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 , поскольку они более плотны, чем окружающая атмосфера. Новозеландский геолог Патрик Маршалл (1869–1950) ввел термин « игнимбрит» от латинских слов «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 во многих из них наблюдаются 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.
Для объяснения отложения игнимбритов из-за потока пирокластической плотности были предложены две основные модели: массовое осаждение и модели прогрессивной агградации.
Массовая модель была предложена вулканологом Стивеном Спарксом в 1976 году . 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.
У массовой модели есть несколько проблем . 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, чего 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]
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 изменения в ориентации структур являются убедительным доказательством того, что постседиментационная ремобилизация ответственна за большинство структур, но необходимо провести дополнительную работу, чтобы выяснить, имеют ли большинство игнимбритов такие вертикальные изменения в 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 осадочные отложения , не имеющие латерального переноса. [7] Сходство между структурами зеленого туфа и игнимбритов на Гран-Канарии предполагает постседиментационную повторную мобилизацию. 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, наблюдаемые 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]
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 свариться вместе, и осадок превратится 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 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.
Большинство игнимбритов кремнистые, обычно с содержанием SiO 2 более 65% . Химический состав игнимбритов, как и всех кислых пород, и результирующая минералогия популяций вкрапленников в них связаны главным образом с переменным содержанием натрия, калия, кальция, в меньшей степени 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.
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 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:
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 в игнимбритах могут влиять системы трещин . [15]
Игнимбриты встречаются по всему миру и связаны со многими вулканическими провинциями, имеющими магму с высоким содержанием кремнезема 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 Раймонд-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 завершилась 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 островах Тенерифе и Гран-Канария .
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.