Тефра представляет собой фрагментарный материал, образовавшийся в результате извержения вулкана, независимо от состава, размера фрагментов или механизма размещения. [1]
Вулканологи также называют летающие по воздуху фрагменты пирокластами . После того, как обломки упали на землю, они остаются в виде тефры, если только они не достаточно горячие, чтобы слиться с пирокластической породой или туфом . Когда вулкан взрывается, он выбрасывает различные виды тефры, включая пепел, шлаки и глыбы. Эти слои оседают на земле, и со временем происходит осаждение , в результате чего эти слои тефры включаются в геологическую летопись.
Тефрохронология — это геохронологический метод, который использует отдельные слои тефры — вулканического пепла от одного извержения — для создания хронологической структуры, в которой можно разместить палеоэкологические или археологические записи. Часто при извержении вулкана биологические организмы погибают, а их останки погребаются в слое тефры. Эти окаменелости позже датируются учеными, чтобы определить возраст окаменелости и ее место в геологической летописи.
Тефра — рыхлый пирокластический материал, образовавшийся в результате извержения вулкана. Он состоит из различных материалов, обычно стекловидных частиц, образующихся в результате охлаждения капель магмы , которые могут быть пузырьковыми, твердыми или чешуйчатыми, а также различных пропорций кристаллических и минеральных компонентов, происходящих из горы и стенок жерла. . Когда частицы падают на землю, они в определенной степени сортируются ветром и силами гравитации и образуют слои рыхлого материала. Частицы далее перемещаются по поверхности земли или по подводному потоку воды. [2]
Распространение тефры после извержения обычно включает в себя самые большие валуны, падающие на землю быстрее всего и, следовательно, ближе всего к жерлу, в то время как более мелкие фрагменты распространяются дальше - пепел часто может перемещаться на тысячи миль, даже вокруг Земли, поскольку он может оставаться в стратосфере в течение длительного времени. дней или недель после извержения. Когда в атмосфере накапливается большое количество тефры в результате массивных извержений вулканов (или в результате множества более мелких извержений, происходящих одновременно), они могут отражать свет и тепло Солнца обратно через атмосферу, в некоторых случаях вызывая падение температуры, что приводит к временная « вулканическая зима ». Последствия кислотных дождей и снега, осадков, вызванных выбросами тефры в атмосферу, можно наблюдать в течение многих лет после прекращения извержений. Извержения тефры могут повлиять на экосистемы на миллионах квадратных километров или даже на целых континентах, в зависимости от размера извержения. [3]
Фрагменты тефры классифицируются по размерам:
Использование слоев тефры, имеющих свой уникальный химический состав и характер, в качестве горизонтов временных маркеров на археологических и геологических объектах, известно как тефрохронология . [2]
Слово «тефра» и «пирокласт» происходит от греческого : слово τέφρα ( téphra ) означает «пепел», [4] тогда как пирокласт происходит от греческого πῦρ ( pyr ), что означает «огонь», [5] и κλαστός . ( klastós ), что означает «разбитый на куски». [6] Слово τέφραv (означает «пепел») используется в широком контексте в отчете Аристотеля об извержении вулкана Вулкано (Иера) в «Метеорологии» . [7]
Выброс тефры в тропосферу оказывает физическое и химическое воздействие на окружающую среду . Физически вулканические глыбы наносят ущерб местной флоре и населенным пунктам. Пепел повреждает системы связи и электроснабжения, покрывает леса и растения, снижая фотосинтез , и загрязняет грунтовые воды . [8] Тефра изменяет подземное и надземное движение воздуха и воды. С химической точки зрения выброс тефры может повлиять на круговорот воды . Частицы тефры могут вызывать рост кристаллов льда в облаках, что увеличивает количество осадков . В близлежащих водоразделах и океане может наблюдаться повышенный уровень минералов , особенно железа , что может вызвать взрывной рост популяции планктонных сообществ. [3] Это, в свою очередь, может привести к эвтрофикации .
