Tuf

náhled|vpravo|Zeď z tufu – Japonsko

Tuf (z italského tufo, což má stejný význam jako latinské tofus) je druh horniny ze sopečného popelu (pyroklastika) vyvrženého během sopečné erupce a postupem času konsolidovaného do jednolité masy. Na rozdíl od tufitů, které vznikají uložením a zpevněním ve vodě, jsou tufy zpevňovány na souši. Existuje však i druhé hledisko, jak od sebe rozlišovat tufy a tufity a to podle množství příměsí (např. jílů). Někteří geologové dokonce tvrdí, že tuf je na rozdíl od tufitů bez příměsí.

Jednoznačné zařazení tufů do seznamu druhů hornin je obtížné. Vzhledem k jejich sopečnému původu se občas řadí mezi vulkanity, popřípadě mezi magmatity. Na druhou stranu vzhledem k dalším stádiím vzniku pyroklastik (transport vzduchem, sedimentace a následné zpevnění), je stejně oprávněné řadit tufy mezi sedimenty. V současnosti jsou tufy spíše řazeny právě mezi sedimenty a to i z důvodů, že jejich klasifikace podle velikosti vulkanických úlomků je obdobná s klasifikací klastických sedimentů.

Sopečný popel Produkty sopečné erupce jsou vulkanický plyn, láva, výpary a tefra. Magma je vyvrženo stranou díky silnému účinku vulkanického plynu a výparů. Vzniklý pevný materiál vyvržený do vzduchu pomocí takovýchto sopečných erupcí se nazývá tefra, nehledě na jeho složení nebo velikost částic. Tyto částečky jsou malé kousky magmatické strusky a hornin, které byly vyvrženy do vzduchu párou a jinými plyny; magma může být rozdrobené díky expanzi plynů v něm.

Brekcie náhled|18.5 Ma Nespojité vrstvy popele, které kryjí svahy mnoha sopek, jsou reprezentovány třemi třídami materiálů. Kromě opravdového popele, jak je popsáno výše, se tam nacházejí hroudy staré lávy a tufů, tvořící stěny kráteru, které byly odervány prudkými výbuchy lávy, a kusy sedimentárních hornin z hlubších částí vulkánu, které byly vytlačeny vzhůru vyvěrající lávou a jsou často intenzivně vypalovány a rekrystalizovány žárem, kterému jsou vystaveny.

U některých velkých vulkanických explozí však nemusí vzniknout žádný druhotný materiál, jak tomu např. bylo u japonské sopky Bandaisan v roce 1888. Existuje na druhou stranu velké množství erupcí, při nichž je množství roztrhaných sedimentárních hornin smíšených s popelem velmi velké; jako příklad lze uvést sopku Eifel a devonský tuf, známý jako „Schalsteins“ z Německa. Ve skotských uhelných pánvích lze nalézt staré sopky, které jsou uzavřeny neporušenou konzistentní hmotou ze zbytků sedimentů. V takovém případě je předpokládáno, že nebyla vyvržena ven žádná láva, ale příčinou erupce bylo náhlé osvobození a expanze velkého množství výparů. Tyto průvodní nebo náhodné materiály, nicméně se odlišující od opravdového popele, inklinují k výskytu v hranatých fragmentech; a pokud vytvoří větší masu horniny je to správněji „vulkanická brekcie“ než tuf. Velikost popele kolísá od velkých bloků o velikosti šesti metrů nebo i více v průměru až po drobný nehmatatelný prach. Velké balvany se nazývají „vulkanické bomby“, jsou většinou zakulacené, elipsovité nebo mají hruškovitý tvar vzhledem k jejich rotaci vzduchem, když byly ještě ve viskózním stavu. Mnoho z nich má povrch rýhovaný nebo hrbolatý a někdy mají kůru prostoupenou mnoha prasklinami jako např. povrch bochníku chleba. Jakýkoliv popel, ve kterém jsou hojně zastoupeny, se pak nazývá slepenec.

