вытекающих из вулкана , вызванную тем, что они более плотны, чем окружающая атмосфера. Новозеландский геолог Патрик Маршалл (1869–1950) ввел термин «игнимбрит» от латинского «igni-» («огонь») и «imbri-» («дождь»).
Игнимбриты состоят из очень плохо отсортированной смеси вулканического пепла (или туфа при литификации ) и пемзовых лапилли , обычно с разбросанными каменными фрагментами. Пепел состоит из осколков стекла и осколков кристаллов. Игнимбриты могут представлять собой рыхлые и неконсолидированные или литифицированные (затвердевшие) породы, называемые лапилли-туфами. Вблизи вулканического источника игнимбриты часто содержат мощные скопления каменных блоков, а дистально многие из них демонстрируют скопления округлых булыжников пемзы метровой мощности. Игнимбриты могут быть белыми, серыми, розовыми, бежевыми, коричневыми или черными в зависимости от их состава и плотности. Многие светлые игнимбриты дацитовые или риолитовые . Игнимбриты более темного цвета могут представлять собой плотно спаянное вулканическое стекло или, реже, основной состав.
Депонирование
[ редактировать ]Для объяснения отложения игнимбритов из-за потока пирокластической плотности были предложены две основные модели: массовое осаждение и модели прогрессивной агградации.
Много моделей
[ редактировать ]Массовая в 1976 году . модель была предложена вулканологом Стивеном Спарксом Спаркс объяснил плохую сортировку игнимбритов ламинарными потоками с очень высокой концентрацией частиц. Пирокластические потоки считались похожими на селевые потоки, когда тело подвергалось ламинарному течению, а затем массово останавливалось . Поток будет двигаться как поршневой, при этом по существу недеформирующаяся масса движется по тонкой зоне сдвига, а замерзание всей массы происходит, когда движущее напряжение падает ниже определенного уровня. В результате получится массивный агрегат с основанием обратного градиента.
имеет несколько проблем Модель массового производства . Поскольку игнимбрит является месторождением, его характеристики не могут полностью отражать течение, и месторождение может лишь фиксировать процесс отложения. Вертикальная химическая зональность в игнимбритах интерпретируется как запись постепенных изменений в отложениях, причем зональность редко коррелирует с границами единиц потока и может возникать внутри единиц потока. Было высказано предположение, что химические изменения отражают прогрессирующую агградацию в основании потока извержения, состав которого меняется со временем. Для этого основание потока не может быть турбулентным . Мгновенное осаждение всего тела материала невозможно, поскольку мгновенное перемещение жидкости невозможно. Любое смещение жидкости мобилизует верхнюю часть потока, и массового осаждения не произойдет. Мгновенное прекращение потока вызовет локальное сжатие и растяжение, что будет проявляться в виде трещин растяжения и небольших надвигов, что не наблюдается в большинстве игнимбритов. [2]
Адаптация теории en Masse предполагает, что игнимбрит фиксирует прогрессирующую агградацию в результате устойчивого течения и что различия, наблюдаемые между игнимбритами и внутри игнимбрита, являются результатом временных изменений в природе потока, который его отложил. [2]
Модель реоморфного потока
[ редактировать ]
Реоморфные структуры наблюдаются только в высокосортных игнимбритах. Существует два типа реоморфного течения; постседиментационная ремобилизация и вязкое течение на поздней стадии. Хотя в настоящее время ведутся споры об относительной важности того или иного механизма, существует согласие в том, что оба механизма имеют эффект. [3] Вертикальные вариации в ориентации структур являются убедительными доказательствами того, что постседиментационная ремобилизация ответственна за большинство структур, но необходимо провести дополнительную работу, чтобы выяснить, имеют ли большинство игнимбритов эти вертикальные вариации, чтобы сказать: какой процесс является наиболее распространенным.
Модель, основанная на наблюдениях за туфом Уолл-Маунтин в Национальном памятнике «Ископаемые пласты Флориссант» в Колорадо, предполагает, что реоморфные структуры, такие как слоение и пирокласты, образовались во время ламинарного вязкого потока, когда поток плотности прекращается. Переход от потока твердых частиц к вязкой жидкости может вызвать быстрое массовое охлаждение за последние несколько метров. [4] Также предполагается, что трансформация происходит в пограничном слое у основания потока и что все материалы проходят через этот слой во время осаждения. [5]
Другая предложенная модель состоит в том, что ток плотности стал стационарным до того, как образовались реоморфные структуры. [6] Такие структуры, как повсеместное слоение, являются результатом уплотнения нагрузки, а другие структуры являются результатом ремобилизации под нагрузкой и отложения на наклонной топографии. Туф, отложенный на горе Вагонтайр в Орегоне и Бишоп-Таф в Калифорнии, демонстрирует признаки вязкого течения на поздней стадии. Эти туфы имеют схожий химический состав и поэтому должны были подвергнуться одному и тому же процессу уплотнения, чтобы иметь такое же слоение.
