Tuff

Vật liệu bị trục xuất trong một vụ phun trào núi lửa có thể được phân loại thành ba loại:

1. Khí núi lửa , một hỗn hợp chủ yếu được tạo thành từ hơi nước , carbon dioxide và hợp chất lưu huỳnh (hoặc sulfur dioxide , SO ₂ hoặc hydro sulfua , H ₂ S, tùy thuộc vào nhiệt độ)
2. Dung nham , tên của magma khi nó nổi lên và chảy trên bề mặt
3. Tephra , các hạt vật chất rắn với mọi hình dạng và kích thước phóng ra và ném trong không khí

Hình ảnh ống kính hiển vi ánh sáng khi nhìn thấy ở phần mỏng (kích thước dài vài mm): Hình dạng cong của các mảnh thủy tinh đã thay đổi (mảnh tro) được bảo quản tốt, mặc dù thủy tinh bị thay đổi một phần. Các hình dạng được hình thành về các bong bóng khí đang nở ra, chứa nhiều nước.

Tephra được tạo ra khi magma bên trong núi lửa bị thổi bay bởi sự giãn nở nhanh chóng của khí nóng núi lửa. Magma thường phát nổ khi khí hòa tan trong nó thoát ra khỏi dung dịch khi áp suất giảm khi nó chảy lên bề mặt . Những vụ nổ dữ dội này tạo ra các hạt vật chất sau đó có thể bay ra từ núi lửa. Các hạt rắn có đường kính nhỏ hơn 2 mm ( cỡ cát hoặc nhỏ hơn) được gọi là tro núi lửa. ^{[8] [3]}

Tro núi lửa được chia thành tro mịn, với các cỡ hạt đường kính nhỏ hơn 0,0625 mm và tro thô, với cỡ hạt có đường kính từ 0,0625 mm đến 2 mm. Tuff được chia tương ứng thành tuff thô (tuff tro thô) và tuff tinh (tuff tro mịn hoặc tuff bụi). Consolidated tephra gồm chủ yếu là các hạt thô được gọi lapillistone (hạt 2 mm đến 64 mm đường kính) hoặc kết khối hoặc nham thạch đá có từng lớp dính nhau (hạt trên 64 mm đường kính) chứ không phải là tuff. ^[3]

Tro núi lửa có thể khác nhau rất nhiều về thành phần, và do đó các tuff được phân loại thêm theo thành phần tro mà chúng hình thành. Tro từ núi lửa có hàm lượng silica cao, đặc biệt ở dạng tro chảy, chủ yếu bao gồm các mảnh thủy tinh núi lửa , ^{[9] [10]} và phần sợi được hình thành chủ yếu từ các mảnh thủy tinh được mô tả là dạng sợi thủy tinh. ^[11] Các mảnh thủy tinh thường có hình dạng bất thường hoặc gần như hình tam giác với các mặt lồi. Chúng là những bức tường vỡ của vô số bong bóng nhỏ hình thành trong magma khi các khí hòa tan nhanh chóng thoát ra khỏi dung dịch. ^[10]

Tuff hình thành từ tro bao gồm chủ yếu là các tinh thể riêng lẻ được mô tả là các tuff tinh thể, trong khi các tuff hình thành từ tro chủ yếu là các mảnh đá nghiền thành bột được mô tả là các tuff nhỏ. ^[11]

Thành phần hóa học của tro núi lửa phản ánh toàn bộ phạm vi của hóa đá núi lửa, từ-silica cao rhyolitic tro to-silica thấp bazan tro, và tuffs được mô tả tương tự như rhyolitic, andesitic, bazan, và vân vân. ^[12]

Các lớp bụi phóng xạ ở Nhật Bản

Các tảng đá từ bộ tuff Bishop ở California , không được hàn bằng đá bọt ở bên trái, được hàn bằng fiamme ở bên phải

Bandelier Tuff tại San Diego Canyon. Thành viên Otowi dưới là một đơn vị làm mát lớn duy nhất, trong khi Thành viên Tshirege trên bao gồm nhiều đơn vị làm mát.

