

凝灰岩は、火山噴火時に噴火口から噴出した火山灰でできた岩石の一種です。噴出と堆積の後、火山灰は固まって岩石になります。 [ 1 ] [ 2 ] 75% 以上の火山灰を含む岩石は凝灰岩とみなされ、25% ~ 75% の火山灰を含む岩石は凝灰質岩と呼ばれます(例えば、凝灰質砂岩)。[ 3 ] 25~75% の火山弾または火山ブロックを含む火砕岩は、凝灰角礫岩と呼ばれます。[ 4 ]砂質の火山物質で構成された凝灰岩は、火山砂岩と呼ばれることがあります。[ 5 ]
その名前とは裏腹に、凝灰岩は比較的柔らかい岩石なので、古代から建築に使われてきました。[ 6 ]イタリアではよく見られるため、ローマ人は建築によく使いました。[ 7 ]ラパ・ヌイの人々はイースター島のモアイ像のほとんどを作るのにこれを使いました。[ 8 ]
凝灰岩は、火成岩または堆積岩に分類される。通常は火成岩岩石学の分野で研究されるが、堆積学の用語を用いて記述されることもある。
火山噴火で噴出される物質は、以下の3種類に分類できる。

火山灰は、火山内部のマグマが高温の火山ガスの急速な膨張によって吹き飛ばされるときに生成されます。マグマは、地表に流れ出る際に 圧力が低下すると、溶け込んでいるガスが溶存状態から分離して爆発することがよくあります。これらの激しい爆発によって、火山から飛び散る可能性のある物質の粒子が生成されます。直径2 mm 未満の固体粒子(砂粒サイズ以下) は火山灰と呼ばれます。[ 9 ] [ 3 ]
火山灰は、粒径が 直径0.0625 mm未満の細粒灰と、粒径が直径0.0625 mmから2 mmの粗粒灰にさらに分けられます。同様に、凝灰岩は粗粒凝灰岩(粗粒灰凝灰岩)と細粒凝灰岩(細粒灰凝灰岩またはダスト凝灰岩)に分けられます。粗粒粒子が大部分を占める固結したテフラは、凝灰岩ではなく、ラピリストーン(粒径2 mmから64 mm)または凝集岩もしくは火砕角礫岩(粒径64 mmを超える)と呼ばれます。[ 3 ]
火山灰の組成は大きく異なるため、凝灰岩は形成元の火山灰の組成によってさらに分類されます。シリカ含有量の多い火山活動、特に火砕流からの火山灰は、主に火山ガラスの破片から構成されており、[ 10 ] [ 11 ]ガラスの破片が主成分である凝灰岩は、ガラス質凝灰岩と呼ばれます。[ 12 ]ガラスの破片は、通常、不規則な形状をしているか、凸面を持つおおよそ三角形です。これらは、溶解したガスが急速に溶存状態から放出されたときにマグマ中に形成された無数の小さな気泡の砕けた壁です。[ 13 ]
個々の結晶が主成分である灰から形成された凝灰岩は結晶凝灰岩と呼ばれ、粉砕された岩片が主成分である灰から形成された凝灰岩は岩片凝灰岩と呼ばれる。[ 12 ]
火山灰の化学組成は、高シリカ流紋岩質の火山灰から低シリカ玄武岩質の火山灰まで、火山岩の化学組成の全範囲を反映しており、凝灰岩も同様に流紋岩質、安山岩質、玄武岩質などと表現される。[ 14 ]
火山灰が噴火口から移動する最も直接的な方法は、噴火柱の一部である灰雲として移動することです。これらは降下堆積物として地表に落下し、特徴的に粒度が均一で、地形全体に均一な厚さの毛布を形成する傾向があります。噴火柱の崩壊は、より壮観で破壊的な形態の輸送をもたらし、特徴的に粒度が悪く、低地に溜まる火砕流やサージの形をとります。サージ堆積物には、砂丘や逆砂丘など、高速流に典型的な堆積構造が見られることがあります。[ 15 ]すでに地表に堆積した火山灰は、降雨や噴火によって水や氷に混ざると、泥流(ラハール)として輸送されることがあります。 [ 16 ]
