Pyroklastisches Sediment

Fossile pyroklastische Brekzie, Grand-Teton-Nationalpark, Wyoming

Als Pyroklastische Sedimente, auch pyroklastische Ablagerungen oder Pyroklastika werden in der Vulkanologie Ablagerungen bezeichnet, die zu mehr als 75 % aus Pyroklasten bestehen. Die restlichen 25 % können aus anderen Gesteinen bestehen, zum Beispiel chemischen, biogenen oder klastischen Sedimentgesteinen.

Beschreibung

Pyroklasten sind (Gesteins-)Fragmente, die durch Zerreißen oder Zerbrechen (Fragmentierung) von Gestein oder Magma bei vulkanischen Eruptionen oder anderen vulkanischen Prozessen entstehen. Unverfestigte pyroklastische Ablagerungen werden Tephra (griech. Asche) genannt; überwiegend verfestigte pyroklastische Ablagerungen werden als pyroklastische Gesteine bezeichnet. Unterschiedliche Transport- und Ablagerungsprozesse der Pyroklasten können zur weiteren Untergliederung der pyroklastischen Sedimente benutzt werden. Neben den Pyroklasten und deren Ablagerungen sind Laven die wichtigsten vulkanischen Förderprodukte. Im Gegensatz zu den Pyroklasten und deren Ablagerungen sind sie das Produkt direkter vulkanischer Aktivität. Eine mögliche (Selbst-)Brekziierung von Lava in Lavaströmen beispielsweise wird aber nicht zu den pyroklastischen Ablagerungen gerechnet. Die Untersuchung des Fragmentierungsgrades der Pyroklasten und des Transport- und Ablagerungsprozesses von pyroklastischen Ablagerungen beziehungsweise Gesteinen sind damit die wichtigsten Werkzeuge zur Rekonstruktion der Ereignisse bei Vulkanausbrüchen in der Erdgeschichte.

Unterscheidung nach Komponenten und Korngrößen

Die meisten pyroklastischen Ablagerungen sind polymodal, bestehen also aus Material unterschiedlicher Korngröße. Sie werden nach dem vorherrschenden Anteil ihrer Pyroklastentypen klassifiziert. Diese Klassifikation ist unabhängig von der Art des Transports und kann auf alle Arten pyroklastischer Ablagerungen angewendet werden.

• Agglomerat, ein pyroklastisches Gestein, das zu mehr als 75 % aus vulkanischen Bomben besteht; eine besondere Form des Agglomerats ist die Schweißschlacke.
• Pyroklastische Brekzie, ein pyroklastisches Gestein, das zu mehr als 75 % aus vulkanischen Blöcken besteht; eine besondere Form der pyroklastischen Brekzie ist die Wurfschlacke.
• Tuff-Brekzie, ein pyroklastisches Gestein, das zwischen 25 % und 75 % aus vulkanischen Bomben und Blöcken besteht.
• Lapilli-Tuff, ein pyroklastisches Gestein, das weniger als 25 % Bomben und Blöcke enthält und mehr als 75 % Lapilli und Asche.
• Lapillistein, ein pyroklastisches Gestein, das mehr als 75 % Lapilli enthält.
• Tuff oder Aschentuff, ein pyroklastisches Gestein, das mehr als 75 % vulkanische Asche enthält. Es wird weiter in grober Aschentuff und feiner Aschentuff unterschieden. Der feine Aschentuff kann auch als Staubtuff bezeichnet werden.

Tuffe und Aschen können nach ihrer Zusammensetzung weiter unterschieden werden. Lithischer Tuff besteht überwiegend aus Gesteinsfragmenten (griech. líthos 'Stein'), vitrischer Tuff überwiegend aus Bims und Glasfragmenten (lat. vitrum 'Glas'), Kristalltuff überwiegend aus Einzelkristallen oder Kristallbruchstücken.

Jeder dieser pyroklastischen Gesteinstypen kann nach der Entstehung (Genese) oder der petrographischen Zusammensetzung weiter unterteilt werden, zum Beispiel Schlot-Agglomerat, rhyolitischer Tuff, basaltischer Lapilli-Tuff etc. Diese Termini können auch durch ausschließlich genetische Begriffe ersetzt werden, wenn der Ursprung der pyroklastischen Ablagerung bekannt ist und die Genese im Vordergrund steht. Gemischt pyroklastische-epiklastische Ablagerungen (Anteil von Pyroklasten 25 % bis 75 %) werden als Tuffite bezeichnet. Die Bezeichnungen für klastische Gesteine werden mit dem Zusatz tuffitisch versehen, zum Beispiel tuffitische Brekzie, tuffitisches Konglomerat, tuffitischer Sandstein, tuffitischer Siltstein und tuffitischer Tonstein.

