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Toba

Acantilado de toba soldada salpicado de agujeros —algunos naturales, otros artificiales— del Monumento Nacional Bandelier , Nuevo México. Bloques de toba etrusca procedentes de ...

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Acantilado de toba soldada salpicado de agujeros —algunos naturales, otros artificiales— del Monumento Nacional Bandelier , Nuevo México.
Bloques de toba etrusca procedentes de una tumba en Banditaccia , Italia.
Una casa construida con bloques de toba en Rieden, Renania-Palatinado , en la región volcánica de Eifel , Alemania.

La toba es un tipo de roca compuesta de ceniza volcánica expulsada de una chimenea durante una erupción volcánica . Tras la expulsión y deposición, la ceniza se litifica formando roca sólida. [ 1 ] [ 2 ] La roca que contiene más del 75 % de ceniza se considera toba, mientras que la roca que contiene entre el 25 % y el 75 % de ceniza se describe como tobácea (por ejemplo, arenisca tobácea ). [ 3 ] Una roca piroclástica que contiene entre el 25 % y el 75 % de bombas volcánicas o bloques volcánicos se denomina brecha de toba . [ 4 ] La toba compuesta de material volcánico arenoso puede denominarse arenisca volcánica . [ 5 ]

A pesar de su nombre, la toba es una roca relativamente blanda, por lo que se ha utilizado en la construcción desde la antigüedad. [ 6 ] Debido a su abundancia en Italia, los romanos la usaban con frecuencia en la construcción. [ 7 ] El pueblo rapanui la utilizó para elaborar la mayoría de las estatuas moai de la Isla de Pascua . [ 8 ]

La toba volcánica puede clasificarse como roca ígnea o sedimentaria . Generalmente se estudia en el contexto de la petrología ígnea , aunque a veces se describe utilizando términos sedimentológicos .

En las guías turísticas y en los programas de televisión, a menudo se denomina erróneamente toba volcánica como tala, pero la toba volcánica es una forma de travertino .

Ceniza volcánica

El material expulsado en una erupción volcánica se puede clasificar en tres tipos:

  1. Gases volcánicos , una mezcla compuesta principalmente de vapor de agua , dióxido de carbono y un compuesto de azufre (ya sea dióxido de azufre , SO₂ , o sulfuro de hidrógeno , H₂S , dependiendo de la temperatura).
  2. Lava , nombre que recibe el magma cuando emerge y fluye sobre la superficie.
  3. Tefra , partículas de material sólido de todas las formas y tamaños expulsadas y lanzadas por el aire.
Imagen de toba volcánica observada en sección delgada (la dimensión longitudinal es de varios milímetros): Las formas curvas de los fragmentos de vidrio alterado (fragmentos de ceniza) se conservan bien, aunque el vidrio está parcialmente alterado. Estas formas se originaron alrededor de burbujas de gas rico en agua en expansión.

La tefra se forma cuando el magma dentro del volcán se fragmenta por la rápida expansión de los gases volcánicos calientes. El magma suele explotar cuando el gas disuelto en él se libera al disminuir la presión al fluir hacia la superficie . Estas violentas explosiones producen partículas de material que luego pueden salir disparadas del volcán. Las partículas sólidas de menos de 2  mm de diámetro ( del tamaño de la arena o más pequeñas) se denominan ceniza volcánica. [ 9 ] [ 3 ]

La ceniza volcánica se divide a su vez en ceniza fina, con partículas  de un diámetro inferior a 0,0625 mm, y ceniza gruesa, con partículas de un diámetro entre 0,0625  mm y 2  mm. La toba volcánica se divide, a su vez, en toba gruesa (toba de ceniza gruesa) y toba fina (toba de ceniza fina o toba de polvo). La tefra consolidada compuesta principalmente de partículas más gruesas se denomina lapillistone (partículas de 2  mm a 64  mm de diámetro) o brecha piroclástica (partículas de más de 64  mm de diámetro), en lugar de toba. [ 3 ]

