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イグニンブライトは、典型的には溶結凝灰岩からなる火山岩の一種です。[ 1 ]イグニンブライトは、火山から急速に流れ出る粒子とガスの高温の懸濁液である火砕流の堆積物から形成され、周囲の大気よりも密度が高いことがその原動力となっています。ニュージーランドの地質学者パトリック・マーシャル（1869～1950）は、ラテン語のigni-（火）とimbri- （雨）からイグニンブライトという用語を作り出しました。
イグニンブライトは、火山灰（または固結した凝灰岩）と軽石および/またはスコリアラピリの非常に不均一な混合物で構成され、一般的に岩片が散在しています。火山灰はガラス片と結晶片で構成されています。イグニンブライトは、かなり緩く固結していないものもあれば、ラピリ凝灰岩と呼ばれる固結度の低いものから非常に固結したものまであります。火山源付近では、イグニンブライトには岩片の厚い堆積物が含まれていることが多く、遠方では、丸みを帯びた軽石の丸石が数メートルの厚さで堆積しているものも多く見られます。イグニンブライトは、その組成と密度によって、白、灰色、ピンク、ベージュ、茶色、または黒色になります。淡色のイグニンブライトの多くは、デイサイト質または流紋岩質です。濃い色のイグニンブライトは、密に溶結した火山ガラスである場合もあれば、まれに苦鉄質の組成である場合もあります。
火砕流による火砕流堆積物の形成を説明するために、主に2つのモデルが提唱されている。それは、一括堆積モデルと漸進的堆積モデルである。
一括固結モデルは、1976年に火山学者のスティーブン・スパークスによって提唱された。スパークスは、火砕流における粒度分布の悪さは、粒子濃度が非常に高い層流に起因すると考えた。火砕流は土石流に似ており、塊が層流を経て一括固結すると考えられた。流れはプラグフローとして移動し、実質的に変形しない塊が薄いせん断帯上を移動し、駆動応力が一定レベルを下回ると一括固結が起こる。これにより、逆級化構造を持つ巨大な塊が形成される。
一括堆積モデルにはいくつかの問題点がある。火砕流堆積物は堆積物であるため、その特性は流れを完全に表すことはできず、堆積物は堆積過程のみを記録している可能性がある。火砕流堆積物における垂直方向の化学組成の帯状構造は、堆積過程の漸進的な変化を記録していると解釈されており、この帯状構造は流れの単位境界と相関することはほとんどなく、流れの単位内部で発生する可能性がある。化学組成が時間とともに変化する噴火による流れの基底部での漸進的な堆積が化学変化によって記録されていると提唱されている。そのためには、流れの基底部が乱流であってはならない。流体の移動は瞬時に起こり得ないため、物質全体が瞬時に堆積することは不可能である。流体の移動があれば流れの上部が動員され、一括堆積は起こらない。流れが瞬時に停止すると、局所的な圧縮と伸張が生じ、それは張力亀裂や小規模な衝上断層として現れるが、これはほとんどの火砕流堆積物では見られない。[ 2 ]
大量堆積理論の応用では、火砕流堆積物は持続的な流れによる漸進的な堆積を記録しており、火砕流堆積物間および火砕流堆積物内の差異は、それを堆積させた流れの性質の時間的変化の結果であると示唆されている。[ 2 ]
レオモルフィック構造は、高グレードの火砕流堆積物でのみ観察されます。レオモルフィック流動には、堆積後の再移動と後期粘性流動の 2 種類があります。現在、この分野ではどちらのメカニズムの相対的な重要性について議論がありますが、両方のメカニズムが影響を及ぼしているという点では一致しています。[ 3 ]構造の向きの垂直方向の変化は、堆積後の再移動が構造の大部分の原因であるという説に反する説得力のある証拠ですが、どのプロセスが最も一般的であるかを判断するために、火砕流堆積物の大部分にこのような垂直方向の変化があるかどうかを明らかにするには、さらに研究を行う必要があります。