Помимо тефрохронологии, тефра используется в различных научных дисциплинах, включая геологию , палеоэкологию , антропологию и палеонтологию , для датировки окаменелостей, определения дат в летописи окаменелостей и изучения доисторических культур и экосистем. Например, карбонатитовая тефра, обнаруженная в Олдоиньо Ленгаи (вулкан в Восточно-Африканской рифтовой долине), похоронила и сохранила окаменелые следы людей недалеко от места извержения. [9] При определенных условиях вулканические блоки могут сохраняться в течение миллиардов лет [ нужна ссылка ] и могут перемещаться на расстояние до 400 км от места извержения. [ нужна цитата ] Извержения вулканов по всему миру предоставили ценную научную информацию о местных экосистемах и древних культурах. [ нужна цитата ]
Вулканы Африки оказали влияние на летопись окаменелостей. Географически Эль Йерро является частью Африки и представляет собой щитовой вулкан, самый молодой и самый маленький из Канарских островов . Последнее извержение Эль-Йерро произошло под водой в 2011 году и вызвало землетрясения и оползни на Канарских островах. Вместо пепла после каждого извержения выбрасывались плавающие камни — рестинголиты. [10] После извержения 2011 года в рестинголитах были обнаружены окаменелости одноклеточных морских организмов, что подтверждает теорию происхождения, согласно которой рост Канарских островов происходит из-за единственной плавучей струи магмы из ядра Земли, а не из трещин на дне океана. Это отражается в уменьшении возраста островов с востока на запад от Фуэртевентуры до Эль Йерро. [11] В Эфиопии, расположенной в Восточной Африке, насчитывается около 60 вулканов. В Южной Эфиопии скальная формация Омо Кибиш состоит из слоев тефры и отложений. Внутри этих слоев было обнаружено несколько окаменелостей. В 1967 году две окаменелости Homo sapiens были обнаружены в формации Омо Кибиш палеоантропологом Ричардом Лики . После радиоуглеродного датирования им определили возраст 195 тысяч лет. [12] Другие млекопитающие, обнаруженные в формации, включают Hylochoerus meinertzhageni (лесной боров) и Cephalophus (антилопа). [13]
В Азии несколько извержений вулканов до сих пор влияют на местную культуру. В Северной Корее стратовулкан Пэкту , впервые извергшийся в 946 году нашей эры, является религиозным местом для местных жителей. Последний раз оно извергалось в 1903 году. В 2017 году были обнаружены новые ископаемые свидетельства, которые определили дату первого извержения горы Пэкту, которое до сих пор оставалось загадкой. Группа ученых под руководством доктора Клайва Оппенгеймера, британского вулканолога , обнаружила ствол лиственницы, встроенный в гору Пэкту. После радиоуглеродного датирования возраст лиственницы был определен 264 года, что совпадает с извержением 946 года нашей эры. Годичные кольца деревьев изучаются, и за это время сделано много новых открытий о Северной Корее . [14]
На северо-востоке Китая крупное извержение вулкана в раннем меловом периоде привело к окаменению целой экосистемы, известной как Биота Джехоль , когда мощные пирокластические потоки затопили этот район. Отложения включают множество прекрасно сохранившихся окаменелостей динозавров , птиц , млекопитающих , рептилий , рыб , лягушек , растений и насекомых . [15]
Вулканы Европы предоставляют уникальную информацию об истории Италии . Одним из примеров является гора Везувий , стратовулкан, расположенный на юге Италии, [16] который последний раз извергался в марте 1944 года. Ранее, в 79 году нашей эры, в результате извержения, которое длилось от 12 до 18 часов, Везувий покрыл город Помпеи расплавленной лавой. пепел, пемза, вулканические глыбы и токсичные газы. Большая часть города сохранилась, а органические материалы окаменели в вулканическом пепле, что дало ценную информацию о римской культуре. [17] Кроме того, в Италии стратовулкан Стромболи последний раз извергался в июле 2019 года.
В Северной Америке было изучено несколько извержений вулканов . 18 мая 1980 года произошло извержение стратовулкана горы Сент-Хеленс в штате Вашингтон , в результате которого пятьсот миллионов тонн пепла тефры распространились по Вашингтону, Орегону, Монтане и Айдахо , вызвав землетрясения , оползни и мегацунами , которые серьезно изменили топографию близлежащих территорий. [18] В Йеллоустонском национальном парке из-за наводнения, вызванного извержением, деревья рухнули и были смыты в дно озера, где они окаменели. Близлежащие леса были затоплены, в результате чего была удалена кора, листья и ветки деревьев. [19] В 2006 году вулкан Августин на Аляске извергся, вызвав землетрясения, лавины и выброс тефрового пепла примерно на двести девяносто километров. Этому купольному вулкану более сорока тысяч лет, и с 1800 года он извергался 11 раз. [20]
В Южной Америке есть несколько исторических действующих вулканов. На юге Чили в 2011 году произошло извержение вулкана Чайтен , увеличившее высоту своего края на 160 метров. Доисторическое оружие и инструменты, сделанные из блоков обсидиана и тефры, были датированы 5610 годами назад и были обнаружены в 400 км от нас. [21] Из-за расположения зоны субдукции плиты Наска в восточной части Тихого океана на юге Перу находится двадцать один действующий вулкан . [22] В 2006 году окаменелости, найденные под слоем вулканического пепла в Перу, были раскопаны группой палеонтологов под руководством Марка Д. Уэна, профессора Университета Джорджа Мейсона. Окаменелости были идентифицированы как три различных типа археоцетов, доисторических китов, и их возраст превышает 36,61 миллиона лет, что по состоянию на 2011 год делает их самыми старыми обнаруженными окаменелостями китов. [23]