La ceniza volcánica puede variar mucho en composición, por lo que las tobas se clasifican además según la composición de la ceniza de la que se formaron. La ceniza del vulcanismo con alto contenido de sílice, particularmente en los flujos de ceniza, consiste principalmente en fragmentos de vidrio volcánico , [ 10 ] [ 11 ] y la toba formada predominantemente a partir de fragmentos de vidrio se describe como toba vítrea. [ 12 ] Los fragmentos de vidrio suelen tener forma irregular o ser aproximadamente triangulares con lados convexos. Son las paredes rotas de innumerables burbujas pequeñas que se formaron en el magma a medida que los gases disueltos salían rápidamente de la solución. [ 13 ]

Las tobas formadas a partir de ceniza compuesta predominantemente de cristales individuales se describen como tobas cristalinas, mientras que las formadas a partir de ceniza compuesta predominantemente de fragmentos de roca pulverizada se describen como tobas líticas. [ 12 ]

La composición química de la ceniza volcánica refleja toda la gama de la química de las rocas volcánicas, desde la ceniza riolítica con alto contenido de sílice hasta la ceniza basáltica con bajo contenido de sílice , y las tobas también se describen como riolíticas, andesíticas, basálticas, etc. [ 14 ]

Transporte y litificación

La forma más directa en que la ceniza volcánica se aleja del cráter es como nubes de ceniza que forman parte de una columna eruptiva . Estas caen a la superficie como depósitos de caída que se caracterizan por estar bien clasificados y tienden a formar una capa de espesor uniforme sobre el terreno. El colapso de la columna da lugar a una forma de transporte más espectacular y destructiva, que toma la forma de flujos piroclásticos y oleadas que se caracterizan por estar mal clasificados y acumularse en terrenos bajos. Los depósitos de oleadas a veces muestran estructuras sedimentarias típicas de flujos de alta velocidad, como dunas y antidunas . [ 15 ] La ceniza volcánica ya depositada en la superficie puede transportarse como flujos de lodo ( lahares ) cuando se mezcla con el agua de lluvia o a través de una erupción hacia un cuerpo de agua o hielo. [ 16 ]

Las partículas de ceniza volcánica suficientemente calientes se sueldan entre sí tras depositarse en la superficie, produciendo una toba soldada . La soldadura requiere temperaturas superiores a 600 °C (1100 °F) . Si la roca contiene fragmentos dispersos del tamaño de un guisante o fiamme , se denomina toba lapilli soldada . Las tobas soldadas (y las tobas lapilli soldadas) pueden ser de origen de caída de ceniza o depositadas por flujos de ceniza, como en el caso de las ignimbritas . [ 17 ] Durante la soldadura, los fragmentos de vidrio y de pumita se adhieren entre sí (estricción en los puntos de contacto), se deforman y se compactan, dando como resultado una fábrica eutaxítica . [ 18 ] La toba soldada suele ser de composición riolítica, pero se conocen ejemplos de todas las composiciones. [ 19 ] [ 20 ]  

Una secuencia de flujos de ceniza puede constar de múltiples unidades de enfriamiento . Estas se distinguen por el grado de soldadura. La base de una unidad de enfriamiento generalmente no está soldada debido al enfriamiento de la superficie fría subyacente, y el grado de soldadura y de reacciones secundarias de los fluidos en el flujo aumenta hacia arriba, hacia el centro del flujo. La soldadura disminuye hacia la parte superior de la unidad de enfriamiento, donde esta se enfría más rápidamente. La intensidad de la soldadura también puede disminuir hacia las áreas donde el depósito es más delgado y con la distancia a la fuente. [ 21 ]

Los flujos piroclásticos más fríos no están soldados y las capas de ceniza que depositan son relativamente poco consolidadas. [ 18 ] Sin embargo, la ceniza volcánica enfriada puede litificarse rápidamente debido a su alto contenido de vidrio volcánico. Este material, termodinámicamente inestable, reacciona rápidamente con el agua subterránea o marina, lixiviando metales alcalinos y calcio del vidrio. Nuevos minerales, como zeolitas , arcillas y calcita , cristalizan a partir de las sustancias disueltas y cementan la toba. [ 22 ]