コロラド州フロリサント化石層国定公園のウォールマウンテン凝灰岩での観察に基づくモデルでは、葉理や火砕物などのレオモルフィック構造は、密度流が停止する層流粘性流中に形成されたと示唆されている。粒子流から粘性流体への変化が、最後の数メートルでの急速な一括冷却を引き起こした可能性がある。 [ 4 ]また、流れの底にある境界層で変質が起こり、堆積中にすべての物質がこの層を通過するという理論もある。[ 5 ]
提案されている別のモデルは、レオモルフィック構造が形成される前に密度流が定常状態になったというものである。[ 6 ]広範囲にわたる葉理などの構造は荷重による圧縮の結果であり、その他の構造は荷重による再移動と傾斜した地形への堆積の結果である。オレゴン州のワゴンタイヤ山とカリフォルニア州のビショップタフに堆積した凝灰岩は、後期の粘性流の証拠を示している。これらの凝灰岩は化学組成が似ているため、同じ葉理を持つためには同じ圧縮プロセスを経たに違いない。
パンテッレリア島のグリーンタフには、堆積後の再移動の結果であると考えられるレオモルフィック構造が含まれている。これは、グリーンタフが横方向の移動のない落下堆積物であると考えられているためである。 [ 7 ]グリーンタフの構造とグランカナリア島のイグニンブライトの構造の類似性は、堆積後の再移動を示唆している。グリーンタフの堆積に関するこの解釈は議論されており、グリーンタフはイグニンブライトであり、グリーンタフで観察されるインブリケートフィアンメなどの構造は、後期段階の一次粘性流の結果であると示唆されている。 [ 8 ]グランカナリア島で観察された同様の構造は、堆積同時流として解釈されていた。[ 7 ]
鞘褶曲やその他のレオモルフィック構造は、単一のせん断段階の結果である可能性がある。せん断は、密度流が形成中の堆積物の上を通過する際に発生した可能性がある。鞘褶曲の向きの垂直方向の変化は、レオモルフィズムと溶着が堆積と同時に発生する可能性があることの証拠である。[ 9 ]密度流と形成中の堆積物との間のせん断が、火砕流堆積物で観察されるすべてのレオモルフィック構造を引き起こすほど大きいかどうかについては議論があるが、せん断は、インブリケートフィアンメなどの構造の一部に関与している可能性がある。[ 10 ]
イグニンブライトは主に火山灰（テフラ）の基質で構成されており、その基質は火山ガラスの破片や断片、軽石の破片、結晶から成ります。結晶の破片は一般的に爆発的な噴火によって吹き飛ばされます。[ 11 ]ほとんどはマグマの中で成長した斑晶ですが、他のマグマ、火成岩、または母岩から由来する異質な結晶（異質結晶など）も含まれる場合があります。
火山灰基質には、通常、エンドウ豆大から玉石大の岩片（岩片包有物）が様々な量で含まれている。これらは主に、火道壁や地表から運ばれてきた、固化した古い火山性堆積物の破片である。まれに、マグマ溜まり由来の同源物質である場合もある。
堆積時に十分に高温であった場合、溶結凝灰岩中の粒子は互いに溶着し、堆積物はユータキシティックなラピリ凝灰岩からなる「溶着溶結凝灰岩」に変化する。このとき、軽石ラピリは一般的に扁平化し、岩石表面にはフィアンメと呼ばれる暗いレンズ状の形で現れる。強く溶着した溶結凝灰岩は、下部と上部にガラス質のゾーン（下部および上部「ガラス質岩」と呼ばれる）を持つことがあるが、中央部は微結晶質（「岩石質」）である。
溶結凝灰岩の鉱物組成は、主にその起源となるマグマの化学組成によって決定される。
溶結凝灰岩中の斑晶の典型的な範囲は、黒雲母、石英、サニディンまたはその他のアルカリ長石であり、時折角閃石、まれに輝石、そしてフォノライト凝灰岩の場合はネフェリンや白榴石などの長石類鉱物である。
