Туф — это разновидность горной породы , состоящая из вулканического пепла , выброшенного из жерла во время извержения вулкана . После выброса и осаждения пепел превращается в твердую породу. [1] [2] Порода, содержащая более 75% золы, считается туфом, а порода, содержащая от 25% до 75% золы, описывается как туфовая (например, туфопесчаник ). [3] Туф, состоящий из песчаного вулканического материала, можно назвать вулканическим песчаником . [4]
Туф — сравнительно мягкая порода, поэтому его использовали в строительстве с древних времен. [5] Поскольку он распространен в Италии, римляне часто использовали его в строительстве. [6] Жители Рапа -Нуи использовали его для изготовления большинства статуй моаи на острове Пасхи . [7]
Туф можно разделить на магматические и осадочные породы . Обычно его изучают в контексте магматической петрологии , хотя иногда его описывают с использованием седиментологических терминов.
В путеводителях и телевизионных программах туф часто ошибочно называют туфом, но туф — это разновидность травертина.
Материал, выбрасываемый при извержении вулкана, можно разделить на три типа:
Тефра образуется, когда магма внутри вулкана разрывается в результате быстрого расширения горячих вулканических газов. Магма обычно взрывается, когда растворенный в ней газ выходит из раствора, когда давление уменьшается, когда он течет к поверхности . Эти сильные взрывы производят частицы материала, которые затем могут вылететь из вулкана. Твердые частицы диаметром менее 2 мм ( размером с песок или меньше) называются вулканическим пеплом. [8] [3]
Вулканический пепел подразделяется на мелкий пепел с размером частиц менее 0,0625 мм в диаметре и крупный пепел с размером частиц от 0,0625 мм до 2 мм в диаметре. Туф соответственно подразделяется на туф крупный (крупнопепловый туф) и тонкий туф (мелкопепловый туф или пылевой туф). Консолидированная тефра, состоящая в основном из более крупных частиц, называется лапиллистоном (частицы диаметром от 2 до 64 мм), агломератом или пирокластической брекчией (частицы диаметром более 64 мм), а не туфом. [3]
Вулканический пепел может сильно различаться по составу, поэтому туфы дополнительно классифицируются по составу пепла, из которого они образовались. Пепел от высококремнеземистого вулканизма, особенно в пепловых потоках, состоит в основном из осколков вулканического стекла , [9] [10] , а туф, образовавшийся преимущественно из осколков стекла, описывается как стекловидный туф. [11] Осколки стекла обычно имеют либо неправильную форму, либо примерно треугольную форму с выпуклыми сторонами. Это разрушенные стенки бесчисленных маленьких пузырьков, которые образовались в магме, когда растворенные газы быстро вышли из раствора. [12]
Туфы, образовавшиеся из пепла, состоящего преимущественно из отдельных кристаллов, называются кристаллическими туфами, а из пепла, состоящего преимущественно из измельченных обломков горных пород, — как каменные туфы. [11]
Химический состав вулканического пепла отражает весь диапазон химического состава вулканических пород — от высококремнистых риолитовых пеплов до низкокремнистых базальтовых пеплов, а туфы также характеризуются как риолитовые, андезитовые, базальтовые и т. д. [13]
Самый простой способ удаления вулканического пепла от жерла — это появление облаков пепла, которые являются частью столба извержения . Они выпадают на поверхность в виде осадков , которые обычно хорошо отсортированы и имеют тенденцию образовывать покров одинаковой толщины по всей местности. Обрушение колонны приводит к более впечатляющей и разрушительной форме переноса, которая принимает форму пирокластических потоков и волн , которые обычно плохо сортируются и скапливаются в низменной местности. Нагонные отложения иногда демонстрируют осадочные структуры, типичные для высокоскоростного потока, такие как дюны и антидюны . [14] Вулканический пепел, уже отложившийся на поверхности, может переноситься в виде грязевых потоков ( лахаров ) при смешивании с водой из-за осадков или извержений в водоем или лед. [15]