Cách đơn giản nhất để tro núi lửa di chuyển ra khỏi lỗ thông hơi là như những đám mây tro là một phần của cột phun trào . Những mùa thu với bề mặt như bụi phóng xạ tiền gửi mà là đặc trưng nổi sắp xếp và có xu hướng để tạo thành một tấm chăn dày đồng đều giữa các địa hình. Sự sụp đổ của cột dẫn đến một hình thức vận chuyển ngoạn mục hơn và phá hủy hơn, có dạng các dòng chảy và nước dâng của pyroclastic , đặc trưng là được phân loại kém và tập trung ở địa hình thấp. Các trầm tích nước dâng đôi khi cho thấy các cấu trúc trầm tích đặc trưng cho dòng chảy tốc độ cao, chẳng hạn như các đụn cát và antidunes. ^[13] Tro núi lửa đã lắng đọng trên bề mặt có thể được vận chuyển dưới dạng bùn chảy ( lahars ) khi hòa lẫn với nước từ lượng mưa hoặc qua quá trình phun trào thành một khối nước hoặc băng. ^[14]

Các hạt tro núi lửa đủ nóng sẽ hàn lại với nhau sau khi lắng xuống bề mặt, tạo ra một sợi hàn . Hàn yêu cầu nhiệt độ vượt quá 600 ° C (1.100 ° F). Nếu đá chứa rải rác, mảnh hạt đậu có kích thước hoặc fiamme trong nó, nó được gọi là một hàn lapilli -tuff. Tuff hàn (và tuff lapilli hàn) có thể có nguồn gốc từ bụi phóng xạ, hoặc lắng đọng từ các dòng tro, như trong trường hợp đá lửa . ^[15] Trong quá trình hàn, các mảnh thủy tinh và các mảnh đá bọt dính vào nhau (tạo thành cổ tại các điểm tiếp xúc), biến dạng và nén chặt lại với nhau, dẫn đến vải eutaxitic . ^[16] Tuff hàn thường có vần điệu trong sáng tác, nhưng các ví dụ về tất cả các sáng tác đã được biết đến. ^{[17] [18]}

Một chuỗi các dòng tro có thể bao gồm nhiều đơn vị làm mát . Chúng có thể được phân biệt bằng mức độ hàn. Đế của bộ làm mát thường không được hàn do làm lạnh từ bề mặt lạnh bên dưới, và mức độ hàn và các phản ứng thứ cấp từ chất lỏng trong dòng chảy tăng lên về phía trung tâm của dòng chảy. Hàn giảm dần về phía trên của bộ làm mát, nơi bộ phận làm mát nhanh hơn. Cường độ hàn cũng có thể giảm đối với các khu vực mà cặn mỏng hơn và cách xa nguồn. ^[19]

Các dòng pyroclastic nguội hơn không được che chắn và các tấm tro do chúng lắng đọng tương đối rời rạc. ^[16] Tuy nhiên, tro núi lửa nguội đi có thể nhanh chóng bị hóa thạch vì nó thường có hàm lượng thủy tinh núi lửa cao. Đây là một vật liệu không ổn định về mặt nhiệt động lực học, phản ứng nhanh với nước ngầm hoặc nước biển, làm rửa trôi các kim loại kiềm và canxi khỏi thủy tinh. Các khoáng chất mới, chẳng hạn như zeolit , đất sét và canxit , kết tinh từ các chất hòa tan và kết dính các tuff. ^[2]

Tuff được phân loại thêm theo môi trường lắng đọng của chúng, chẳng hạn như tuff trong hồ, ống phụ, hoặc tuff dưới tàu ngầm, hoặc theo cơ chế mà tro được vận chuyển, chẳng hạn như tuff bụi phóng xạ hoặc tuff dòng tro. Các tuff được làm lại, hình thành do xói mòn và lắng đọng lại các cặn tro, thường được mô tả bởi tác nhân vận chuyển, chẳng hạn như tuff aeolian hoặc tuff fluvial. ^[1]

Tuff có khả năng lắng đọng ở bất cứ nơi nào diễn ra núi lửa bùng nổ, do đó có sự phân bố rộng rãi về vị trí và độ tuổi. ^[20]

