Co jsou pyroklastické horniny a jak vznikají?
Pyroklastické horniny jsou jedním z nejjasnějších „záznamů“ intenzity sopečné činnosti. Když sopka vybuchne, ne veškerý vyvržený materiál proudí jako láva. Mnoho erupcí ve skutečnosti chrlí úlomky hornin, popel a úlomky magmatu, které jsou vyvrženy do vzduchu, poté padají zpět dolů a hromadí se. Tyto usazeniny pak mohou tvořit pyroklastické horniny. Abychom pyroklastickým horninám porozuměli , musíme prozkoumat jejich úzký vztah k typu erupce, velikosti vyvrženého materiálu, způsobu transportu tohoto materiálu a způsobu, jakým je nakonec „uzamčen“ v pevné hornině.
Definice pyroklastických hornin
Jednoduše řečeno, pyroklastické horniny jsou horniny vytvořené ze sopečného materiálu vymrštěného během explozivních erupcí (trhavých erupcí), které se poté usazují a podléhají zhutňování a cementaci (litifikaci). Slovo „pyroklastický“ pochází z řečtiny: pyro (oheň) a klastos (úlomek). Pyroklastický jev lze proto definovat jako „fragmentaci vzniklou v důsledku ohně/sopečné činnosti“.
Na rozdíl od extruzivních vyvřelých hornin, jako je čedič nebo andezit, které vznikají prouděním lávy a jejím následným tuhnutím, se pyroklastické horniny tvoří z úlomků vzniklých v důsledku explozí – buď z úlomků magmatu, které tuhnou na vzduchu, nebo z úlomků starých hornin ze sopečného tělesa, které jsou odlomeny a odhozeny.
Složení materiálů: od popela po sopečné bomby
Pyroklastický materiál se nazývá pyroklasty. Velikost pyroklastu se značně liší a klasifikace velikosti pomáhá geologům identifikovat typ ložiska a horniny:
1. Sopečný popel (popel): velikost < 2 mm. Popel může být velmi jemný, snadno unášený větrem a může pokrýt velké plochy. Pokud se usadí v husté vrstvě a ztuhne, může tvořit horniny, jako je tuf. 2. Lapilli: velikost 2–64 mm. Tvarem připomínající štěrk, mohou se jednat o úlomky hornin nebo kapičky rychle tuhnoucí horniny. Ložiska s převahou lapilli mohou tvořit lapilli tuf nebo středně zrnitou pyroklastickou horninu. 3. Sopečné bomby a bloky: velikost > 64 mm.
– Sopečné bomby jsou po vržení obvykle stále plastové, takže jejich tvar může být zaoblený nebo aerodynamický.
– Bloky jsou obecně pevné úlomky hornin, které byly odhozeny, jejich tvar je hranatější.
Hrubé usazeniny, jako jsou tyto, mohou tvořit pyroklastické brekcie.
Kromě velikosti lze pyroklasty rozlišit také podle jejich původu:
– Juvenilní: materiál pocházející z nového magmatu (např. pemza, struska).
– Litik: úlomky staré horniny ze stěn kráteru nebo sopečných kanálů.
– Krystaly: minerální fragmenty (např. plagioklas, pyroxen), které se uvolňují z magmatu.
Jak vznikají pyroklastické horniny?
Vznik pyroklastických hornin probíhá v řadě procesů: erupce → transport → ukládání → litifikace. Fáze jsou následující.
1) Spouštěče explozivních erupcí: tlak plynu a viskozita magmatu
K explozivním erupcím obvykle dochází, když je magma bohaté na plyn (vodní pára, CO₂, SO₂) a/nebo dostatečně viskózní, aby plyn mohl pomalu unikat. V důsledku toho se zvyšuje tlak, což vede k explozi. Magma se při náhlé expanzi plynu rozpadá na drobné úlomky – podobně jako když se zatřese plechovkou od limonády a poté se otevře, ale v masivním měřítku a při extrémně vysokých teplotách.
V této fázi vznikají materiály, jako je sopečný popel, lapilli, pemza, struska, bomby a bloky. Ty jsou primárními surovinami pro pyroklastické horniny.
2) Vyvržení a transport: padá jako popel nebo sesuvy jako pyroklastické proudy.
Jakmile se pyroklasty vytvoří, pohybují se několika způsoby:
– Pyroklastický pád
Materiál je vyvržen do atmosféry a poté padá vlivem gravitace. Jemný popel může být větrem unášen stovky kilometrů, zatímco lapilli a bomby dopadají blíže k centru erupce. Usazeniny spadu jsou obvykle poměrně úhledně vrstveny a pokrývají povrch.
