سنگ آتشفشانی

سنگ آتشفشانی (اغلب در زمینه های علمی به آتشفشان کوتاه می شود) سنگی است که از گدازه های فوران شده از یک آتشفشان تشکیل شده است . به عبارت دیگر با منشا آتشفشانی بودن با سنگ های آذرین دیگر تفاوت دارد. مفهوم سنگ آتشفشانی مانند همه انواع سنگ مصنوعی است و در طبیعت سنگ های آتشفشانی به سنگ های هیپابیسال و دگرگونی تبدیل می شوند و عنصر مهمی از برخی رسوبات و سنگ های رسوبی را تشکیل می دهند . به این دلایل، در زمین‌شناسی، آتشفشان‌ها و سنگ‌های هیپابیسال کم‌عمق همیشه به‌عنوان متمایز در نظر گرفته نمی‌شوند. در زمینه پرکامبرین زمین شناسی سپر ، اصطلاح "آتشفشانی" اغلب به سنگ هایی که به شدت متاولکانیک هستند به کار می رود . سنگ‌های آتشفشانی و رسوباتی که از ماگمای فوران شده به هوا تشکیل می‌شوند، «آوارهای آتشفشانی» نامیده می‌شوند و از نظر فنی سنگ‌های رسوبی هستند.

سنگ های آتشفشانی از رایج ترین انواع سنگ در سطح زمین، به ویژه در اقیانوس ها هستند. در خشکی، آنها در مرزهای صفحات و در استان های بازالت سیلابی بسیار رایج هستند . تخمین زده شده است که سنگ های آتشفشانی حدود 8 درصد از سطح زمین کنونی زمین را پوشش می دهند. ^[1]

خصوصیات

تنظیم و اندازه

• گدازه
• تفرا
• بمب آتشفشانی
• لاپیلی
• خاکستر آتشفشانی

طبقه بندی سنگ ها و رسوبات آتشفشانی آواری ^{[2] [3]}

		رسوب آذرآواری
اندازه کلاس به میلی متر	Pyroclast	در درجه اول تجمیع نشده: تفرا	در درجه اول ادغام شده: سنگ آذرآواری
> 64 میلی متر	بمب، بلوک	آگلومرا، بستر بلوک یا بمب، بلوک تفرا	آگلومرا، برش آذرآواری
64 تا 2 میلی متر	لاپیلوس	لایه، بستر لاپیلی یا لاپیلی تفرا	توف لاپیلی
2 تا 1/16 میلی متر	دانه درشت خاکستر	خاکستر درشت	درشت (توف خاکستر)
<1/16 میلی متر	دانه خاکستر ریز (دانه غبار)	خاکستر ریز (گرد و غبار)	توف ریز (خاکستر) (توف گرد و غبار)

بافت

سنگ های آتشفشانی معمولاً دارای بافت ریزدانه یا آفانیتی به شیشه هستند. آنها اغلب شامل کلاسه هایی از سایر سنگ ها و فنوکریست ها هستند . فنوکریست ها بلورهایی هستند که بزرگتر از ماتریکس هستند و با چشم غیر مسلح قابل شناسایی هستند . پورفیری لوزی نمونه‌ای با فنوکریست‌های لوزی شکل بزرگ است که در یک ماتریس دانه‌ریز بسیار ریز جاسازی شده‌اند. ^{[ نیازمند منبع ]}

سنگ‌های آتشفشانی اغلب دارای بافت وزیکولی هستند که ناشی از حفره‌های فرار به دام افتاده در گدازه مذاب است . پوکه سنگی بسیار تاولی شکل است که در فوران های آتشفشانی انفجاری تولید می شود . ^{[ نیازمند منبع ]}

شیمی

بیشتر سنگ شناسان مدرن، سنگ های آذرین، از جمله سنگ های آتشفشانی، را بر اساس شیمی آنها در هنگام برخورد با منشاء آنها طبقه بندی می کنند. این واقعیت که کانی‌شناسی‌ها و بافت‌های مختلف ممکن است از همان ماگماهای اولیه ایجاد شوند ، باعث شده است که سنگ‌شناسان برای بررسی منشأ سنگ‌های آتشفشانی به شدت بر شیمی تکیه کنند. ^{[ نیازمند منبع ]}