Частицы вулканического пепла, которые достаточно горячие, после оседания на поверхности свариваются вместе, образуя сварной туф . Для сварки требуется температура выше 600 ° C (1100 ° F). Если в породе присутствуют разрозненные обломки размером с горошину или фиамме , ее называют сварным лапилли -туфом. Сварные туфы (и сваренные лапилли-туфы) могут иметь выпадительное происхождение или отлагаться из пепловых потоков, как в случае игнимбритов . [16] Во время сварки осколки стекла и фрагменты пемзы слипаются (сужаются в точках контакта), деформируются и уплотняются, образуя эвтаксическую ткань . [17] Сварной туф обычно имеет риолитовый состав, но известны примеры всех составов. [18] [19]
Последовательность зольных потоков может состоять из нескольких охлаждающих агрегатов . Их можно отличить по степени сварки. Основание охлаждающего устройства обычно не сваривается из-за охлаждения нижележащей холодной поверхности, а степень сварки и вторичных реакций со стороны жидкостей в потоке увеличивается вверх по направлению к центру потока. Сварка уменьшается по направлению к верхней части охлаждающего устройства, где устройство охлаждается быстрее. Интенсивность сварки также может снижаться по направлению к участкам, где наплавка тоньше, и по мере удаления от источника. [20]
Более холодные пирокластические потоки несварены, а отложенные ими пепловые пласты относительно рыхлы. [17] Однако охлажденный вулканический пепел может быстро литифицироваться, поскольку он обычно имеет высокое содержание вулканического стекла. Это термодинамически нестабильный материал, быстро реагирующий с грунтовыми или морскими водами, в результате чего из стекла выщелачиваются щелочные металлы и кальций . Новые минералы, такие как цеолиты , глины и кальцит , кристаллизуются из растворенных веществ и цементируют туф. [21]
Туфы далее классифицируются по среде их отложения, например, озерный туф, субаэральный туф или подводный туф, или по механизму, с помощью которого пепел переносился, например, туф выпадений или туф пепловых потоков. Переработанные туфы, образовавшиеся в результате эрозии и переотложения пепловых отложений, обычно характеризуются транспортным агентом, таким как эоловый туф или речной туф. [22]
Туфы могут откладываться везде, где происходит взрывной вулканизм, и поэтому имеют широкое распространение по местоположению и возрасту. [23]
Риолитовые туфы содержат пемзу, стекловатые обломки и мелкие шлаки с кварцем , щелочным полевым шпатом , биотитом и др. Исландия, [24] Липари, [25] Венгрия, [26] Бассейн и хребет юго-запада Америки, Новая Зеландия [27] относятся к числу областей, где такие туфы широко распространены. В древних породах Уэльса , [28] Чарнвуда , [29] и др. известны подобные туфы, но во всех случаях они сильно изменены окварцеванием (заполнившим их опалом , халцедоном и кварцем) и расстекловыванием. . [30] Частое присутствие округлых корродированных кристаллов кварца, например, встречающихся в риолитовых лавах, помогает продемонстрировать их истинную природу. [8]
Сваренные игнимбриты могут быть очень объемными, как, например, туф Лава-Крик, извергнутый из Йеллоустонской кальдеры в Вайоминге 631 000 лет назад. Первоначальный объем этого туфа составлял не менее 1000 кубических километров (240 кубических миль). [31] Известно, что туф Лава-Крик по крайней мере в 1000 раз больше, чем отложения извержения горы Сент-Хеленс в 1980 году , и он имел индекс вулканической взрывоопасности (VEI) 8, что выше, чем у любого извержения, известного в последние годы. 10 000 лет. [32] Туфы пепловых потоков покрывают 7000 квадратных километров (2700 квадратных миль) Северного острова Новой Зеландии и около 100 000 квадратных километров (39 000 квадратных миль) Невады . Туфы пепловых потоков являются единственным вулканическим продуктом, объемы которого могут соперничать с объемами паводковых базальтов . [27]
Бентонит Тайога на северо-востоке США варьируется по составу от кристаллического туфа до туфосланцев. Он образовался в виде пепла, принесенного ветром, который выпал над морем и осел на дно. Он имеет девонский возраст и, вероятно, произошел из жерла в центральной Вирджинии , где туф достигает максимальной толщины около 40 метров (130 футов). [33]