Unterscheidung nach der Art des Transports

Bei explosiven vulkanischen Eruptionen lassen sich zwei Typen von Transportsystemen unterscheiden. Diese sind hauptsächlich durch die Dichte, Richtung und Geschwindigkeit des Eruptionsstrahls über dem Schlot kontrolliert; d. h. ob die Systeme Auftrieb haben oder nicht. Haben die Systeme Auftrieb und/oder ist die Hauptbewegungsbahn aufwärts gerichtet, so entstehen große, vertikale, windbeeinflusste Eruptionswolken mit innerer Turbulenz, die pyroklastische Fallablagerungen produzieren. Seitwärts sich bewegende Systeme, deren Hauptbewegungsbahn ursprünglich auch seitlich gerichtet war und/oder die keinen Auftrieb haben, erzeugen am Boden fließende, durch die Schwerkraft und das örtliche Relief kontrollierte, turbulente pyroklastische Dichteströme. Allerdings können durch Änderungen im Auftrieb und der Turbulenz aus zuerst vertikalen Transportsysteme später seitlich gerichtete Transportsysteme entstehen und umgekehrt. Ein besonderer Fall überwiegend vertikalen Transports ist der ballistische Auswurf größerer Pyroklasten, deren Ablagerung von der Atmosphäre kaum beeinflusst wird. Sie stellen jedoch nur einen kleinen Bruchteil der ausgeworfenen Pyroklasten.

Entsprechend den beiden Transportsystemen lassen sich zwei Gruppen von pyroklastischen Ablagerungen unterscheiden:

• Pyroklastische Fallablagerungen (engl. pyroclastic fall deposits), dazu zählen alle Ablagerungen, die durch ballistischen Transport vom Auswurfsort zum Ablagerungsort transportiert wurden sowie Ablagerungen durch Ausregnen und durch atmosphärisches Auswaschen aus einer Eruptionswolke. Pyroklastische Fallablagerungen bedecken das Relief (Berge und Täler) mehr oder weniger gleichmäßig.
• Pyroklastische Fließablagerungen (engl. pyroclastic flow deposits i. w. S.). Ablagerungen aus pyroklastischen Dichteströmen sind dagegen meist auf Täler beschränkt. Sie können meist höhere Barrieren nicht überwinden (in Abhängigkeit von der Dichte) und beschränken sich auf morphologisch tiefer gelegene Gebiete.

Keine pyroklastische Ablagerungen im eigentlichen Sinne sind die folgend genannten, da sie nicht unmittelbar im Zusammenhang mit einem Vulkanausbruch stehen, sondern auch unabhängig davon gebildet werden können:

• Lahare; Ablagerungen aus vulkanischen Schlammströmen. Sie sind ebenfalls auf Täler beschränkt und können nur geringe morphologische Barrieren überwinden.
• Trümmerlawinen (engl. debris avalanche); sind im Grund Bergstürze oder Schuttströme, die bei einem Teilzusammenbruch eines Vulkangebäudes entstehen können.

Tephrochronologie

Oft lassen sich pyroklastische Ablagerungsschichten eindeutig einzelnen Vulkaneruptionen zuordnen. Ist eine zeitliche Einordnung möglich, dienen pyroklastische Sedimente in Gesteinsschichten als Eichhorizonte in der Chronostratigraphie. Diese Tephrochronologie beschränkt sich auf jüngere vulkanische Aktivitäten innerhalb des Quartärs. Ein relativ bekannter Eich-Horizont ist die Tephra des Laacher-See-Vulkans, der 10.982 v. Chr. ausgebrochen ist und weite Teile Mitteleuropas mit einer Ascheschicht bedeckte.

Literatur

• Roger Walter Le Maitre: Igneous rocks: IUGS classification and glossary; recommendations of the International Union of Geological Sciences, Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks. 2. Aufl., 236 S., New York, Cambridge University Press 2002 ISBN 0-521-66215-X
• Hans Pichler und Thomas Pichler: Vulkangebiete der Erde. 261 S., Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2007 13:978-3-8274-1475-5
• Haraldur Sigurdsson (Hrsg.): Encyclopedia of Volcanoes. 1417 S., Academic Press, San Diego et al., 2000 ISBN 0-12-643140-X

Weblinks

• NASA: Tephra and Pyroclastic Rocks, How Volcanoes Work (englisch)