V takovýchto vrstvách a ložiscích se tuf, rozprostírající se na zemi ve značné plošném rozsahu, nejčastěji zařazuje mezi sedimenty, přičemž převládající složkou jsou především malé fragmenty, zatímco vulkanické bomby o průměru několika desítek centimetrů někdy zcela chybí. Tuf mladšího původu je obecně nespojitý a nesouvislý, ale starší tuf bývá ve většině případů stmelený díky tlaku a působení prosakující vody a vytváří tak horninu, která, přestože není příliš tvrdá, je hojně využívána pro stavební účely (např. v okolí Říma). Pokud jsou nahromaděny subaericky, jako např. popel nalezený na Etně nebo v současnosti na Vesuvu, skládají se tufy téměř zcela ze sopečných materiálů různých stupňů a částí dřeva a zelené hmoty, zemské kůry atd. Ale mnoho sopek stojí poblíž mořského břehu a jimi vyvržený popel se pak smísí s usazeninami na dně moře. Tímto způsobem se vytváří popelové bahno, písek nebo dokonce popelové vápence. Vlastně většina tufů, nalezená ve starších útvarech obsahuje příměsi jílu, písku a někdy i fosílie mušlí, které dokazují, že tyto vrstvy byly ukládány pod vodou. Během některých sopečných erupcích se vytvořila vrstva popele v tloušťce několika desítek centimetrů nad značnou oblastí, ale taková ložiska velice rychle ztrácí svou mocnost se zvyšující se vzdáleností od kráteru, kde popel díky tomu, že pokrývá mnoho čtverečních kilometrů, je již uložen v tenkých vrstvách. Spady popela často následují za sebou v delších či kratších časových intervalech, a proto mnoho tufů ukládaných na suchý povrch nebo do moře vykazuje znaky vrstevnatosti. Nejhrubější materiál nebo aglomeráty jsou ve vrstvách velmi málo rozlišitelné, zvláště v jemných ložiscích je to dovedeno do velké dokonalosti.

Vyvřelá hornina

Nehledě na náhodný materiál, jako jsou fragmenty starších hornin, kusy stromů, apod., obsah uloženého popele může být popsán jako směs více či méně krystalických vyvřelých hornin. Pokud teplota lávy v kráteru byla taková, že byla zahájena krystalizace, pak je obvyklý výskyt krystalů. Ty mohou dosahovat značné velikosti, jako např. šedé, zakulacené krystaly leucitu na svazích Vesuvu. Mnohé z nich jsou velmi dokonalého a skvostného vzezření, protože krystalizovaly v prostředí, které bylo kapalné a ne příliš viskózní. Mnoho krystalů augitu a olivínu se také získává z ložisek popele u Vesuvu a u mnoha dalších sopek ať už vyhaslých nebo dosud činných. Bloky z těchto krystalických materiálů (anortit, olivín, augit a amfibol) jsou běžné v tufech západoindických sopek. Pokud se v tufu nacházejí krystaly ve velkém množství, pak se tuf nazývá „krystalický tuf“. Na Svatém Vincenci a Martiniku v roce 1902 bylo mnoho popele přetvořeno v okamžiku v krystaly uzavřené v tenkém filmu skla, protože láva se ve chvíli erupce velmi brzo zpevňovala do podoby krystalické masy. Na druhé straně, některé basaltické sopky vyvrhují velké množství černé sklovité strusky, která po zpevnění zvětrává do podoby červené a měkké horniny, známé jako palagonit; tufy tohoto druhu se vyskytují na Islandu a Sicílii. Na Liparských ostrovech nebo v Maďarsku se nalézají kyselé (ryolitické) tufy, které mají bledě šedou nebo žlutou barvu a skládají se převážně z kusů a fragmentů pemzy. Na velké části mořského dna jsou ložiska jemného bahna obsahující malé, vodou vyhlazené, kulaté oblázky z velmi porézního sopečného skla; to sem bylo splaveno z břehů nebo vyvrženo podmořskými sopkami a mohlo cestovat stovky kilometrů před svým usazením, což bylo dokázáno i pokusy, při kterých se prokázalo, že některé druhy pemzy mohou putovat slanou mořskou vodou déle jak rok. Hlubokomořské naplaveniny, známé jako „červený jíl“ jsou převážně vulkanického původu a mohly by být vhodně popsány jako „podmořské tufové ložisko“.

Spečené tufy náhled|vlevo|Obraz spečeného tufu pomocí světelného mikroskopu, jak je vidět ve výbrusu (délkový rozměr je několik mm). Skleněné střepy (většinou hnědé) byly deformovány při výtoku a staly se kompaktními okolo krystalických fragmentů (jasné)

Spečený tuf je v podstatě produkt pyroklastických toků dost horkých k tomu, aby roztavily nebo „spekly“ horký popel do jediné rovnoměrné vrstvy nazývané chladná vrstva. Dalším používaným termínem pro tento typ tufu je ingimbrite. Skleněné fragmenty, které tvoří velké množství vyvrženého popelového výronu se snadno deformují a jejich zkřivené tvary, jsou zploštěny a deformovány během procesu spékání.