Трахитовые туфы содержат мало кварца или совсем не содержат его, но много санидина или анортоклаза , а иногда и олигоклазового полевого шпата, иногда с биотитом, авгитом и роговой обманкой. При выветривании они часто превращаются в мягкие красные или желтые аргиллиты , богатые каолином с вторичным кварцем. [8] Современные трахитовые туфы встречаются на Рейне (в Зибенгебирге ), [34] на острове Искья [35] и вблизи Неаполя . [36] Трахито-карбонатитовые туфы были выявлены в Восточно-Африканском рифте . [37] Щелочные кристаллические туфы были зарегистрированы в Рио-де-Жанейро . [38]
Андезитовые туфы чрезвычайно распространены. Они встречаются по всей цепи Кордильер [ 39] [40] и Анд , [41] в Вест-Индии , Новой Зеландии, [42] Японии, [43] и т. д. В Озерном крае , [44] Северном Уэльсе, Лорн , Пентленд-Хиллз , Чевиотс и многие другие районы Великобритании изобилуют древними породами точно такой же природы. По цвету они красные или коричневые; их фрагменты шлаков бывают всех размеров: от огромных блоков до мельчайшей зернистой пыли. Полости заполнены многими вторичными минералами, такими как кальцит , хлорит , кварц, эпидот или халцедон; однако в микроскопических срезах природу исходной лавы почти всегда можно определить по форме и свойствам маленьких кристаллов, которые встречаются в разложившейся стекловидной основе. Даже в мельчайших деталях эти древние туфы имеют полное сходство с современными пепловыми пластами Котопакси , Кракатау и Мон-Пеле. [8]
Основной вулканизм обычно принимает форму извержений на Гавайях , которые не взрывоопасны и производят мало пепла. [45] Однако взаимодействие между базальтовой магмой и грунтовыми или морскими водами приводит к гидромагматическим взрывам, которые производят обильный пепел. Эти конусы откладывают пепел, который впоследствии может сцементироваться в туфовые конусы. Даймонд-Хед, Гавайи , является примером туфового конуса, как и остров Каула . Стекловидный базальтовый пепел, образующийся в результате таких извержений, быстро превращается в палагонит в процессе литификации. [46]
Хотя обычный основной вулканизм производит мало пепла, образующийся пепел может накапливаться локально в виде значительных отложений. Примером может служить пепел Пахала на острове Гавайи , толщина которого достигает 15 метров (49 футов). Эти отложения также быстро превращаются в палагонит и, в конечном итоге, в латерит . [47]
Базальтовые туфы встречаются также в Скай , Малле , Антриме и других местах, где встречаются палеогеновые вулканические породы; в Шотландии, Дербишире и Ирландии среди каменноугольных отложений и среди еще более древних пород Озерного края, южных возвышенностей Шотландии и Уэльса. Они черного, темно-зеленого или красного цвета; сильно различаются по крупности: некоторые из них полны круглых губчатых бомб диаметром фут и более; и, часто находясь под водой, может содержать сланец, песчаник, гравий и другой осадочный материал, а иногда и ископаемые. Современные базальтовые туфы встречаются в Исландии , на Фарерских островах , в Ян-Майене , на Сицилии, на Гавайских островах , Самоа и др. При выветривании они заполняются кальцитом, хлоритом, серпентином и особенно там, где лавы содержат нефелин или лейцит , часто бывают богаты цеолитами , такими как анальцит , пренит , натролит , сколецит , шабазит , гейландит и др. [8]
Ультраосновные туфы встречаются крайне редко; их характеристикой является обилие оливина или серпентина и дефицит или отсутствие полевого шпата и кварца . [48]
Проявления ультраосновных туфов включают поверхностные отложения кимберлитов на маарах алмазных месторождений Южной Африки и других регионов. Основная разновидность кимберлита представляет собой темную голубовато-зеленую, богатую серпентином брекчию (голубой грунт), которая при тщательном окислении и выветривании превращается в рыхлую коричневую или желтую массу («желтый грунт»). [8] Эти брекчии были внедрены в виде газотвердых смесей и обычно сохраняются и добываются в диатремах , которые образуют интрузивные трубчатые структуры. На глубине некоторые кимберлитовые брекчии переходят в корневые зоны даек, сложенных нефрагментированной породой. На поверхности в мааровых отложениях могут встречаться ультраосновные туфы. Поскольку кимберлиты являются наиболее распространенным магматическим источником алмазов, переходы от маара к диатремам и дайкам корневой зоны подробно изучены. Кимберлит диатремефации правильнее называть ультраосновной брекчией, а не туфом.