Зеленый туф в Пантеллерии содержит реоморфные структуры, которые считаются результатом повторной мобилизации после отложения, поскольку в то время считалось, что зеленый туф представляет собой отложения падения , не имеющие латерального переноса. [7] Сходство между структурами Зеленого туфа и игнимбритами Гран-Канарии предполагает повторную мобилизацию после осадконакопления. Эта интерпретация отложения Зеленого туфа оспаривается, предполагая, что это игнимбрит, а такие структуры, как черепитчатая фиамма , наблюдаемая в Зеленом туфе, были результатом первичного вязкого течения на поздней стадии. [8] Подобные структуры, наблюдавшиеся на Гран-Канарии, были интерпретированы как син-осадочный поток. [7]
Складки и другие реоморфные структуры могут быть результатом одной стадии сдвига. Сдвиг, возможно, произошел при прохождении тока плотности по формирующемуся отложению. Вертикальные вариации в ориентации чехловых складок свидетельствуют о том, что реоморфизм и сварка могут возникать в синседиментационном порядке. [9] Спорным является тот факт, что сдвиг между током плотности и формирующимся отложением достаточно значителен, чтобы вызвать все реоморфные структуры, наблюдаемые в игнимбритах, хотя сдвиг может быть ответственным за некоторые структуры, такие как черепитчатая фиамма. [10]
Петрология
[ редактировать ]
Игнимбрит в основном состоит из матрицы вулканического пепла ( тефры ), которая состоит из осколков и фрагментов вулканического стекла, фрагментов пемзы и кристаллов. Фрагменты кристаллов обычно разлетаются на части взрывным извержением. [11] Большинство из них представляют собой вкрапленники , выросшие в магме, но некоторые могут быть экзотическими кристаллами, такими как ксенокристаллы , полученные из других магм, магматических пород или вмещающих пород .
Матрица пепла обычно содержит различное количество фрагментов породы размером от горошины до булыжника, называемых каменными включениями. В основном это кусочки более старых затвердевших вулканических обломков, унесенных со стенок каналов или с поверхности земли. Реже обломки представляют собой родственный материал из магматического очага.
Если при осаждении достаточно горячий, частицы игнимбрита могут свариваться вместе, и осадок превращается в «сваренный игнимбрит» , состоящий из эвтакситического лапилли-туфа . Когда это происходит, лапилли пемзы обычно сглаживаются, и они появляются на поверхности камня в виде темных линз, известных как фиамме . Интенсивно сваренный игнимбрит может иметь стекловидные зоны у основания и верха, называемые нижними и верхними «витрофирами», но центральные части являются микрокристаллическими («литоидными»).
Минералогия
[ редактировать ]Минералогия игнимбрита определяется в первую очередь химией исходной магмы.
Типичным диапазоном вкрапленников в игнимбритах являются биотит, кварц, санидин или другой щелочной полевой шпат , иногда роговая обманка , редко пироксен , а в случае фонолитовых туфов - полевошпатоидные минералы, такие как нефелин и лейцит .
Обычно в большинстве кислых игнимбритов полиморфы кварца кристобалит и тридимит обычно встречаются в сварных туфах и брекчиях . В большинстве случаев оказывается, что эти высокотемпературные полиморфы кварца возникли после извержения как часть аутогенных постэруптивных изменений в некоторой метастабильной форме. Таким образом, хотя тридимит и кристобалит являются обычными минералами в игнимбритах, они не могут быть первичными магматическими минералами.
Геохимия
[ редактировать ]Большинство игнимбритов кремнистые, обычно с содержанием SiO 2 более 65% . Химический состав игнимбритов, как и всех кислых пород, и возникающая в результате минералогия популяций вкрапленников в них связаны главным образом с переменным содержанием натрия, калия, кальция, в меньших количествах железа и магния. [12]
Некоторые редкие игнимбриты являются андезитовыми и могут даже образоваться из летучих насыщенных базальтов , при этом игнимбриты будут иметь геохимию обычного базальта.
