Kas yra piroklastinės uolienos ir kaip jos susidaro?
Piroklastinės uolienos yra vienas aiškiausių vulkaninio aktyvumo intensyvumo „įrašų“. Kai išsiveržia ugnikalnis, ne visa išmesta medžiaga teka kaip lava. Daugelio išsiveržimų metu išspjaunami uolienų fragmentai, pelenai ir magmos fragmentai, kurie išmetami į orą, o tada krenta žemyn ir kaupiasi. Šios nuosėdos gali sudaryti piroklastines uolienas. Norėdami suprasti piroklastines uolienas, turime išnagrinėti jų glaudų ryšį su išsiveržimo tipu, išmestos medžiagos dydžiu, kaip ta medžiaga yra transportuojama ir kaip ji galiausiai „užrakinama“ kietoje uolienoje.
Piroklastinių uolienų apibrėžimas
Paprastai tariant, piroklastinės uolienos yra uolienos, susidariusios iš vulkaninės medžiagos, išmestos sprogstamųjų išsiveržimų metu, kurios vėliau nusėda, sutankėja ir cementuojasi (suakmenėja). Žodis „piroklastinės“ kilęs iš graikų kalbos žodžių: pyro (ugnis) ir klastos (fragmentas). Todėl piroklastines uolienas galima apibrėžti kaip „susiskaldymą, atsiradusį dėl gaisro / vulkaninės veiklos“.
Skirtingai nuo ekstruzinių magminių uolienų, tokių kaip bazaltas ar andezitas, kurios susidaro tekant lavai ir vėliau sukietėjant, piroklastinės uolienos susidaro iš sprogimų metu susidariusių fragmentų – arba magmos fragmentų, kurie sukietėja ore, arba senų uolienų iš vulkaninio kūno fragmentų, kurie yra nulaužiami ir išmetami.
Sudėtinės medžiagos: nuo pelenų iki vulkaninių bombų
Piroklastinė medžiaga vadinama piroklastais. Piroklastų dydis labai skiriasi, o dydžio klasifikacija padeda geologams nustatyti telkinio ir uolienos tipą:
1. Vulkaniniai pelenai (pelenai): dydis < 2 mm. Pelenai gali būti labai smulkūs, lengvai nešiojami vėjo ir gali padengti didelius plotus. Jei jie storai nusėda ir sukietėja, gali sudaryti uolienas, tokias kaip tufas. 2. Lapiliai: dydis 2–64 mm. Žvyro formos, tai gali būti uolienų fragmentai arba greitai kietėjančios magmos lašeliai. Nuosėdos, kuriose vyrauja lapiliai, gali sudaryti lapilių tufą arba vidutinio grūdėtumo piroklastines uolienas. 3. Vulkaninės bombos ir blokai: dydis > 64 mm.
– Vulkaninės bombos, metamos, paprastai vis dar yra plastikinės, todėl jų forma gali būti apvali arba aerodinaminė.
– Blokai paprastai yra išmesti kieti uolienų fragmentai, jų forma yra labiau kampuota.
Tokie stambiai sukaupti nuosėdos gali sudaryti piroklastines brekcijas.
Be dydžio, piroklastus taip pat galima atskirti pagal jų kilmę:
– Juvenilinė medžiaga: iš naujos magmos susidariusi medžiaga (pvz., pemza, nuodegos).
– Litas: senų uolienų fragmentai iš kraterio sienų arba vulkaninių kanalų.
– Kristalai: mineralų fragmentai (pvz., plagioklazas, piroksenas), išsiskiriantys iš magmos.
Kaip susidaro piroklastinės uolienos?
Piroklastinių uolienų susidarymas yra procesų seka: išsiveržimas → pernaša → nusėdimas → litifikacija. Etapai yra tokie.
1) Sprogstamųjų išsiveržimų priežastys: dujų slėgis ir magmos klampumas
Sprogstamieji išsiveržimai paprastai įvyksta, kai magma yra gausi dujų (vandens garų, CO₂, SO₂) ir (arba) pakankamai klampi, kad dujos galėtų lėtai išsiveržti. Dėl to padidėja slėgis, dėl kurio įvyksta sprogimas. Magma subyra į mažyčius fragmentus, dujoms staigiai išsiplėtus – panašiai kaip pakratant ir vėl atidarant sodos skardinę, tik didžiuliu mastu ir itin aukštoje temperatūroje.
Šiame etape susidaro tokios medžiagos kaip vulkaniniai pelenai, lapilės, pemza, nuodegos, bombos ir blokai. Tai yra pagrindinės piroklastinių uolienų žaliavos.
2) Išmetimas ir pernaša: krenta kaip pelenai arba slysta kaip piroklastinės srovių srovių dalelės.
Susiformavę piroklastai juda keliais būdais:
– Piroklastinis kritimas
Medžiaga išmetama į atmosferą ir krenta dėl gravitacijos. Smulkius pelenus vėjas gali nešti šimtus kilometrų, o lapilės ir bombos krenta arčiau išsiveržimo centro. Rutulinės nuosėdos paprastai yra gana tvarkingai sluoksniuotos ir dengia paviršių.
