Кіріспе

Жанартау жыныстарының түрі

Игнимбрит – қатайған туфтан тұратын жанартау жынысының бір түрі. Игнимбриттер жанартаудан жылдам ағып шығатын, қоршаған атмосферадан тығыз болатын ыстық бөлшектер мен газдардың қоспасынан пайда болады. Жаңа Зеландия геологы Патрик Маршалл (1869–1950) «igni» [от] және «imbri» [жаңбыр] латын сөздерінен игнимбрит терминін шығарды. Игнимбриттердің құрамында вулкандық күл (немесе литификацияланған кезде туф) және лапилли (көбінесе шашыраңқы лит фрагменттерімен) нашар сұрыпталған қоспасы болады. Күл шыны сынықтары мен кристалдық бөлшектерден тұрады. Игнимбриттер бос және жиналмаған немесе лапилли туфы деп аталатын литификацияланған (қатты) жыныс болуы мүмкін. Жанартаудың жанында игнимбриттерде лит блоктарының қалың жиынтығы жиі кездеседі, ал алыс жерлерде көптеген жағдайларда дөңгелектелген пемзаның метрлік жиынтығын көруге болады. Игнимбриттердің түсі құрамы мен тығыздығына байланысты ақ, сұр, қызғылт, бежевый, қоңыр немесе қара болуы мүмкін. Көптеген ақшыл игнимбриттер дациттік немесе риолиттік болып келеді. Қараңғы түсті игнимбриттер тығыз байланысқан жанартау шынысынан немесе сирек кездесетін маймалық құрамнан тұруы мүмкін.

Депозит беру

Жалынды кристалдардың пирокластикалық тығыздық ағынынан түсуін түсіндіру үшін екі негізгі модель ұсынылды: бірдей жиналу және прогрессивті жинақталу модельдері.