Núi lửa có hàm lượng silica cao

Đá ryolit tuffs chứa pumiceous, mảnh vỡ thủy tinh và scoriae nhỏ với thạch anh , kiềm fenspat , biotit vv Iceland, ^[21] Lipari, ^[22] Hungary, ^[23] các bồn xen núi phía tây nam nước Mỹ, và New Zealand ^[13] là một trong những khu vực mà các tuff như vậy nổi bật. Trong các tảng đá cổ của xứ Wales , ^[24] Charnwood , ^[25] , v.v., người ta đã biết đến các tuýt tương tự, nhưng trong mọi trường hợp, chúng bị thay đổi rất nhiều bởi quá trình silic hóa (đã lấp đầy chúng bằng opal , chalcedony và thạch anh) và bằng cách nghiền nát . ^[26] Sự hiện diện thường xuyên của các tinh thể thạch anh bị ăn mòn tròn, chẳng hạn như xuất hiện trong các lavas dạng vần, giúp chứng tỏ bản chất thực của chúng. ^{[số 8]}

Các vật bắt lửa hàn có thể rất lớn, chẳng hạn như Lava Creek Tuff phun trào từ Yellowstone Caldera ở Wyoming 631.000 năm trước. Tuff này có thể tích ban đầu ít nhất là 1.000 km khối (240 cu mi). ^[27] Tuff Lava Creek được biết là lớn gấp ít nhất 1000 lần lượng trầm tích của vụ phun trào ngày 18 tháng 5 năm 1980 trên Núi St. Helens , và nó có Chỉ số Nổ Núi lửa (VEI) là 8, lớn hơn bất kỳ vụ phun trào nào từng được biết đến. trong 10.000 năm qua. ^[28] Tuff dòng tro bao phủ 7.000 km vuông (2.700 sq mi) ở Đảo Bắc của New Zealand và khoảng 100.000 km vuông (39.000 sq mi) của Nevada . Các dòng chảy của tro là sản phẩm núi lửa duy nhất có thể tích ngang ngửa với bazan lũ . ^[13]

Tioga Bentonite ở đông bắc Hoa Kỳ có nhiều thành phần khác nhau từ dạng tuff tinh thể đến dạng đá phiến có tuffaceous. Nó lắng đọng dưới dạng tro bụi do gió cuốn trôi ra biển và lắng xuống đáy. Nó có tuổi kỷ Devon và có khả năng xuất phát từ một lỗ thông hơi ở trung tâm Virginia , nơi mà tuýt đạt độ dày tối đa khoảng 40 mét (130 ft). ^[29]

Núi lửa kiềm

Tuffs trachyt chứa ít hoặc không có thạch anh, nhưng nhiều sanidine hoặc anorthoclase và đôi khi oligoclase fenspat, với biotit thường xuyên, augit, và hornblend. Trong quá trình phong hóa, chúng thường chuyển sang dạng đá sét mềm màu đỏ hoặc vàng , giàu cao lanh với thạch anh thứ sinh. ^[8] Các tuff trachyte gần đây được tìm thấy trên sông Rhine (tại Siebengebirge ), ^[30] ở Ischia ^[31] và gần Naples . ^[32] Tuff Trachyte-cacbonatite đã được xác định ở Rạn nứt Đông Phi . ^[33] Tuff tinh thể kiềm đã được báo cáo từ Rio de Janeiro . ^[34]

Núi lửa trung gian

Tuff Andesitic là cực kỳ phổ biến. Chúng xảy ra dọc theo toàn bộ chuỗi Cordilleras ^{[35] [36]} và Andes , ^[37] ở Tây Ấn , New Zealand, ^[38] Nhật Bản, ^[39] v.v ... Ở Lake District , ^[40] North Wales, Lorne , Pentland Hills , Cheviots và nhiều quận khác của Vương quốc Anh , rất nhiều đá cổ có tính chất giống hệt nhau. Về màu sắc, chúng có màu đỏ hoặc nâu; các mảnh vụn của chúng có đủ kích cỡ từ những khối khổng lồ cho đến những hạt bụi nhỏ. Các hốc chứa đầy nhiều khoáng chất thứ cấp, chẳng hạn như canxit , clorit , thạch anh, créatinine , hoặc chalcedony; Tuy nhiên, trong các phần cực nhỏ, bản chất của dung nham ban đầu gần như luôn luôn có thể được tạo ra từ hình dạng và tính chất của các tinh thể nhỏ xuất hiện trong nền thủy tinh bị phân hủy. Ngay cả trong những chi tiết nhỏ nhất, những chiếc tuff cổ này có sự tương đồng hoàn toàn với những chiếc giường bằng tro hiện đại ở Cotopaxi , Krakatoa và Mont Pelé. ^{[số 8]}

