Toba
Toba es un tipo de roca hecha de cenizas volcánicas expulsadas por un respiradero durante una erupción volcánica. Después de la expulsión y la deposición, la ceniza se litifica en una roca sólida. La roca que contiene más del 75 % de ceniza se considera toba, mientras que la roca que contiene entre un 25 % y un 75 % de ceniza se describe como tuffaceous (por ejemplo, arenisca tobácea). La toba compuesta de material volcánico arenoso puede denominarse arenisca volcánica.
La toba es una roca relativamente blanda, por lo que se ha utilizado para la construcción desde la antigüedad. Debido a que es común en Italia, los romanos lo usaban a menudo para la construcción. El pueblo Rapa Nui lo usó para hacer la mayoría de las estatuas moai en la Isla de Pascua.
La toba se puede clasificar como roca ígnea o sedimentaria. Por lo general, se estudia en el contexto de la petrología ígnea, aunque a veces se describe utilizando términos sedimentológicos.
La toba se suele denominar erróneamente toba en las guías y en los programas de televisión.
Ceniza volcánica
El material que se expulsa en una erupción volcánica se puede clasificar en tres tipos:
- Gases volcánicos, una mezcla hecha principalmente de vapor, dióxido de carbono y un compuesto de azufre (ya sea dióxido de azufre, SO2, o sulfuro de hidrógeno, H2S, dependiendo de la temperatura)
- Lava, el nombre del magma cuando emerge y fluye sobre la superficie
- Tephra, partículas de material sólido de todas las formas y tamaños expulsadas y lanzadas a través del aire
La tefra se produce cuando el magma del interior del volcán se desintegra debido a la rápida expansión de los gases volcánicos calientes. El magma comúnmente explota cuando el gas disuelto en él sale de la solución a medida que la presión disminuye cuando fluye hacia la superficie. Estas violentas explosiones producen partículas de material que luego pueden salir volando del volcán. Las partículas sólidas de menos de 2 mm de diámetro (del tamaño de la arena o más pequeñas) se denominan cenizas volcánicas.
La ceniza volcánica se divide a su vez en ceniza fina, con partículas de tamaño inferior a 0,0625 mm de diámetro, y ceniza gruesa, con partículas de tamaño entre 0,0625 mm y 2 mm de diámetro. La toba se divide correspondientemente 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 llama lapillistone (partículas de 2 mm a 64 mm de diámetro) o aglomerado o brecha piroclástica (partículas de más de 64 mm de diámetro) en lugar de toba.
La ceniza volcánica puede variar mucho en composición, por lo que las tobas se clasifican además según la composición de la ceniza a partir de la cual se formaron. La ceniza del vulcanismo con alto contenido de sílice, particularmente en los flujos de ceniza, consiste principalmente en fragmentos de vidrio volcánico, y la toba formada predominantemente a partir de fragmentos de vidrio se describe como toba vítrica. Los fragmentos de vidrio suelen tener una forma irregular o son aproximadamente triangulares con lados convexos. Son las paredes rotas de innumerables burbujas pequeñas que se formaron en el magma cuando los gases disueltos salieron rápidamente de la solución.
Las tobas formadas a partir de cenizas que consisten predominantemente en cristales individuales se describen como tobas cristalinas, mientras que las formadas a partir de cenizas que consisten predominantemente en fragmentos de roca pulverizada se describen como tobas líticas.
La composición química de las cenizas volcánicas refleja toda la gama de la química de las rocas volcánicas, desde las cenizas riolíticas con alto contenido de sílice hasta las cenizas basálticas con bajo contenido de sílice, y las tobas también se describen como riolíticas, andesíticas, basálticas, etc.
