Vulkaninė uoliena (moksliniuose tekstuose dažnai vadinama vulkanitu) – uoliena, susidariusi ugnikalnių išsiveržimų metu, kai magma pasiekia Žemės paviršių ir sustingsta. Ši sąvoka nėra visiškai griežta, nes gamtoje vulkaninės uolienos palaipsniui pereina į negiliai susidariusias hipabizines bei metamorfinės kilmės uolienas, o jų medžiaga gali tapti ir nuosėdinių uolienų sudėtine dalimi. Dėl to geologijoje vulkaninės ir hipabizinės uolienos ne visada aiškiai atskiriamos.
Kai kurios vulkaninės kilmės uolienos, ypač susiformavusios senaisiais geologiniais laikotarpiais, vėliau gali būti pakitusios dėl metamorfizmo. Tokios uolienos vadinamos metavulkanitais. Sprogstamųjų išsiveržimų metu susidarančios vulkaninės kilmės nuolaužos ir nuosėdos apibūdinamos kaip piroklastinės.
Vulkaninės uolienos yra plačiai paplitusios Žemės paviršiuje, ypač vandenynų dugne. Sausumoje jos daugiausia paplitusios litosferinių plokščių sandūrose ir didelėse bazaltų srityse. Manoma, kad jos dengia apie 8 % Žemės sausumos paviršiaus.
Savybės
Susidarymo aplinka ir dalelių dydis
Pagal susidarymo būdą vulkaninės uolienos skirstomos į dvi pagrindines grupes: susidariusias iš lavos ir susidariusias iš fragmentinės medžiagos, išmestos sprogstamųjų išsiveržimų metu. Šis skirstymas glaudžiai susijęs su dalelių dydžiu ir išsiveržimo pobūdžiu.
Lava – į Žemės paviršių išsiveržusi magma, kuri atvėsusi sudaro vientisas vulkanines uolienas, pavyzdžiui, bazaltą, andezitą ar riolitą. Lavos srautų savybes lemia magmos klampumas, temperatūra ir dujų kiekis. Dažniausiai išskiriami du lavos srautų tipai: skystesnė, lygaus paviršiaus pahojė ir klampesnė, šiurkštaus paviršiaus a'a lava.
Tefra – sprogstamųjų išsiveržimų metu išmesta fragmentinė medžiaga, klasifikuojama pagal dalelių dydį:
- vulkaninės bombos ir blokai – stambūs (>64 mm) fragmentai;
- lapiliai – vidutinio dydžio (2–64 mm) piroklastai;
- vulkaniniai pelenai – smulkios (<2 mm) dalelės, sudarytos iš uolienų, mineralų ir vulkaninio stiklo.
Dalelių dydis ir išsiveržimo sąlygos lemia tefros sklidimą, kaupimąsi ir iš jos susidarančių uolienų savybes.
Piroklastinės uolienos
Sukietėjusios piroklastinės nuosėdos sudaro piroklastines uolienas – tufą, lapilinį tufą ar piroklastinę brekčiją. Jų pavadinimai paprastai atspindi vyraujantį fragmentų dydį ir sudėtį, o sandara susijusi su sprogstamaisiais išsiveržimais.
Tekstūra
Vulkaninės uolienos dažniausiai yra smulkiagrūdės arba afanitinės, nes lava paviršiuje greitai atvėsta. Jose neretai pasitaiko stambesnių kristalų – fenokristalų, išsiskiriančių smulkioje pagrindinėje masėje ir kartais matomų plika akimi. Tokia sandara vadinama porfyrine.
Daugeliui vulkaninių uolienų būdinga porėta tekstūra, susidariusi dėl magmoje buvusių dujų paliktų ertmių. Itin porėta vulkaninė uoliena yra pemza, kuri susidaro sprogstamųjų išsiveržimų metu.
Cheminė sudėtis
Nors vulkaninės uolienos pasižymi įvairiomis tekstūromis, jų klasifikacijoje svarbiausia laikoma cheminė sudėtis. Taip yra todėl, kad iš tos pačios magmos, priklausomai nuo aušimo sąlygų ir kristalizacijos eigos, gali susidaryti skirtingos tekstūros ir mineraloginės sudėties uolienos.
Plačiausiai taikoma TAS (bendrojo šarmų–silicio) klasifikacija, grindžiama silicio dioksido (SiO2) ir bendrojo šarmų kiekio (Na2O + K2O) masės procentais. Pagal šiuos rodiklius vulkaninės uolienos priskiriamos atitinkamiems TAS diagramos laukams. Ultramafinėms uolienoms ir karbonatitams taikomos atskiros klasifikacijos, nes šios uolienos tarp vulkaninių pasitaiko retai.
Pagal cheminę sudėtį vulkaninės uolienos taip pat skirstomos į subšarmines, šarmines ir peršarmines. Peršarminėms uolienoms būdingas didesnis šarmų kiekis nei aliuminio oksido, todėl jose susidaro specifiniai mineralai, pavyzdžiui, natrio piroksenai ar amfibolai.
