Пемза ( / ˈ p ʌ m ɪ s / ), называемая пумицитом в порошкообразной или пылевидной форме, представляет собой вулканическую породу , состоящую из сильно везикулярного вулканического стекла с грубой текстурой , которое может содержать или не содержать кристаллы. Обычно он светлый. Скория — еще одна пузырчатая вулканическая порода, которая отличается от пемзы более крупными пузырьками, более толстыми стенками пузырьков, темным цветом и большей плотностью. [1] [2]
Пемза образуется, когда из вулкана быстро выбрасывается перегретая порода под высоким давлением . Необычная пенистая конфигурация пемзы возникает из-за одновременного быстрого охлаждения и быстрой разгерметизации. Разгерметизация создает пузырьки за счет снижения растворимости газов (включая воду и CO 2 ), растворенных в лаве, что приводит к быстрому растворению газов (как пузырьки CO 2, которые появляются при открытии газированного напитка). Одновременное охлаждение и разгерметизация замораживают пузырьки в матрице . Извержения под водой быстро охлаждаются, и образовавшийся большой объем пемзы может представлять опасность для грузовых судов. [3]
Пемза состоит из высокомикровезикулярного пирокластического стекла с очень тонкими полупрозрачными стенками пузырьков экструзионной магматической породы . Обычно [4] , но не исключительно, он бывает кремниевого или кислого или промежуточного по составу (например, риолитовый , дацитовый , андезитовый , пантеллеритовый , фонолитовый , трахитовый ), но известны базальтовый и другие составы. Пемза обычно имеет бледный цвет: от белого, кремового, синего или серого до зелено-коричневого или черного. Он образуется, когда вулканические газы , выделяющиеся из вязкой магмы, образуют пузырьки, которые остаются внутри вязкой магмы, пока она остывает до состояния стекла. Пемза — обычный продукт эксплозивных извержений ( плинианских и игнимбритообразующих ) и обычно образует зоны в верхних частях кислых лав . Пемза имеет пористость 64–85% по объему и плавает на воде, возможно, годами, пока в конечном итоге не заболачивается и не тонет. [5] [6]
Скория отличается от пемзы большей плотностью. Благодаря более крупным пузырькам и более толстым стенкам шлак быстро опускается. Разница является результатом более низкой вязкости магмы, образующей шлак. Когда присутствует большее количество газа, в результате образуется более мелкозернистая разновидность пемзы, известная как пумицит . Пумицит состоит из частиц размером менее 4 мм. [7] Пемзу считают вулканическим стеклом , поскольку она не имеет кристаллической структуры. Плотность пемзы варьируется в зависимости от толщины твердого материала между пузырьками; многие образцы плавают в воде. После взрыва Кракатау плоты пемзы дрейфовали по Индийскому океану до 20 лет, а среди них плавали стволы деревьев. [8] Фактически, плоты из пемзы рассеивают и поддерживают несколько морских видов. [9] В 1979, 1984 и 2006 годах подводные извержения вулканов вблизи Тонги создали большие плоты из пемзы, которые плыли на сотни километров к Фиджи . [10]
Существует две основные формы везикул. Большинство пемз содержат трубчатые микровезикулы, которые могут придавать шелковистую или волокнистую ткань. Удлинение микровезикул происходит за счет пластического удлинения в вулканическом канале или, в случае пемзовых лав, во время течения. Другая форма везикул имеет субсферическую или сферическую форму и возникает в результате высокого давления пара во время извержения. [11] Ретикулит — это разновидность базальтовой пемзы, образующейся в очень высоких фонтанах лавы. Он имеет чрезвычайно низкую плотность и состоит из сети вулканического стекла, образовавшейся при почти полном слиянии пузырьков. [12]
Пемза – это магматическая горная порода пенистого вида. Название происходит от латинского слова pumex (что означает «пемза») [13] , которое связано с латинским словом spuma , означающим «пена». [14] В прежние времена пемзу называли «Spuma Maris», что на латыни означает «морская пена», потому что считалось, что пенистый материал представляет собой затвердевшую морскую пену. Около 80 г. до н. э. его на латыни называли «lapis spongiae» из-за его везикулярных свойств. Многие греческие ученые пришли к выводу, что существуют разные источники пемзы, один из которых относится к категории морских кораллов. [15]
