Toba
Roca consolidada a partir de ceniza volcánica
Cara de acantilado de toba soldada llena de agujeros, algunos naturales, otros artificiales, del Monumento Nacional Bandelier , Nuevo México
Bloques de toba etruscos de una tumba en Banditaccia , Lacio , 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 formada por ceniza volcánica expulsada de un respiradero durante una erupción volcánica . Después de la expulsión y la deposición, la ceniza se litifica en una roca sólida. [1] [2] 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 toba (por ejemplo, arenisca tobacea ). [3] La toba compuesta de material volcánico arenoso puede denominarse arenisca volcánica . [4]

La toba es una roca relativamente blanda, por lo que se ha utilizado para la construcción desde la antigüedad. [5] Debido a que es común en Italia, los romanos la usaban a menudo para la construcción. [6] El pueblo Rapa Nui la utilizó para hacer la mayoría de las estatuas moai en la Isla de Pascua . [7]

La toba se puede clasificar 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 la denomina erróneamente toba, pero en realidad es una forma de travertino .

Ceniza volcánica

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

  1. Gases volcánicos , una mezcla compuesta 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)
  2. Lava , nombre del magma cuando emerge y fluye sobre la superficie.
  3. Tefra , partículas de material sólido de todas las formas y tamaños expulsadas y arrojadas por el aire.
Imagen de toba obtenida al microscopio óptico en una sección delgada (la dimensión longitudinal es de varios mm): las formas curvas de los fragmentos de vidrio alterados (fragmentos de ceniza) están bien conservadas, aunque el vidrio está parcialmente alterado. Las formas se formaron alrededor de burbujas de gas en expansión rico en agua.

La tefra se forma cuando el magma dentro del volcán es destrozado por la rápida expansión de los gases volcánicos calientes. El magma suele explotar cuando el gas disuelto en él sale de la solución a medida que la presión disminuye cuando fluye hacia la superficie . Estas explosiones violentas producen partículas de material que pueden volar desde el volcán. Las partículas sólidas de menos de 2 mm de diámetro ( del tamaño de la arena o más pequeñas) se denominan ceniza volcánica. [8] [3]

Las cenizas volcánicas se dividen a su vez en cenizas finas, con tamaños de partículas menores de 0,0625 mm de diámetro, y cenizas gruesas, con tamaños de partículas 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. [3]

La composición de las cenizas volcánicas puede variar mucho, por lo que las tobas se clasifican además según la composición de las cenizas a partir de las cuales se formaron. Las cenizas del vulcanismo con alto contenido de sílice, en particular en los flujos de cenizas, consisten principalmente en fragmentos de vidrio volcánico , [9] [10] y la toba formada predominantemente a partir de fragmentos de vidrio se describe como toba vítrica. [11] Los fragmentos de vidrio suelen tener una forma irregular o son aproximadamente triangulares con lados convexos. Son las paredes rotas de innumerables pequeñas burbujas que se formaron en el magma a medida que los gases disueltos salían rápidamente de la solución. [12]

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. [11]

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. [13]

Transporte y litificación

La forma más directa de que la ceniza volcánica se aleje del respiradero es en forma de nubes de ceniza que forman parte de una columna de erupción . Estas caen a la superficie como depósitos de precipitación que, por lo general, están 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 y oleadas piroclásticas que, por lo general, están mal clasificadas y se acumulan en terrenos bajos. Los depósitos de oleadas a veces muestran estructuras sedimentarias típicas del flujo de alta velocidad, como dunas y antidunas . [14] La ceniza volcánica ya depositada en la superficie puede transportarse como flujos de lodo ( lahares ) cuando se mezcla con agua de lluvia o mediante erupción en un cuerpo de agua o hielo. [15]

Las partículas de ceniza volcánica que están lo suficientemente calientes se soldarán entre sí 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 en ella, se llama toba lapilli soldada . Las tobas soldadas (y las tobas lapilli soldadas) pueden tener su origen en la precipitación o depositarse a partir de flujos de ceniza, como en el caso de las ignimbritas . [16] Durante la soldadura, los fragmentos de vidrio y los fragmentos de piedra pómez se adhieren entre sí (estrechándose en los puntos de contacto), se deforman y se compactan entre sí, lo que da como resultado un tejido eutaxítico . [17] La ​​toba soldada es comúnmente riolítica en composición, pero se conocen ejemplos de todas las composiciones. [18] [19]

Una secuencia de flujos de cenizas puede constar de múltiples unidades de enfriamiento . Estas se pueden distinguir por el grado de soldadura. La base de una unidad de enfriamiento 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 arriba, 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 las áreas en las que el depósito es más delgado y con la distancia desde la fuente. [20]