十分に高温の火山灰粒子は、地表に沈降した後、互いに溶着し、溶結凝灰岩を生成します。溶着には600 °C (1,100 °F)を超える温度が必要です。岩石に散在するエンドウ豆大の破片やフィアンメが含まれている場合、溶結ラピリ凝灰岩と呼ばれます。溶結凝灰岩 (および溶結ラピリ凝灰岩) は、降下物起源のものもあれば、火砕流の場合のように、火砕流から堆積したものもあります。[ 17 ]溶着中、ガラスの破片と軽石の破片は互いに付着し (点接触でくびれ)、変形し、圧縮されて、ユータキシティック構造になります。[ 18 ]溶結凝灰岩は一般的に流紋岩質ですが、あらゆる組成の例が知られています。[ 19 ] [ 20 ]
一連の火山灰流は、複数の冷却ユニットから構成される場合がある。これらは溶着の程度によって区別できる。冷却ユニットの底部は、下層の冷たい表面からの冷却により通常は溶着しておらず、溶着の程度および流れの中の流体からの二次反応は、流れの中心に向かって上方に増加する。ユニットがより急速に冷却される冷却ユニットの上部に向かって溶着は減少する。溶着の強度は、堆積物が薄い領域や発生源からの距離に応じて減少することもある。[ 21 ]
低温の火砕流は溶着しておらず、それによって堆積した灰層は比較的固結していない。[ 18 ]しかし、冷却された火山灰は通常、火山ガラスを多く含んでいるため、すぐに固結する可能性がある。火山ガラスは熱力学的に不安定な物質であり、地下水や海水と急速に反応し、アルカリ金属やカルシウムをガラスから溶出させる。ゼオライト、粘土、方解石などの新しい鉱物が溶解した物質から結晶化し、凝灰岩を固める。[ 22 ]
凝灰岩は、湖沼凝灰岩、陸上凝灰岩、海底凝灰岩などの堆積環境、または降下凝灰岩や火砕流凝灰岩などの火山灰の運搬メカニズムによってさらに分類されます。火山灰堆積物の侵食と再堆積によって形成された再加工凝灰岩は、通常、風成凝灰岩や河川凝灰岩などの運搬媒体によって記述されます。[ 23 ]
凝灰岩は爆発的な火山活動が起こる場所ならどこにでも堆積する可能性があり、そのため場所や年代の分布が広い。[ 24 ]
流紋岩質凝灰岩には、石英、アルカリ長石、黒雲母などを含む軽石質のガラス質の破片や小さなスコリアが含まれています。アイスランド[ 25 ] 、リパリ[ 26 ]、ハンガリー[ 27 ]、アメリカ南西部の盆地と山脈、ニュージーランド[ 28 ]などは、このような凝灰岩が顕著に見られる地域です。ウェールズ[ 29 ] 、チャーンウッド[ 30 ]などの古代の岩石にも同様の凝灰岩が知られていますが、いずれの場合も珪化作用(オパール、玉髄、石英が充填されている)と脱ガラス化作用によって大きく変化しています[ 31 ] 。流紋岩質溶岩に見られるような丸みを帯びた腐食した石英結晶が頻繁に存在することは、その真の性質を示すのに役立ちます[ 9 ]。
溶結凝灰岩は、631,000年前にワイオミング州のイエローストーンカルデラから噴出したラバクリーク凝灰岩のように、非常に大きな体積を持つことがあります。この凝灰岩の元の体積は少なくとも1,000立方キロメートル(240立方マイル)でした。[ 32 ]ラバクリーク凝灰岩は、1980年のセントヘレンズ山の噴火の堆積物の少なくとも1,000倍の大きさであることが知られており、火山爆発指数(VEI)は8で、過去10,000年間に知られているどの噴火よりも大きいものでした。[ 33 ]火砕流凝灰岩は、ニュージーランドの北島の7,000平方キロメートル(2,700平方マイル)とネバダ州の約100,000平方キロメートル(39,000平方マイル)を覆っています。火砕流凝灰岩は、洪水玄武岩に匹敵する体積を持つ唯一の火山性物質である。[ 28 ]