Коматиитовые туфы встречаются, например, в зеленокаменных поясах Канады и Южной Африки. [49] [50]
Со временем туфовые отложения могут подвергнуться другим изменениям, помимо выветривания. Иногда они вовлекаются в складчатость, срезаются и раскалываются . Многие из зеленых сланцев Английского Озерного края представляют собой тонко расколотый пепел. В Чарнвудском лесу туфы также сланцевые и расколотые. Зеленый цвет обусловлен большим развитием хлорита. Среди кристаллических сланцев многих районов встречаются зеленые пласты или зеленые сланцы, которые состоят из кварца, роговой обманки, хлорита или биотита, оксидов железа , полевого шпата и др. и представляют собой, вероятно, перекристаллизованные или метаморфизованные туфы. Они часто сопровождают массы эпидиоритов и роговообманковых сланцев, представляющих собой соответствующие лавы и силлы . Некоторые хлоритовые сланцы также, вероятно, представляют собой измененные пласты вулканического туфа. «Шальштейны» Девона и Германии включают множество расколотых и частично перекристаллизованных пепловых пластов, некоторые из которых еще сохраняют свою фрагментарную структуру, хотя их лапилли уплощены и вытянуты. Их паровые полости обычно заполнены кальцитом, но иногда и кварцем. Наиболее измененные формы этих пород — пластинчатые зеленые хлоритовые сланцы; однако в них лишь изредка встречаются структуры, указывающие на их первоначальную вулканическую природу. Это промежуточные стадии между расколотыми туфами и кристаллическими сланцами. [8]
Основная экономическая ценность туфа – это строительный материал. В древнем мире относительная мягкость туфа означала, что его широко использовали в строительстве там, где он был доступен. [5] Туф распространен в Италии, и римляне использовали его для строительства многих зданий и мостов. [6] Например, весь порт острова Вентотене (до сих пор используется) был вырезан из туфа. Сервиева стена , построенная для защиты города Рима в четвертом веке до нашей эры, также почти полностью построена из туфа. [51] Римляне также разрезали туф на небольшие прямоугольные камни, которые они использовали для создания стен по образцу, известному как opus reticulatum . [52]
Пеперино , часто используемый в Риме и Неаполе в качестве строительного камня, представляет собой трахитовый туф. Пуццолана также представляет собой разложившийся туф, но основного характера, первоначально добываемый недалеко от Неаполя и используемый в качестве цемента , но теперь это название применяется к ряду веществ, не всегда одинакового характера. В районе Эйфеля в Германии трахитический пемзовый туф, называемый трасссом , широко использовался в качестве гидравлического раствора . [8]
Туф района Эйфель в Германии широко использовался при строительстве железнодорожных вокзалов и других зданий во Франкфурте, Гамбурге и других крупных городах. [53] Строительство с использованием порфира Рохлица можно увидеть на скульптурном портале в стиле маньеризма возле входа в часовню в замке Кольдиц . [54] Торговое название Rochlitz Porphyr является традиционным обозначением объемного камня Саксонии с архитектурной историей более 1000 лет в Германии . Карьеры расположены недалеко от Рохлица. [55]
Хранилище ядерных отходов Юкка-Маунтин , терминал Министерства энергетики США для хранения отработавших ядерных реакторов и других радиоактивных отходов, находится в туфе и игнимбрите в провинции Бассейн и Диапазон в Неваде . [56] В долине Напа и долине Сонома , Калифорния , участки из туфа регулярно раскапываются для хранения винных бочек. [57]
Туф из Рано-Рараку использовался народом Рапа-Нуи с острова Пасхи для изготовления подавляющего большинства своих знаменитых статуй моаи . [7]
Туф широко используется в Армении и армянской архитектуре . [58] Это доминирующий тип камня, используемый в строительстве в столице Армении Ереване , [59] [60] Гюмри , втором по величине городе Армении, и Ани , средневековой столице страны, ныне находящейся в Турции. [61] Небольшое село в Армении было переименовано в Туфашен (буквально «деревня туфа») в 1946 году. [62]
Туфы геологически откладываются мгновенно и часто на обширной территории. Это делает их весьма полезными в качестве временных стратиграфических маркеров. Использование туфов и других отложений тефры таким образом известно как тефрохронология и особенно полезно для хроностратиграфии четвертичного периода . Отдельные пласты туфов можно определить по их химическому составу и комплексам вкрапленников. [64] Абсолютный возраст туфовых слоев можно определить с помощью K-Ar , Ar-Ar или датирования по углероду-14 . [65] Зерна циркона , обнаруженные во многих туфах, очень прочны и могут пережить даже метаморфизм вмещающего туфа в сланец, что позволяет определить абсолютный возраст древних метаморфических пород. Например, датирование цирконов в метаморфизованном туфовом пласте формации Пилар предоставило одни из первых доказательств горообразования Пикурис . [66]
Слово туф происходит от итальянского tufo . [67]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )...розовый туф редко встречается за пределами региона, и Ереван - единственный крупный город, построенный из этого камня.
Город, население которого сейчас превышает 800 000 человек, был перестроен из розового вулканического камня, называемого туфом...
...стены монументальных построек в Ани (включая укрепления) были построены из гладко обработанных блоков туфа...