Οι ιγκνιμβρίτες ή πυρομβρίτες (ignimbrites) είναι αποθέσεις πυροκλαστικών ροών που αποτελούνται κυρίως από κίσσηρη και δευτερευόντως από στάχτη. Είναι προϊόντα όξινου μάγματος. Μπορούν να καλύψουν τεράστιες εκτάσεις πολλών τετραγωνικών χιλιομέτρων. Συχνά εμφανίζονται σε συμπαγή, μερικώς συγκολλημένα στρώματα που μοιάζουν με ροές λάβας.

Ιγκνιμβρίτης που αποτελείται από κομμάτια κίσσηρης (Αγία Ελένη, ΗΠΑ, 1980). Photo:

Ο κόκκινος ιγκνιμβρίτης του Ρίβα (Σαντορίνη). Photo: Σολδάτος Τ.

Ιγκνιμβρίτης (Cascades, ΗΠΑ). Photo:

Οι ιγκνιμβρίτες έχουν συνήθως πυροκλαστική (θρυμματισμένη) υφή και αποτελούνται από κομμάτια κίσσηρης που βρίσκονται μέσα σε μία πιο λεπτόκοκκη θεμελιώδη μάζα. Αυτοί λέγονται μη συγκολλημένοι ιγκνιμβρίτες (unwelded ignimbrites).

Αλλοι ιγκνιμβρίτες, όμως, όταν σχηματίζονται έχουν αρκετά μεγάλη θερμοκρασία, ώστε η κίσσηρη και η στάχτη να είναι ακόμη εύπλαστες. Έτσι, παχιά στρώματα τέτοιων ιγκνιμβριτών συχνά συμπαγοποιούνται λιώνοντας τα θραύσματα και σχηματίζοντας μια συγκολλημένη ροή (welded flow). Σε αυτές τις περιπτώσεις, τα κομμάτια κίσσηρης συγκολλούνται σε υαλώδη φλογοειδή σχήματα που λέγονται φλόγες (fiamme). Η υφή αυτή λέγεται ευταξιτική υφή (eutaxitic texture). Αυτοί λέγονται συγκολλημένοι ιγκνιμβρίτες (welded ignimbrites).

Ενίοτε η συγκόλληση είναι αρκετά έντονη και συνοδεύται από μία εσωτερική ροή, ώστε τα χαρακτηριστικά της αρχικής ροής να διαγράφονται. Αυτοί οι έντονα παραμορφωμένοι ιγκνιμβρίτες ονομάζονται ρεομορφικοί ιγκνιμβρίτες (rheomorphic ignimbrites), και συχνά μοιάζουν με ροές λάβας.

Μη συγκολλημένος ιγκνιμβρίτης με κομμάτια κίσσηρης (Αργεντινή). Photo: Francis P.

Συγκολλημένος (μαύρο) μέσα σε μη συγκολλημένο ιγκνιμβρίτη. Photo: Earth and Environment.

Συγκολλημένος ιγκνιμβρίτης με φλόγες και ευταξική υφή (Ιαπωνία). Photo: Francis P.

Συγκολλημένος ιγκνιμβρίτης με φλόγες και ευταξική υφή (Σαντορίνη). Photo: Σολδάτος Τ.

Συχνά σε αποθέσεις ιγκνιμβρίτη με μεγάλο πάχος συναντώνται ατμίδες (fluidization pipes, fumarole pipes) που είναι δίοδοι διαφυγής αερίων. Σε κατακόρυφη τομή φαίνονται ότι περιέχουν αδρόκοκκα κομμάτια λιθικών και κίσσηρης, χωρίς τη λεπτόκοκκη στάχτη που παρασύρθηκε από τα αέρια κατά τη διαφυγή τους. Οι ατμίδες είναι συχνά οξειδωμένες και ενίοτε εμπλουτισμένες με σημαντικά μεταλλεύματα που κρυσταλλώθηκαν πνευματολυτικά (vapor-phase crystallization). Αυτή η διαδικασία συγκολλά τα θραύσματα μέσα στις ατμίδες, έτσι ώστε αυτές είναι ανθεκτικές στη διάβρωση.