Los flujos piroclásticos más fríos no están soldados y las capas de ceniza depositadas por ellos están relativamente no consolidadas. [17] 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, 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. [21]

Las tobas se clasifican además por su entorno de sedimentación, como toba lacustre, toba subaérea o toba submarina, o por el mecanismo por el cual se transportó la ceniza, como toba de precipitación o toba de flujo de ceniza. Las tobas reelaboradas, formadas por erosión y redeposición de depósitos de ceniza, generalmente se describen por el agente de transporte, como toba eólica o toba fluvial. [22]

  • Capas de toba radiactiva en Japón
    Capas de toba radiactiva en Japón
  • Rocas de la toba Bishop en California, sin soldar con piedra pómez a la izquierda, soldadas con piedra fiamme a la derecha
    Rocas de la toba Bishop en California , sin soldar con piedra pómez a la izquierda, soldadas con piedra fiamme a la derecha
  • Toba Bandelier en el cañón de San Diego, Nuevo México, EE. UU. El miembro inferior Otowi es una única unidad de enfriamiento masiva, mientras que el miembro superior Tshirege está compuesto por múltiples unidades de enfriamiento.
    Toba Bandelier en el cañón de San Diego, Nuevo México, EE. UU. El miembro inferior Otowi es una única unidad de enfriamiento masiva, mientras que el miembro superior Tshirege está compuesto por múltiples unidades de enfriamiento.

Ocurrencias

Las tobas tienen el potencial de depositarse dondequiera que haya vulcanismo explosivo y, por lo tanto, tienen una amplia distribución en ubicación y edad. [23]

Vulcanismo de alto contenido de sílice

Las tobas de riolita contienen fragmentos vítreos y pumíceos y pequeñas escorias con cuarzo , feldespato alcalino , biotita , etc. Islandia, [24] Lipari, [25] Hungría, [26] la cuenca y cordillera del suroeste americano y Nueva Zelanda [27] se encuentran entre las áreas donde estas tobas son prominentes. En las rocas antiguas de Gales , [28] Charnwood , [29] etc., se conocen tobas similares, pero en todos los casos, están muy modificadas por la silicificación (que las ha llenado de ópalo , calcedonia y cuarzo) y por la desvitrificación. [30] La presencia frecuente de cristales de cuarzo corroídos redondeados, como los que se encuentran en las lavas riolíticas, ayuda a demostrar su naturaleza real. [8]

Las ignimbritas soldadas pueden ser muy voluminosas, como la toba Lava Creek que surgió de la caldera de Yellowstone en Wyoming hace 631.000 años. Esta toba tenía un volumen original de al menos 1.000 kilómetros cúbicos (240 millas cúbicas). [31] Se sabe que la toba Lava Creek es al menos 1000 veces más grande que los depósitos de la erupción de 1980 del Monte Santa Helena , y tenía un índice de explosividad volcánica (VEI) de 8, mayor que cualquier erupción conocida en los últimos 10.000 años. [32] Las tobas de flujo de ceniza cubren 7.000 kilómetros cuadrados (2.700 millas cuadradas) de la Isla Norte de Nueva Zelanda y alrededor de 100.000 kilómetros cuadrados (39.000 millas cuadradas) de Nevada . Las tobas de flujo de ceniza son el único producto volcánico con volúmenes que rivalizan con los de los basaltos de inundación . [27]

La bentonita de Tioga del noreste de los Estados Unidos varía en composición desde toba cristalina hasta pizarra tobácea. Se depositó como ceniza transportada por el viento que cayó sobre el mar y se asentó en el fondo. Es de edad devónica y probablemente proviene de un respiradero en el centro de Virginia , donde la toba alcanza su espesor máximo de unos 40 metros (130 pies). [33]

Vulcanismo alcalino

Las tobas de traquita contienen poco o nada de cuarzo, pero sí mucha sanidina o anortoclasa y, a veces, feldespato oligoclasa, con biotita, augita y hornblenda ocasionales. Con la meteorización, a menudo cambian a arcillas blandas rojas o amarillas , ricas en caolín con cuarzo secundario. [8] Se han encontrado tobas de traquita recientes en el Rin (en Siebengebirge ), [34] en Ischia [35] y cerca de Nápoles . [36] Se han identificado tobas de traquita-carbonatita en el Rift de África Oriental . [37] Se han reportado tobas de cristales alcalinos en Río de Janeiro . [38]