Transporte y litificación
La forma más sencilla de que las cenizas volcánicas se alejen de la chimenea es como nubes de cenizas que forman parte de una columna de erupción. Estos caen a la superficie como depósitos de lluvia radiactiva que están característicamente bien clasificados y tienden a formar una capa de espesor uniforme en todo el terreno. El colapso de la columna da como resultado una forma de transporte más espectacular y destructiva, que toma la forma de flujos piroclásticos y oleadas que, característicamente, están mal clasificados y se acumulan en terrenos bajos. Los depósitos de oleaje a veces muestran estructuras sedimentarias típicas del flujo de alta velocidad, como dunas y antidunas. Las cenizas volcánicas ya depositadas en la superficie pueden transportarse como flujos de lodo (lahares) cuando se mezclan con agua de lluvia o mediante erupción en un cuerpo de agua o hielo.
Las partículas de ceniza volcánica que están lo suficientemente calientes se unirán después de asentarse en la superficie, produciendo una toba soldada. La soldadura requiere temperaturas superiores a los 600 °C (1100 °F). Si la roca contiene fragmentos dispersos del tamaño de un guisante o fiamme, se llama toba lapilli soldada. Las tobas soldadas (y las tobas lapilli soldadas) pueden ser de origen radiactivo o depositadas a partir de flujos de ceniza, como en el caso de las ignimbritas. Durante la soldadura, los fragmentos de vidrio y los fragmentos de piedra pómez se adhieren (estrangulamiento en los puntos de contacto), se deforman y se compactan entre sí, lo que da como resultado una tela eutaxítica. La toba soldada es comúnmente de composición riolítica, pero se conocen ejemplos de todas las composiciones.
Una secuencia de flujos de ceniza puede consistir en múltiples unidades de enfriamiento. Estos se pueden distinguir por el grado de soldadura. La base de una unidad de refrigeración normalmente 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 el centro del flujo. La soldadura disminuye hacia la parte superior de la unidad de enfriamiento, donde la unidad se enfría más rápidamente. La intensidad de la soldadura también puede disminuir hacia áreas en las que el depósito es más delgado y con la distancia de la fuente.
Los flujos piroclásticos más fríos no están soldados y las hojas de ceniza depositadas por ellos están relativamente no consolidadas. Sin embargo, la ceniza volcánica enfriada puede litificarse rápidamente porque generalmente tiene un alto contenido de vidrio volcánico. Este es un material termodinámicamente inestable que reacciona rápidamente con el agua subterránea o el agua de mar, lo que lixivia los metales alcalinos y el calcio del vidrio. Nuevos minerales, como zeolitas, arcillas y calcita, cristalizan a partir de las sustancias disueltas y cementan la toba.
Las tobas se clasifican además por su entorno de depósito, como toba lacustre, toba subaérea o toba submarina, o por el mecanismo por el cual se transportó la ceniza, como toba de caída o toba de flujo de ceniza. Las tobas reelaboradas, formadas por erosión y redeposición de depósitos de ceniza, suelen ser descritas por el agente de transporte, como toba eólica o toba fluvial.
Capas de tuf en Japón
Rocas de la tuff del obispo en California, sin dar la bienvenida a la izquierda, soldada con fiamme a la derecha
Bandelier Tuff en San Diego Canyon. El miembro inferior de Otowi es una unidad única de refrigeración masiva, mientras que el miembro superior de Tshirege está compuesto por múltiples unidades de refrigeración.
Ocurrencias
Las tobas tienen el potencial de depositarse dondequiera que tenga lugar un vulcanismo explosivo y, por lo tanto, tienen una amplia distribución en cuanto a ubicación y antigüedad.
Volcanismo con alto contenido de sílice
Las tobas de riolita contienen fragmentos vítreos y pómez y pequeñas escorias con cuarzo, feldespato alcalino, biotita, etc. Islandia, Lipari, Hungría, la Cuenca y la Cordillera del suroeste de Estados Unidos y Nueva Zelanda se encuentran entre las áreas donde estas tobas son prominentes.. En las rocas antiguas de Gales, Charnwood, etc., se conocen tobas similares, pero en todos los casos muy alteradas por la silicificación (que las ha llenado de ópalo, calcedonia y cuarzo) y por la desvitrificación. La presencia frecuente de cristales de cuarzo corroídos redondeados, como ocurre en las lavas riolíticas, ayuda a demostrar su verdadera naturaleza.