– Piroklastinės tankio srovės
Tai perkaitinti dujų, pelenų ir uolienų fragmentų mišiniai, kurie greitai teka šlaitais žemyn – dideliu greičiu ir turėdami mirtiną potencialą. Nuosėdos paprastai būna masyvesnės (ne visada tvarkingai susisluoksniavusios), gali dengti slėnius ir lygumas ir dažnai sudaro didelius nuosėdų plotus.
– Piroklastinis bangavimas
Praskiestesnės ir turbulentingesnės piroklastinės bangos gali įveikti topografinius barjerus. Jų nuogulose dažnai būna nuosėdinių struktūrų, tokių kaip kryžminis laminavimasis.
Šis pernašos būdas įtakoja galutinę uolienų tekstūrą : ar ji smulkiai sluoksniuota, masyvi, graduota, ar „atsitiktinis“ dydžių mišinys.
3) Sedimentacija: kaupiasi į storus sluoksnius
Laikui bėgant, piroklastai kaupiasi į nuosėdas. Nuosėdų storis gali siekti nuo kelių centimetrų iki dešimčių metrų, priklausomai nuo išsiveržimo dydžio ir vietos. Nuosėdos gali užpildyti baseinus, užblokuoti upes arba suformuoti naujas lygumas. Šios fazės metu medžiaga vis dar yra gana biri (panaši į smėlį, žvyrą ar pelenus).
4) Litifikacija: iš birios nuosėdos į kietą uolieną
Kad piroklastinės nuogulos taptų uoliena, jos turi litifikuotis per:
– Tankinimas: viršutinio sluoksnio apkrova spaudžia nuosėdas, todėl sumažėja poros.
– Cementacija: iš vandens nusėdę mineralai (pvz., silicio dioksidas, kalcitas, ceolitas, molis) „suklijuoja“ grūdelius.
– Tam tikrų karštų nuosėdų suvirinimas: jei nuosėdos nukrenta arba nuteka dar labai karštos, vulkaninio stiklo fragmentai gali prilipti ir susilieti. Dėl to susidaro kietesnis ir kompaktiškesnis suvirintas tufas (ignimbritas).
Litifikacijos procesas geologiniu mastu gali vykti gana greitai, ypač jei nuosėdos yra storos, karštos ir greitai užkasamos.
Įprasti piroklastinių uolienų tipai
Štai keletas tipų, su kuriais dažnai susiduriama:
1. Tufas
Piroklastinės uolienos daugiausia sudarytos iš vulkaninių pelenų.Tufas gali būti smulkus arba šiek tiek šiurkštus, priklausomai nuo dydžių mišinio. Tufas plačiai naudojamas kaip statybinė medžiaga keliose srityse, nors jo stiprumas skiriasi.
2. Ignimbritas (ignimbritas)
Paprastai iš pelenų turtingų, perkaitintų piroklastinių srautų nuosėdų, dažnai su suvirinta tekstūra, susidarantys ignimbritai gali sudaryti didžiules lygumas ir būti didelių išsiveržimų žymekliais.
3. Piroklastinė brekcija
Sudarytas iš didelių kampuotų fragmentų (blokų) arba didelių fragmentų mišinio pelenų/lapillų matricoje. Rodo išsiveržimą arba griūtį, dėl kurios susidaro dideli fragmentai.
4. Lapilli tufas
Lapilių turtingas tufas (grūdeliai 2–64 mm). Tekstūra atrodo „marga“, nes didesni fragmentai yra įterpti į pelenų matricą.
Kodėl svarbu tyrinėti piroklastines uolienas?
Piroklastinės uolienos yra svarbios, nes:
– Išsiveržimų istorijai užfiksuoti: pagal fragmentų dydį, sluoksnių sudėtį ir struktūrą geologai gali interpretuoti išsiveržimo tipą ir jo stiprumą.
– Pagalba sudarant vulkaninių pavojų žemėlapius: piroklastinių nuosėdų ir pelenų iškritų duomenys rodo paveiktas ir potencialiai vėl paveiktas zonas.
– Naudingas kaip išteklius: kai kurie piroklastiniai telkiniai tampa vandeningaisiais sluoksniais, mineralais arba pramoninėmis uolienomis; tačiau jie taip pat gali būti trapūs ir linkę į nuošliaužas, veikiami dūlėjimo.
Uždarymas
Piroklastinės uolienos yra uolienos, susidariusios iš vulkaninės medžiagos fragmentų, atsiradusių po sprogstamųjų išsiveržimų. Šios medžiagos – nuo pelenų ir lapilių iki bombų ir blokų – yra pernešamos pelenų kritulių arba piroklastinių srautų, tada nusėda, sutankėja, cementuojasi ir kartais dėl karščio susilydo, galiausiai sudarydamos kietas uolienas, tokias kaip tufas, ignimbritas ir piroklastinė brekcija. Tyrinėdami piroklastines uolienas, mes ne tik suprantame geologinius procesus, kurie formuoja Žemės paviršių, bet ir galime atsekti praeities išsiveržimų pėdsakus, kad numatytume būsimus pavojus.
Jei pageidaujate, galiu pritaikyti šį straipsnį mokyklos (paprastesniems), kolegijos (techniniams) poreikiams arba pridėti Indonezijoje randamų piroklastinių uolienų pavyzdžių kartu su jų vietovėmis ir savybėmis.