طبقه بندی شیمیایی سنگ های آذرین ابتدا بر اساس محتوای کل سیلیکون و فلزات قلیایی ( سدیم و پتاسیم ) است که به عنوان کسر وزنی سیلیس و اکسیدهای قلیایی ( K ₂ O به اضافه Na ₂ O ) بیان می شود. اینها سنگ را در یکی از فیلدهای نمودار TAS قرار می دهند. سنگ اولترامافیک و کربناتیت هاطبقه بندی تخصصی خود را دارند، اما به ندرت به عنوان سنگ های آتشفشانی رخ می دهند. برخی از زمینه های نمودار TAS بر اساس نسبت اکسید پتاسیم به اکسید سدیم تقسیم می شوند. طبقه بندی های اضافی ممکن است بر اساس اجزای دیگر مانند محتوای آلومینیوم یا آهن انجام شود. ^{[4] [5] [6] [7]}

سنگ های آتشفشانی نیز به طور کلی به سنگ های آتشفشانی زیر قلیایی، قلیایی و پر قلیایی تقسیم می شوند. سنگ های زیر قلیایی به سنگ هایی گفته می شود که در آنها

SiO ₂ < -3.3539 × 10-4 × A ^{6 +} 1.2030 × 10-2 × A ⁵ - 1.5188 × 10-1 × ^A4 + 8.6096 × 10-1 ^× A 3 ^- 2.19 × ^{3 +2 A3 - 2.19 × 2} + 2.

که در آن سیلیس و کل اکسید قلیایی (A) به صورت کسر مولی بیان می شوند . از آنجایی که نمودار TAS از کسر وزنی استفاده می کند و مرز بین سنگ قلیایی و زیر قلیایی بر حسب کسر مولی مشخص می شود، موقعیت این منحنی در نمودار TAS فقط تقریبی است. سنگ‌های آتشفشانی پرآلکالین به سنگ‌هایی گفته می‌شود که Na ₂ O + K ₂ O > Al ₂ O ₃ دارند، به طوری که برخی از اکسیدهای قلیایی باید به‌جای فلدسپات به‌عنوان آمفیبول سدیک یا اِگیرین وجود داشته باشند . ^{[8] [7]}

شیمی سنگ های آتشفشانی به دو چیز بستگی دارد: ترکیب اولیه ماگمای اولیه و تمایز بعدی. تمایز اکثر ماگماها تمایل به افزایش محتوای سیلیس ( SiO ₂ ) دارد که عمدتاً از طریق شکنش کریستالی است. ترکیب اولیه اکثر ماگماها بازالتی است ، اگرچه تفاوت های کوچک در ترکیبات اولیه ممکن است منجر به سری های تمایز چندگانه شود. رایج ترین این سری ها تولئیتی ، کالک آلکالن و قلیایی هستند. ^{[8] [7]}

کانی شناسی

بیشتر سنگ های آتشفشانی دارای تعدادی کانی مشترک هستند . تمایز سنگ های آتشفشانی تمایل به افزایش محتوای سیلیس (SiO ₂ ) عمدتاً با کریستالیزاسیون جزئی دارد. بنابراین، سنگ‌های آتشفشانی تکامل‌یافته‌تر تمایل دارند از نظر مواد معدنی با مقدار بیشتری سیلیس مانند فیلو و تکتوسیلیکات‌ها از جمله فلدسپات‌ها، پلی‌مورف‌های کوارتز و مسکویت غنی‌تر باشند . سنگ‌های آتشفشانی بدوی‌تر در حالی که هنوز تحت سلطه سیلیکات‌ها هستند، دارای مجموعه‌های معدنی با سیلیس کمتر هستند، مانند الیوین و پیروکسن‌ها . سریال واکنش بوون ترتیب تشکیل رایج ترین کانی ها در سنگ های آتشفشانی را به درستی پیش بینی می کند. ^{[ نیازمند منبع ]}

