Пемза ( / ˈ p ʌ m ɪ s / ), называемая пумицитом в порошкообразной или пылевой форме, представляет собой вулканическую породу , состоящую из чрезвычайно пузырчатого груботекстурированного вулканического стекла , которое может содержать или не содержать кристаллы. Обычно она светлого цвета. Scoria — это еще одна пузырчатая вулканическая порода, которая отличается от пемзы тем, что имеет более крупные пузырьки, более толстые стенки пузырьков, а также темного цвета и более плотная. [1] [2]
Пемза образуется, когда перегретая, находящаяся под высоким давлением порода быстро выбрасывается из вулкана . Необычная пенистая конфигурация пемзы возникает из-за одновременного быстрого охлаждения и быстрого сброса давления. Сброс давления создает пузырьки, снижая растворимость газов (включая воду и CO2 ) , которые растворяются в лаве, заставляя газы быстро выделяться (например, пузырьки CO2 , которые появляются при открытии газированного напитка). Одновременное охлаждение и сброс давления замораживают пузырьки в матрице . Извержения под водой быстро охлаждаются, и большой объем образовавшейся пемзы может представлять опасность для грузовых судов. [3]
Пемза состоит из высокомикропузырчатого стеклянного пирокластического материала с очень тонкими, полупрозрачными стенками пузырьков из экструзивной магматической породы . Обычно [4], но не исключительно, она бывает кремнистой или кислой или промежуточной по составу (например, риолитовой , дацитовой , андезитовой , пантеллеритовой , фонолитовой , трахитовой ), но известны базальтовые и другие составы. Пемза обычно бледного цвета, от белого, кремового, синего или серого до зелено-коричневого или черного. Она образуется, когда вулканические газы, выделяющиеся из вязкой магмы, образуют пузырьки, которые остаются внутри вязкой магмы, когда она остывает до состояния стекла. Пемза является обычным продуктом эксплозивных извержений ( плинианских и игнимбритообразующих ) и обычно образует зоны в верхних частях кремнистых лав . Пемза имеет пористость 64–85% по объему и плавает на поверхности воды, возможно, в течение многих лет, пока в конечном итоге не пропитается водой и не затонет. [5] [6]
Шлак отличается от пемзы большей плотностью. С более крупными пузырьками и более толстыми стенками пузырьков шлак быстро тонет. Разница является результатом меньшей вязкости магмы, которая образует шлак. При наличии большего количества газа получается более мелкозернистая разновидность пемзы, известная как пумицит . Пумицит состоит из частиц размером менее 4 мм (0,16 дюйма). [7] Пемза считается вулканическим стеклом, поскольку 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 через Индийский океан в течение 20 лет, а среди них плавали стволы деревьев. [8] Фактически, плоты пемзы рассеиваются и поддерживают несколько морских видов. [9] В 1979, 1984 и 2006 годах подводные вулканические извержения вблизи Тонга создали большие пемзовые плоты, которые проплыли сотни километров до Фиджи . [10]
Существует две основные формы везикул. Большая часть пемзы содержит трубчатые микровезикулы, которые могут придавать шелковистую или волокнистую структуру. Удлинение микровезикул происходит из-за пластичного удлинения в вулканическом канале или, в случае пемзообразных лав, во время течения. Другая форма везикул — субсферическая или сферическая, и возникает из-за высокого давления пара во время извержения. [11] Ретикулит — это тип базальтовой пемзы, образующейся в очень высоких лавовых фонтанах. Он имеет чрезвычайно низкую плотность и состоит из сети вулканического стекла, образующегося, когда везикулы почти полностью слились. [12]
Пемза — это магматическая порода с пенистым внешним видом. Название происходит от латинского слова pumex (что означает «пемза») [13], которое связано с латинским словом spuma, что означает «пена». [14] В прежние времена пемзу называли «Spuma Maris», что означает «пена моря» на латыни, потому что пенистый материал считался затвердевшей морской пеной. Около 80 г. до н. э. ее называли «lapis spongiae» на латыни за ее везикулярные свойства. Многие греческие ученые решили, что существуют разные источники пемзы, одним из которых был морской коралл. [15]
Пемзу можно найти по всему миру, она добывается из континентальных вулканических образований и подводных вулканических образований. Плавающие камни также могут распространяться океанскими течениями. [16] Как было описано ранее, пемза образуется в результате извержения взрывных вулканов при определенных условиях, поэтому ее естественные источники встречаются в вулканически активных регионах. Пемза добывается и транспортируется из этих регионов. В 2011 году Италия и Турция лидировали в добыче пемзы в объеме 4 и 3 миллионов тонн соответственно; другими крупными производителями, добывающими миллион тонн или более, были Греция, Иран, Чили и Сирия. Общее мировое производство пемзы в 2011 году оценивалось в 17 миллионов тонн. [17]