Vulcanismo intermedio

Las tobas andesíticas son sumamente comunes. Se encuentran a lo largo de toda la cadena de las Cordilleras [39] [40] y los Andes [41], en las Indias Occidentales , Nueva Zelanda [42] , Japón [43] , etc. En el Distrito de los Lagos [44] , 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 cuanto al color, son rojas o marrones; 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; sin embargo, en secciones microscópicas, 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 antiguas tobas tienen un parecido total con los modernos yacimientos de cenizas de Cotopaxi , Krakatoa y Monte Pelé. [8]

Vulcanismo máfico

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

El vulcanismo máfico suele adoptar la forma de erupciones hawaianas que no son explosivas y producen poca ceniza. [45] Sin embargo, la interacción entre el magma basáltico y el agua subterránea o el agua del mar da lugar a explosiones hidromagmáticas que producen abundante ceniza. Estas depositan conos de ceniza que posteriormente pueden cementarse en conos de toba. Diamond Head, Hawaii , 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 altera rápidamente en palagonita como parte del proceso de litificación. [46]

Aunque el vulcanismo máfico convencional produce poca ceniza, la ceniza que se forma puede acumularse localmente en forma de depósitos importantes. Un ejemplo es la ceniza de Pahala de la isla de Hawái , que localmente tiene un espesor de hasta 15 metros (49 pies). Estos depósitos también se transforman rápidamente en palagonita y, con el tiempo, se erosionan hasta convertirse en laterita . [47]

Las tobas basálticas también se encuentran en Skye , Mull , Antrim y otros lugares donde se encuentran rocas volcánicas del Paleógeno ; en Escocia, Derbyshire e Irlanda entre los estratos carboníferos 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 grosor, algunas están llenas de bombas esponjosas redondas de un pie o más de diámetro; y como a menudo son submarinas, pueden contener esquisto, arenisca, grava y otros materiales sedimentarios, y ocasionalmente son fosilíferas. Tobas basálticas recientes se encuentran en Islandia , Islas Feroe , Jan Mayen , Sicilia, Islas Hawaianas , Samoa , etc. Cuando se meteorizan, se rellenan de calcita, clorita, serpentina y, especialmente donde las lavas contienen nefelina o leucita , suelen ser ricas en zeolitas , como analcita , prehnita , natrolita , escolecita , chabasita , heulandita , etc. [8]

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 . [48]

Kimberlitas

Entre los yacimientos de toba ultramáfica se incluyen depósitos superficiales de kimberlita en maares en los yacimientos de diamantes del sur de África y otras regiones. La variedad principal de kimberlita es una brecha de color verde azulado oscuro, rica en serpentinas (fondo azul) que, cuando se oxida y meteoriza por completo, se convierte en una masa friable de color marrón o amarillo (el "fondo amarillo"). [8] Estas brechas se emplazaron como mezclas de gas y sólido y, por lo general, se conservan y extraen en diatremas que forman estructuras intrusivas similares a tubos. En profundidad, algunas brechas de kimberlita se degradan hasta convertirse en zonas de raíces de diques hechos de roca no fragmentada. En la superficie, pueden aparecer tobas ultramáficas en depósitos de maares. Debido a que las kimberlitas son la fuente ígnea más común de diamantes, se han estudiado en detalle las transiciones de maares a diatremas y a diques de zona de raíces. La kimberlita en facies diatrema se denomina más apropiadamente brecha ultramáfica en lugar de toba.

Komatiitas

Las tobas de komatiita se encuentran, por ejemplo, en los cinturones de piedra verde de Canadá y Sudáfrica. [49] [50]

Plegamiento y metamorfismo

Restos de las antiguas murallas servias de Roma, hechas de bloques de toba
Muro de contención del siglo XIX construido con toba de Brisbane , ciudad de Brisbane

Con el tiempo, los depósitos de toba pueden sufrir cambios distintos a la meteorización. A veces, se ven afectados por plegamientos y se cortan y se henden . Muchas de las pizarras verdes del Distrito de los Lagos de Inglaterra son cenizas finamente hendidas. En el bosque de Charnwood , las tobas también son pizarrosas y hendidas. El color verde se debe al gran desarrollo de clorita. Entre los esquistos cristalinos de muchas regiones, se encuentran los lechos verdes o esquistos verdes, que consisten en cuarzo, hornblenda, clorita o biotita, óxidos de hierro , feldespato, etc., y probablemente son tobas recristalizadas o metamorfoseadas . A menudo acompañan a masas de epidiorita y esquistos de hornblenda, que son las lavas y los sills correspondientes . Algunos esquistos de clorita también son probablemente lechos alterados de toba volcánica. Los "Schalsteins" de Devon y Alemania incluyen muchos estratos de cenizas hendidas y parcialmente recristalizadas, algunos de los cuales aún conservan su estructura fragmentaria, aunque sus lapilli están aplanados y alargados. Sus cavidades de vapor suelen estar llenas de calcita, pero a veces de cuarzo. Las formas más completamente alteradas de estas rocas son esquistos cloríticos laminares y verdes; en estos, sin embargo, las estructuras que indican su naturaleza volcánica original sólo aparecen de forma esporádica. Se trata de etapas intermedias entre las tobas hendidas y los esquistos cristalinos. [8]