Οι περισσότερες ατμίδες φαίνεται ότι σχηματίζονται μετά την απόθεση του ιγκνιμβρίτη. Ένα κλασικό παράδειγμα οι αποθέσεις του ηφαιστείου Novarupta (Αλάσκα) που εξεράγη το 1912. Όταν ερευνητές έφτασαν για πρώτη φορά στην περιοχή εντυπωσιάστηκαν από τον τεράστιο αριθμό ατμίδων. Έτσι έδωσαν στην περιοχή το όνομα Κοιλάδα των Δέκα Χιλιάδων Καπνών (Valley of Ten Thousand Smokes). Στην αρχή οι ατμίδες ερμηνεύτηκαν ως δίοδοι απαέρωσης του υποκείμενου μαγματικού θαλάμου, σήμερα όμως είναι γνωστό ότι αυτές δημιουργήθηκαν από την απαέρωση του ιγκνιμβρίτη και δεν συνδέονται με το μαγματικό θάλαμο.

Ατμίδες σε ιγκνιμβρίτη (Αργεντινή). Photo: Francis P.

Οι οβελίσκοι αντιπροσωπεύουν απολιθωμένες ατμίδες (fossil fumaroles) οι οποίες ως ανθεκτικότερες δεν υπέστησαν διάβρωση (Mazama ignimbrite). Photo: Francis P.

Οπή από απολιθωμένη ατμίδα (Valley of Ten Thousand Smokes, Αλάσκα). Photo: Bean T.

Οι ιγκνιμβρίτες αποτελούνται κυρίως από θραύσματα κίσσηρης μεγέθους βολίδων έως λιθαριών και δευτερευόντως από θραύσματα λιθικών (θραύσματα πετρωμάτων) μέσα σε μια θεμελιώδη μάζα από υαλώδη, κρυσταλλική και λιθική στάχτη. Τα υαλώδη θραύσματα (shards) είναι θρύψαλα γυαλιού που προήλθαν από την κονιορτοποίηση της κίσσηρης κατά την έκρηξη.

Σε μικροσκοπική παρατήρηση, οι υφές ποικίλουν ανάλογα με το βαθμό διαδικασιών που λειτουργούν

• κατά την απόθεση:
  η σύμπτυξη (compaction), η συγκόλληση (welding) και η παραμόρφωση ροής (flow distortion), και

• μετά την απόθεση:
  η αφυάλωση ή αφυέλωση (devitrification) και η πνευματολυτική κρυστάλλωση (vapor-phase crystallization).

Οι μη συγκολλημένοι ιγκνιμβρίτες διαφέρουν από τους συγκολλημένους τόσο στα μακροσκοπικά όσο και στα μικροσκοπικά χαρακτηριστικά. Τα υαλώδη θρύψαλα (glass shards), τα οποία προήλθαν από το θρυμματισμό των υαλωδών τοιχωμάτων των φυσαλίδων της κίσσηρης, είναι καλοδιατηρημένα. Εμφανίζονται ως λεπτά δισκοειδή έως λοβοειδή σχήματα. Πολλά θρύψαλα εμφανίζουν τριπλές ενώσεις που μαρτυρούν τις θέσεις που ήταν οι φυσαλίδες ήταν σε επαφή. Σε πολλές περιπτώσεις διατηρούνται ολόκληρες φυσαλίδες. Εντούτοις, συχνά εμφανίζουν κάποιο βαθμό σύμπτυξης που απεικονίζεται από τις ελαφρώς επίπεδες και/ή συμπτυγμένες μορφές.

Μη συγκολλημένος τόφφος. Τα υαλώδη θρύψαλα (ανοικτό γκρίζο) είναι ελαφρώς συπτυγμένα. Photo: Ross and Smith.

Μη συγκολλημένος τόφφος. Τα υαλώδη θρύψαλα (ανοικτό γκρίζο) είναι ελαφρώς επίπεδα. Διατηρούνται επίσης κάποιες φυσαλίδες με ελλειψοειδή μορφή. Photo: Ross and Smith.