Las tobas se clasifican además según su ambiente de deposición, como toba lacustre, toba subaérea o toba submarina, o según el mecanismo por el cual se transportó la ceniza, como toba de caída o toba de flujo de ceniza. Las tobas reelaboradas, formadas por la erosión y redeposición de depósitos de ceniza, generalmente se describen según el agente de transporte, como toba eólica o toba fluvial. [ 23 ]

Ocurrencias

Las tobas tienen el potencial de depositarse dondequiera que ocurra vulcanismo explosivo, por lo que tienen una amplia distribución en cuanto a ubicación y edad. [ 24 ]

Vulcanismo de alto contenido de sílice

Las tobas riolíticas contienen fragmentos vítreos y pumíticos, y pequeñas escorias con cuarzo , feldespato alcalino , biotita , etc. Islandia, [ 25 ] Lipari, [ 26 ] Hungría, [ 27 ] la Cuenca y Cordillera del suroeste americano y Nueva Zelanda [ 28 ] se encuentran entre las áreas donde estas tobas son prominentes. En las rocas antiguas de Gales , [ 29 ] Charnwood , [ 30 ] etc., se conocen tobas similares, pero en todos los casos, están muy alteradas por la silicificación (que las ha llenado de ópalo , calcedonia y cuarzo) y por la desvitrificación. [ 31 ] La frecuente presencia de cristales de cuarzo redondeados y corroídos, como los que se encuentran en las lavas riolíticas, ayuda a demostrar su verdadera naturaleza. [ 9 ]

Las ignimbritas soldadas pueden ser muy voluminosas, como la toba de Lava Creek que entró en erupción en la caldera de Yellowstone en Wyoming hace 631.000 años. Esta toba tenía un volumen original de al menos 1.000 kilómetros cúbicos (240 mi³ ) . [ 32 ] Se sabe que la toba de Lava Creek es al menos 1.000 veces más grande que los depósitos de la erupción de 1980 del Monte Santa Helena , y tuvo un Índice de Explosividad Volcánica (IEV) de 8, mayor que cualquier erupción conocida en los últimos 10.000 años. [ 33 ] Las tobas de flujo de ceniza cubren 7.000 kilómetros cuadrados (2.700 mi² ) de la Isla Norte de Nueva Zelanda y alrededor de 100.000 kilómetros cuadrados (39.000 mi² ) de Nevada . Las tobas de flujo de ceniza son el único producto volcánico con volúmenes que rivalizan con los de los basaltos de inundación . [ 28 ]      

La bentonita de Tioga, en el noreste de Estados Unidos, varía en composición desde toba cristalina hasta lutita tobácea. Se depositó como ceniza transportada por el viento que cayó sobre el mar y se asentó en el fondo marino. Es de edad devónica y probablemente proviene de una chimenea volcánica en el centro de Virginia , donde la toba alcanza su espesor máximo de unos 40 metros (130 pies) . [ 34 ] 

Vulcanismo alcalino

Las tobas traquíticas contienen poco o nada de cuarzo, pero mucho sanidina o anortoclasa y a veces feldespato oligoclasico, con biotita, augita y hornblenda ocasionales. En la meteorización, a menudo se transforman en arcillitas blandas rojas o amarillas , ricas en caolín con cuarzo secundario. [ 9 ] Se encuentran tobas traquíticas recientes en el Rin (en Siebengebirge ), [ 35 ] en Ischia [ 36 ] y cerca de Nápoles . [ 37 ] Se han identificado tobas traquíticas-carbonatíticas en el Rift de África Oriental . [ 38 ] Se han reportado tobas de cristales alcalinos en Río de Janeiro . [ 39 ]