– Pyroklastické hustotní proudy
Jedná se o přehřáté směsi plynu, popela a úlomků hornin, které rychle proudí dolů po svazích – vysokou rychlostí a s potenciálem pro smrt. Ložiska bývají masivnější (ne vždy úhledně vrstvená), mohou pokrývat údolí a roviny a často vytvářejí rozsáhlá ložiska.
– Pyroklastická vlna
Zředěnější a turbulentnější pyroklastické vlny dokáží překonat topografické bariéry. Jejich usazeniny často vykazují sedimentární struktury, jako je křížová laminace.
Tento způsob transportu ovlivňuje konečnou texturu horniny : ať už je jemně vrstevnatá, masivní, odstupňovaná nebo se jedná o „náhodnou“ směs velikostí.
3) Sedimentace: hromadí se v silných vrstvách
Postupem času se pyroklasty hromadí do usazenin. Usazeniny mohou být silné od několika centimetrů do desítek metrů, v závislosti na velikosti a místě erupce. Usazeniny mohou zaplňovat pánve, blokovat řeky nebo vytvářet nové roviny. Během této fáze je materiál stále relativně sypký (podobně jako písek, štěrk nebo popel).
4) Litifikace: z kyprého sedimentu do pevné horniny
Aby se pyroklastické usazeniny staly horninou, musí projít litifikací prostřednictvím:
– Zhutnění: zatížení z horní vrstvy tlačí na sediment, čímž se zmenšují póry.
– Cementace: minerály, které se vysrážejí z vody (např. oxid křemičitý, kalcit, zeolit, jíl), „slepují“ zrna k sobě.
– Svařování určitých horkých usazenin: Pokud usazenina odpadne nebo teče, dokud je ještě velmi horká, mohou se úlomky sopečného skla slepit a spojit. Vznikne tak tvrdší a kompaktnější svařený tuf (ignimbrit).
Proces litifikace může v geologickém měřítku probíhat relativně rychle, zejména pokud jsou ložiska silná, horká a rychle pohřbená.
Běžné typy pyroklastických hornin
Zde jsou některé typy, které se často vyskytují:
1. Tuf
Pyroklastické horniny jsou složeny převážně ze sopečného popela.Tuf může být jemný až poněkud hrubý, v závislosti na poměru velikostí. Tuf se široce používá jako stavební materiál v několika oblastech, ačkoli jeho pevnost se liší.
2. Ignimbrit (ignimbrit)
Ignimbrity, které obvykle vznikají z přehřátých pyroklastických usazenin bohatých na popel, často se svařenou texturou, mohou tvořit rozsáhlé pláně a sloužit jako markery velkých erupcí.
3. Pyroklastická brekcie
Skládá se z velkých hranatých úlomků (bloků) nebo směsi velkých úlomků v matrici popela/lapilli. Indikuje erupci nebo kolaps, který produkuje velké úlomky.
4. Lapilliho tuf
Tuf bohatý na Lapilli (zrna 2–64 mm). Textura se jeví jako „skvrnitá“, protože větší fragmenty jsou uloženy v popelové matrici.
Proč je důležité studovat pyroklastické horniny?
Pyroklastické horniny jsou důležité, protože:
– Zaznamenávat historii erupcí: z velikosti fragmentů, složení a struktury vrstev mohou geologové interpretovat typ erupce a její rozsah.
– Pomoc s mapováním sopečného nebezpečí: pyroklastické usazeniny a spad popela naznačují oblasti, které byly zasaženy a které by mohly být znovu zasaženy.
– Užitečné jako zdroj: některé pyroklastické usazeniny se stávají zvodnělými vrstvami, minerály nebo průmyslovými horninami; ale mohou být také křehké a náchylné k sesuvům půdy při zvětrávání.
Zavírání
Pyroklastické horniny jsou horniny vytvořené z úlomků sopečného materiálu v důsledku explozivních erupcí. Tyto materiály – od popela a lapilli až po bomby a bloky – jsou transportovány popelem nebo pyroklastickými proudy, poté se usazují, zhutňují, stmelují a někdy se vlivem tepla svařují, čímž nakonec tvoří pevné horniny, jako je tuf, ignimbrit a pyroklastická brekcie. Studiem pyroklastických hornin nejen rozumíme geologickým procesům, které formují zemský povrch, ale také můžeme sledovat stopy minulých erupcí a předpovídat budoucí rizika.
Pokud si přejete, mohu tento článek upravit pro školní (jednodušší), vysokoškolské (techničtější) potřeby nebo přidat příklady pyroklastických hornin nalezených v Indonésii spolu s jejich umístěním a charakteristikami.