Spečené tufové usazeniny mohou mít velkou mocnost, podobně jako formace nazývaná Lava Creek Tuff, vytvořená při erupci Yellowstonské kaldery ve Wyomingu před 640 000 lety. Formace Lava Creek Tuff je známá tím, že je přinejmenším 1000krát větší než sedimenty vzniklé výbuchem sopky Mount St. Helens 18. května 1980, který měl ukazatel sopečné explozivity (VEI) 8 – větší než jakákoliv erupce v posledních 10 000 letech. Takové usazeniny mohou být představovány poblíž zdroje erupce spečenými tufy, ve větší dálce tufy a v ještě větší vzdálenosti od zdroje nezpevněným popelem. Spečené tufy jsou obvykle svou skladbou tufy ryolitickými.

Ryolitické tufy náhled|upright=1.3|Obraz tufu pomocí světelného mikroskopu, jak je vidět ve výbrusu (délkový rozměr je několik mm). Vzorek je vytvořen bublinami expandujícími z vody bohaté na plyn

Tufy jsou pro petrografické účely obecně klasifikovány především podle povahy sopečné horniny, ze které se skládají; ta může mít stejné složení jako doprovodná láva, pokud během erupce dochází k jejímu výronu, a pokud se při výlevu objeví změna druhu lávy, tufy tuto změnu spolehlivě ukáží. Ryolitické tufy obsahují pemzu, sklovité fragmenty, malé kousky strusky s křemenem, alkalickým živcem, biotitem apod. Mezi oblasti s nápadným výskytem takových tufů patří Island, ostrov Lipari, Maďarsko, prostor Amerického jihozápadu a Nový Zéland. Rozbitá pemza je čistá a izotropní, velmi malé částečky mají půlkruhový, srpkovitý nebo bikonkávní obrysy. Ukazuje se, že byly vytvořeny roztříštěním zpěněného skla, někdy popisovaného jako popelová struktura. Malé skleněné fragmenty pocházející z rozbité pemzy se nazývají střepy. Ty se snadno deformují a jsou tekuté, pokud jsou sedimenty dostatečně horké.

Ve starobylých horninách Walesu, Charnwoodu, Pentland Hills atd. jsou známé podobné tufy, ale ty jsou ve všech případech změněny tzv. silicifikací (která prosytí nebo přemění horninu v opály, chalcedony a křemen) a devitrifikací. Častá přítomnost kulatých korodovaných krystalů křemene, takových jaké se vyskytují v ryolitických lávách, pomáhají dokazovat jejich skutečnou povahu.

Trachytické tufy Trachytické tufy neobsahují žádný nebo velmi málo křemene, ale větší množství ortoklasu a oligoklasu, často s biotitem, augitem a amfibolem. Zvětráváním se často mění v měkké červené nebo žluté jílovce, bohaté na kaolíny se sekundárním křemenem. Nedávné trachytické tufy byly nalezeny na Rýnu (u Siebengebirge), na Ischii poblíž Neapole, v Maďarsku apod.

Andesitické tufy Andesitické tufy jsou zcela běžné. Vyskytují se podél celého řetězce Kordiller a And, v Západní Indii a přilehlých oblastí, na Novém Zélandu, Japonsku apod. V jezerní oblasti, Severním Walesu, Lorne, Pentland Hills, Cheviots a mnoha jiných oblastech Británie jsou hojné staré přírodní horniny přesně stejné povahy. Barvu mají červenou nebo hnědou; jejich struskové fragmenty mají všechny možné velikosti – od obrovských bloků až po drobný zrnitý prach. Dutiny jsou mnohdy vyplněny sekundárním materiálem jako je vápenec, chlorit, křemen, epidot, chalcedon: ale povahu původní lávy můžeme vždy rozeznat z tvarů a vlastností malých krystalů v mikroskopických částečkách, nacházejících se v rozložené sklovité základní hmotě. Dokonce i v malých se tyto starobylé tufy podobají moderním ložiskům popele z Cotopaxi, Krakatoi a Mont Pelée.

Čedičové tufy Čedičové tufy se také hojně vyskytují v oblastech s činnými sopkami nebo na území, kde sopečná činnost bývala. Mají černou, tmavě zelenou nebo červenou barvu; liší se svou zrnitostí, mohou obsahovat pórovité pumy o velikosti desítek centimetrů v průměru, jsou často podmořské, mohou obsahovat břidlici, pískovec, štěrk a jiné usazeniny a mohou se v nich také vyskytovat fosílie. Mladé čedičové tufy lze nalézt na Islandu, Faerských ostrovech, ostrově Jan Mayen, Sicílii, Havajských ostrovech, na Samoi atd. Při zvětrávání jsou tyto tufy vyplněny vápencem, chloritem, serpentinem, a speciálně pokud láva obsahuje nefelín nebo leucit, jsou často bohaté na zeolity jako je např. analcit, prehnit, natrolit, scolecit, chabazit, heulandit, apod.

Ultramafické tufy