Las ignimbritas soldadas pueden ser muy voluminosas, como la lava Creek Tuff que surgió de la caldera de Yellowstone en Wyoming hace 631 000 años. Esta toba tenía un volumen original de al menos 1000 kilómetros cúbicos (240 cu mi). Se sabe que la toba de Lava Creek es al menos 1000 veces más grande que los depósitos de la erupción de 1980 del Monte St. Helens, y tenía un Índice de Explosividad Volcánica (VEI) de 8, mayor que cualquier erupción conocida en los últimos 10,000 años. Las tobas de flujo de ceniza cubren 7.000 kilómetros cuadrados (2.700 sq mi) de la Isla Norte de Nueva Zelanda y alrededor de 100 000 kilómetros cuadrados (39 000 sq mi) de Nevada. Las tobas de flujo de ceniza son el único producto volcánico con volúmenes que rivalizan con los de los basaltos de inundación.
La Tioga Bentonita del noreste de los Estados Unidos varía en composición desde toba cristalina hasta esquisto tobáceo. Se depositó como ceniza arrastrada por el viento que cayó sobre el mar y se depositó en el fondo. Tiene una edad devónica y probablemente provenga de un respiradero en el centro de Virginia, donde la toba alcanza su espesor máximo de unos 40 metros (130 pies).
Volcanismo alcalino
Las tobas de traquita contienen poco o nada de cuarzo, pero mucha sanidina o anortoclasa y, a veces, feldespato oligoclasa, con biotita, augita y hornblenda ocasionales. Con la meteorización, a menudo cambian a arcillas rojas o amarillas blandas, ricas en caolín con cuarzo secundario. Se encuentran tobas de traquita recientes en el Rin (en Siebengebirge), en Ischia y cerca de Nápoles. Se han identificado tobas de traquita-carbonatita en el Rift de África Oriental. Se han informado tobas cristalinas alcalinas en Río de Janeiro.
Volcanismo intermedio
Las tobas andesíticas son extremadamente comunes. Ocurren a lo largo de toda la cadena de las Cordilleras y los Andes, en las Indias Occidentales, Nueva Zelanda, Japón, etc. En el Distrito de los Lagos, Gales del Norte, Lorne, Pentland Hills, Cheviots y muchos otros distritos de Gran Bretaña, antiguos rocas de naturaleza exactamente similar son abundantes. En color, son de color rojo o marrón; sus fragmentos de escoria son de todos los tamaños, desde enormes bloques hasta diminutos polvos granulares. Las cavidades están llenas de muchos minerales secundarios, como calcita, clorita, cuarzo, epidota o calcedonia; en secciones microscópicas, sin embargo, la naturaleza de la lava original casi siempre se puede distinguir 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 tobas antiguas tienen un parecido total con los modernos lechos de ceniza de Cotopaxi, Krakatoa y Mont Pelé.
Volcanismo máfico
El vulcanismo máfico suele adoptar la forma de erupciones hawaianas que no son explosivas y producen poca ceniza. Sin embargo, la interacción entre el magma basáltico y el agua subterránea o de mar da como resultado explosiones hidromagmáticas que producen abundante ceniza. Estos depositan conos de ceniza que posteriormente pueden cementarse en conos de toba. Diamond Head, Hawái, es un ejemplo de un cono de toba, al igual que la isla de Ka'ula. La ceniza basáltica vítrea producida en tales erupciones se transforma rápidamente en palagonita como parte del proceso de litificación.
Aunque el vulcanismo máfico convencional produce poca ceniza, la ceniza que se forma puede acumularse localmente como depósitos significativos. Un ejemplo es la ceniza de Pahala de la isla de Hawái, que localmente tiene un espesor de 15 metros (49 pies). Estos depósitos también se transforman rápidamente en palagonita y eventualmente se meteorizan en laterita.