Үлгісі

Жанартаулар туралы модельді 1976 жылы вулканолог Стивен Спаркс ұсынды. Спаркс жалынды бриттердегі нашар сұрыпталуды өте жоғары бөлшектер концентрациясының ламинарлық ағынына байланысты деп есептеді. Пирокластикалық ағымдар ламинарлық ағынға ұшыраған және кейін жаппай тоқтаған денемен қалдықтар ағынына ұқсас деп болжалды. Ағым тығыздағыш ағыны ретінде, негізінен деформацияланбайтын массамен, жұқа қисайту аймағында жүреді, ал жаппай тоңазыту қозғалыс кернеуі белгілі бір деңгейден төмен түскен кезде пайда болады. Бұл кері қарай бағаланған негізді ірі бірлік шығарады. Жаппай модельдің бірнеше мәселесі бар. Игнимбрит – бұл шөгінді болғандықтан, оның сипаттамалары ағынды толықтай көрсете алмайды, ал шөгінді тек шөгінді процесін ғана тіркей алады. Игнимбриттердегі тік химиялық аймақтану жинақталудағы үстеме өзгерістерді тіркеу ретінде түсіндіріледі, ал аймақтану ағыс бірліктерінің шекараларымен сирек байланысты және ағыс бірліктері ішінде болуы мүмкін. Химиялық өзгерістер уақыт өте келе құрамы өзгеріп отыратын жарылыстан пайда болған ағыстың түбіндегі прогрестік жинақталуды тіркейді деп болжанады. Бұл үшін ағынның негізі турбулентті бола алмайды. Материалдың бүкіл денесі бірден жинақталуы мүмкін емес, өйткені сұйықтықтың бірден ығысуы мүмкін емес. Сұйықтықтың кез келген ығысуы ағынның жоғарғы бөлігін жұмылдырады және жаппай жиналу болмайды. Ағынның бірден тоқтауы жергілікті қысылу мен кеңеюге себеп болады, бұл кернеу сызақтары мен шағын масштабтағы итермелеу түрінде көрінеді, бірақ мұндай құбылыстар көптеген игнимбриттерде байқалмайды. Жаппай теорияның бейімделуі жалынды бриттердегі тұрақты тоқтан прогрестік жинақталуды тіркейді және жалынды бриттер мен игнимбриттер арасындағы айырмашылықтар оны жинаған ағыстың табиғатындағы уақытша өзгерістердің нәтижесі болып табылады. Құрылымдардың бағытының тік өзгеруі – бұл құрылымдардың көпшілігі үшін жауапты шөгінділік қайта жұмылдыруға қарсы дәлел, бірақ қай процесс ең көп таралған екенін айту үшін игнимбриттердің көпшілігінде осы тік өзгерулер бар екенін анықтау үшін қосымша зерттеулер қажет. Колорадодағы Флорисант қазбалар ұлттық ескерткішіндегі Қабырға тауындағы туфтың байқауларына негізделген модель, жапырақшалар мен пирокластар сияқты реоморфты құрылымдар тығыздық ағыны тоқтаған кезде ламинарлық тұтқыр ағыс кезінде пайда болғандығын көрсетеді. Қалдықтар ағынынан тұтқыр сұйықтыққа ауысу соңғы бірнеше метрде тез суытуды тудырады. Сондай-ақ, трансформация ағынның түбіндегі шекаралық қабатта пайда болады және барлық материалдар осы қабаттан шөгінді кезінде өтеді деп болжанады. Тағы бір ұсынылған модель – тығыздық ағыны реоморфтық құрылымдар пайда болғанға дейін стационарлық болды. Таралған жапырақшалар сияқты құрылымдар жүктеме тығыздалуының нәтижесі, ал басқа құрылымдар жүктеме және еңіс топографияда жиналу арқылы қайта жұмылдырудың нәтижесі болып табылады. Орегон штатындағы Вагонтайр тауында және Калифорниядағы Бишоп туфындағы туфтар соңғы сатыдағы тұтқыр ағынның белгілерін көрсетеді. Бұл туфтар химиялық жағынан ұқсас, сондықтан олар бірдей жапырақшаларға ие болу үшін бірдей тығыздау процесіне ұшыраған болуы керек. Пантеллериядағы жасыл туф реоморфты құрылымдарды қамтиды, олар шөгінділік қайта жұмылдырудың нәтижесі деп есептеледі, өйткені сол кезде жасыл туф жаңбырдан кейін түсетін, бүйірлік тасымалдауы жоқ шөгінді деп саналған. Жасыл туфтың құрылымдары мен Гран-Канариядағы игнимбриттер арасындағы ұқсастықтар шөгінділік қайта жұмылдыруды болжайды. Жасыл туфтың жинақталуының бұл түсіндірілуі дау тудырады, бұл жалынды туф болып табылады және жасыл туфта байқалған жалын сияқты құрылымдар бастапқы тұтқыр ағыстың соңғы кезеңінің нәтижесі болды. Гран-Канарияда байқалған ұқсас құрылымдар синтаксистік ағын ретінде түсіндірілді. Тығыздық ағыны мен қалыптасқан шөгінді арасындағы қиылыс барлық игнимбриттерде байқалған реоморфты құрылымдарды тудыратын жеткілікті маңызды екендігі дауланды, дегенмен қиылыс кейбір құрылымдарға, мысалы, жалындарға жауапты болуы мүмкін.

Петрология

Игнимбрит негізінен вулкандық шаңның (тефра) матрицасынан құралады, ол вулкандық шынының сынықтары мен бөлшектерінен, пемза сынықтары мен кристалдардан тұрады. Кристалл бөлшектері көбінесе жарылыс кезінде жарылып кетеді. Олардың көпшілігі магмада өскен фенокристалдар, бірақ кейбіреулері басқа магмалардан, магмалық жыныстардан немесе қоршаған жыныстардан алынған ксенокристалдар сияқты экзотикалық кристалдар болуы мүмкін. Күл матрицасы әдетте бұршақтан кесек тасқа дейінгі әр түрлі мөлшердегі тау жынысы фрагменттерін, яғни литтық инклюзияларды қамтиды. Олар көбінесе кондуит қабырғаларынан немесе жер бетінен тартылған ескі, қатып қалған жанартаулық қалдықтарының бөлшектері болып табылады. Сирек жағдайларда, кластар магма камерасының туыс материалы болуы мүмкін. Егер игнимбрит шөгіндірген кезде жеткілікті ыстық болса, бөлшектері бірігіп, «кептірілген игнимбритке» айналады, ол эвтакситті лапилли туфынан жасалған. Мұндай жағдайда лапиллилер жалпақтанып, тау жынысы бетінде қара линза тәрізді пішіндерде көрінеді, олар фиамме деп аталады. Тым кептірілген игнимбритте төменгі және жоғарғы «витрофирлер» деп аталатын базаға және жоғарғы бөлікке жақын шыны зоналар болуы мүмкін, ал орталық бөліктері микрокристаллды («литоидты») болады.