Изменение
[ редактировать ]Крупные горячие игнимбриты могут создавать ту или иную форму гидротермальной активности, поскольку они имеют тенденцию покрывать влажную почву и закрывать водотоки и реки. Вода из таких субстратов будет выходить из игнимбрита в фумаролах , гейзерах и т.п., и этот процесс может занять несколько лет, например, после извержения туфа Новарупта . В процессе выпаривания этой воды слой игнимбрита может метасоматизироваться (изменяться). Это имеет тенденцию образовывать дымоходы и карманы каолин -измененной породы.
Сварка
[ редактировать ]
Сварка является распространенной формой изменения игнимбрита. Существует два типа сварки: первичная и вторичная. Если поток плотности достаточно горячий, частицы будут агглютинировать и свариваться на поверхности осадка, образуя вязкую жидкость; это первичная сварка. Если при транспортировке и напылении температура будет низкой, то частицы не будут слипаться и свариваться, хотя сварка может произойти и позже, если уплотнение или другие факторы снизят минимальную температуру сварки ниже температуры стеклообразных частиц; это вторичная сварка. Эта вторичная сварка является наиболее распространенной и предполагает, что температура большинства потоков пирокластической плотности ниже точки размягчения частиц. [5]
Фактор, определяющий наличие у игнимбрита первичной сварки, вторичной сварки или отсутствия сварки, обсуждается:
- Различные химические составы снизят вязкость и сделают возможным первичный сварной шов. [4]
- Недостаточно различий в составе первичных и вторичных сварных игнимбритов, чтобы это могло быть основным фактором. [5]
- Охлаждение при транспортировке незначительно, поэтому, если температура извержения достаточно высока, произойдет первичная сварка. Боковые изменения степени сварки не являются результатом охлаждения во время транспортировки. [13]
- Литостатическая нагрузка определяет интенсивность сварки, поскольку игнимбрит Тириби наиболее плотно сваривается там, где его толщина наибольшая. Корреляция не идеальна, и на это могут влиять другие факторы. [14]
- Есть два доказательства относительной незначительности литостатической нагрузки в определении интенсивности сварки; латеральные изменения степени сварки независимо от толщины и случаи, когда степень сварки коррелирует с химической зональностью. Сварка определяется комбинацией факторов, включая изменения состава, содержание летучих веществ, температуру, размер зерен и содержание камня. [2]
Морфология и возникновение
[ редактировать ]Ландшафты, образовавшиеся в результате эрозии затвердевшего игнимбрита, могут быть удивительно похожи на ландшафты, образовавшиеся на гранитных породах . В Сьерра-де-Лиуэль-Каель , провинция Ла-Пампа , Аргентина, в игнимбрите можно наблюдать различные формы рельефа, типичные для гранитов. Этими формами рельефа являются инзельберги , расклешенные склоны , купола , нуббины , торсы , тафонисы и гнаммы . [15] Кроме того, как и в гранитных ландшафтах, на формы рельефа игнимбритов могут влиять системы трещин . [15]
Распределение
[ редактировать ]с высоким содержанием кремнезема Игнимбриты встречаются по всему миру и связаны со многими вулканическими провинциями, имеющими магму и приводящими к взрывным извержениям.
Игнимбрит очень часто встречается в нижнем районе Хантера австралийского штата Новый Южный Уэльс . Игнимбрит, добытый в регионе Хантер в таких местах, как Мартинс-Крик, Брэнди-Хилл, Сихем ( Борал ) и в заброшенном карьере на Рэймонд-Террас, представляет собой вулканическую осадочную породу каменноугольного возраста (280–345 миллионов лет). Оно имело крайне насильственное происхождение. Этот материал накопился на значительную глубину, и, должно быть, потребовались годы, чтобы полностью остыть. В процессе материалы, составляющие эту смесь, слились в очень прочную породу средней плотности.
Игнимбрит также встречается в регионе Коромандел в Новой Зеландии , где поразительные оранжево-коричневые игнимбритовые скалы образуют отличительную особенность ландшафта. Близлежащая вулканическая зона Таупо покрыта обширными плоскими пластами игнимбрита, извергавшегося из кальдерных вулканов в плейстоцене и голоцене. Обнаженные игнимбритовые скалы в Хинуэре (Вайкато) отмечают края древнего русла реки Вайкато, которая протекала через долину перед последним крупным извержением Таупо 1800 лет назад ( извержение Хатепе ). На западных скалах добывают блоки камня Хинуэра, названия сваренного игнимбрита, используемого для облицовки зданий. Камень светло-серого цвета с оттенками зеленого, слегка пористый.