También se encuentran tobas basálticas en Skye, Mull, Antrim y otros lugares, donde se encuentran 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 tosquedad, algunas están llenas de bombas redondas y esponjosas de un pie o más de diámetro; y al ser a menudo submarinos, pueden contener esquisto, arenisca, arena y otros materiales sedimentarios, y ocasionalmente son fosilíferos. Las tobas basálticas recientes se encuentran en Islandia, las islas Feroe, Jan Mayen, Sicilia, las islas de Hawái, Samoa, etc. rico en zeolitas, como analcita, prehnita, natrolita, escolecita, chabazita, heulandita, etc.
Volcanismo 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.
Kimberlitas
Las ocurrencias de toba ultramáfica incluyen depósitos superficiales de kimberlita en maars en los campos de diamantes del sur de África y otras regiones. La principal variedad de kimberlita es una brecha rica en serpentina (fondo azul) de color verde azulado oscuro que, cuando se oxida completamente y se erosiona, se convierte en una masa friable de color marrón o amarillo (el "fondo amarillo"). Estas brechas se colocaron como mezclas gas-sólido y, por lo general, se conservan y extraen en diatremas que forman estructuras intrusivas similares a tuberías. En profundidad, algunas brechas de kimberlita se gradúan en las zonas de raíces de los diques hechos de roca no fragmentada. En la superficie, pueden ocurrir tobas ultramáficas en depósitos de maar. Debido a que las kimberlitas son la fuente ígnea más común de diamantes, se han estudiado en detalle las transiciones de maar a diatrema a diques en la zona de raíces. La kimberlita con facies de diatrema se denomina más correctamente brecha ultramáfica que toba.
Comatitas
Las tobas de komatiita se encuentran, por ejemplo, en los cinturones de piedra verde de Canadá y Sudáfrica.
Plegado y metamorfismo
Con el tiempo, los depósitos de toba pueden verse superados por cambios distintos a la meteorización. A veces, están involucrados en el plegado y se cortan y escinden. Muchas de las pizarras verdes del Distrito Inglés de los Lagos son cenizas finamente partidas. En Charnwood Forest también, las tobas son pizarrosas y partidas. El color verde se debe al gran desarrollo de clorita. Entre los esquistos cristalinos de muchas regiones se dan lechos verdes o esquistos verdes, que consisten en cuarzo, hornblenda, clorita o biotita, óxidos de hierro, feldespato, etc., y probablemente sean tobas recristalizadas o metamorfoseadas. A menudo acompañan a masas de epidiorita y hornblenda, esquistos que son las lavas y sills correspondientes. Algunos esquistos de clorita también son probablemente lechos alterados de toba volcánica. Los "Schalsteins" de Devon y Alemania incluyen muchos lechos de ceniza hendidos y parcialmente recristalizados, algunos de los cuales aún conservan su estructura fragmentaria, aunque sus lapilli están aplanados y estirados. Sus cavidades de vapor suelen estar llenas de calcita, pero a veces de cuarzo. Las formas más completamente alteradas de estas rocas son los esquistos cloríticos verdes laminares; en estos, sin embargo, las estructuras que indican su naturaleza volcánica original solo ocurren con moderación. Son estadios intermedios entre las tobas hendidas y los esquistos cristalinos.
Importancia
El principal valor económico de la toba es como material de construcción. En el mundo antiguo, la relativa suavidad de la toba significaba que se usaba comúnmente para la construcción donde estaba disponible. La toba es común en Italia, y los romanos la usaron para muchos edificios y puentes. Por ejemplo, todo el puerto de la isla de Ventotene (todavía en uso) fue tallado en toba. La Muralla de Servia, construida para defender la ciudad de Roma en el siglo IV a. C., también está construida casi en su totalidad con toba. Los romanos también cortaron la toba en pequeñas piedras rectangulares que usaron para crear muros en un patrón conocido como opus reticulatum.