Núi lửa mafic

Diamond Head, một hình nón tuff

Hầu hết các moais ở Đảo Phục Sinh được chạm khắc từ tuff bazan tholeiite .

Núi lửa mafic thường ở dạng phun trào Hawaii không nổ và tạo ra ít tro. ^[41] Tuy nhiên, sự tương tác giữa magma bazan và nước ngầm hoặc nước biển dẫn đến các vụ nổ thủy châm tạo ra lượng tro dồi dào. Những hình nón tro lắng này sau đó có thể kết dính lại thành hình nón tuff. Diamond Head, Hawaii , là một ví dụ về hình nón tuff, đảo Ka'ula cũng vậy . Tro bazan thủy tinh được tạo ra trong các vụ phun trào như vậy nhanh chóng biến đổi thành palagonite như một phần của quá trình thạch hóa. ^[42]

Mặc dù núi lửa mafic thông thường tạo ra ít tro, nhưng tro được hình thành có thể tích tụ cục bộ dưới dạng trầm tích đáng kể. Một ví dụ là tro Pahala của đảo Hawaii , tại địa phương dày tới 15 mét (49 ft). Những trầm tích này cũng nhanh chóng biến đổi thành palagonite, và cuối cùng biến đổi thành đá ong . ^[43]

Các tuff bazan cũng được tìm thấy ở Skye , Mull , Antrim , và những nơi khác, nơi đá núi lửa Paleogen được tìm thấy; ở Scotland, Derbyshire và Ireland giữa các tầng Carboniferous , và trong số những tảng đá vẫn còn cũ hơn của Lake District, vùng cao phía nam của Scotland và Wales. Chúng có màu đen, xanh lá cây đậm, hoặc màu đỏ; khác nhau rất nhiều về độ thô, một số chứa đầy những quả bom xốp hình tròn có đường kính một foot hoặc hơn; và thường là tàu ngầm, có thể chứa đá phiến sét, đá sa thạch, đá mạt, và các vật liệu trầm tích khác, và đôi khi có dạng hóa thạch. Các tuff bazan gần đây được tìm thấy ở Iceland , quần đảo Faroe , Jan Mayen , Sicily, quần đảo Hawaii , Samoa , v.v ... Khi bị phong hóa, chúng chứa đầy canxit, clorit, serpentine , và đặc biệt ở những nơi các lava chứa nepheline hoặc leucit , thường giàu zeolit , chẳng hạn như analcite , prehnite , natrolite , scolecite , chabazite , heulandite , v.v. ^[8]

Núi lửa siêu mafic

Tuffs Ultramafic cực kỳ hiếm; đặc trưng của chúng là sự phong phú của olivin hoặc serpentine và sự khan hiếm hoặc không có fenspat và thạch anh .

Kimberlites

Sự xuất hiện của tuff siêu mafic bao gồm sự lắng đọng bề mặt của kimberlite tại các maars trong các mỏ kim cương ở miền nam châu Phi và các khu vực khác. Đa dạng chính của kimberlite là một loại đá pha màu xanh đậm, xanh đậm, giàu serpentin (mặt đất màu xanh lam), khi bị ôxy hóa và phong hóa kỹ lưỡng, sẽ trở thành một khối màu nâu hoặc vàng dễ vỡ ("mặt đất màu vàng"). ^[8] Những hạt bia này được thay thế dưới dạng hỗn hợp khí - rắn và thường được bảo quản và khai thác trong đá cát tạo thành cấu trúc giống như đường ống xâm nhập. Ở độ sâu, một số vi khuẩn kimberlite phân lớp vào vùng rễ của đê làm bằng đá không phân mảnh. Ở bề mặt, các tuff siêu mafic có thể xuất hiện trong các trầm tích maar. Bởi vì kimberlite là nguồn đá lửa phổ biến nhất của kim cương, quá trình chuyển đổi từ maar sang diatreme đến đê vùng rễ đã được nghiên cứu chi tiết. Diatreme- facies kimberlite được gọi một cách chính xác hơn là một tấm thạch cao siêu mafic hơn là một tuff.