Importancia

El principal valor económico de la toba es su uso como material de construcción. En el mundo antiguo, su relativa blandura hacía que se utilizara habitualmente para la construcción allí donde estaba disponible. [5]

Italia

La toba es común en Italia y los romanos la utilizaron para muchos edificios y puentes. [6] Por ejemplo, todo el puerto de la isla de Ventotene (aún en uso) fue tallado en toba. La Muralla Serviana , construida para defender la ciudad de Roma en el siglo IV a. C., también está construida casi en su totalidad con toba. [51] Los romanos también cortaron la toba en pequeñas piedras rectangulares que usaron para crear muros en un patrón conocido como opus reticulatum . [52]

El peperino, que se ha utilizado en Roma y Nápoles como piedra de construcción, es una toba traquita . La 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 no siempre de carácter idéntico. En la arquitectura histórica de Nápoles, la toba amarilla napolitana es el material de construcción más utilizado. [53] La toba ignimbrita piperno también se utilizó ampliamente en Nápoles y Campania.

Alemania

En la región de Eifel , en Alemania, se ha trabajado extensamente una toba traquítica y pómez llamada trass como mortero hidráulico . [8] La toba de la región de Eifel, en Alemania, se ha utilizado ampliamente para la construcción de estaciones de ferrocarril y otros edificios en Frankfurt, Hamburgo y otras grandes ciudades. [54] La construcción con pórfido de Rochlitz se puede ver en el portal esculpido de estilo manierista fuera de la entrada de la capilla en el castillo de Colditz . [55] El nombre comercial de pórfido de Rochlitz es la designación tradicional de una piedra dimensional de Sajonia con una historia arquitectónica de más de 1000 años en Alemania. Las canteras están ubicadas cerca de Rochlitz. [56]

Estados Unidos

El depósito de residuos nucleares de Yucca Mountain , una instalación de almacenamiento terminal del Departamento de Energía de los EE. UU. para reactores nucleares usados ​​y otros desechos radiactivos, se encuentra en toba e ignimbrita en la provincia de Basin and Range en Nevada . [57] En Napa Valley y Sonoma Valley , California , se excavan rutinariamente áreas hechas de toba para almacenar barriles de vino. [58]

Rapa Nui

La toba 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 . [7]

Armenia

La toba se utiliza ampliamente en Armenia y en la arquitectura armenia . [59] Es el tipo de piedra dominante utilizado en la construcción en la capital de Armenia , Ereván , [60] [61] Gyumri , la segunda ciudad más grande de Armenia, y Ani , la capital medieval del país, ahora en Turquía. [62] Un pequeño pueblo en Armenia fue rebautizado Tufashen (literalmente "pueblo de toba") en 1946. [63]

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, sobre 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 cuaternaria . Los estratos de toba individuales pueden ser "huellas dactilares" por su composición química y conjuntos de fenocristales. [65] Las edades absolutas de los estratos de toba pueden determinarse mediante la datación por K-Ar , Ar-Ar o carbono-14 . [66] Los granos de circón que se encuentran en muchas tobas son muy duraderos y pueden sobrevivir incluso al metamorfismo de la toba anfitriona a esquisto, lo que permite asignar edades absolutas a rocas metamórficas antiguas. Por ejemplo, la datación de circones en un estrato de toba metamorfoseado en la Formación Pilar proporcionó algunas de las primeras pruebas de la orogenia Picuris . [67]

Etimología

La palabra toba se deriva del italiano tufo . [68]

Véase también

  • Bentonita  – Tipo roca o arcilla hinchable absorbente
  • Toba de Brisbane
  • Textura eutáxica  : textura estratificada o bandeada en algunos cuerpos de roca extrusiva.
  • Sillar  – Variedad de riolita que contiene fragmentos de andesita
  • Tuffita  : Toba que contiene materiales piroclásticos y detríticos.
  • Ignimbrita  – Tipo de roca volcánica, un tipo de toba soldada.

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  • Medios relacionados con Tuff en Wikimedia Commons
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