米国北東部のタイオガベントナイトは、結晶質凝灰岩から凝灰質頁岩まで組成が変化する。これは、風によって運ばれ、海上に降り注ぎ、海底に堆積した火山灰である。デボン紀のもので、おそらくバージニア州中央部の噴火口から来たもので、そこで凝灰岩は最大で約40メートル(130フィート)の厚さに達する。[ 34 ]
粗面岩質凝灰岩には石英はほとんど含まれていないか、全く含まれていないが、サニディンや斜長石が多く、時にはオリゴクレース長石も含まれ、黒雲母、普通輝石、角閃石が時折含まれる。風化によって、二次的な石英を含むカオリンに富む軟らかい赤色または黄色の粘土岩に変化することが多い。[ 9 ]最近の粗面岩質凝灰岩は、ライン川(ジーベンゲビルゲ)[ 35 ] 、イスキア島[ 36 ] 、ナポリ近郊[ 37 ]で見られる。粗面岩質炭酸塩岩質凝灰岩は、東アフリカ地溝帯で確認されている。[ 38 ]アルカリ結晶質凝灰岩は、リオデジャネイロから報告されている。[ 39 ]
安山岩質凝灰岩は非常に一般的です。コルディレラ山脈[ 40 ] [ 41 ]とアンデス山脈[ 42 ]の全域、西インド諸島、ニュージーランド[ 43 ]、日本[ 44 ]などに分布しています。湖水地方[ 45 ]、北ウェールズ、ローン、ペントランド丘陵、チェビオット丘陵、その他多くのイギリスの地域では、全く同じ性質の古代の岩石が豊富に存在します。色は赤または茶色で、スコリアの破片は巨大なブロックから微細な粒状の粉まであらゆる大きさがあります。空洞には方解石、緑泥石、石英、緑簾石、玉髄などの多くの二次鉱物が詰まっています。しかし、顕微鏡で断面を見ると、分解したガラス質の基底部に存在する小さな結晶の形状と性質から、元の溶岩の性質をほぼ常に判別できます。細部に至るまで、これらの古代の凝灰岩は、コトパクシ、クラカタウ、モン・ペレの現代の火山灰層と完全に似ている。[ 9 ]

苦鉄質火山活動は、通常、爆発的ではなく、火山灰をほとんど生成しないハワイの噴火の形をとります。 [ 46 ]しかし、玄武岩質マグマと地下水または海水との相互作用により、大量の火山灰を生成する水マグマ爆発が発生します。これらの火山灰は、その後凝灰丘に固められることがあります。ハワイのダイヤモンドヘッドは凝灰丘の例であり、カウラ島も同様です。このような噴火で生成されたガラス質の玄武岩質火山灰は、石化の過程の一部として急速にパラゴナイトに変化します。[ 47 ]
通常の苦鉄質火山活動では火山灰はほとんど生成されないが、生成された火山灰は局所的に大きな堆積物として蓄積されることがある。例としては、ハワイ島のパハラ火山灰があり、局所的に厚さが15メートル(49フィート)にも達する。これらの堆積物は急速にパラゴナイトに変化し、最終的にはラテライトに風化する。[ 48 ]
玄武岩質凝灰岩は、古第三紀の火山岩が見られるアントリム州、スカイ島、マル島などの地域、スコットランド、ダービーシャー、アイルランドの石炭紀の地層、さらに古い湖水地方、スコットランド南部高地、ウェールズの岩石層にも見られます。色は黒、濃緑、または赤で、粗さは様々で、直径30センチ以上の丸いスポンジ状の塊が詰まっているものもあります。また、海底に堆積したものが多く、頁岩、砂岩、砂礫、その他の堆積物を含み、化石が含まれている場合もあります。最近の玄武岩質凝灰岩は、アイスランド、フェロー諸島、ヤンマイエン島、シチリア島、ハワイ諸島、サモアなどで見られます。風化すると、方解石、緑泥石、蛇紋石が充填され、特に溶岩にネフェリンやリューサイトが含まれている場所では、アナサイト、プレナイト、ナトロライト、スコレサイト、チャバザイト、ヒューランダイトなどのゼオライトが豊富に含まれていることがよくあります。 [ 9 ]