Vulcanismo intermedio

Las tobas andesíticas son extremadamente comunes. Se encuentran a lo largo de toda la cadena de las Cordilleras [ 40 ] [ 41 ] y los Andes , [ 42 ] en las Indias Occidentales , Nueva Zelanda, [ 43 ] Japón, [ 44 ] etc. En el Distrito de los Lagos , [ 45 ] el norte de Gales, Lorne , las colinas de Pentland , los Cheviots y muchos otros distritos de Gran Bretaña , abundan rocas antiguas de naturaleza exactamente similar. En color, son rojas o marrones; sus fragmentos de escoria son de todos los tamaños, desde enormes bloques hasta diminuto polvo granular. Las cavidades están llenas de muchos minerales secundarios, como calcita , clorita , cuarzo, epidota o calcedonia; sin embargo, en secciones microscópicas, la naturaleza de la lava original casi siempre se puede determinar a partir de las formas y propiedades de los pequeños cristales que se encuentran en la base vítrea descompuesta. Incluso en los detalles más pequeños, estas antiguas tobas tienen un parecido completo con los lechos de ceniza modernos de Cotopaxi , Krakatoa y Mont Pelé. [ 9 ]

Vulcanismo máfico

Cabeza de Diamante, un cono de toba
La mayoría de los moais de la Isla de Pascua están tallados en toba basáltica toleítica .

El vulcanismo máfico suele manifestarse en forma de erupciones hawaianas no explosivas que producen poca ceniza. [ 46 ] Sin embargo, la interacción entre el magma basáltico y el agua subterránea o marina da lugar a explosiones hidromagmáticas que producen abundante ceniza. Estas depositan conos de ceniza que posteriormente pueden cementarse formando conos de toba. Diamond Head, en Hawái , es un ejemplo de cono de toba, al igual que la isla de Kaʻula . La ceniza basáltica vítrea producida en dichas erupciones se transforma rápidamente en palagonita como parte del proceso de litificación. [ 47 ]

Aunque el vulcanismo máfico convencional produce poca ceniza, la que se forma puede acumularse localmente formando depósitos importantes. Un ejemplo es la ceniza de Pahala en la isla de Hawái , que localmente alcanza un espesor de hasta 15 metros (49 pies) . Estos depósitos también se transforman rápidamente en palagonita y, finalmente, se meteorizan hasta convertirse en laterita . [ 48 ] 

Las tobas basálticas también se encuentran en el condado de Antrim , Skye , Mull y otros lugares donde se hallan rocas volcánicas del Paleógeno ; en Escocia, Derbyshire e Irlanda, entre los estratos del Carbonífero , y entre las rocas aún más antiguas del Distrito de los Lagos, las tierras altas del sur de Escocia y Gales. Son de color negro, verde oscuro o rojo; varían mucho en su granulometría, algunas están llenas de bombas esponjosas redondas de 30 centímetros o más de diámetro; y, al ser a menudo submarinas, pueden contener esquisto, arenisca, gravilla y otros materiales sedimentarios, y ocasionalmente son fosilíferas. Las tobas basálticas recientes se encuentran en Islandia , las Islas Feroe , Jan Mayen , Sicilia, las Islas Hawaianas , Samoa , etc. Cuando se erosionan, se llenan de calcita, clorita, serpentina y, especialmente donde las lavas contienen nefelina o leucita , suelen ser ricas en zeolitas , como analcita , prehnita , natrolita , escolecita , chabazita , heulandita , etc. [ 9 ]

Vulcanismo ultramáfico

Las tobas ultramáficas son extremadamente raras; su característica es la abundancia de olivino o serpentina y la escasez o ausencia de feldespato y cuarzo . [ 49 ]