Огромные месторождения игнимбрита образуют большую часть Западной Сьерра-Мадре на западе Мексики. На западе США массивные отложения игнимбрита толщиной до нескольких сотен метров встречаются в провинции Бассейн и хребет , в основном в Неваде , западной Юте , южной Аризоне , а также северо-центральной и южной части Нью-Мексико , а также на равнине реки Снейк . Магматизм в провинции Бассейнов и Хребтов включал в себя массовую вспышку игнимбрита, которая началась около 40 миллионов лет назад и в основном закончилась 25 миллионов лет назад: магматизм последовал за окончанием Ларамидской складчатости , когда деформация и магматизм произошли далеко на востоке от граница плиты. Дополнительные извержения игнимбрита продолжались в Неваде примерно 14 миллионов лет назад. Отдельные извержения часто были огромными, иногда до тысяч кубических километров в объеме, что давало им индекс вулканической взрывоопасности 8, что сравнимо с извержениями Йеллоустонской кальдеры и озера Тоба .
Последовательности игнимбритов составляют большую часть постэрозионных пород на Тенерифе и Гран-Канария островах .
Использовать
[ редактировать ]Хранилище Юкка-Маунтин , терминал Министерства энергетики США для хранения отработавших ядерных реакторов и других радиоактивных отходов, находится на месторождении игнимбрита и туфа.
При обработке камня используется наслоение игнимбритов, так как иногда он раскалывается на удобные плиты, которые можно использовать для изготовления плит и в ландшафтном дизайне кромок сада.
В регионе Хантер в Новом Южном Уэльсе игнимбрит служит отличным заполнителем или «голубым металлом » для дорожного покрытия и строительства.
См. также
[ редактировать ]- Bluestone - культурное или коммерческое название ряда разновидностей строительного камня.
- Пирокластическая порода - Обломочные породы, состоящие исключительно или в основном из вулканических материалов.
- Лава – расплавленная порода, выброшенная вулканом во время извержения.
- Магма - горячий полужидкий материал, обнаруженный под поверхностью Земли.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ле Мэтр, RW, изд. (2002). Магматические породы: классификация и словарь терминов . Нью-Йорк, США: Издательство Кембриджского университета. п. 92 . ISBN 978-0-511-06651-1 .
- ^ Перейти обратно: а б с Бранни, MJ; Кокелаар, БП (2002). Пирокластические плотностные течения и седиментация игнимбритов . Бат: Геологическое общество. ISBN 1-86239-097-5 .
- ^ Тролль, Валентин Р.; Эмелеус, К. Генри; Николл, Грэм Р.; Мэттссон, Тобиас; Эллам, Роберт М.; Дональдсон, Колин Х.; Харрис, Крис (24 января 2019 г.). «Крупное эксплозивное кремниевое извержение в Британской палеогеновой магматической провинции» . Научные отчеты . 9 (1): 494. Бибкод : 2019НатСР...9..494Т . doi : 10.1038/s41598-018-35855-w . ISSN 2045-2322 . ПМК 6345756 . ПМИД 30679443 .
- ^ Перейти обратно: а б Шминке, Х.-У.; Суонсон, Д.А. (1967). «Структуры ламинарного вязкого течения в туфах пепловых потоков Гран-Канарии, Канарские острова». Журнал геологии . 75 (6): 641–644. Бибкод : 1967JG.....75..641S . дои : 10.1086/627292 . S2CID 128752517 .
- ^ Перейти обратно: а б с Чапин, CE; Лоуэлл, Г. Р. (1979). «Первичные и вторичные структуры потоков в туфах пепловых потоков палеодолины Грибблс-Ран, центральный Колорадо». Специальные документы GSA . Специальные статьи Геологического общества Америки. 180 : 137–154. дои : 10.1130/SPE180-p137 . ISBN 0-8137-2180-6 .
- ^ Рэган, DM; Шеридан, МФ (1972). «Уплотнение Бишоп-Туфа, Калифорния». Бюллетень Геологического общества Америки . 83 (1): 95–106. Бибкод : 1972GSAB...83...95R . doi : 10.1130/0016-7606(1972)83[95:COTBTC]2.0.CO;2 .