Пемзу можно найти по всему миру в результате континентальных и подводных вулканических проявлений. Плавающие камни также могут распространяться океанскими течениями. [16] Как описано ранее, пемза образуется в результате извержений взрывоопасных вулканов при определенных условиях, поэтому природные источники встречаются в вулканически активных регионах. Из этих регионов добывают и привозят пемзу. В 2011 году Италия и Турция лидировали по добыче пемзы на уровне 4 и 3 миллионов тонн соответственно; Другими крупными производителями, объем которых превышал миллион тонн, были Греция, Иран, Чили и Сирия. Общий объем мирового производства пемзы в 2011 году оценивался в 17 миллионов тонн. [17]
Большие запасы пемзы имеются в странах Азии, включая Афганистан, Индонезию, Японию, Сирию, Иран и восточную часть России. Значительные количества пемзы можно найти на полуострове Камчатка на восточном фланге России. В этой области находится 19 действующих вулканов, и она находится в непосредственной близости от Тихоокеанского вулканического пояса . Азия также является местом второго по опасности извержения вулкана в 20 веке — горы Пинатубо , которое произошло 12 июня 1991 года на Филиппинах . Пепел и пемза лапилли были разбросаны на милю вокруг вулкана. Эти выбросы заполнили траншеи, глубина которых когда-то достигала 660 футов. Из жерла было вытеснено столько магмы, что вулкан превратился в впадину на поверхности Земли. [18] Еще один известный вулкан, производящий пемзу, — Кракатау . Извержение 1883 года выбросило столько пемзы, что километры моря были покрыты плавающей пемзой, а в некоторых районах она поднялась на 1,5 метра над уровнем моря. [19]
Европа является крупнейшим производителем пемзы с месторождениями в Италии, Турции, Греции, Венгрии, Исландии и Германии. Италия является крупнейшим производителем пемзы из-за многочисленных извержений вулканов. На Эолийских островах Италии остров Липари полностью состоит из вулканической породы, включая пемзу. Большое количество магматических пород на Липари связано с многочисленными продолжительными периодами вулканической активности от позднего плейстоцена ( тирренского периода ) до голоцена. [20]
Пемзу можно найти по всей Северной Америке, включая Карибские острова . В США пемзу добывают в Неваде , Орегоне , Айдахо , Аризоне , Калифорнии , Нью-Мексико и Канзасе . Производство пемзы и пумицита в США в 2011 году оценивалось в 380 000 тонн на сумму 7,7 миллиона долларов, причем примерно 46% приходилось на Неваду и Орегон. [17] Айдахо также известен как крупный производитель пемзы из-за качества и яркости породы, найденной в местных заповедниках. [21] Одним из самых известных вулканов была гора Мазама , которая извергалась 7700 лет назад в Орегоне и выбросила 300 футов пемзы и пепла вокруг жерла. Извержение большого количества магмы привело к обрушению структуры, образовав кальдеру, ныне известную как Кратерное озеро . [18]
Чили является одним из ведущих производителей пемзы в мире. [22] Пуйеуэ -Кордон-Колле — это два слившихся вулкана в Андах , которые выбросили пепел и пемзу через Чили и Аргентину . Недавнее извержение в 2011 году нанесло ущерб региону, покрыв все поверхности и озера пеплом и пемзой. [23]
Кения , Эфиопия и Танзания имеют месторождения пемзы. [16]
Вулкан на подводной горе Гавр произвел крупнейшее из известных глубоководных вулканических извержений на Земле. Вулкан извергся в июле 2012 года , но оставался незамеченным до тех пор, пока не были замечены огромные куски пемзы, плавающие в Тихом океане. Покровы скал достигали толщины 5 метров. [24] Большая часть этой плавающей пемзы откладывается на северо-западном побережье Новой Зеландии и на островах Полинезии .