Οι συγκολλημένοι ιγκνιμβρίτες εμφανίζουν έντονο βαθμό σύμπτυξης και συγκόλλησης των υαλωδών θρυψάλων και θραυσμάτων κίσσηρης, όπως φαίνεται από:

• τη συμπίεση των θρυψάλων και των τοιχωμάτων των φυσαλίδων,

• την ευθυγράμμιση των πρισματικών κρυστάλλων και λιθικών,

• την πτύχωση των θρυψάλων γύρω από τους κρυστάλλους και τα λιθικά και

• τη μετατροπή των θραυσμάτων κίσσηρης σε φλόγες (φακοειδείς υαλώδεις μάζες).

Ο βαθμός συγκόλλησης μεταβάλλεται πολύ, κάτι που φαίνεται συχνά από την αλλαγή στο χρώμα που δείχνει το διαφορετικό βαθμό οξείδωσης του σιδήρου. Όταν η συγκόλληση είναι εξαιρετικά έντονη, τότε η συγκολλημένη μάζα εμφανίζει μορφή οψιδιανού, όπου διακρίνονται με δυσκολία τα υπολείμματα των θρυψάλων που περιβάλλουν τους κρυστάλλους και τα λιθικά.

Συγκολλημένος τόφφος. Τα υαλώδη θρύψαλα είναι ελαφρώς συπτυγμένα, φαίνονται όμως οι μορφές τους. Photo: Ross and Smith.

Συγκολλημένος τόφφος. Τα υαλώδη θρύψαλα και οι επιμήκεις κρύσταλλοι είναι ευθυγραμμισμένοι παράλληλα και δίνουν την εικόνα ρευστικής υφής. Photo: Ross and Smith.

Συγκολλημένος τόφφος. Τα υαλώδη θρύψαλα δείχνουν πολύ έντονη σύμπτυξη και περιβάλλουν ρευστικά τους κρυστάλλους. Photo: Ross and Smith.

Τα θραύσματα κρυστάλλων και λιθικών δεν είναι τόσο συχνά στους ιγκνιμβρίτες, όσο τα θραύσματα κίσσηρης. Τα λιθικά είναι συνήθως κομμάτια που προέρχονται από το ίδιο το μάγμα ή είναι ξένα (ξενόλιθοι, xenoliths) και προέρχονται από τα περιβάλλοντα πετρώματα του ηφαιστείου ή του μαγματικού θαλάμου. Τα θραύσματα που προέρχονται από το ίδιο το μάγμα συγκεντρώνονται συνήθως στο κύριο σώμα της πυροκλαστικής ροής με μία διαδικασία που ονομάζεται διαχωρισμός (elutriation). Δηλαδή, η στάχτη διαχωρίζεται και σχηματίζει το σύννεφο στάχτης αφήνοντας τους κρυστάλλους, που είναι πυκνότεροι, στο κύριο σώμα της ροής.

Ο θρυμματισμός των κρυστάλλων προξενείται από εσωτερικές κρούσεις μεταξύ τους, αν και υποστηρίζεται επίσης, ότι οι κρύσταλλοι διαρρηγνύονται κατά την άνοδο του μάγματος. Αυτό συμβαίνει διότι οι κρύσταλλοι συχνά περιέχουν ρευστά εγκλείσματα, τα οποία κατά την άνοδο του μάγματος αποσυμπιέζονται, τα αέρια μέσα στα εγκλείσματα διαστέλλονται απότομα με αποτέλεσμα τη θραύση των κρυστάλλων.

Λιθικό φράγμα από ένα παλαιότερο συγκολλημένο τόφφο, που δείχνει έντονη σύμπτυξη και παραμόρφωση των υαλωδών θρυψάλων, μέσα σε ένα νεώτερο ιγκνιμβρίτη που είναι λίγο συγκολλημένος. Photo: Ross and Smith.

Συγκολλημένος τόφφος πλούσιος σε κρυστάλλους. Τα υαλώδη θρύψαλα είναι συμπτυγμένα και περιβάλλουν θραύσματα από κρυστάλλους χαλαζία, αστρίων και βιοτίτη. Photo: Ross and Smith.