- ^ Перейти обратно: а б Вольф, Дж.А.; Райт, СП (1981). «Реоморфизм сварных туфов». Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 10 (1–3): 13–34. Бибкод : 1981JVGR...10...13W . дои : 10.1016/0377-0273(81)90052-4 .
- ^ Бранни, MJ; Кокелаар, П. (1992). «Переоценка внедрения игнимбрита: прогрессивная градация и переход от потока твердых частиц к потоку без твердых частиц во время внедрения высококачественного игнимбрита». Бюллетень вулканологии . 54 (6): 504–520. Бибкод : 1992Bol...54..504B . дои : 10.1007/BF00301396 . S2CID 129177112 .
- ^ Бранни, MJ; Барри, ТЛ; Годшо, М. (2004). «Складки в реоморфных игнимбритах». Бюллетень вулканологии . 66 (6): 485–491. дои : 10.1007/s00445-003-0332-8 . S2CID 130797592 .
- ^ Коббергер, Г.; Шминке, Х.-У. (1999). «Отложение реоморфного игнимбрита D (формация Моган), Гран-Канария, Канарские острова, Испания». Бюллетень вулканологии . 60 (6): 465–485. Бибкод : 1999BVol...60..465K . дои : 10.1007/s004450050246 . S2CID 128674265 .
- ^ Бадд, Дэвид А.; Тролль, Валентин Р.; Диган, Фрэнсис М.; Джолис, Эстер М.; Смит, Виктория К.; Уайтхаус, Мартин Дж.; Харрис, Крис; Фреда, Кармела; Хилтон, Дэвид Р.; Халлдорссон, Сэмундур А.; Биндеман, Илья Н. (25 января 2017 г.). «Динамика резервуара магмы в кальдере Тоба, Индонезия, зафиксированная по изотопному зонированию кислорода в кварце» . Научные отчеты . 7 (1): 40624. Бибкод : 2017NatSR...740624B . дои : 10.1038/srep40624 . ISSN 2045-2322 . ПМК 5264179 . ПМИД 28120860 .
- ^ Тролль, Валентин Р.; Шминке, Ганс-Ульрих (1 февраля 2002 г.). «Смешение магмы и переработка земной коры зафиксированы в тройном полевом шпате из зонального по составу перщелочного игнимбрита 'A', Гран-Канария, Канарские острова» . Журнал петрологии . 43 (2): 243–270. дои : 10.1093/petrology/43.2.243 . ISSN 0022-3530 .
- ^ Фройндт, А. (1999). «Формирование высокосортных игнимбритов. Часть II. Модель течения пирокластической взвеси с последствиями также для низкосортных игнимбритов». Бюллетень вулканологии . 60 (7): 545–567. Бибкод : 1999BVol...60..545F . дои : 10.1007/s004450050251 . S2CID 128562387 .
- ^ Перес, В.; Альварадо, GE; Ганс, ПБ (2006). «Туф Тириби 322 тыс. лет назад: стратиграфия, геохронология и механизмы отложения самого крупного и самого последнего игнимбрита в Центральной долине, Коста-Рика». Бюллетень вулканологии . 69 (1): 25–40. Бибкод : 2006БТом...69...25П . дои : 10.1007/s00445-006-0053-x . S2CID 58892024 .
- ^ Перейти обратно: а б Агилера, Эмилия Ю.; Сато, Ана Мария; Льямбиас, Эдуардо; Тики, Хьюго (2014). «Эрозионная поверхность и морфология гранита в Сьерра-де-Лиуэль-Каель, провинция Ла-Пампа, Аргентина». В Рабассе, Хорхе ; Оллиер, Клифф (ред.). Пейзажи Гондваны на юге Южной Америки . Спрингер. стр. 393–422.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Кэннон, Э. (28 апреля 2002 г.). «Вспышка среднетретичного игнимбрита» . Университет Колорадо в Боулдере. Архивировано из оригинала 21 апреля 2016 года . Проверено 24 августа 2016 г.
- Спаркс, RSJ (1976). «Вариации размера зерен в игнимбритах и последствия для переноса пирокластических потоков». Седиментология . 23 (2): 147–188. Бибкод : 1976Седим..23..147С . дои : 10.1111/j.1365-3091.1976.tb00045.x .
- Биографический словарь Новой Зеландии, Патрик Маршалл, 1869–1950 гг., http://www.dnzb.govt.nz/dnzb/default.asp?Find_Quick.asp?PersonEssay=3M44