گاهی اوقات، یک ماگما ممکن است بلورهایی را که از ماگمای دیگر متبلور شده اند، ببرد. این کریستال ها را بیگانه کریستال می نامند . الماس های یافت شده در کیمبرلیت ها، بلورهای بیگانه نادر اما شناخته شده هستند. کیمبرلیت ها الماس ها را نمی سازند، بلکه آنها را برمی دارند و به سطح زمین منتقل می کنند. ^{[ نیازمند منبع ]}

نامگذاری

سنگ های آتشفشانی هم بر اساس ترکیب شیمیایی و هم از نظر بافت نامگذاری می شوند. بازالت یک سنگ آتشفشانی بسیار رایج با محتوای سیلیس کم است. ریولیت یک سنگ آتشفشانی با محتوای سیلیس بالا است. ریولیت دارای محتوای سیلیس مشابه گرانیت است در حالی که بازالت از نظر ترکیبی با گابرو برابر است. سنگهای آتشفشانی میانی عبارتند از آندزیت ، داسیت ، تراکیت و لاتیت . ^{[ نیازمند منبع ]}

سنگ های آذرآواری محصول آتشفشان انفجاری هستند. آنها اغلب فلسیک هستند (پر سیلیس). سنگ‌های آذرآواری اغلب نتیجه زباله‌های آتشفشانی مانند خاکستر ، بمب و تفرا ، و سایر پرتاب‌های آتشفشانی هستند . نمونه هایی از سنگ های آذرآواری توف و ایگنیمبریت هستند. ^{[ نیازمند منبع ]}

توده‌های کم عمق که ساختاری شبیه به سنگ‌های آتشفشانی دارند تا سنگ‌های پلوتونیک ، آتشفشانی در نظر گرفته می‌شوند و به زیر آتشفشانی سایه می‌زنند . ^{[ نیازمند منبع ]}

اصطلاحات سنگ گدازه و سنگ گدازه بیشتر توسط بازاریان استفاده می شود تا زمین شناسان، که احتمالاً می گویند "سنگ آتشفشانی" (زیرا گدازه یک مایع مذاب است و سنگ جامد). "سنگ گدازه" ممکن است هر چیزی را توصیف کند، از پوکه سیلیسی شکننده گرفته تا بازالت جریان مافیک جامد ، و گاهی اوقات برای توصیف سنگ هایی استفاده می شود که هرگز گدازه نبوده اند ، اما به نظر می رسند (مانند سنگ آهک رسوبی با حفره های انحلال ). برای بیان هر چیزی در مورد خواص فیزیکی یا شیمیایی سنگ، باید از اصطلاح خاص تری استفاده کرد. یک تامین کننده خوب می داند که چه نوع سنگ آتشفشانی را می فروشد. ^[9]

ترکیب سنگ های آتشفشانی

زیر خانواده سنگ هایی که از گدازه های آتشفشانی تشکیل می شوند، سنگ های آتشفشانی آذرین نامیده می شوند (برای تمایز آنها از سنگ های آذرین که از ماگمای زیر سطح تشکیل می شوند، سنگ های پلوتونیک آذرین نامیده می شوند ).

گدازه های آتشفشان های مختلف، وقتی سرد و سخت می شوند، از نظر ظاهر و ترکیب بسیار متفاوت هستند. اگر یک جریان گدازه ریولیت به سرعت سرد شود، می تواند به سرعت به یک ماده شیشه ای سیاه رنگ به نام ابسیدین منجمد شود . هنگامی که با حباب های گاز پر می شود، همان گدازه ممکن است پوکه اسفنجی شکل را تشکیل دهد . اگر به آرامی خنک شود، سنگی به رنگ روشن و یکنواخت به نام ریولیت تشکیل می دهد. ^{[ نیازمند منبع ]}