Komatiites

Ví dụ, các tuff Komatiite được tìm thấy trong các vành đai bằng đá xanh của Canada và Nam Phi. ^{[44] [45]}

Gấp và biến chất

Dấu tích của những bức tường Servian cổ đại ở Rome, được làm bằng các khối tuff

Theo thời gian, những thay đổi khác ngoài thời tiết có thể vượt qua sự lắng đọng của tuff. Đôi khi, chúng tham gia vào quá trình gấp và bị cắt và chẻ ra . Nhiều phiến đá màu xanh lá cây của Quận Hồ nước Anh là những đống tro tàn bị phân hủy một cách tinh vi. Ở Rừng Charnwood cũng vậy, những con tuýt dài và bị chẻ đôi. Màu xanh lục là do sự phát triển lớn của clorit. Trong số các phiến đá kết tinh ở nhiều vùng, xuất hiện các luống xanh lục hoặc phiến đá xanh lục, bao gồm thạch anh, horblend, chlorit hoặc biotit, oxit sắt , fenspat, v.v., và có thể là các tua kết tinh lại hoặc biến chất . Chúng thường đi kèm với các khối tụ tinh trùng và sừng - đá phiến là các khe và ngưỡng cửa tương ứng . Một số đá phiến chlorit cũng có thể là những lớp đá núi lửa đã bị biến đổi. "Schalstein" của Devon và Đức bao gồm nhiều lớp tro bị phân cắt và một phần được kết tinh lại, một số vẫn giữ được cấu trúc phân mảnh của chúng, mặc dù lapilli của chúng được làm phẳng và kéo ra. Các hốc hơi của chúng thường chứa đầy canxit, nhưng đôi khi có cả thạch anh. Các dạng biến đổi hoàn toàn hơn của những loại đá này là phiến đá phiến lục lạp màu lục, màu lục; Tuy nhiên, trong những cấu trúc này, các cấu trúc biểu thị bản chất núi lửa ban đầu của chúng chỉ xuất hiện một cách ít ỏi. Đây là các giai đoạn trung gian giữa các tuff phân cắt và các phiến tinh thể. ^{[số 8]}

Ahu Tongariki trên Đảo Phục Sinh, với 15 moai làm bằng tuff từ miệng núi lửa Rano Raraku : Moai thứ hai từ bên phải có một Pukao (" topknot ") được làm bằng Scoria màu đỏ .

Giá trị kinh tế cơ bản của tuff là làm vật liệu xây dựng. Trong thế giới cổ đại, độ mềm tương đối của tuff có nghĩa là nó thường được sử dụng để xây dựng ở những nơi có sẵn. ^{[4] [5]} Tuff phổ biến ở Ý, và người La Mã đã sử dụng nó cho nhiều tòa nhà và cầu. ^[6] Ví dụ, toàn bộ cảng của đảo Ventotene (vẫn còn được sử dụng), được chạm khắc từ tuff. Các Servian tường , xây dựng bảo vệ thành phố của Rome trong BC thế kỷ thứ tư, cũng được xây dựng gần như hoàn toàn từ tuff. ^[46] Người La Mã cũng cắt tuff thành những viên đá nhỏ, hình chữ nhật mà họ dùng để tạo tường theo mô hình được gọi là opus reticulatum . ^[47]

Các peperino , được sử dụng nhiều tại Rome và Naples như một hòn đá xây dựng, là một trachyt tuff. Pozzolana cũng là một tuff phân hủy, nhưng có đặc điểm cơ bản, ban đầu được lấy ở gần Naples và được sử dụng làm xi măng , nhưng tên này hiện được áp dụng cho một số chất không phải lúc nào cũng có đặc điểm giống nhau. Trong Eifel khu vực của Đức, một trachytic, tuff pumiceous gọi là núi lửa đã được làm việc rộng rãi như một thủy lực vữa . ^{[số 8]}

