La ignimbrita es un tipo de roca volcánica , formada por toba endurecida . [1] Las ignimbritas se forman a partir de depósitos de flujos piroclásticos , que son una suspensión caliente de partículas y gases que fluyen rápidamente desde un volcán , impulsados por ser más densos que la atmósfera circundante. El geólogo neozelandés Patrick Marshall (1869-1950) acuñó el término ignimbrita del latín igni- [fuego] e imbri- [lluvia].
Las ignimbritas están hechas de una mezcla muy mal seleccionada de ceniza volcánica (o toba cuando está litificada ) y lapilli de piedra pómez , comúnmente con fragmentos líticos dispersos. La ceniza está compuesta de fragmentos de vidrio y fragmentos de cristal. Las ignimbritas pueden ser rocas sueltas y no consolidadas, o litificadas (solidificadas) llamadas lapilli-toba. Cerca de la fuente volcánica, las ignimbritas a menudo contienen gruesas acumulaciones de bloques líticos y, en la zona distal, muchas muestran acumulaciones de un metro de espesor de cantos rodados de piedra pómez. Las ignimbritas pueden ser de color blanco, gris, rosa, beige, marrón o negro según su composición y densidad. Muchas ignimbritas pálidas son dacíticas o riolíticas . Las ignimbritas de colores más oscuros pueden ser vidrio volcánico densamente soldado o, menos comúnmente, de composición máfica .
Se han propuesto dos modelos principales para explicar la deposición de ignimbritas a partir de una corriente de densidad piroclástica: la deposición en masa y los modelos de agradación progresiva.
El modelo en masa fue propuesto por el vulcanólogo Stephen Sparks en 1976. Sparks atribuyó la mala clasificación en las ignimbritas a flujos laminares de muy alta concentración de partículas. Se concibió que los flujos piroclásticos serían similares a los flujos de escombros, con un cuerpo que experimentaba un flujo laminar y luego se detenía en masa . El flujo viajaría como un flujo tipo pistón, con una masa esencialmente no deformable que viaja sobre una zona de corte delgada, y la congelación en masa ocurre cuando la tensión impulsora cae por debajo de un cierto nivel. Esto produciría una unidad masiva con una base inversamente graduada.
Hay varios problemas con el modelo en masa . Dado que la ignimbrita es un depósito, sus características no pueden representar completamente el flujo y el depósito solo puede registrar el proceso de depósito. La zonación química vertical en ignimbritas se interpreta como un registro de cambios incrementales en la deposición, y la zonación rara vez se correlaciona con los límites de las unidades de flujo y puede ocurrir dentro de las unidades de flujo. Se ha postulado que los cambios químicos están registrando una agradación progresiva en la base del flujo de una erupción cuya composición cambia con el tiempo. Para que esto sea así, la base del flujo no puede ser turbulenta . La deposición instantánea de un cuerpo entero de material no es posible porque el desplazamiento del fluido no es posible de forma instantánea. Cualquier desplazamiento del fluido movilizaría la parte superior del flujo y no se produciría una deposición masiva . El cese instantáneo del flujo causaría compresión y extensión local, lo que sería evidente en forma de grietas de tensión y empujes a pequeña escala, lo que no se ve en la mayoría de las ignimbritas. [2]
Una adaptación de la teoría en masa sugiere que la ignimbrita registra una agradación progresiva debido a una corriente sostenida y que las diferencias observadas entre las ignimbritas y dentro de una ignimbrita son el resultado de cambios temporales en la naturaleza del flujo que la depositó. [2]
Las estructuras reomórficas sólo se observan en ignimbritas de alto grado. Hay dos tipos de flujo reomórfico; removilización posdeposicional y flujo viscoso en etapa tardía. Si bien actualmente existe un debate en el campo sobre la importancia relativa de cualquiera de los mecanismos, hay acuerdo en que ambos mecanismos tienen un efecto. [3] Una variación vertical en la orientación de las estructuras es evidencia convincente en contra de que la removilización post-deposición sea responsable de la mayoría de las estructuras, pero es necesario realizar más trabajo para descubrir si la mayoría de las ignimbritas tienen estas variaciones verticales en para poder decir cuál proceso es el más común.
Un modelo basado en observaciones en Wall Mountain Tuff en el Monumento Nacional Florissant Fossil Beds en Colorado sugiere que las estructuras reomórficas como la foliación y los piroclastos se formaron durante el flujo viscoso laminar cuando la corriente de densidad se detiene. Un cambio de un flujo de partículas a un fluido viscoso podría provocar un rápido enfriamiento masivo en los últimos metros. [4] También se teoriza que la transformación ocurre en una capa límite en la base del flujo y que todos los materiales pasan a través de esta capa durante la deposición. [5]
Otro modelo propuesto es que la corriente de densidad se volvió estacionaria antes de que se formaran las estructuras reomórficas. [6] Estructuras como la foliación generalizada son el resultado de la compactación de la carga, y otras estructuras son el resultado de la removilización por la carga y la deposición en una topografía inclinada. La toba depositada en Wagontire Mountain en Oregon y Bishop Tuff en California muestra evidencia de flujo viscoso en etapa tardía. Estas tobas tienen una química similar y por lo tanto deben haber pasado por el mismo proceso de compactación para tener la misma foliación.