Большие запасы пемзы имеются в азиатских странах, включая Афганистан, Индонезию, Японию, Сирию, Иран и восточную часть России. Значительное количество 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 , которая изверглась 12 июня 1991 года на Филиппинах . Пепел и пемзовые лапилли были распределены на расстоянии более мили вокруг вулкана. Эти выбросы заполнили траншеи, которые когда-то достигали глубины 660 футов. Так много магмы было вытеснено из жерла, что вулкан стал впадиной на поверхности Земли. [18] Еще один известный вулкан, который производит пемзу, — Кракатау . Извержение 1883 года выбросило так много 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 ее многочисленных извергающихся вулканов. На Эолийских островах Италии остров Липари полностью состоит из вулканических пород, включая пемзу. Большое количество магматических пород на Липари обусловлено многочисленными продолжительными периодами вулканической активности от позднего плейстоцена ( тирренского ) до голоцена. [20]
Пемзу можно найти по всей Северной Америке, включая острова Карибского моря . В Соединенных Штатах 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 млн 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 запасах. [21] Одним из самых известных вулканов был вулкан Мазама , который извергался 7700 лет назад в Орегоне и отложил 300 футов пемзы и пепла вокруг жерла. Большое количество извергнутой магмы привело к обрушению структуры, образовав кальдеру, теперь известную как Кратерное озеро . [18]
Чили является одним из ведущих производителей пемзы в мире. [22] Пуйеуэ -Кордон Каулье — два слившихся вулкана в Андах , которые выбрасывали пепел и пемзу по всей территории Чили и Аргентины . Недавнее извержение в 2011 году нанесло ущерб региону, покрыв все поверхности и озера пеплом и пемзой. [23]
В Кении , Эфиопии и Танзании имеются некоторые месторождения пемзы. [16]
Вулкан Гавр-Симонт произвел крупнейшее из известных глубоководных вулканических извержений на Земле. Вулкан извергся в июле 2012 года, но оставался незамеченным до тех пор, пока огромные куски пемзы не были замечены плавающими в Тихом океане. Толщина пластов породы достигала 5 метров. [24] Большая часть этой плавающей пемзы откладывается на северо-западном побережье Новой Зеландии и островов Полинезии .
Добыча пемзы является экологически чистым процессом по сравнению с другими методами добычи, поскольку магматическая порода откладывается на поверхности земли в виде рыхлого агрегата. Материал добывается открытым способом. Почва удаляется техникой для получения более чистой качественной пемзы. Скальпинговые грохоты используются для фильтрации загрязненной поверхностной пемзы органических почв и нежелательных пород. Взрывные работы не нужны, поскольку материал неконсолидирован, поэтому используется только простая техника, такая как бульдозеры и экскаваторы. Для определенных целей требуются различные размеры пемзы, поэтому для достижения желаемых сортов, начиная от кусковой, грубой, средней, мелкой и сверхтонкой, используются дробилки. [25]
Пемза — очень легкий, пористый и абразивный материал, который использовался на протяжении столетий в строительстве и индустрии красоты, а также в ранней медицине. Он также использовался в качестве абразива , особенно в полиролях , ластиках для карандашей и в производстве джинсов с эффектом потертости . 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 химических разливов, производства цемента, [27] садоводства и все чаще для индустрии домашних животных. Добыча пемзы в экологически уязвимых районах стала объектом более пристального внимания после того, как такая операция была остановлена в американском штате Орегон, в Рок-Меса в южной части заповедника Три сестры . [28]
Пемза использовалась в медицинской промышленности более 2000 лет. Древняя китайская медицина использовала молотую пемзу вместе с молотой слюдой и окаменелыми костями, добавляемыми в чаи для успокоения духа. Этот чай использовался для лечения головокружения, тошноты, бессонницы и тревожных расстройств. Считалось, что прием внутрь этих измельченных камней может смягчить узелки и позже использовался с другими растительными ингредиентами для лечения рака желчного пузыря и проблем с мочеиспусканием. В западной медицине, начиная с начала 18 века, пемза, измельченная до консистенции сахара, смешанная с другими ингредиентами, использовалась для лечения язв, в основном на коже и роговице. Такие отвары также использовались для того, чтобы помочь ранам зарубцеваться предположительно более здоровым образом. Примерно в 1680 году английский натуралист заметил, что порошок пемзы использовался для стимуляции чихания. [29]
Пемза использовалась в качестве материала для личной гигиены на протяжении тысяч лет. Это абразивный материал, который можно использовать в порошкообразной форме или в виде камня для удаления нежелательных волос или кожи. В Древнем Египте было принято удалять все волосы на теле для борьбы со вшами и в качестве формы ритуального очищения с использованием кремов, бритв и пемзы. [30] Пемза в порошкообразной форме была ингредиентом зубных паст в Древнем Риме. [31] Уход за ногтями был очень важен в Древнем Китае; ногти поддерживались в порядке с помощью пемзы, а пемза также использовалась для удаления мозолей.