Минералогия

Игнимбриттердің минералогиясы негізінен бастапқы магманың химиялық құрамымен анықталады. Игнимбриттердегі фенокристердің кең таралған түрлері – биотит, кварц, сандинит немесе басқа сілтілік дала шпаттары, кейде мүйізді бленде, сирек піроксен, ал фонолиттік туфтарда нефелин және леуцит сияқты дала шпатоидты минералдар кездеседі. Көбінесе, фелсикалық игнимбриттерде кварцтың кристобалит және тридимит полиморфтары дәнекерленген туфтар мен брекчияларда табалады. Көп жағдайда, бұл кварцтың жоғары температуралық полиморфтары жарылыстан кейін, кейбір тұрақсыз күйдегі аутогендік өзгерістердің нәтижесінде пайда болған болып көрінеді. Демек, тридимит пен кристобалит игнимбриттерде жиі кездесетін минералдар болғанымен, олар бастапқы магмалық минералдар емес болуы мүмкін.

Геохимия

Игнмбриттердің көпшілігі кремнийлі, әдетте 65%-дан астам SiO2 құрайды. Игнимбриттердің химиясы, барлық фелсикалық тау жыныстары сияқты, және олардың құрамындағы фенокристтердің минералдық құрамы, негізінен натрий, калий, кальций мөлшеріне, сондай-ақ темір мен магнийдің азырақ мөлшеріне байланысты. Сирек кездесетін кейбір игнимбриттер андезиттік болуы мүмкін, тіпті ұшқыш заттарға қаныққан базальттан да пайда болуы мүмкін, онда игнимбрит қалыпты базальттың геохимиялық қасиеттерін көрсетеді.

Өзгерістер

Үлкен ыстық игнибриттер гидротермальдық белсенділіктің пайда болуына себеп болуы мүмкін, себебі олар ылғал топырақты жауып, су арналарын және өзендерді көмеді. Мұндай негіздерден шыққан су фумарольдер, гейзерлер және осы сияқты түрлерде игнибрит қаптамасынан шығады, бұл процесс бірнеше жылға созылуы мүмкін, мысалы, Новарупта туфінің жарылуынан кейін. Бұл судың қайнауы кезінде игнибрит қабаты метасоматизациялануы (өзгеріске ұшырауы) мүмкін. Бұл түтікшелер мен каолинге өзгеретін тау жыныстарының қалталарының пайда болуына әкеледі.

Дәнекерлеу

Дәнекерлеу – пирокластикалық тау жыныстарында кең таралған өзгеріс түрі. Дәнекерлеудің екі түрі бар: біріншілік және екіншілік. Егер тығыздық тогы жеткілікті түрде ыстық болса, бөлшектер бірігіп, тұнбалау бетінде қою сұйықтық құрайды; бұл – біріншілік дәнекерлеу. Егер тасымалдау және шөгу кезінде температура төмен болса, бөлшектер бірігіп, дәнекерленбейді, бірақ кейіннен тығыздалу немесе басқа факторлар дәнекерлеудің ең төменгі температурасын шыны тәрізді бөлшектердің температурасынан төмендетсе, дәнекерлеу мүмкін болады; бұл – екіншілік дәнекерлеу. Екіншілік дәнекерлеу көбірек кездеседі және пирокластикалық тығыздық тогының температурасы бөлшектердің жұмсару температурасынан төмен екенін көрсетеді. Дәнекерлеудің қарқындылығы литостаттық жүктемеге байланысты, себебі Тириби игнимбриті ең қалың жерлерде ең тығыз дәнекерленген. Бұл корреляция толық емес, және басқа факторлар да әсер етуі мүмкін. Литостаттық жүктеменің дәнекерлеудің қарқындылығын анықтаудағы салыстырмалы маңыздылығын көрсететін екі дәлел бар: қалыңдығына қарамастан дәнекерлеу дәрежесіндегі бүйірлік өзгерістер және дәнекерлеу дәрежесінің химиялық зоналармен сәйкес келу жағдайлары. Дәнекерлеу – құрамының өзгеруі, ұшқыш заттардың мөлшері, температура, дән өлшемдерінің таралуы және лит контенті сияқты факторлардың жиынтығымен анықталады. Сонымен қатар, граниттік ландшафттардағы сияқты, игнимбриттердегі жер бедері де жарылым жүйелерінің әсеріне ұшырауы мүмкін.