Kimberlitas

Los yacimientos de toba ultramáfica incluyen depósitos superficiales de kimberlita en maares en los campos diamantíferos del sur de África y otras regiones. La principal variedad de kimberlita es una brecha de color verde azulado oscuro, rica en serpentina (fondo azul) que, al oxidarse y erosionarse completamente, se convierte en una masa friable de color marrón o amarillo (el "fondo amarillo"). [ 9 ] Estas brechas se emplazaron como mezclas de gas y sólido y suelen conservarse y extraerse en diatrema que forman estructuras intrusivas con forma de conducto. En profundidad, algunas brechas de kimberlita pasan gradualmente a zonas de raíz de diques formados por roca no fragmentada. En la superficie, las tobas ultramáficas pueden aparecer en depósitos de maar. Dado que las kimberlitas son la fuente ígnea más común de diamantes, las transiciones de maar a diatrema y a diques de zona de raíz se han estudiado en detalle. La kimberlita de facies diatrema se denomina más propiamente brecha ultramáfica que toba volcánica.

Komatiitas

Las tobas de komatiita se encuentran, por ejemplo, en los cinturones de rocas verdes de Canadá y Sudáfrica. [ 50 ] [ 51 ]

Toba roja

Toba volcánica roja con puntos de reducción, de la edad Carbonífera , aparece roja en el campo y subyace a flujos de lava basáltica, en The Sisters (56.060300, -2.714600), pilares erosionados de lutita de color rojo ladrillo, un pequeño tapón volcánico , cerca de Bass Rock y North Berwick Law , Escocia. [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] Los patrones son similares a los observados en Marte . [ 52 ] [ 55 ]

Plegado y metamorfismo

Restos de las antiguas murallas serbias en Roma, construidas con bloques de toba.
Muro de contención del siglo XIX construido con toba de Brisbane , Ciudad de Brisbane

Con el tiempo, otros cambios además de la meteorización pueden afectar a los depósitos de toba. A veces, se pliegan y se fracturan . Muchas de las pizarras verdes del Distrito de los Lagos inglés son cenizas finamente fracturadas. En el bosque de Charnwood , las tobas también son pizarrosas y fracturadas. El color verde se debe al gran desarrollo de clorita. Entre los esquistos cristalinos de muchas regiones, se encuentran estratos verdes o esquistos verdes, que consisten en cuarzo, hornblenda, clorita o biotita, óxidos de hierro , feldespato, etc., y que probablemente sean tobas recristalizadas o metamorfizadas . A menudo acompañan a masas de epidiorita y esquistos de hornblenda, que son las lavas y diques correspondientes . Algunos esquistos de clorita también son probablemente estratos alterados de toba volcánica. Los "Schalsteins" de Devon y Alemania incluyen numerosos lechos de ceniza clivados y parcialmente recristalizados, algunos de los cuales aún conservan su estructura fragmentaria, aunque sus lapilli están aplanados y alargados. Sus cavidades de vapor suelen estar rellenas de calcita, pero a veces de cuarzo. Las formas más alteradas de estas rocas son esquistos cloríticos laminares de color verde; en estos, sin embargo, las estructuras que indican su naturaleza volcánica original aparecen solo de forma esporádica. Estos son estadios intermedios entre las tobas clivadas y los esquistos cristalinos. [ 9 ]

Importancia

El principal valor económico de la toba reside en su uso como material de construcción. En el mundo antiguo, su relativa blandura propiciaba su uso común en la construcción allí donde estaba disponible. [ 6 ]

Italia

La toba volcánica es común en Italia, y los romanos la utilizaron para muchos edificios y puentes. [ 7 ] Por ejemplo, todo el puerto de la isla de Ventotene (aún en uso) fue tallado en toba volcánica. La muralla serbia , construida para defender la ciudad de Roma en el siglo IV a. C., también está construida casi en su totalidad con toba volcánica. [ 56 ] Los romanos también cortaban la toba en pequeñas piedras rectangulares que utilizaban para crear muros con un patrón conocido como opus reticulatum . [ 57 ]

El peperino se ha utilizado en Roma y Nápoles como piedra de construcción, es una toba traquítica . La puzolana también es una toba descompuesta, pero de carácter básico, obtenida originalmente cerca de Nápoles y utilizada como cemento , pero este nombre ahora se aplica a varias sustancias no siempre de carácter idéntico. En la arquitectura histórica de Nápoles, la toba amarilla napolitana es el material de construcción más utilizado. [ 58 ] La toba ignimbrita piperno también se utilizó ampliamente en Nápoles y Campania.