超苦鉄質凝灰岩は極めてまれであり、その特徴はカンラン石または蛇紋石の豊富さと、長石および石英の少なさまたは欠如である。[ 49 ]
超苦鉄質凝灰岩の産出例としては、南アフリカのダイヤモンド鉱床やその他の地域のマールにあるキンバーライトの地表堆積物などが挙げられる。キンバーライトの主な種類は、濃い青緑色の蛇紋岩に富む角礫岩(青地)であり、完全に酸化および風化すると、もろい褐色または黄色の塊(「黄地」)になる。[ 9 ]これらの角礫岩は気体と固体の混合物として定置され、通常は貫入パイプ状構造を形成するダイアトリームに保存され、採掘される。深部では、一部のキンバーライト角礫岩は、破砕されていない岩石でできた岩脈の根元帯に移行する。地表では、超苦鉄質凝灰岩はマール堆積物中に存在することがある。キンバーライトはダイヤモンドの最も一般的な火成岩源であるため、マールからダイアトリーム、根元帯岩脈への移行は詳細に研究されてきた。ダイアトリーム相キンバーライトは、凝灰岩というよりはむしろ超苦鉄質角礫岩と呼ぶ方が適切である。
コマチアイト凝灰岩は、例えばカナダや南アフリカのグリーンストーンベルトで見られる。 [ 50 ] [ 51 ]
石炭紀の還元斑のある赤い火山凝灰岩は、野外では赤く見え、玄武岩溶岩流の下にあり、スコットランドのバスロックとノースバーウィックローの近くにあるレンガ色の泥岩の風化した柱、小さな火山岩頸であるザ・シスターズ(56.060300、-2.714600)に分布している。[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]これらのパターンは火星で見られるものと似ている。[ 52 ] [ 55 ]


時間の経過とともに、凝灰岩堆積物は風化以外の変化を受けることがあります。時には、褶曲に巻き込まれ、せん断や劈開が生じます。イングランドの湖水地方の緑色の粘板岩の多くは、細かく劈開した火山灰です。チャーンウッドの森でも、凝灰岩は粘板岩質で劈開しています。緑色は、緑泥石が大量に生成していることに起因します。多くの地域の結晶質片岩の中には、石英、角閃石、緑泥石または黒雲母、酸化鉄、長石などからなる緑色の層または緑色の片岩があり、これらは再結晶化または変成した凝灰岩であると考えられます。これらはしばしば、対応する溶岩や岩床であるエピダイオライトや角閃石片岩の塊を伴います。緑泥石片岩の中には、火山凝灰岩が変質した層であるものもあると考えられます。デボン州とドイツの「シャルシュタイン」には、劈開し部分的に再結晶化した火山灰層が多く含まれており、その一部はラピリが平らに引き伸ばされているものの、断片的な構造をまだ保持している。蒸気空洞は通常方解石で満たされているが、時には石英で満たされていることもある。これらの岩石のより完全に変質した形態は、板状の緑色の緑泥石片岩である。しかし、これらの岩石には、元の火山性を示す構造はごくわずかしか見られない。これらは、劈開した凝灰岩と結晶質片岩の中間段階である。[ 9 ]
凝灰岩の主な経済的価値は建築材料としての価値である。古代世界では、凝灰岩は比較的柔らかいため、入手可能な場所では建築に広く使用されていた。[ 6 ]
凝灰岩はイタリアでよく見られ、ローマ人はそれを多くの建物や橋に使用しました。[ 7 ]例えば、ヴェントテーネ島の港全体(現在も使用中)は凝灰岩から彫り出されています。紀元前4世紀にローマ市を防衛するために建設されたセルウィウスの壁も、ほぼ完全に凝灰岩でできています。 [ 56 ]ローマ人はまた、凝灰岩を小さな長方形の石に切り出し、オプス・レティクラトゥムと呼ばれるパターンで壁を作るのに使用しました。[ 57 ]