Cổng tuff có vần điệu của "nhà thờ" ở Lâu đài Colditz , Sachsen , được thiết kế bởi Andreas Walther II (1584)

Tuff của vùng Eifel của Đức đã được sử dụng rộng rãi để xây dựng các ga đường sắt và các tòa nhà khác ở Frankfurt, Hamburg và các thành phố lớn khác. ^[48] Việc xây dựng bằng Rochlitz Porphyr , có thể được nhìn thấy trong cổng điêu khắc theo phong cách Mannerist bên ngoài lối vào nhà nguyện ở Lâu đài Colditz . ^[49] Tên thương mại Rochlitz Porphyr là tên gọi truyền thống cho một loại đá kích thước của Sachsen có lịch sử kiến ​​trúc hơn 1.000 năm ở Đức. Các mỏ đá nằm gần Rochlitz. ^[50]

Kho chứa chất thải hạt nhân Núi Yucca , một cơ sở lưu trữ đầu cuối của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cho lò phản ứng hạt nhân đã qua sử dụng và các chất thải phóng xạ khác, đang được xử lý và bốc cháy ở tỉnh Lưu vực và Dãy ở Nevada . ^[51] Ở Thung lũng Napa và Thung lũng Sonoma , California , những khu vực làm bằng vải tuff thường được khai quật để cất giữ các thùng rượu. ^[52]

Tuff từ Rano Raraku đã được người dân Rapa Nui trên Đảo Phục Sinh sử dụng để làm phần lớn các bức tượng moai nổi tiếng của họ . ^[7]

Ở Armenia

Tuff được sử dụng nhiều trong kiến trúc Armenia và Armenia . ^[53] Đây là loại đá chủ đạo được sử dụng trong xây dựng ở thủ đô Yerevan của Armenia , ^{[54] [55]} Gyumri , thành phố lớn thứ hai của Armenia, và Ani , thủ đô thời trung cổ của đất nước, ngày nay thuộc Thổ Nhĩ Kỳ. ^[56] Một ngôi làng nhỏ ở Armenia được đổi tên thành Tufashen (nghĩa đen là "xây bằng tuff") vào năm 1946. ^[57]

• 

  Tòa nhà chính phủ của Armenia ở Quảng trường Cộng hòa Yerevan , được xây bằng áo dài màu vàng

• 

  Nhà thờ Holy Saviour ở Gyumri]], được xây dựng chủ yếu bằng tuff đen

Tephrochronology

Phần nhô ra của Hệ tầng Pilar hiển thị các tầng siêu vật liệu được sử dụng để xác định niên đại bằng tia phóng xạ

Tuff được lắng đọng về mặt địa chất ngay lập tức và thường xuyên trên một khu vực rộng lớn. Điều này làm cho chúng rất hữu ích như là điểm đánh dấu địa tầng thời gian. Việc sử dụng tuff và các trầm tích tephra khác theo cách này được gọi là tephrochrochronology và đặc biệt hữu ích cho niên đại Đệ tứ . Các giường tuff riêng lẻ có thể được "in dấu vân tay" bởi thành phần hóa học và các tập hợp phenocryst của chúng. ^[58] Tuổi tuyệt đối của giường tuff có thể được xác định theo niên đại K-Ar , Ar-Ar hoặc carbon-14 . ^{[59] Các} hạt Zircon được tìm thấy trong nhiều tuff có độ bền cao và có thể tồn tại ngay cả khi biến chất từ ​​tuff chủ thành đá phiến, cho phép xác định tuổi tuyệt đối cho các loại đá biến chất cổ đại. Ví dụ, việc xác định niên đại của các zircons trong một lớp lông xù bị biến chất ở Hệ tầng Pilar đã cung cấp một số bằng chứng đầu tiên cho sự xuất hiện của Picuris . ^[60]

Từ tuff có nguồn gốc từ tiếng Ý tufo . ^[61]