Добыча пемзы является экологически чистым процессом по сравнению с другими методами добычи, поскольку магматическая порода откладывается на поверхности земли в виде рыхлого заполнителя. Материал добывается открытым способом. Почвы удаляются машинным способом с целью получения более чистой качественной пемзы. Скальпирующие сита используются для фильтрации нечистой поверхностной пемзы органических почв и нежелательных камней. Взрывные работы не требуются, поскольку материал рыхлый, поэтому используется только простая техника, такая как бульдозеры и экскаваторы. Для конкретных целей необходимы пемзы разных размеров, поэтому для достижения желаемых сортов используются дробилки: кусковая, грубая, промежуточная, мелкая и очень мелкая. [25]
Пемза — очень легкий, пористый и абразивный материал, который веками использовался в строительстве и индустрии красоты, а также в ранней медицине. Он также используется в качестве абразива , особенно в полиролях , ластиках для карандашей и производстве потертых джинсов . Пемза также использовалась в ранней книжной промышленности для изготовления пергаментной бумаги и кожаных переплетов. [26] Существует высокий спрос на пемзу, особенно для фильтрации воды, локализации разливов химикатов, производства цемента, [27] садоводства и, все чаще, для индустрии домашних животных. Добыча пемзы в экологически чувствительных районах оказалась под более пристальным вниманием после того, как подобная операция была остановлена в американском штате Орегон, в Рок-Меса в южной части дикой местности Трех сестер . [28]
Пемза используется в медицинской промышленности более 2000 лет. Древняя китайская медицина использовала молотую пемзу вместе с молотой слюдой и окаменелыми костями, добавляемыми в чай, чтобы успокоить дух. Этот чай использовался для лечения головокружения, тошноты, бессонницы и тревожных расстройств. Проглатывание этих измельченных камней позволило размягчить узелки, и позже их использовали с другими растительными ингредиентами для лечения рака желчного пузыря и проблем с мочеиспусканием. В западной медицине, начиная с начала 18 века, пемзу измельчали до консистенции сахара и вместе с другими ингредиентами использовали для лечения язв, в основном на коже и роговице. Подобные смеси также использовались для облегчения рубцевания ран. Примерно в 1680 году английский натуралист заметил, что порошок пемзы используется для облегчения чихания. [29]
Пемза использовалась в качестве материала для ухода за собой на протяжении тысячелетий. Это абразивный материал, который можно использовать в виде порошка или камня для удаления нежелательных волос или кожи. В Древнем Египте было принято удалять все волосы на теле для борьбы со вшами и в качестве ритуального очищения с использованием кремов, бритв и пемзы. [30] Пемза в виде порошка была ингредиентом зубных паст в Древнем Риме. [31] Уход за ногтями был очень важен в древнем Китае; ногти обрабатывали пемзой, пемзу также использовали для удаления мозолей.
В римском стихотворении было обнаружено, что пемза использовалась для удаления омертвевшей кожи еще в 100 году до нашей эры, а, вероятно, и раньше. [32] С тех пор он использовался во многие эпохи, включая викторианскую эпоху . Сегодня многие из этих методов все еще используются; Пемза широко используется в качестве отшелушивающего средства для кожи . Несмотря на то, что методы удаления волос развивались на протяжении веков, абразивные материалы, такие как пемза, все еще используются. «Пемзу» часто используют в салонах красоты в процессе педикюра для удаления сухой и лишней кожи подошвы стопы, а также мозолей .
Мелко измельченная пемза добавлялась в некоторые зубные пасты в качестве полировки, аналогично римской, и легко удаляет зубной налет . Такая зубная паста слишком абразивна для ежедневного использования. Пемзу также добавляют в мощные средства для чистки рук (например, лавовое мыло ) в качестве мягкого абразива. Некоторые марки пылевых ванн для шиншилл содержат порошкообразную пемзу. Старые косметические методы с использованием пемзы все еще используются сегодня, но более новые заменители получить легче.