Alemania

En la región de Eifel , en Alemania, una toba pómez traquítica llamada trass se ha trabajado extensamente como mortero hidráulico . [ 9 ] La toba de la región de Eifel se ha utilizado ampliamente para la construcción de estaciones de ferrocarril y otros edificios en Frankfurt, Hamburgo y otras grandes ciudades. [ 59 ] La construcción con pórfido de Rochlitz se puede apreciar en el portal esculpido de estilo manierista que se encuentra fuera de la entrada de la capilla en el castillo de Colditz . [ 60 ] El nombre comercial pórfido de Rochlitz es la designación tradicional de una piedra de construcción de Sajonia con una historia arquitectónica de más de 1000 años en Alemania. Las canteras se encuentran cerca de Rochlitz. [ 61 ]

Estados Unidos

El depósito de residuos nucleares de Yucca Mountain , una instalación de almacenamiento terminal del Departamento de Energía de los Estados Unidos para residuos nucleares gastados y otros desechos radiactivos, se encuentra en toba e ignimbrita en la provincia de Basin and Range en Nevada . [ 62 ] En Napa Valley y Sonoma Valley , California , las áreas formadas por toba se excavan rutinariamente para el almacenamiento de barriles de vino. [ 63 ]

Rapa Nui

La toba volcánica de Rano Raraku fue utilizada por el pueblo Rapa Nui de la Isla de Pascua para fabricar la gran mayoría de sus famosas estatuas moai . [ 8 ]

Armenia

La toba se utiliza ampliamente en Armenia y en la arquitectura armenia . [ 64 ] Es el tipo de piedra dominante utilizado en la construcción en la capital de Armenia , Ereván , [ 65 ] [ 66 ] Gyumri , la segunda ciudad más grande de Armenia, y Ani , la capital medieval del país, ahora en Turquía. [ 67 ] La toba extraída en la región tiene un distintivo tono rosado, lo que le da a Ereván el apodo de "La Ciudad Rosa". [ 68 ]

Un pequeño pueblo de Armenia fue rebautizado como Tufashen (literalmente "construido de toba") en 1946. [ 69 ]

Tefrocronología

Afloramiento de la Formación Pilar que muestra capas de metatoba utilizadas para datación radiométrica.

Las tobas se depositan geológicamente de forma instantánea y a menudo en una gran región. Esto las hace muy útiles como marcadores cronoestratigráficos. El uso de tobas y otros depósitos de tefra de esta manera se conoce como tefrocronología y es particularmente útil para la cronoestratigrafía del Cuaternario . Los estratos de toba individuales pueden ser "identificados" por su composición química y asociaciones de fenocristales. [ 71 ] Las edades absolutas de los estratos de toba pueden determinarse mediante datación K-Ar , Ar-Ar o carbono-14 . [ 72 ] Los granos de circón que se encuentran en muchas tobas son muy duraderos y pueden sobrevivir incluso al metamorfismo de la toba huésped a esquisto, lo que permite asignar edades absolutas a rocas metamórficas antiguas. Por ejemplo, la datación de circones en un estrato de toba metamorfizada en la Formación Pilar proporcionó algunas de las primeras evidencias de la orogenia Picuris . [ 73 ]

Etimología

La palabra toba deriva del italiano tufo . [ 74 ]

Véase también

  • Bentonita  – Tipo de arcilla compuesta por minerales de arcilla esmectita absorbentes.
  • Toba de Brisbane
  • Textura eutaxítica  : textura estratificada o bandeada en algunos cuerpos rocosos extrusivos.
  • Sillar  – Variedad de riolita que contiene fragmentos de andesita
  • Tufita  – Toba que contiene materiales piroclásticos y detríticos.
  • Ignimbrita  – Tipo de roca volcánica, un tipo de toba soldada

Referencias

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