گدازه‌ها که در تماس با هوا یا آب به سرعت سرد شده‌اند، عمدتاً بلوری ریز هستند یا حداقل دارای جرم زمین ریزدانه هستند که نمایانگر آن بخش از جریان گدازه‌ای نیمه بلوری چسبناک است که در لحظه فوران هنوز مایع بود. در این زمان آنها فقط در معرض فشار اتمسفر بودند و بخار و سایر گازها که در مقادیر زیاد آنها وجود داشت آزاد بودند. بسیاری از تغییرات مهم از این امر ناشی می‌شوند، قابل توجه‌ترین آنها وجود مکرر حفره‌های بخار متعدد ( ساختار تاولی ) است که اغلب به شکل‌های دراز کشیده می‌شوند و متعاقباً با نفوذ مواد معدنی پر می‌شوند ( ساختار آمیگدال ). ^{[10] [11] [12] [13]}

همانطور که تبلور در حال انجام بود در حالی که جرم هنوز در زیر سطح زمین به جلو می خزید، آخرین کانی های تشکیل شده (در توده زمین ) معمولاً در خطوط سیم پیچی زیر موازی قرار می گیرند که جهت حرکت (شار یا ساختار سیال) را دنبال می کنند. و کانی های اولیه بزرگتر که قبلاً متبلور شده اند ممکن است آرایش مشابهی را نشان دهند. بیشتر گدازه ها قبل از انتشار به میزان قابل توجهی کمتر از دمای اولیه خود می افتند. آنها در رفتار خود تشابه نزدیکی با محلول‌های داغ نمک‌های موجود در آب ارائه می‌کنند که وقتی به دمای اشباع نزدیک می‌شوند، ابتدا محصولی از کریستال‌های بزرگ و خوش‌شکل (مرحله ناپایدار) را رسوب می‌دهند و متعاقباً ابرهایی از کریستال‌های کوچک‌تر و کم‌کامل را رسوب می‌دهند. ذرات (مرحله ناپایدار). ^[10]

در سنگ‌های آذرین نسل اول کریستال‌ها معمولاً قبل از ظهور گدازه به سطح، یعنی در هنگام صعود از اعماق زیرزمینی به دهانه آتشفشان، تشکیل می‌شوند. اغلب با مشاهدات تأیید شده است که گدازه های تازه ساطع شده حاوی کریستال های بزرگی هستند که در یک توده مذاب و مایع حمل می شوند. گفته می شود بلورهای بزرگ، خوش شکل و اولیه ( فنوکریست ها) پورفیری هستند. بلورهای کوچکتر ماتریس اطراف یا جرم زمین متعلق به مرحله پس از افیوژن هستند. به ندرت گدازه ها در لحظه پرتاب به طور کامل ذوب می شوند. سپس ممکن است سرد شوند تا یک سنگ کریستالی غیر پورفیری تشکیل دهند، یا اگر سریعتر سرد شوند ممکن است تا حد زیادی غیر کریستالی یا شیشه ای باشند (سنگ های شیشه ای مانند ابسیدین، تاکیلیت، سنگ قیر ). ^[10]

ویژگی مشترک سنگ های شیشه ای وجود اجسام گرد ( اسفرولیت ها )، متشکل از الیاف واگرای ظریفی است که از یک مرکز تابش می کنند. آنها از بلورهای ناقص فلدسپات، مخلوط با کوارتز یا تریدیمیت تشکیل شده اند . بدنه های مشابه اغلب به صورت مصنوعی در شیشه هایی تولید می شوند که اجازه می دهند به آرامی خنک شوند. به ندرت این اسفرولیت ها توخالی هستند یا از پوسته های متحدالمرکز با فاصله بین ( lithophysae ) تشکیل شده اند. ساختار پرلیتی ، که در شیشه ها نیز رایج است، شامل وجود ترک های گرد متحدالمرکز به دلیل انقباض در هنگام خنک شدن است. ^[10]

