Saldatura, formazione di fiamme e devetrificazione dei depositi piroclastici

La saldatura consiste nella coesione dei bordi dei piroclasti vetrosi che può verificarsi sia durante che dopo la sedimentazione. Il processo di saldatura inizia intorno a temperature di 500°C.

I fattori principali che determinano la saldatura di un deposito sono:

I primi tre fattori possono essere ricondotti in un'unica variabile, la viscosità delle particelle eruttate. La pressione del carico litostatico può essere determinante su piroclasti porosi, mentre influisce poco su cristalli e litici. La formazione di cristalli per circolazione dei gas nei pori del sedimento rappresenta un processo di saldatura post-deposizionale.

Il grado di saldatura può essere misurato dalla diminuzione di porosità effettiva del deposito o dei singoli clasti. Sono possibili tutti i gradi di saldatura, da quello incipiente, in cui i clasti aderiscono semplicemente uno all'altro, a quello in cui tendono a fondersi uno nell'altro, con deformazioni nella forma e nella densità, fino all'omogenizzazione completa.

Il termine agglutinazione si usa quando le particelle sono sufficientemente calde e fluide da saldarsi immediatamente al contatto. Si usa il termine coalescenza quando la fluidità è ancora maggiore e si perdono i contorni dei clasti. Questo tipo di saldatura richiede tuttavia viscosità estremamente basse che si verificano solo nei magmi peralcalini.

Dal momento che esistono depositi non saldati o con basso grado di saldatura e altri con alto grado di saldatura senza alcuna relazione con il loro spessore, si ritiene che il carico possa essere ininfluente su prodotti deposti a bassa temperatura.

I prodotti da flusso possono saldarsi anche prima di essere sedimentati, se sono addensati alla base di un flusso stratificato per densità e se la loro temperatura è sufficientemente alta da agglutinarli quando vengono in contatto.

Dal momento che il materiale viene sedimentato dallo strato basale, se questo è costituito da clasti agglutinati, il deposito risulterà saldato per un processo continuo che avviene durante il passaggio del flusso.

Le variazioni nel grado di saldatura nel deposito di un singolo flusso riflettono la condizione del sistema di sedimentazione (lo strato basale), al variare dell'alimentazione alla bocca e delle condizioni di moto del flusso.

La saldatura è un processo frequente nei depositi da flusso, ma può verificarsi anche in depositi da caduta, soprattutto per effetto del carico. Eventuali colate di lava possono saldare e deformare plasticamente i frammenti vetrosi di un deposito da caduta sottostante. Questo processo secondario porta alla formazione di una roccia vulcanica (detta sintered tuff), molto simile ai depositi saldati da flusso.

I piroclasti da caduta possono deformarsi e saldarsi se si accumulano quando sono ancora caldi. I depositi di questo tipo sono chiamati tufi fusi o eutaxiti. Generalmente si formano quando la colonna eruttiva è bassa e i prodotti non disperdono completamente il loro calore nel breve tragitto aereo.

I piroclasti da caduta saldati sono frequenti quando derivano da magmi a bassa viscosità, come quelli peralcalini.

Fiamme

Le fiamme sono piroclasti con forme allungate e schiacciate, dispersi nella matrice e generalmente di colore più scuro rispetto a questa. La presenza di fiamme è una caratteristica dei depositi dei flussi piroclastici e derivano da pomici e frammenti vetrosi deformati per compattazione.

In una saldatura incipiente, si appiattiscono solo i clasti più grandi che hanno conservato una maggiore quantità di calore, mentre nelle fasi estreme, l'appiattimento interessa anche la matrice vetrosa.

La formazione delle fiamme è più frequente nelle zone inferiori di un deposito, dove i clasti subiscono la pressione del materiale soprastante. Nel deposito di uno stesso flusso, è facile trovare fiamme alla base e piroclasti indeformati verso l'alto.

La pressione del carico provoca deformazioni della forma fino alla scomparsa completa dei vacuoli e, in sezione trasversale, molte fiamme si presentano come lenti di ossidiana nera, con bordi increspati. La formazione di un vetro denso e nero e la perdita della struttura bollosa dei piroclasti vescicolati, sono il prodotto finale del processo di saldatura.

Le fiamme hanno una posizione generalmente parallela alla superficie del deposito, ma possono anche essere inclinate rispetto ai limiti dello strato in cui si trovano.

Questa disposizione (embriciatura), può essere causata da movimenti avvenuti nel deposito dopo la sedimentazione, ma può prodursi anche prima della deposizione, all'interno dello strato basale di un flusso piroclastico stratificato per densità.

Cristallizzazione e devitrificazione

La saldatura di un deposito piroclastico può essere intensificata da processi di cristallizzazione.

Un tipo di cristallizzazione si verifica quando i gas intrappolati nel flusso migrano verso l'alto e, dalla fase vapore, precipitano silice ed alcali. I minerali che cristallizzano dalla fase vapore (essenzialmente feldspati, tridimite e cristobalite) occupano i pori vuoti tra i granuli, soprattutto nella parte alta e meno compatta del deposito.

Un altro tipo di cristallizzazione secondaria consiste nella devitrificazione del materiale vetroso, anche questa frequente nella parte medio-alta dei depositi ignimbritici. Il processo è favorito dallo stato metastabile del vetro e produce la crescita di cristalli di quarzo e di alcali-feldspati, sia sodici che potassici.

Il primo stadio della devetrificazione è quello dell'idratazione (stadio vetroso), con lo sviluppo nel vetro di fratture poligonali racchiuse in una frattura curvilinea, detta fronte di idratazione.

Il secondo stadio produce le sferuliti, strutture fibrose radiali, con dimensioni da 1 a molti cm. A volte le sferuliti si concentrano in fasce e in allineamenti lungo la stratificazione del flusso.

Il terzo passaggio è lo stadio granofirico, dove si formano piccoli e uniformi aggregati di quarzo e feldspati ricristallizzati.

La devetrificazione produce nella roccia una struttura granulare che si sovrappone alla tessitura originale e conferisce al deposito una colorazione rossastra, marrone o porpora che contrasta con la parte inferiore scura e vetrosa.

A volte, in un tufo devitrificato si ha la crescita di quarzo afanitico-feldspatico con la preservazione della tessitura pomicea, mentre in altri casi la tessitura viene completamente cancellata.