Тарату

Игнимбриттер бүкіл әлемде жоғары кремнийлі магма және одан туындайтын жарылысты жарылыстармен байланысты көптеген жанартаулық аймақтарда кездеседі. Игнимбрит Австралияның Жаңа Оңтүстік Уэльс штатының Төменгі Хантер аймағында өте кең таралған. Хантер аймағындағы Мартинс Крик, Брэнди Хилл, Сиам (Boral) және Реймонд Террас тасталған карьерлерінде кездесетін игнимбрит – көміртек кезеңінің (280–345 миллион жыл) вулкандық шөгінді тау жынысы. Оның пайда болуы өте күшті жарылыспен байланысты. Бұл материал айтарлықтай тереңдікке жиналған және толығымен салқындауына жылдар кеткен болуы мүмкін. Осы процесте оны құрайтын материалдар бірігіп, орташа тығыздықтағы өте берік тасқа айналған. Игнимбрит Жаңа Зеландияның Коромадель аймағында да кездеседі, онда көзге түсетін қызғылт қоңыр игнимбрит жартастары ландшафттың ерекше белгісін құрайды. Жақын орналасқан Таупо вулканы аймағы Плейстоцен және Голоцен кезеңдерінде кальдера вулкандарынан шыққан кең жазық игнимбрит қабаттарымен жабылған. Хинуэрадағы (Уайкато) ашық жартастар 1800 жыл бұрын болған соңғы ірі Таупо жарылысынан (Хатепе жарылысынан) бұрын, аңғар арқылы ағып өткен ежелгі Уайкато өзенінің бағытын көрсетеді. Батыс жартастарынан Хинуэра тасының блоктары қазылып алынады, ол ғимараттарды қаптау үшін қолданылатын біріктірілген игнимбритке берілген атау. Тас ақшыл сұр түсті, жасыл түсті іздерімен және сәл кеуекті. Мексиканың батысындағы Сьерра-Мадре-Оксиденталь тауларының үлкен бөлігінде игнимбриттің ірі кен орындары орналасқан. АҚШ-тың батысында, Бассейн және Жота аймағында, негізінен Невадада, Юта штатының батысында, Аризонаның оңтүстігінде, Нью-Мексиконың солтүстік-орталық және оңтүстік бөліктерінде, сондай-ақ Жылан өзені жазығында бірнеше жүз метрге дейін жететін қалың игнимбрит қабаттары кездеседі. Бассейн және Жота аймағындағы магматизм шамамен 40 миллион жыл бұрын басталып, негізінен 25 миллион жыл бұрын аяқталған игнимбриттің күрт өршуін қамтыды: магматизм Ларамид орогенісінің соңынан кейін пайда болды, осы кезде деформация және магматизм тақта шекарасының шығысында жүрді. Невадада игнимбрит жарылыстары шамамен 14 миллион жылға дейін жалғасты. Жеке жарылыстар көбінесе өте үлкен болды, кейде көлемі мыңдаған куб километрге жетеді, оларға 8 жанартаулық жарылыс индексі берілді, бұл Йеллоустоун кальдерасы және Тоба көлі жарылыстарымен салыстыруға болады. Тенерифе және Гран-Канария аралдарындағы эрозиядан кейінгі тау жыныстарының көп бөлігін игнимбриттердің тізбегі құрайды.

Қолдану

Yucca Mountain Repository, АҚШ Энергетика министрлігінің пайдаланылған ядролық реакторлар мен басқа да радиоактивті қалдықтарды сақтауға арналған терминалдық объектісі, жалынды брит пен туфтан тұратын қоршауда орналасқан. Жалынды бриттердің қабатты құрылымы тас өңдеу кезінде қолданылады, себебі олар кейде ыңғайлы плиталарға жарылады, олар еден төсеу және бақ шекарасын жасау үшін пайдалы. Жаңа Оңтүстік Уэльстің Хантер аймағында жалынды брит жол төсеу және құрылыс мақсатында қолданылатын тамаша құм-қиыршық тас немесе "көк металл" ретінде қызмет етеді.