فنوکریست ها یا کانی های پورفیری نه تنها بزرگتر از کانی های توده زمین هستند. از آنجایی که ماتریس در زمان تشکیل هنوز مایع بود، می‌توانستند بدون تداخل فشار کریستال‌های مجاور، شکل‌های کریستالی کاملی به خود بگیرند. به نظر می رسد که آنها به سرعت رشد کرده اند، زیرا اغلب با محفظه هایی از مواد شیشه ای یا ریز کریستالی مانند مواد توده زمین پر شده اند. بررسی میکروسکوپی فنوکریست ها اغلب نشان می دهد که آنها سابقه پیچیده ای داشته اند. اغلب آنها لایه هایی از ترکیبات مختلف را نشان می دهند که با تغییرات رنگ یا سایر خواص نوری مشخص می شود. بنابراین اوجیت ممکن است در مرکز سبز باشد که با سایه های مختلف قهوه ای احاطه شده است. یا ممکن است در مرکز سبز کم رنگ و سبز تیره تر با پلوکرویسم قوی ( aegirine ) در حاشیه باشند. ^[10]

در فلدسپات‌ها، مرکز معمولاً از نظر کلسیم غنی‌تر از لایه‌های اطراف است، و اغلب ممکن است مناطق متوالی مشاهده شوند که هر کدام کلسیم کمتری نسبت به لایه‌های درون آن دارند. فنوکریست‌های کوارتز (و سایر کانی‌ها)، به‌جای صورت‌های کریستالی تیز و کامل، ممکن است سطوح گرد خورده‌شده را نشان دهند که نقاط آن‌ها بریده‌شده و برآمدگی‌های زبانه‌مانند نامنظم ماتریکس به درون ماده کریستال را نشان می‌دهند. واضح است که پس از متبلور شدن ماده معدنی، در مدتی قبل از جامد شدن ماتریکس، تا حدی دوباره حل شده یا خورده شده است. ^[10]

فنوکریست های خورده شده بیوتیت و هورنبلند در برخی از گدازه ها بسیار رایج هستند. اطراف آنها با لبه های سیاه رنگ مگنتیت مخلوط با اوجیت سبز کم رنگ احاطه شده است. ماده هورنبلند یا بیوتیت در مرحله خاصی از ادغام ناپایدار است و با یک پارامورف از اوژیت و مگنتیت جایگزین شده است که ممکن است تا حدی یا به طور کامل جایگزین کریستال اصلی شود اما همچنان خطوط مشخصه خود را حفظ کرده است. ^[10]

رفتار مکانیکی سنگهای آتشفشانی

رفتار مکانیکی سنگ های آتشفشانی به دلیل ریزساختار پیچیده آنها پیچیده است. ^{[14] [15]} برای مثال، ویژگی‌هایی مانند تقسیم فضای خالی (منافذ و ریزترک‌ها)، اندازه و شکل منافذ و کریستال، و دگرسانی گرمابی همگی می‌توانند در سنگ‌های آتشفشانی بسیار متفاوت باشند و همگی می‌توانند بر رفتار مکانیکی حاصل تأثیر بگذارند. به عنوان مثال، مدول یانگ، استحکام فشاری و کششی، و فشاری که در آن از رفتار شکننده به شکل‌پذیر تغییر می‌کند ^[14] . همانند سایر سنگ های پوسته ای، سنگ های آتشفشانی به ترتیب در فشارهای محدود موثر کم و زیاد، شکننده و انعطاف پذیر هستند. رفتار شکننده به صورت گسل‌ها و شکستگی‌ها آشکار می‌شود و رفتار شکل‌پذیر می‌تواند توزیع شود (فروپاشی منافذ کاتاکلاستیک) یا موضعی (باندهای تراکم).^[14] درک رفتار مکانیکی سنگ‌های آتشفشانی می‌تواند به ما در درک بهتر خطرات آتشفشانی مانند فروپاشی کناره کمک کند. ^{[ نیازمند منبع ]}

همچنین ببینید

• سنگ بیرون زده
• سنگ نفوذی

منابع