Игнимбрит — тип вулканической породы , состоящий из затвердевшего туфа . [1] Игнимбриты образуются из отложений пирокластических потоков , которые представляют собой горячую взвесь частиц и газов, быстро вытекающую из вулкана , движимую более плотной, 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 , если он литифицирован ) и пемзовых лапилли , обычно с разбросанными литических фрагментами. Пепел состоит из стеклянных осколков и кристаллических фрагментов. Игнимбриты могут быть рыхлыми и неконсолидированными или литифицированными (затвердевшими) породами, называемыми лапилли-туфами. Вблизи вулканического источника игнимбриты часто содержат толстые скопления литических блоков, а дистально многие показывают метровые скопления округлых булыжников пемзы. Игнимбриты могут быть белыми, серыми, розовыми, бежевыми, коричневыми или черными в зависимости от их состава и плотности. Многие бледные игнимбриты являются дацитовыми или риолитовыми . Более темные игнимбриты могут быть плотно спаянными вулканическим стеклом или, реже, мафическими по составу.
Для объяснения отложения игнимбритов из пирокластического плотностного потока были предложены две основные модели: модель массового отложения и модель прогрессивной агградации.
Модель en masse была предложена вулканологом Стивеном Спарксом в 1976 году. Спаркс приписал плохую сортировку в игнимбритах ламинарным потокам с очень высокой концентрацией частиц. Пирокластические потоки представлялись похожими на потоки обломков, при этом тело подвергается ламинарному потоку, а затем останавливается en masse . Поток будет перемещаться как пробковый поток, при этом по существу недеформирующаяся масса будет перемещаться по тонкой зоне сдвига, а замерзание en masse произойдет, когда движущее напряжение упадет ниже определенного уровня. Это приведет к образованию массивного блока с обратно градуированным основанием.
С моделью en masse связано несколько проблем . Поскольку игнимбрит является месторождением, его характеристики не могут полностью отражать поток, а месторождение может только регистрировать процесс осадконакопления. Вертикальная химическая зональность в игнимбритах интерпретируется как регистрация постепенных изменений в отложении, и зональность редко коррелирует с границами единиц потока и может происходить внутри единиц потока. Было высказано предположение, что химические изменения регистрируют прогрессирующую агградацию в основании потока от извержения, состав которого меняется со временем. Чтобы это было так, основание потока не может быть турбулентным . Мгновенное отложение всего тела материала невозможно, поскольку перемещение жидкости невозможно мгновенно. Любое перемещение жидкости мобилизовало бы верхнюю часть потока, и отложение en masse не произошло бы. Мгновенное прекращение потока вызвало бы локальное сжатие и расширение, что было бы очевидно в виде трещин растяжения и мелкомасштабных надвигов, которые не наблюдаются в большинстве игнимбритов. [2]
Адаптация теории en masse предполагает, что игнимбрит регистрирует прогрессирующую агградацию от постоянного 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 дебаты в области относительной важности каждого из механизмов, существует согласие, что оба механизма оказывают влияние. [3] Вертикальное изменение ориентации структур является убедительным доказательством против того, что постседиментационная ремобилизация ответственна за большинство структур, но необходимо провести больше работы, чтобы выяснить, имеют ли большинство игнимбритов эти вертикальные изменения, чтобы сказать, какой процесс является наиболее распространенным.
Модель, основанная на наблюдениях за туфом Wall Mountain в Национальном памятнике Florissant Fossil Beds в Колорадо, предполагает, что реоморфные структуры, такие как фолиация и пирокласты, образовались во время ламинарного вязкого течения, когда поток плотности останавливается. Изменение от потока частиц к вязкой жидкости может вызвать быстрое массовое охлаждение на последних нескольких метрах. [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 заключается в том, что поток плотности стал стационарным до того, как образовались реоморфные структуры. [6] Такие структуры, как всепроникающая фолиация, являются результатом уплотнения нагрузки, а другие структуры являются результатом повторной мобилизации под действием нагрузки и осаждения на наклонной топографии. Туф, отложенный в горе Вагонтайр в Орегоне и туфе Бишопа в Калифорнии, демонстрирует признаки вязкого течения поздней стадии. Эти туфы имеют схожую химию и, следовательно, должны были подвергнуться тому же процессу уплотнения, чтобы иметь ту же фолиацию.