В римской поэме было обнаружено, что пемза использовалась для удаления омертвевшей кожи еще в 100 году до нашей эры, а вероятно, и раньше. [32] С тех пор ее использовали 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, абразивный материал, такой как пемза, также все еще используется. «Пемза» часто используется в салонах красоты во время педикюра для удаления сухой и излишней кожи с подошвы стопы, а также мозолей .
Мелкоизмельченная пемза добавлялась в некоторые зубные пасты в качестве полировки, подобно римской, и легко удаляла зубной налет . Такая зубная паста слишком абразивна для ежедневного использования. Пемзу также добавляют в сильные очистители для рук (например, мыло из лавы ) в качестве мягкого абразива. Некоторые марки порошковых ванн с шиншиллой содержат порошкообразную пемзу. Старые косметические методы с использованием пемзы все еще используются сегодня, но более новые заменители легче получить.
Пемза, иногда прикрепленная к ручке, [33] является эффективным инструментом для чистки, удаляющим известковый налет, ржавчину, кольца от жесткой воды и другие пятна на фарфоровых изделиях в домашних условиях (например, в ванных комнатах). Это быстрый метод по сравнению с альтернативами, такими как химикаты или уксус и пищевая сода или бура .
Хорошая почва требует достаточного количества воды и питательных веществ, а также небольшого уплотнения для легкого обмена газами. Корни растений требуют постоянного перемещения углекислого газа и кислорода к поверхности и с поверхности. 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 пемзовой породы неорганические, поэтому не разлагаются и не происходит большого уплотнения.
Еще одним преимуществом этой неорганической породы является то, что она не привлекает и не является хозяином грибков или насекомых . Поскольку дренаж очень важен в садоводстве, с присутствием пемзы обработка почвы становится намного проще. Использование пемзы также создает идеальные условия для выращивания растений, таких как кактусы и суккуленты, поскольку она увеличивает удержание воды в песчаных почвах и снижает плотность глинистых почв, что позволяет лучше транспортировать газы и воду. Добавление пемзы в почву улучшает и увеличивает растительный покров, поскольку корни растений делают склоны более устойчивыми, поэтому это помогает уменьшить эрозию . Ее часто используют на обочинах дорог и канавах, а также в газонах и на полях для гольфа для поддержания травяного покрова и ровности, которые могут деградировать из-за большого количества трафика и уплотнения. Химически пемза имеет нейтральный pH , не является ни кислой , ни щелочной . [34] В 2011 году 16% пемзы, добытой в Соединенных Штатах, 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 Джемес в Нью-Мексико предки пуэбло поселились на «пемзовых пятнах» пемзы Эль-Кахете , которая, вероятно, удерживала большее количество влаги и была идеальной для земледелия. [35]
Пемза широко используется для изготовления легкого бетона и изоляционных шлакоблоков низкой плотности . Заполненные воздухом пузырьки в этой пористой породе служат хорошим изолятором. [18] Мелкозернистая версия пемзы, называемая пуццоланом, используется в качестве добавки в цемент и смешивается с известью для образования легкого, гладкого, похожего на гипс бетона. Эта форма бетона использовалась еще во времена Римской империи . Римские инженеры использовали ее для строительства огромного купола Пантеона , добавляя все большее количество пемзы в бетон для более высоких высот конструкции. Она также широко использовалась 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 тысяч лет и продолжает использоваться в производстве бетона, особенно в регионах, близких к местам залегания этого вулканического материала. [36]
Новые исследования доказывают более широкое применение пемзового порошка в бетонной промышленности. Пемза может выступать в качестве цементирующего материала в бетоне, и исследователи показали, что бетон, изготовленный с использованием до 50% пемзового порошка, может значительно улучшить прочность, а также 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 с момента извержения Кракатау в 1000 км к северо-востоку в 1883 году (
Вуд-Джонс,
1912)
Обилие и разнообразие таксонов обрастания в сочетании с большой траекторией распространения (> 3500 км) и периодом флотации пемзы (≥ 1 года) подтверждают важность переносимой морем пемзы как механизма распространения морских организмов на большие расстояния.