Vulkaninių uolienų cheminė sudėtis priklauso nuo dviejų pagrindinių veiksnių: pradinės magmos sudėties ir pokyčių, vykstančių jai vėstant ir stingstant. Vėstant magmai, vieni mineralai kristalizuojasi anksčiau nei kiti ir „atsiskiria“ nuo likusios magmos, todėl jos sudėtis palaipsniui kinta ir tampa turtingesnė silicio dioksidu.
Daugumos ugnikalnių magmos pradinis tipas yra bazaltinis. Tolimesnėje jos raidoje paprastai išskiriamos dvi pagrindinės kryptys: subšarminė (apimanti toleitinę ir kalkšarminę) ir šarminė.
Mineralogija
Daugumai vulkaninių uolienų būdinga panaši pagrindinių mineralų sudėtis, glaudžiai susijusi su jų chemine sudėtimi. Magmos diferenciacijos metu, daugiausia vykstant frakcinei kristalizacijai, didėja silicio dioksido kiekis, todėl labiau evoliucionavusiose vulkaninėse uolienose vyrauja silicio turtingi mineralai – lauko špatai, kvarco atmainos ir muskovitas.
Primityvesnėse vulkaninėse uolienose dažnesni mažesnio silicio kiekio mineralai, pavyzdžiui, olivinas ir piroksenai. Dažniausių vulkaninių uolienų mineralų kristalizacijos seką apibūdina Boveno reakcijų serija.
Kartais magma gali įtraukti kristalus, susidariusius iš kitos magmos. Tokie svetimos kilmės kristalai vadinami ksenokristalais. Gerai žinomas pavyzdys – deimantai kimberlituose, kurie nėra susidarę pačioje magmoje, bet atnešti iš gilesnių Žemės gelmių.
Pavadinimai
Vulkaninių uolienų pavadinimai paprastai siejami su jų chemine sudėtimi ir tekstūra. Bazaltas yra viena labiausiai paplitusių vulkaninių uolienų, pasižyminti mažu silicio dioksido kiekiu. Riolitas, priešingai, turi daug silicio dioksido ir savo chemine sudėtimi yra artimas granitui, o bazaltas – gabrui. Tarpinės sudėties vulkaninėms uolienoms priskiriami andezitas, dacitas, trachitas ir latitas.
Piroklastinės uolienos susidaro sprogstamųjų išsiveržimų metu iš vulkaninės kilmės tefros, o tarp dažniausiai minimų šios grupės uolienų yra tufas ir ignimbritas.
Kai kurios negiliai susiformavusios intruzinės uolienos, kurių sandara artima vulkaninėms, laikomos pereinamosiomis ir priskiriamos subvulkaninėms.
Sudėtis ir vidinė sandara
Iš vulkaninės lavos susidariusios uolienos vadinamos vulkaninėmis magminėmis uolienomis, siekiant jas atskirti nuo plutoninių, susiformavusių giliai Žemės gelmėse. Skirtingų ugnikalnių lavai atvėsus, šių uolienų išvaizda ir sudėtis gali labai skirtis. Greitai atvėsusi riolitinė lava gali sudaryti stiklišką obsidianą, o dujomis prisotinta lava – porėtą pemzą. Lėčiau vėsdama ta pati lava virsta tankia kristaline uoliena – riolitu.
Greitai vėstančios lavos dažniausiai sudaro smulkiagrūdes arba beveik nekristalines uolienas. Išsiveržimo metu iš lavos pasišalinus dujoms, joje dažnai susidaro poros, kurios vėliau gali užsipildyti mineralais ir sudaryti amigdaloidinę struktūrą. Tekant lavai, kristalai ir uolienos masė gali išsidėstyti tekėjimo kryptimi, sudarydami tekėjimo struktūrą.
Daugelyje vulkaninių uolienų dalis kristalų susiformuoja dar iki lavos išsiliejimo paviršiuje. Tokie stambesni kristalai, įaugę į smulkesnę pagrindinę masę, vadinami fenokristalais ir lemia porfyrinę uolienų sandarą. Jei lava atvėsta itin greitai, kristalai nespėja susidaryti ir uoliena išlieka beveik visiškai stikliška.
Stikliškose vulkaninėse uolienose kartais aptinkama sferolitinė arba perlitinė struktūra, susijusi su greitu vėsimu ir uolienos susitraukimu. Šios struktūros padeda nustatyti susidarymo sąlygas, tačiau paprastai nėra lemiamos uolienų klasifikacijai.
Mechaninės savybės
Vulkaninių uolienų mechanines savybes lemia jų sudėtinga vidinė sandara. Porų ir mikroįtrūkių kiekis, kristalų dydis bei hidroterminiai pakitimai gali labai skirtis ir turi įtakos uolienų standumui, stiprumui bei deformacijos pobūdžiui.
Kaip ir kitoms Žemės plutos uolienoms, vulkaninėms uolienoms esant mažam slėgiui būdinga trapi deformacija, o didesniam slėgiui – plastiška. Trapi deformacija pasireiškia plyšių ir lūžių susidarymu, o plastiška – uolienos tankėjimu ar lokalizuotomis deformacijos zonomis. Šių savybių supratimas svarbus vertinant vulkaninius pavojus, pavyzdžiui, ugnikalnių šlaitų griūčių riziką.