El peperino, muy utilizado en Roma y Nápoles como piedra de construcción, es una toba de traquita. Puzolana también es una toba descompuesta, pero de carácter básico, obtenida originalmente cerca de Nápoles y utilizada como cemento, pero este nombre se aplica ahora a una serie de sustancias que no siempre tienen el mismo carácter. En la región de Eifel de Alemania, una toba pómez traquítica llamada trass se ha trabajado extensamente como mortero hidráulico.
La toba volcánica de la región de Eifel de Alemania se ha utilizado ampliamente para la construcción de estaciones de ferrocarril y otros edificios en Frankfurt, Hamburgo y otras grandes ciudades. La construcción utilizando el Rochlitz Porphyr, se puede ver en el portal esculpido de estilo manierista fuera de la entrada de la capilla en el Castillo de Colditz. El nombre comercial Rochlitz Porphyr es la designación tradicional de una piedra dimensional de Sajonia con una historia arquitectónica de más de 1000 años en Alemania. Las canteras se encuentran cerca de Rochlitz.
El depósito de desechos nucleares de Yucca Mountain, una instalación de almacenamiento terminal del Departamento de Energía de EE. UU. para reactores nucleares gastados y otros desechos radiactivos, se encuentra en toba e ignimbrita en la provincia de Basin and Range en Nevada. En Napa Valley y Sonoma Valley, California, las áreas hechas de toba se excavan rutinariamente para el almacenamiento de barriles de vino.
La toba volcánica de Rano Raraku fue utilizada por el pueblo Rapa Nui de la Isla de Pascua para hacer la gran mayoría de sus famosas estatuas moai.
Ahu Tongariki en Isla de Pascua, con 15 moai hechos de tuff del cráter Rano Raraku: El segundo moai de la derecha tiene un Pukao ("topknot") que está hecho de escoria roja.
El portal de tuff riolítico de la "casa de iglesia" en el Castillo de Colditz, Sajonia, diseñado por Andreas Walther II (1584)
En Armenia
La toba se usa mucho en Armenia y en la arquitectura armenia. Es el tipo de piedra dominante utilizado en la construcción en la capital de Armenia, Ereván, Gyumri, la segunda ciudad más grande de Armenia, y Ani, la capital medieval del país, ahora en Turquía. Un pequeño pueblo en Armenia pasó a llamarse Tufashen (literalmente "pueblo de toba") en 1946.
Casa de Gobierno de Armenia en la Plaza de la República de Ereván, construida con tuff amarillo
Iglesia del Santo Salvador en Gyumri, construida principalmente con tuff negro
![Cathedral of Ani, early 11th century, in the medieval Armenian capital of Ani (modern-day Turkey) was built in tuff[63]](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/34/Ani-Cathedral%2C_Ruine.jpeg/240px-Ani-Cathedral%2C_Ruine.jpeg)
Catedral de Ani, principios del siglo XI, en la capital armenia medieval de Ani (actual Turquía) fue construida en tuff
![Cathedral of Ani, early 11th century, in the medieval Armenian capital of Ani (modern-day Turkey) was built in tuff[63]](https://en.wikipedia.org/wiki/File:Ani-Cathedral,_Ruine.jpeg)
Tefrocronología
Las tobas se depositan geológicamente de forma instantánea y, a menudo, en una gran región. Esto los hace muy útiles como marcadores estratigráficos temporales. 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 lechos de toba individuales pueden ser "huellas dactilares" por su composición química y ensamblajes de fenocristales. Las edades absolutas de los lechos de toba se pueden determinar mediante datación K-Ar, Ar-Ar o carbono-14. Los granos de circón que se encuentran en muchas tobas son muy duraderos y pueden sobrevivir incluso al metamorfismo de la toba huésped en esquisto, lo que permite asignar edades absolutas a rocas metamórficas antiguas. Por ejemplo, la datación de circones en un lecho de toba metamorfoseada en la Formación Pilar proporcionó algunas de las primeras pruebas de la orogenia Picuris.
Etimología
La palabra tuff se deriva del italiano tufo.
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