Tính hóa học

Các loại khoáng chất có trong tro núi lửa phụ thuộc vào tính hóa học của magma mà nó phun trào. Các nguyên tố nhiều nhất được tìm thấy trong magma là silica (SiO2) và oxy, các loại magma (và tro) được tạo ra trong quá trình phun trào núi lửa được xác định chứa nhiều hàm lượng silica. Những vụ phun trào có năng lượng thấp từ bazan tạo ra tro đen đặc trưng có chứa khoảng 45-55% silica nói chung giàu sắt (Fe) và magiê (Mg). Các vụ phun trào núi lửa rhyolit gây nổ mạnh nhất tạo thành tro chứa hàm lượng silica cao (> 69%) trong khi các loại tro khác có thành phần trung gian (ví dụ: andesit hoặc dacit) có hàm lượng silica từ 55-69%.

Những khí chính phát ra trong quá trình hoạt động núi lửa là nước, carbon dioxide, lưu huỳnh dioxit, hydro, hydrogen sulfide, cacbon monoxit và hydrogen chloride.[11] Các loại khí sunfua, halogen và kim loại được loại bỏ khỏi bầu khí quyển bằng các quá trình phản ứng hóa học, sự lắng đọng khô và ướt, và do sự hấp phụ lên bề mặt tro núi lửa.

Một loạt các hợp chất sulfat và halua (chủ yếu là clorua và florua) dễ dàng tìm thấy từ tro núi lửa nguyên chất. Hầu hết các muối này được hình thành như là kết quả của việc phân giải nhanh các hạt tro trong các vụ phun trào, cung cấp cation liên quan đến quá trình lắng đọng các muối sulfate và halua.

Trong khi có 55 loại ion được liệt kê trong các hạt tro nguyên chất [11], các loại phổ biến nhất thường tìm thấy là các ion Na+, K+, Ca2+ và Mg2+ và các anion Cl−, F− và SO42− [11]. Tỷ lệ mol giữa các ion có trong nước rỉ cho thấy trong nhiều trường hợp, các nguyên tố này có mặt như sự hiện diện của các muối đơn giản như NaCl và CaSO4.[11][12][13][14]. Trong một thí nghiệm trên tro từ vụ phun trào núi lửa St. Helens năm 1980, muối clorua được tìm thấy là dễ tan nhất, tiếp theo là các muối sulfat[12] Các hợp chất của florua nhìn chung rất ít tan (ví dụ CaF2, MgF2), Ngoại trừ các muối florua của các kim loại kiềm và các hợp chất như canxi hexafluorosilicate (CaSiF6).[15] Độ pH của tro nguyên chất biến đổi rất nhiều, tùy thuộc vào sự có mặt của chất ngưng tụ axit khí (chủ yếu là kết quả của khí SO2, HCl và HF trong vụ phun trào) trên bề mặt tro.

Cấu trúc tinh thể-rắn của muối hoạt động giống như một chất cách điện hơn một dây dẫn.[16][17][18][19] Tuy nhiên, khi muối được hoà tan vào dung dịch bằng nguồn ẩm (ví dụ như sương mù, mưa nhẹ...), tro sẽ trở nên ăn mòn và dẫn điện.

Một nghiên cứu gần đây cho thấy độ dẫn điện của tro núi lửa tăng lên khi (1) tăng độ ẩm, (2) tăng hàm lượng muối hòa tan, và (3) tăng sức nén (mật độ khối).[19] Khả năng của tro núi lửa dùng để dẫn dòng điện có ý nghĩa quan trọng đối với các hệ thống cấp điện.

Tính vật lý

Thành phần chính: Các hạt tro núi lửa trong quá trình phun trào magma được tạo thành từ các phân tử khác nhau của thủy tinh (thủy tinh, không tinh thể), tinh thể hoặc lithic (không magma). Tro núi lửa được sản xuất trong quá trình phun trào magma có độ nhớt thấp (ví dụ, phun trào bazan ở Hawaii và Strombolian) tạo ra một loạt các pyroclasts khác nhau phụ thuộc vào quá trình phun trào. Điển hình là tro bụi thu được từ vòi phun dung nham Hawaii bao gồm các tinh thể lỏng sideromelane (ánh sáng màu nâu bazan) có chứa microlites hiếm (các tinh thể hao nhỏ) và phenocrysts. Các vụ phun trào từ bazan nhẹ hơn (ví dụ như Strombolian) hình thành nhiều loại pyroclasts từ các giọt sideromelane không thường xuyên đến blocky tachylit (màu đen đến nâu nhạt kết tinh vi tinh thể). Ngược lại, những hạt tro có mật độ silica cao (ví dụ rhyolit) bao gồm các phần bột vụn (mảnh thạch anh), phenocrysts (tinh thể) và một số mảnh đá phiến (xenoliths).[20]