La Toba Verde en Pantelleria contiene estructuras reomórficas que se consideran el resultado de una removilización post-deposicional porque en ese momento se creía que la Toba Verde era un depósito de caída que no tenía transporte lateral. [7] Las similitudes entre las estructuras de la Toba Verde y las ignimbritas de Gran Canaria sugieren una removilización post-deposicional. Esta interpretación de la deposición de Green Tuff ha sido cuestionada, sugiriendo que es una ignimbrita, y estructuras como la fiama imbricada , observada en Green Tuff, fueron el resultado de un flujo viscoso primario en etapa tardía. [8] Estructuras similares observadas en Gran Canaria se han interpretado como flujo sindeposicional. [7]
Los pliegues de vaina y otras estructuras reomórficas pueden ser el resultado de una sola etapa de cizallamiento. El cizallamiento posiblemente ocurrió cuando la corriente de densidad pasó sobre el depósito en formación. Las variaciones verticales en las orientaciones de los pliegues de la vaina son evidencia de que el reomorfismo y la soldadura pueden ocurrir de manera sindeposicional. [9] Se ha cuestionado que el corte entre la corriente de densidad y el depósito en formación sea lo suficientemente significativo como para causar todas las estructuras reomórficas observadas en las ignimbritas, aunque el corte podría ser responsable de algunas de las estructuras, como la fiama imbricada. [10]
La ignimbrita se compone principalmente de una matriz de ceniza volcánica ( tefra ) que se compone de fragmentos y fragmentos de vidrio volcánico, fragmentos de piedra pómez y cristales. Los fragmentos de cristal suelen ser destruidos por la erupción explosiva. [11] La mayoría son fenocristales que crecieron en el magma, pero algunos pueden ser cristales exóticos como los xenocristales , derivados de otros magmas, rocas ígneas o rocas rurales .
La matriz de ceniza generalmente contiene cantidades variables de fragmentos de roca del tamaño de un guisante o un guijarro llamados inclusiones líticas. En su mayoría son trozos de escombros volcánicos solidificados más antiguos arrastrados desde las paredes de los conductos o desde la superficie terrestre. Más raramente, los clastos son material afín de la cámara de magma.
Si se calienta lo suficiente cuando se deposita, las partículas de una ignimbrita pueden soldarse entre sí y el depósito se transforma en una "ignimbrita soldada", hecha de toba de lapilli eutaxítica . Cuando esto sucede, los lapilli de piedra pómez comúnmente se aplanan y aparecen en las superficies de las rocas como lentes oscuras, conocidas como fiamma . La ignimbrita intensamente soldada puede tener zonas vítreas cerca de la base y la parte superior, llamadas "vitrofiros" inferiores y superiores, pero las partes centrales son microcristalinas ("litoideas").
La mineralogía de una ignimbrita está controlada principalmente por la química del magma fuente.
La gama típica de fenocristales en las ignimbritas son biotita, cuarzo, sanidina u otro feldespato alcalino , ocasionalmente hornblenda , raramente piroxeno y, en el caso de tobas de fonolita , minerales feldespatoides como nefelina y leucita .
Comúnmente en la mayoría de las ignimbritas félsicas, los polimorfos de cuarzo, cristobalita y tridimita , generalmente se encuentran dentro de las tobas y brechas soldadas . En la mayoría de los casos, parece que estos polimorfos de cuarzo de alta temperatura ocurrieron después de la erupción como parte de una alteración autógena post-eruptiva en alguna forma metaestable. Por tanto, aunque la tridimita y la cristobalita son minerales comunes en las ignimbritas, es posible que no sean minerales magmáticos primarios.
La mayoría de las ignimbritas son silícicas, generalmente con más del 65% de SiO 2 . La química de las ignimbritas, como todas las rocas félsicas, y la mineralogía resultante de las poblaciones de fenocristales dentro de ellas, está relacionada principalmente con los contenidos variables de sodio, potasio, calcio y cantidades menores de hierro y magnesio. [12]
Algunas ignimbritas raras son andesíticas e incluso pueden formarse a partir de basalto saturado volátil , donde la ignimbrita tendría la geoquímica de un basalto normal.
Las grandes ignimbritas calientes pueden crear alguna forma de actividad hidrotermal , ya que tienden a cubrir el suelo húmedo y enterrar cursos de agua y ríos. El agua de dichos sustratos saldrá del manto de ignimbrita en fumarolas , géiseres y similares, un proceso que puede tardar varios años, por ejemplo después de la erupción de toba de Novarupta . En el proceso de evaporación de esta agua, la capa de ignimbrita puede metasomizarse ( alterarse). Esto tiende a formar chimeneas y bolsas de roca alterada con caolín .