Η αφυάλωση ή αφυέλωση (devitrification) είναι μια διαδικασία που λειτουργεί μετά την απόθεση, και οδηγεί στη κρυστάλλωση μικρολίθων (microlites) κατά μήκος των ορίων των υαλωδών θραψάλων ή μέσα στην υαλώδη θεμελιώδη μάζα. Τα ορυκτά που σχηματίζονται είναι χριστοβαλίτης και αλκαλιούχος άστριος. Η αφυάλωση είναι συνηθισμένη κυρίως σε συγκολλημένους ιγκνιμβρίτες. Εδώ, τα υαλώδη θρύψαλα αναγνωρίζονται από το σχηματισμό, λόγω της αφυάλωσης, μικρολίθων που αναπτύσσονται ακτινωτά από τα τοιχώματα των θρυψάλων προς το εσωτερικό τους. Η υφή αυτή ονομάζεται αξιολιθική υφή (axiolitic texture). Ο όρος πήρε το όνομά του από τον άξονα των θρυψάλων, ο οποίος διαγράφεται από την προς τα μέσα ανάπτυξη των μικρολίθων, και υποδεικνύει ότι οι μικρόλιθοι διατάσσονται κάθετα σε έναν κεντρικό άξονα, σε αντίθεση με τους σφαιρόλιθους όπου η ανάπτυξη ξεκινά από ένα σημείο. Εάν η αφυάλωση ξεκινήσει πριν να συγκολληθεί ο τόφφος, τότε μπορεί να διαγράψει τις δομές των υαλωδών θραψάλων.

Τα λεπτά λευκά περιθώρια σε αυτά τα υαλώδη θρύψαλα σημειώνουν την αρχή της αφυάλωσης. Το εσωτερικό των θρυψάλων παραμένει υαλώδες. Photo: Ross and Smith.

Σε μεγάλη μεγέθυνση, διακρίνεται η αξιολιθική υφή, από μικρόλιθους χριστοβαλίτη και αστρίου, κατά μήκος των τοιχωμάτων ενός μεγάλου θρυψάλου, τα οποία αντιστοιχούν στα τοιχώματα φυσαλίδων. Photo: Ross and Smith.

Η αφυάλωση συμβαίνει επίσης και γύρω από μεμονωμένους πυρήνες, και έτσι σχηματίζονται οι λεγόμενοι σφαιρόλιθοι (spherulites), οι οποίοι αποτελούνται από βελονοειδείς κρυστάλλους χριστοβαλίτη και αστρίου που αναπτύσσονται ακτινωτά. Η υφή αυτή ονομάζεται σφαιρολιθική υφή (spherulitic texture). Η υφή αυτή συναντάται τόσο σε ρυόλιθους όσο και σε ιγκνιμβρίτες. Στους τελευταίους, ο σχηματισμός των σφαιρολίθων συνήθως καταστρέφει τις αρχικές υφές των τόφφων.

Σφαιρόλιθοι σε συγκολλημένο τόφφο. Οι ομόκεντρες ζώνες οφείλονται σε μεταβολές του μεγέθους των μικρολίθων του χριστοβαλίτη και του αστρίου. Photo: Ross and Smith.

Ακτινωτά συσσωματώματα χριστοβαλίτη και αστρίου σε σφαιρόλιθο. Διακρίνεται επίσης η ανάπτυξη δευτερογενών ορυκτών στα όρια του σφαιρόλιθου δημιουργώντας μία πτερόμορφη υφή. Photo: Ross and Smith.

Σφαιρολιθική υφή σε ρυόλιθο. Στο κέντρο των σφαιρολίθων διακρίνονται οι πυρήνες γύρω από τους οποίους σχηματίστηκαν οι σφαιρόλιθοι. Photo: Σολδάτος Τ.

• Σύμπτυξη (compaction)
  Στις πυροκλαστικές ροές που μόλις αποτέθηκαν, τα θραύσματα κίσσηρης και τα υαλώδη θρύψαλα είναι ακόμη θερμά και εύπλαστα και παραμορφώνονται εύκολα υπό το συνολικό βάρος της ροής. Η σύμπτυξη αυτών των υαλωδών πυροκλαστικών επιπεδώνει και ευθυγραμμίζει τα υαλώδη θρύψαλα, συμπιέζει τις φυσαλίδες και κλείνει τα τριπλά σημεία επαφής των φυσαλίδων.

