火山灰

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火山灰樣本

火山灰火山噴發物之一;粒徑在2毫米以下的碎石、礦物質或火山玻璃,像灰塵;顏色深灰、淺灰、白和黃。火山灰也被俗稱所有火山噴出物,其實正確說法是火山噴發碎屑

在火山爆炸式噴發中,岩漿中不可溶的氣體擴散並狂暴釋放入大氣層,從而把岩漿噴入了大氣層並在空中固體化為細微的粒子而形成火山灰。另一種情形是蒸汽岩漿噴發也會形成火山灰釋入大氣層。

火山灰由於非常細小,可以被吹揚到離火山噴發區很遠的地方,甚至上千公里以外,並且在噴發結束後經過很長時間才沉積下來;火山灰經過壓實固節後形成火山凝灰岩,如果經過沉積作用,並和泥沙相結合,則形成火山作用和沉積作用混合成因的層凝灰岩。[1]

由於火山灰主要來源於岩漿,因此可用二氧化矽的含量來解釋不同岩漿(及火山灰)的性質。玄武岩漿低能量噴發產生暗色火山灰,二氧化矽含量 ~45 - 55%,鐵鎂含量豐富。流紋岩漿的爆炸噴發產生長英質的火山灰,二氧化矽含量>69%。安山岩與英安岩漿產生的火山灰二氧化矽含量55-69%。[2]

火山灰微粒包含不同成份:火山玻璃英語volcanic glass、晶體、岩屑英語lithic fragment (geology)等。 黏度低的岩漿噴發(如玄武岩漿的夏威夷式噴發英語hawaiian eruption斯特龍博利式噴發英語Strombolian)產生火山碎屑岩。 夏威夷火山岩漿產生的火山灰包括碎玄武玻璃英語sideromelane火山碎屑,極少含微晶英語microlite斑晶英語phenocryst。黏度更大的玄武岩漿噴發(如斯特龍博利火山)形成各種火山碎屑,從不規則的碎玄武玻璃英語sideromelane微滴到塊狀玄武玻璃英語tachylite(黑色或暗褐色微晶火山碎屑)。與之相反,二氧化矽含量高的火山灰包含浮石、單個斑晶、某些石質成分(捕虜體英語xenolith)被粉碎的產物。[3]

1980年聖海倫斯火山噴發的一粒火山灰的掃描電鏡照片

火山灰的形狀受制於噴發的多樣性與動力過程。[3][4] 低黏度岩漿的噴發典型形成液滴狀火山灰微粒,受到表面張力、噴發時的加速度、空氣摩擦力影響,從完美球形到扭曲拉長的液滴形,具有光滑流態表面。[4]高黏度岩漿(如流紋岩、英安岩與某些安山岩)形成的火山灰依賴於岩漿上升至碎裂氣孔狀構造英語vesicular texture。氣孔是在岩漿固化前所含氣體擴散形成的。火山灰微粒有不同的多孔度並有極高的表面積體積比。[3]微粒上可觀測到的凹洞、溝槽、管路等結構是氣泡破裂的結果。[4] 來自高黏度岩漿噴發的玻璃質火山灰微粒典型是有角的多氣孔浮石碎片或薄氣孔壁碎片,火山灰中的岩質碎片受制於岩漿接近地表時被氣體爆炸爆炸弄碎的圍岩的力學性質。蒸汽岩漿噴發形成的火山灰形態取決於冷卻的岩漿的應力使得玻璃質碎裂成小塊狀或金字塔狀火山灰微粒。[3]

不同噴發類型形成的火山灰具有不同密度。浮石火山灰密度在700–1200 kg/m3;玻璃質碎片火山灰的密度2350–2450 kg/m3;晶體火山灰密度2700–3300 kg/m3;岩屑火山灰密度在2600–3200 kg/m3[5]由於更粗且密度更大的火山灰近源沉積,遠距離沉降的火山灰具有更大比例的浮石與玻璃質。[6]

火山灰可細小到1 μm.[2] 依賴於岩漿成分,火山灰的尺寸分布變化很大。流紋岩漿比玄武岩漿產生更為細小的火山灰,這是由於其黏度更大、產生過程更為爆炸。[1]

參考文獻[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 Rose, W.I.; Durant, A.J. Fine ash content of explosive eruptions. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2009, 186 (1-2): 32–39. Bibcode:2009JVGR..186...32R. doi:10.1016/j.jvolgeores.2009.01.010. 
  2. ^ 2.0 2.1 USGS. Volcanic Ash, What it can do and how to minimise damage. [9 February 2012]. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Heiken, G.; Wohletz, K.H. Volcanic ash. University of California Press. 1985: 245. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Heiken, G. Morphology and petrography of volcanic ashes. Geological Society of America Bulletin. 1972, 83: 1961–1988. doi:10.1130/0016-7606(1972)83[1961:mapova]2.0.co;2. 
  5. ^ Wilson, T.M.; Stewart, C.; Sword-Daniels, V.; Leonard, G.; Johnston, D.M.; Cole, J.W.; Wardman, J.; Wilson, G.; Barnard, S. Volcanic ash impacts on critical infrastructure. Physics and Chemistry of the Earth. 2011. doi:10.1016/l.pce.2011.06.006. 
  6. ^ Shipley, S.; Sarna-Wojcicki, A.M. Distribution, thickness, and mass of late pleistocene and holocene tephra from major volcanoes in the northwestern United States: a preliminary assessment of hazards from volcanic ejecta to nuclear reactors in the Pacific Northwest. US Geological Survey Miscellaneous Field Studies Map MF-1435. 1982.