ペペリーノはローマやナポリで建築石材として使われており、粗面岩質の凝灰岩である。ポゾランも分解した凝灰岩だが、塩基性で、元々はナポリ近郊で採取されセメントとして使われていたが、現在では必ずしも同じ性質ではない多くの物質にこの名前が付けられている。ナポリの歴史的建築では、ナポリ産の黄色い凝灰岩が最もよく使われる建築材料である。[ 58 ]ピペルノ溶結凝灰岩もナポリやカンパニアで広く使われていた。
ドイツのアイフェル地方では、トラスと呼ばれる粗面岩質の軽石質凝灰岩が水硬性モルタルとして広く利用されてきた。[ 9 ]ドイツのアイフェル地方の凝灰岩は、フランクフルト、ハンブルク、その他の大都市の鉄道駅やその他の建物の建設に広く使用されてきた。[ 59 ]ロホリッツ斑岩を使用した建築は、コルディッツ城の礼拝堂入口の外にあるマニエリスム様式の彫刻が施されたポータルで見ることができる。[ 60 ]ロホリッツ斑岩という商標名は、ドイツで1000年以上の建築史を持つザクセンの建築用石材の伝統的な名称である。採石場はロホリッツ近郊にある。[ 61 ]
ユッカマウンテン核廃棄物処分場は、米国エネルギー省が使用済み原子炉やその他の放射性廃棄物を保管する最終貯蔵施設であり、ネバダ州の盆地山脈地帯の凝灰岩と溶結凝灰岩の中にあります。[ 62 ]カリフォルニア州のナパバレーとソノマバレーでは、凝灰岩でできた地域がワイン樽の保管のために日常的に掘削されています。[ 63 ]
ラノ・ララク産の凝灰岩は、イースター島のラパ・ヌイ族が有名なモアイ像の大部分を作るのに使用した。[ 8 ]
凝灰岩はアルメニアとアルメニア建築で広く使用されています。[ 64 ]アルメニアの首都エレバン[ 65 ] [ 66 ]、アルメニア第2の都市ギュムリ、そして現在はトルコ領となっている中世の首都アニ[ 67 ]の建設で使用されている 主要な石材です。この地域で採掘される凝灰岩は独特のピンク色をしており、エレバンは「ピンクシティ」という愛称で呼ばれています[ 68 ]。
アルメニアの小さな村は1946年にトゥファシェン(文字通り「凝灰岩で建てられた」)と改名された。 [ 69 ]

凝灰岩は地質学的に瞬時に、しばしば広範囲に堆積します。そのため、時間層序マーカーとして非常に有用です。このように凝灰岩やその他のテフラ堆積物を使用することはテフロクロノロジーとして知られており、第四紀の年代層序に特に有用です。個々の凝灰岩層は、その化学組成と斑晶集合体によって「指紋」を付けることができます。[ 71 ]凝灰岩層の絶対年代は、K-Ar、Ar-Ar、または炭素14年代測定によって決定できます。[ 72 ]多くの凝灰岩に含まれるジルコン粒子は非常に耐久性があり、母岩である凝灰岩が片岩に変成しても生き残ることができるため、古代の変成岩に絶対年代を割り当てることができます。たとえば、ピラール層の変成凝灰岩層のジルコンの年代測定は、ピキュリス造山運動の最初の証拠の一部を提供しました。[ 73 ]
{{cite book}}: CS1メンテナンス: 場所の発行元が見つかりません (リンク){{cite web}}: CS1 maint: タイトルとしてアーカイブされたコピー (リンク)。...ピンク色の凝灰岩はこの地域以外では珍しく、エレバンはこの石で建てられた唯一の主要都市です。
現在人口80万人を超えるこの都市は、凝灰岩と呼ばれるバラ色の火山岩で再建された…。
アニの記念碑的建造物 (要塞を含む) の壁は、滑らかに加工された凝灰岩のブロックで造られていた...