一般的に、ほとんどの珪長質溶結凝灰岩では、石英の多形であるクリストバライトとトリディマイトが溶結凝灰岩や角礫岩中に見られます。多くの場合、これらの高温で生成される石英の多形は、噴火後の自生的な変質作用の一部として、準安定な形で噴火後に生成されたと考えられます。したがって、トリディマイトとクリストバライトは溶結凝灰岩によく見られる鉱物ですが、必ずしもマグマ起源の鉱物とは限りません。
ほとんどの溶結凝灰岩は珪質で、一般的にSiO₂が65%以上含まれていますが、これはサンプルごとに異なる場合があります。溶結凝灰岩の化学組成は、すべての珪長質岩石と同様に、その中の斑晶群の結果として生じる鉱物組成は、主にナトリウム、カリウム、カルシウムの含有量の変動、および少量の鉄とマグネシウムに関連しています。[ 12 ]
まれに、安山岩質の火砕流堆積物も存在し、揮発性物質を飽和させた玄武岩から形成される場合もあり、その場合、火砕流堆積物の地球化学的性質は通常の玄武岩とほぼ同じになる。
組成が変化する溶結凝灰岩の例として、更新世のディリマン凝灰岩が挙げられる。これは玄武岩質粗面安山岩から粗面デイサイト質で、凝灰岩中の軽石の破片1つには54～65重量％のSiO₂が含まれている。[ 13 ]
高温の大きな溶結凝灰岩は、湿った土壌を覆い、水路や河川を埋め尽くす傾向があるため、何らかの熱水活動を引き起こす可能性があります。このような地層からの水は、噴気孔や間欠泉などから溶結凝灰岩層から噴出します。この過程は、例えばノバルプタ凝灰岩噴火後のように、数年かかる場合があります。この水が蒸発する過程で、溶結凝灰岩層は変質（メタソマティゼーション）を受けることがあります。これにより、煙突状の地形やカオリンに変質した岩石の塊が形成される傾向があります。
溶結は、火砕流の変質の一般的な形態です。溶結には、一次溶結と二次溶結の2種類があります。密度流が十分に高温であれば、粒子は凝集して堆積物の表面で溶結し、粘性のある流体を形成します。これが一次溶結です。輸送および堆積中に温度が低い場合、粒子は凝集して溶結しませんが、圧縮またはその他の要因により最低溶結温度がガラス質粒子の温度を下回ると、後から溶結が発生する可能性があります。これが二次溶結です。この二次溶結が最も一般的であり、ほとんどの火砕流の温度が粒子の軟化点を下回っていることを示唆しています。[ 5 ]
溶結凝灰岩が一次溶結、二次溶結、または溶結なしとなるかどうかを決定する要因については議論がある。
硬化した溶結凝灰岩の侵食によって形成された地形は、花崗岩で形成された地形と驚くほど似ていることがあります。アルゼンチンのラ・パンパ州シエラ・デ・リウエル・カレルでは、溶結凝灰岩の中に花崗岩に典型的なさまざまな地形が見られます。これらの地形は、インゼルベルク、フレア斜面、ドーム、ヌビン、トー、タフォニ、グナンマです。[ 16 ]さらに、花崗岩の地形と同様に、溶結凝灰岩の地形も節理系の影響を受ける可能性があります。[ 16 ]
火砕流堆積物は世界中で発生しており、シリカ含有量の高いマグマとそれに伴う爆発的噴火を伴う多くの火山地域と関連している。
溶結凝灰岩は、オーストラリアのニューサウスウェールズ州ハンター地方南部で非常に多く見られます。ハンター地方のマーティンズクリーク、ブランディヒル、シーハム（ボラル）などの場所や、レイモンドテラスの廃採石場で採掘されている溶結凝灰岩は、石炭紀（2億8000万～3億4500万年前）の火山性堆積岩です。その起源は非常に激しいものでした。この物質はかなりの深さまで堆積し、完全に冷えるまでに何年もかかったと考えられます。その過程で、この混合物を構成する物質が融合し、中程度の密度を持つ非常に硬い岩石となりました。