Tro núi lửa tạo ra trong quá trình phun trào xung quanh chủ yếu bao gồm các mảnh thạch quyển và khoáng chất đã bị biến đổi một cách thủy nhiệt, thường là trong đá đất sét. Các bề mặt hạt thường được phủ bởi các tinh thể zeolit ​​hoặc đất sét và chỉ còn lại kết cấu để xác định các loại pyroclast.[20]

Hình thái học

Hình thái học của tro núi lửa được chi phối bởi rất nhiều các vụ phun trào khác nhau và các quá trình động học.[20][21] Sự phá vỡ các magmas có độ nhớt thấp (ví dụ, bazan) thường tạo thành các hạt có hình dạng giọt. Hình dạng giọt này, một phần là do sự căng của bề mặt, sự gia tăng của các giọt sau khi chúng thoát ra, và ma sát không khí. Hình dạng từ các quả cầu hoàn hảo đến một loạt các giọt xoắn, dài với bề mặt trơn, lỏng.[21]

Hình thái học của tro từ phun trào magma có độ nhớt cao (ví dụ, rhyolit, dacit và một số andesites) chủ yếu phụ thuộc vào hình dạng của túi trong magma gia tăng trước khi tan rã.  Các túi được hình thành bằng sự giãn nở khí magma trước khi magma đông lại. Các hạt tro có thể có mức độ giãn nở khác nhau và sự giản nở của các hạt có thể có tỷ lệ bề mặt cực đại trên thể tích.[20] Các đáy và ống được quan sát trên bề mặt hạt là kết quả của các thành vôi.[21] Các hạt troxit vitric từ các vụ phun trào magma có độ nhớt cao điển hình là các góc, các mảnh vỡ vôi bào hoặc các mảnh vỡ trong thành mỏng, trong khi các mảnh lithic trong tro núi lửa thường tương đương, hoặc có góc cạnh dưới đất. Hình thái lithi trong tro thường được kiểm soát bởi các tính chất cơ học của đá tường bị phá vỡ do sự giãn nở của các vụ nổ hoặc sản sinh trong các magma khi nó chạm tới bề mặt.

Hình thái học của các hạt tro từ các vụ phun trào bằng phao động học được kiểm soát bởi các ứng suất trong lớp macma đóng băng gây ra sự phân mảnh của thủy tinh để hình thành các hạt tro nhỏ dạng khối hoặc tro hình pyramid. Hình dạng và mật độ của túi mắt chỉ đóng một vai trò nhỏ trong việc xác định hình dạng hạt trong các vụ phun trào bằng phao nhân tạo. Trong vụ phun trào này, magma gia tăng nhanh chóng được làm lạnh khi tiếp xúc với nước hoặc nước trên bề mặt. Các áp lực trong magma "làm nguội" gây ra sự phân mảnh thành năm dạng hình dạng tràn ngập pyroclast: (1) blocky và equant; (2) vesicular và không đều với bề mặt nhẵn; (3) rêu và phức tạp; (4) hình cầu hoặc dạng giọt; Và cuối cùng giống như cái đĩa.

Khối lượng riêng

Khối lượng riêng các hạt cá thể khác nhau với các vụ phun trào khác nhau. Khối lượng riêng tro núi lửa dao động từ 700–1200 kg/m3 cho đá phiến, 2350–2450 kg / m3 cho thủy tinh, 2700–3300 kg / m3 cho tinh thể, và 2600–3200 kg/m3 cho các hạt thạch.[22] Vì các hạt thô và chặt hơn được tích tụ gần nguồn, các mảnh vỡ tinh thể và đá bọt được làm giàu tương đối trong các đọng tro ở các vị trí xa xôi.[23] Khối lượng riêng và độ cứng cao (khoảng 5 trên thang độ cứng của Mohs) cùng với góc độ cao, làm cho một số loại tro núi lửa (đặc biệt là các loại chứa hàm lượng silica rất cao) rất dễ mài mòn.

Kích thước hạt

Tro núi lửa chứa các hạt (pyroclasts) có đường kính < 2 mm (hạt > 2 mm được phân loại như lapilli),[2] và có thể tốt như 1 μm.[10] Sự phân bố kích thước hạt của tro có thể khác nhau rất nhiều với các thành phần magma khác nhau. Các loại magma rhicolic thường sản xuất các vật liệu hạt tốt hơn so với magma bazan, do độ nhớt cao hơn và do đó dễ nổ. Tỷ lệ tro mềm cao hơn đối với các vụ phun trào nổ silicon, có thể vì kích thước của túi trong magma trước phun trào nhỏ hơn so với các magma mafic.[2] Có nhiều bằng chứng rõ ràng cho thấy dòng chảy của pyroclastic tạo thành tro mỡ cao bởi sự kết hợp và rất có thể là quá trình này cũng xảy ra bên trong các ống dẫn núi lửa và sẽ hiệu quả nhất khi bề mặt phân mảnh magma nằm dưới miệng núi lửa sắp phun trào.[2]