La soldadura es una forma común de alteración de ignimbrita. Hay dos tipos de soldadura, primaria y secundaria. Si la corriente de densidad es lo suficientemente caliente, las partículas se aglutinarán y soldarán en la superficie de sedimentación para formar un fluido viscoso; Esta es la soldadura primaria. Si durante el transporte y la deposición la temperatura es baja, entonces las partículas no se aglutinarán ni soldarán, aunque la soldadura puede ocurrir más tarde si la compactación u otros factores reducen la temperatura mínima de soldadura por debajo de la temperatura de las partículas vítreas; Esta es la soldadura secundaria. Esta soldadura secundaria es la más común y sugiere que la temperatura de la mayoría de las corrientes de densidad piroclástica está por debajo del punto de reblandecimiento de las partículas. [5]
Se debate el factor que determina si una ignimbrita tiene soldadura primaria, soldadura secundaria o no tiene soldadura:
Los paisajes formados por la erosión en ignimbrita endurecida pueden ser notablemente similares a los formados en rocas graníticas . En la Sierra de Lihuel Calel, Provincia de La Pampa , Argentina, se pueden observar en ignimbrita diversos accidentes geográficos propios de los granitos. Estos accidentes geográficos son inselbergs , laderas ensanchadas , cúpulas , protuberancias , tores , tafonis y gnammas . [15] Además, al igual que en los paisajes de granito, los accidentes geográficos en las ignimbritas pueden verse influenciados por sistemas de juntas . [15]
Las ignimbritas se encuentran en todo el mundo asociadas con muchas provincias volcánicas que tienen magma con alto contenido de sílice y las erupciones explosivas resultantes.
La ignimbrita se produce con mucha frecuencia en la región inferior de Hunter del estado australiano de Nueva Gales del Sur . La ignimbrita extraída en la región de Hunter en lugares como Martins Creek, Brandy Hill, Seaham ( Boral ) y en la cantera abandonada de Raymond Terrace es una roca de sedimentación volcánica de edad Carbonífera (280-345 millones de años). Tuvo un origen extremadamente violento. Este material se acumuló hasta una profundidad considerable y debió tardar años en enfriarse por completo. En el proceso, los materiales que formaban esta mezcla se fusionaron formando una roca muy dura de densidad media.
La ignimbrita también se encuentra en la región de Coromandel en Nueva Zelanda , donde los llamativos acantilados de ignimbrita de color marrón anaranjado forman una característica distintiva del paisaje. La cercana zona volcánica de Taupō está cubierta por extensas láminas planas de ignimbrita que surgieron de los volcanes de caldera durante el Pleistoceno y el Holoceno. Los acantilados de ignimbrita expuestos en Hinuera (Waikato) marcan los bordes del antiguo curso del río Waikato, que atravesaba el valle antes de la última gran erupción de Taupō hace 1.800 años (la erupción de Hatepe ). En los acantilados del oeste se extraen bloques de piedra Hinuera, nombre que se le da a la ignimbrita soldada que se utiliza para el revestimiento de edificios. La piedra es de color gris claro con matices verdes y ligeramente porosa.
Enormes depósitos de ignimbrita forman gran parte de la Sierra Madre Occidental en el oeste de México. En el oeste de Estados Unidos , se encuentran depósitos masivos de ignimbrita de hasta varios cientos de metros de espesor en la provincia Basin and Range , principalmente en Nevada , el oeste de Utah , el sur de Arizona , el centro-norte y el sur de Nuevo México , y la llanura del río Snake . El magmatismo en la provincia de Basin and Range incluyó una erupción masiva de ignimbrita que comenzó hace unos 40 millones de años y terminó en gran medida hace 25 millones de años: el magmatismo siguió al final de la orogenia Laramide , cuando la deformación y el magmatismo ocurrieron muy al este del límite de placas. En Nevada continuaron erupciones adicionales de ignimbrita hasta hace aproximadamente 14 millones de años. Las erupciones individuales eran a menudo enormes, a veces de hasta miles de kilómetros cúbicos de volumen, lo que les daba un índice de explosividad volcánica de 8, comparable a las erupciones de la Caldera de Yellowstone y del Lago Toba .
Las sucesiones de ignimbritas constituyen gran parte de las rocas posterosionales de las islas de Tenerife y Gran Canaria .
Yucca Mountain Repository, una terminal de almacenamiento del Departamento de Energía de EE. UU. para reactores nucleares gastados y otros desechos radiactivos, se encuentra en un depósito de ignimbrita y toba.
La estratificación de ignimbritas se utiliza cuando se trabaja la piedra, ya que a veces se divide en convenientes losas, útiles para losas y paisajismo en los bordes de jardines.
En la región de Hunter de Nueva Gales del Sur, la ignimbrita sirve como un excelente agregado o " metal azul " para pavimentación de carreteras y construcción.