Пемза, иногда прикрепленная к ручке, [33] является эффективным чистящим средством для удаления известкового налета, ржавчины, колец от жесткой воды и других пятен с фарфоровых приборов в домашних условиях (например, в ванных комнатах). Это быстрый метод по сравнению с такими альтернативами, как химикаты, уксус , пищевая сода или бура .
Хорошая почва требует достаточного количества воды и питательных веществ, а также небольшого уплотнения, чтобы обеспечить легкий обмен газов. Корни растений требуют непрерывной транспортировки углекислого газа и кислорода к поверхности и от нее. Пемза улучшает качество почвы благодаря своим пористым свойствам; вода и газы могут легко транспортироваться через поры, а питательные вещества могут храниться в микроскопических отверстиях. Фрагменты пемзы неорганичны, поэтому не происходит разложения и незначительного уплотнения.
Еще одним преимуществом этого неорганического камня является то, что он не привлекает и не является местом обитания грибков и насекомых . Поскольку дренаж очень важен в садоводстве, при наличии пемзы обработку почвы проводить значительно легче. Использование пемзы также создает идеальные условия для выращивания таких растений, как кактусы и суккуленты , поскольку она увеличивает удержание воды в песчаных почвах и снижает плотность глинистых почв, обеспечивая больший транспорт газов и воды. Добавление пемзы в почву улучшает и увеличивает растительный покров, поскольку корни растений делают склоны более устойчивыми, что способствует уменьшению эрозии . Его часто используют на обочинах дорог и в канавах, а также на газонах и полях для гольфа для поддержания травяного покрова и ровности, которые могут ухудшиться из-за большого количества движения и уплотнения. Химически пемза имеет нейтральный pH , не является ни кислой , ни щелочной . [34] В 2011 году 16% пемзы, добытой в США, было использовано в садоводческих целях. [17]
Пемза способствует плодородию почвы в районах, где она естественным образом присутствует в почве из-за вулканической активности. Например, в горах Джемез в Нью-Мексико предки пуэблоанцев поселились на «участках пемзы» пемзы Эль-Кажете, которая, вероятно, сохраняла большее количество влаги и идеально подходила для сельского хозяйства. [35]
Пемза широко используется для изготовления легких бетонов и изоляционных шлакоблоков низкой плотности . Наполненные воздухом везикулы в этой пористой породе служат хорошим изолятором. [18] Мелкозернистая разновидность пемзы, называемая пуццоланом , используется в качестве добавки в цемент и смешивается с известью для получения легкого, гладкого, похожего на гипс бетона. Эта форма бетона использовалась еще во времена Римской империи . Римские инженеры использовали его для строительства огромного купола Пантеона , добавляя в бетон все больше пемзы на больших высотах конструкции. Он также широко использовался в качестве строительного материала для многих акведуков .
Одним из основных применений пемзы в настоящее время в Соединенных Штатах является производство бетона. Эта порода использовалась в бетонных смесях на протяжении тысячелетий и продолжает использоваться при производстве бетона, особенно в регионах, близких к местам отложения этого вулканического материала. [36]
Новые исследования доказывают более широкое применение порошка пемзы в бетонной промышленности. Пемза может выступать в качестве вяжущего материала в бетоне, и исследователи показали, что бетон, изготовленный с содержанием порошка пемзы до 50%, может значительно улучшить долговечность, но при этом снизить выбросы парниковых газов и потребление ископаемого топлива. [27]
Стволы и пемза, выброшенные на берег атолла Килинг в начале 1900-х годов, дрейфовали около 20 лет, начиная с извержения Кракатау в 1000 км к северо-востоку в 1883 году (
Вуд-Джонс,
1912).
Численность и разнообразие таксонов-обрастателей в сочетании с длинной траекторией распространения (> 3500 км) и периодом флотации пемзы (≥ 1 года) подтверждают важность пемзы, доставляемой морскими сплавами, как механизма распространения морских организмов на большие расстояния.