ニュージーランドのコロマンデル地方にもイグニンブライトが見られ、鮮やかなオレンジがかった茶色のイグニンブライトの崖が景観の特徴となっています。近くのタウポ火山帯は 、更新世と完新世にカルデラ火山から噴出したイグニンブライトの広大な平らな層で覆われています。ヒヌエラ（ワイカト地方）に露出しているイグニンブライトの崖は、1800年前のタウポ火山の最後の大きな噴火（ハテペ噴火）以前に谷を流れていた古代ワイカト川の流路の端を示しています。西側の崖は、建物の外装材として使用される溶結イグニンブライトのブロックを採取するために採石されています。ヒヌエラ石とは、溶結したイグニンブライトのことです。この石は淡い灰色で、わずかに緑色が混じり、やや多孔質です。
メキシコ西部のシエラ・マドレ・オクシデンタル山脈の大部分は、巨大な火砕流堆積物で構成されている。米国西部では、盆地山脈地帯、主にネバダ州、ユタ州西部、アリゾナ州南部、ニューメキシコ州中北部および南部、そしてスネークリバー平原に、数百メートルにも及ぶ巨大な火砕流堆積物が分布している。盆地山脈地帯のマグマ活動には、約4000万年前に始まり、2500万年前にほぼ終息した大規模な火砕流噴火が含まれる。このマグマ活動は、プレート境界のはるか東で変形とマグマ活動が起こったララミー造山運動の終焉に続くものであった。ネバダ州では、さらに約1400万年前まで火砕流噴火が続いた。個々の噴火はしばしば巨大で、時には体積が数千立方キロメートルにも達し、火山爆発指数は8となり、イエローストーン・カルデラやトバ湖の噴火に匹敵する規模であった。
テネリフェ島とグラン・カナリア島では、火山活動の侵食後の段階で形成された火山岩の堆積物の大部分は、溶結凝灰岩の連続体で構成されている。
ディリマン凝灰岩は、マニラの下にある玄武岩質粗面安山岩から粗面デイサイト質の岩石です。これは、再加工された軽石質凝灰岩ユニットと、降下した軽石質凝灰岩ユニットから構成されています。軽石片の一部に縞模様のテクスチャが見られることから、マグマの混合と混ざり合いが示されており、1つの軽石片の基質組成は 54 ～ 65 wt.% SiO 2です。近くの火山に近いにもかかわらず、この堆積物の供給源となる火山はまだ発見されていません。南に隣接するタールカルデラや南東に隣接するラグナカルデラとは化学的に異なります。 [ 13 ]主な 2 つのタイプは、スコリアと軽石が混ざった火砕流と、主に細粒で軽石に富む火砕流です。マニラの下にある火砕流ユニットは 2 つだけではなく、さらにいくつかあります。[ 17 ]ケソン市にはさらに 2 種類の凝灰岩が見られます。[ 17 ]この地層の下層は主にスコリアを含む軽石質溶結凝灰岩で構成されています。これは主にケソン市のディリマンで見られ、これが凝灰岩の名称の由来であると考えられます。これはディリマン凝灰岩の下部です。下部ではより粗く、この地層の露頭はディリマンの北と東で見られ、大きなスコリアを多く含んでいます。ディリマン凝灰岩の下層の上部では、スコリア質角礫岩が減少し、軽石角礫岩が増加します。この地層の上層では、下部の火砕岩層と同様に、スコリアが減少し、軽石角礫岩が優勢になります。軽石礫の平均直径は 1 cm 未満になります。[ 18 ]
ユッカマウンテン貯蔵施設は、米国エネルギー省が管理する使用済み原子炉廃棄物およびその他の放射性廃棄物の最終貯蔵施設であり、溶結凝灰岩と凝灰岩の堆積層の中に位置している。
溶結凝灰岩の層状構造は、石材加工の際に利用される。なぜなら、この層状構造は時に都合の良い板状に割れるため、敷石や庭の縁取りなどの造園に重宝されるからである。
ニューサウスウェールズ州のハンター地域では、溶結凝灰岩は道路舗装や建設用途において優れた骨材、いわゆる「青い金属」として利用されている。