Зеленый туф в Пантеллерии содержит реоморфные структуры, которые считаются результатом постседиментационной ремобилизации, поскольку в то время считалось, что зеленый туф был осадочным отложением , не имеющим латерального переноса. [7] Сходство между структурами в зеленом туфе и игнимбритами на Гран-Канарии предполагает постседиментационную ремобилизацию. Эта интерпретация отложения зеленого туфа была оспорена, предполагая, что это игнимбрит, а такие структуры, как черепитчатое фиамме , наблюдаемые в зеленом туфе, были результатом первичного вязкого течения поздней стадии. [8] Похожие структуры, наблюдаемые на Гран-Канарии, были интерпретированы как синседиментационный поток. [7]
Sheathfolds и другие реоморфные структуры могут быть результатом одной стадии сдвига. Сдвиг, возможно, произошел, когда поток плотности прошел через формирующееся месторождение. Вертикальные изменения в ориентациях sheathfolds свидетельствуют о том, что реоморфизм и сварка могут происходить син-депозиционно. [9] Было оспорено, что сдвиг между потоком плотности и формирующимся месторождением достаточно значителен, чтобы вызвать все реоморфные структуры, наблюдаемые в игнимбритах, хотя сдвиг может быть ответственным за некоторые структуры, такие как черепитчатые фьямме. [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 при взрывном извержении. [11] Большинство из них представляют собой фенокристаллы , выросшие в магме, но некоторые могут быть экзотическими кристаллами, такими как ксенокристаллы , полученные из других магм, магматических пород или из вмещающих пород .
Пепельная матрица обычно содержит различное количество обломков горошин и булыжников, называемых литическими включениями. В основном это кусочки старого затвердевшего вулканического мусора, вынесенного со стенок канала или с поверхности земли. Реже обломки представляют собой родственный материал из магматической камеры.
Если при отложении они достаточно горячие, частицы в игнимбрите могут свариваться вместе, и отложение преобразуется в «сварной игнимбрит», состоящий из эвтакситового лапилли-туфа . Когда это происходит, пемзовые лапилли обычно сплющиваются, и они появляются на поверхности скал в виде темных линзовидных форм, известных как фьямме . Интенсивно сваренный игнимбрит может иметь стекловидные зоны около основания и вершины, называемые нижними и верхними «витрофирами», но центральные части являются микрокристаллическими («литоидными»).
Минералогия игнимбрита в первую очередь определяется химическим составом исходной магмы.
Типичный набор вкрапленников в игнимбритах включает биотит, кварц, санидин или другие щелочные полевые шпаты , иногда роговую обманку , редко пироксен , а в случае фонолитовых туфов — фельдшпатоидные минералы, такие как нефелин и лейцит .
Обычно в большинстве фельзитовых игнимбритов кварцевые полиморфы кристобалит и тридимит обычно встречаются в сваренных туфах и брекчиях . В большинстве случаев, по-видимому, эти высокотемпературные полиморфы кварца возникли после извержения как часть аутогенного пост-эруптивного изменения в некоторой метастабильной форме. Таким образом, хотя тридимит и кристобалит являются обычными минералами в игнимбритах, они могут не быть первичными магматическими минералами.
Большинство игнимбритов являются кремниевыми, с содержанием SiO 2 более 65% . Химия игнимбритов, как и всех кислых пород, и результирующая минералогия популяций вкрапленников в них, в основном связаны с различным содержанием натрия, калия, кальция, меньшим количеством железа и магния. [12]
Некоторые редкие игнимбриты являются андезитовыми и даже могут быть образованы из насыщенного летучими веществами базальта , тогда как игнимбрит будет иметь геохимию обычного базальта.