• Συγκόλληση (welding)
  Συχνά τα εύπλαστα θραύσματα συγκολλούνται μερικώς ή ολικώς, και ενίοτε η συγκόλληση αυτή διαγράφει τις αρχικές υφές της στάχτης. Η έντονη σύμπτυξη σε συνδυασμό με τη συγκόλληση εξαφανίζει εντελώς τις φυσαλίδες στα θραύσματα κίσσηρης και δημιουργεί υαλώδη φλογοειδή σχήματα που λέγονται φλόγες (fiamme). Σε ακραίες περιπτώσεις σύμπτυξης και συγκόλλησης σχηματίζονται παχιές ζώνες από συμπαγές γυαλί που μοιάζει με οψιδιανό.

• Παραμόρφωση ροής (flow distortion)
  Η απόθεση μιας θερμής πυροκλαστικής ροής μπορεί να συνοδεύεται από εσωτερικές τάσεις, οπότε το εσωτερικό της απόθεσης συμπεριφέρεται πλαστικά και ρέει σαν ιξώδες ρευστό. Αυτές οι εσωτερικές τάσεις ευθυγραμμίζουν τα θραύσματα των λιθικών και κρυστάλλων, δίνοντας την εικόνα ρευστικής υφής, και παραμορφώνουν τα θερμά, πλαστικά υαλώδη θρύψαλα, σε σημείο που δεν μπορούμε πλέον να αναγνωρίσουμε την αρχική υφή τους.

• Αφυάλωση ή αφυέλωση (devitrification)
  Η αφυάλωση είναι μια διαδικασία που λειτουργεί μετά την απόθεση, και οδηγεί στη κρυστάλλωση μικρολίθων (microlites) κατά μήκος των ορίων των υαλωδών θρυψάλων ή μέσα στην υαλώδη θεμελιώδη μάζα. Τα ορυκτά που σχηματίζονται είναι χριστοβαλίτης και αλκαλιούχος άστριος.

• Πνευματολυτική κρυστάλλωση (vapor-phase crystallization)
  Και αυτή η διαδικασία λειτουργεί μετά την απόθεση, εδώ όμως η κρυστάλλωση γίνεται σε ελεύθερο χώρο και υπό αέρια φάση. Οι θερμοί ατμοί που προέρχονται από την απόμιξη αερίων από το μάγμα ή από την εξάτμιση των υπογείων υδάτων είναι εμπλουτισμένοι σε H₂O, CO₂ και SO₂. Επίσης μεταφέρουν και επιπλέον στοιχεία, όπως Si, Al, Na, και K, στα οποία εμπλουτίζονται καθώς διέρχονται μέσα από τις πυροκλαστικές αποθέσεις. Καθώς λοιπόν τα αέρια ανέρχονται δια μέσου της απόθεσης και ψύχονται μπορούν να οδηγήσουν σε κρυστάλλωση διάφορων ορυκτών μέσα σε ανοικτές κοιλότητες. Τα βασικά ορυκτά που κρυσταλλώνονται κατ΄αυτήν την πνευματολυτική κρυστάλλωση είναι τριδυμίτης, χριστοβαλίτης και αλκαλιούχος άστριος.

• Οι λιθοφύσεις ή λιθοφυσαλίδες (lithophysae) είναι σφαιρόμορφοι σχηματισμοί, κενοί στο εσωτερικό, που αποτελούνται από επάλληλα ομόκεντρα στρώματα από πνευματολυτικά ορυκτά, και σχηματίζονται σε κοιλότητες που βρίσκονται σε πυροκλαστικές αποθέσεις.

• Εάν η πνευματολυτική κρυστάλλωση είναι προχωρημένη, σχηματίζεται ένα ανοικτόχρωμο, συμπαγές πέτρωμα με μικρό πορώδες που ονομάζεται sillar. Το πέτρωμα αυτό βρίσκεται συχνά σε περιοχές όπου υπάρχουν ατμίδες απαέρωσης ιγκνιμβριτών.

Λιθοφύσεις. Photo: Weller R.

Λιθοφύσεις (Bell Mountain Rhyolite, ΗΠΑ). Photo: Whittington A.

Τόφφος με λιθοφύσεις (Carpenter Ridge Tuff, ΗΠΑ). Photo: Lipman PW.