Большие горячие игнимбриты могут создавать некоторую форму гидротермальной активности, поскольку они имеют тенденцию покрывать влажную почву и хоронить водотоки и реки. Вода из таких субстратов будет выходить из игнимбритового покрова в фумаролах , гейзерах и т. п., процесс, который может занять несколько лет, например, после извержения туфа Новарупты . В процессе выкипания этой воды слой игнимбрита может метасоматизироваться (изменяться). Это имеет тенденцию образовывать трубы 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 слипаться и свариваться на поверхности осадконакопления, образуя вязкую жидкость; это первичная сварка. Если во время транспортировки и осаждения температура низкая, то частицы не будут слипаться и свариваться, хотя сварка может произойти позже, если уплотнение или другие факторы снижают минимальную температуру сварки до уровня ниже температуры стекловидных частиц; это вторичная сварка. Эта вторичная сварка является наиболее распространенной и предполагает, что температура большинства пирокластических потоков плотности ниже точки размягчения частиц. [5]
Фактор, определяющий, имеет ли игнимбрит первичную сварку, вторичную сварку или не имеет ее, является предметом дискуссий:
Ландшафты, образованные эрозией в затвердевшем игнимбрите, могут быть удивительно похожи на те, которые образованы на гранитных породах . В Сьерра-де-Лиуэль-Калель, провинция Ла-Пампа , Аргентина, в игнимбритах можно наблюдать различные формы рельефа, типичные для гранитов. Эти формы рельефа включают инзельберги , расклешенные склоны , купола , комки , торсы , тафони и гнаммы . [15] Кроме того, как и в гранитных ландшафтах, формы рельефа в игнимбритах могут находиться под влиянием систем трещин . [15]
Игнимбриты встречаются по всему миру и связаны со многими вулканическими провинциями, имеющими магму с высоким содержанием кремния и вызывающими ее взрывные извержения.
Игнимбрит очень часто встречается в районе нижнего региона Хантер австралийского штата Новый Южный Уэльс . Игнимбрит, добываемый в регионе Хантер в таких местах, как Мартинс-Крик, Бренди-Хилл, Сихем ( Борал ) и в заброшенном карьере на Реймонд-Террас, представляет собой вулканическую осадочную породу каменноугольного возраста (280–345 миллионов лет). Он имел чрезвычайно бурное происхождение. Этот материал накапливался на значительной глубине и, должно быть, потребовались годы, чтобы полностью остыть. В процессе материалы, из которых состояла эта смесь, сплавились в очень прочную породу средней плотности.
Игнимбрит также встречается в регионе Коромандель в Новой Зеландии , где поразительные оранжево-коричневые игнимбритовые скалы образуют отличительную черту ландшафта. Близлежащая вулканическая зона Таупо покрыта обширными плоскими пластами игнимбрита, извергнутого из кальдерных вулканов во время плейстоцена и голоцена. Выступающие игнимбритовые скалы в Хинуэре (Вайкато) отмечают края древнего русла реки Вайкато, которая протекала через долину до последнего крупного извержения Таупо 1800 лет назад ( извержение Хатепе ). Западные скалы добываются для получения блоков камня Хинуэра, так называется сваренный игнимбрит, используемый для облицовки зданий. Камень светло-серый со следами зеленого и слегка пористый.
Огромные залежи игнимбрита образуют большую часть Сьерра -Мадре-Оксиденталь на западе Мексики. На западе Соединенных Штатов массивные залежи игнимбрита толщиной до нескольких сотен метров встречаются в провинции Бассейна и Хребта , в основном в Неваде , западной Юте , южной Аризоне , а также в северо-центральной и южной части Нью-Мексико и на равнине реки Снейк . Магматизм в провинции Бассейна и Хребта включал в себя массивную вспышку игнимбрита, которая началась около 40 миллионов лет назад и в основном закончилась 25 миллионов лет назад: магматизм последовал за концом орогенеза Ларамида , когда деформация и магматизм произошли далеко на востоке от границы плиты. Дополнительные извержения игнимбрита продолжались в Неваде примерно до 14 миллионов лет назад. Отдельные извержения часто были огромными, иногда до тысяч кубических километров в объеме, что дало им индекс вулканической эксплозивности 8, сопоставимый с извержениями Йеллоустонской кальдеры и озера Тоба .
Последовательности игнимбритов составляют большую часть постэрозионных пород на островах Тенерифе и Гран-Канария .
Хранилище Юкка-Маунтин , хранилище Министерства энергетики США для отработанных ядерных реакторов и других радиоактивных отходов, расположено в отложениях игнимбрита и туфа.
При обработке камня используется наслоение игнимбритов, поскольку иногда они раскалываются на удобные плиты, используемые для мощения плитами и в ландшафтном дизайне садовых бордюров.
В регионе Хантер в Новом Южном Уэльсе игнимбрит служит прекрасным заполнителем или «голубым металлом » для дорожных покрытий и строительства.