歷史地質學/火山灰
火山灰是火山噴發產生的細小火成岩顆粒的名稱。因此，“火山灰”這個名字是一個誤稱，因為“灰”實際上是指燃燒後留下的殘渣：這個名字來自於人們認為火山灰確實是灰的時代。
在本文中，我們將討論火山灰的起源、運輸和固結，以及我們如何識別火山灰及其在地質記錄中的固結對應物（凝灰岩）。在閱讀本文之前，讀者最好已經閱讀過有關火成岩的主要文章。
火山噴發會將細小的熔岩噴射到大氣中，或者除了產生凝聚的熔岩流之外，還會噴射細小的熔岩噴射到大氣中。由於它起源於細小的噴射，熔岩滴通常冷卻得太快而無法形成晶體結構；相反，它們形成了非晶態固體（玻璃），儘管有時冷卻速度可能足夠慢，以至於礦物能夠形成。有時，噴發物還將包括火山噴發時從形成火山的固體岩石中撕裂的物質顆粒。這些細小的空氣傳播顆粒統稱為火山灰。
這些顆粒可以透過兩種不同的方式分佈。如果火山足夠強大，它可以將火山灰噴射到高空中，然後由風將其散佈。以這種方式運輸的顆粒可以傳播很遠的距離：例如，喀拉喀托火山噴發的火山灰被帶到了蘇門答臘島。
或者，噴射出來的物質可以透過火山碎屑流進行運輸。在這種情況下，充滿火山灰的空氣由於其火山灰負荷而比周圍空氣密度更大，因此與周圍空氣混合不良，因此可以在最終消散之前傳播很遠的距離（200 公里或更遠）。如果火山碎屑流找到了現有的通道，例如河谷，它可以傳播得特別遠。
固結的火山灰被稱為凝灰岩。它有兩種型別。
熔結凝灰岩的形成過程是，火山灰層在形成時溫度足夠高，以至於碎屑會壓縮並熔結在一起。
膠結凝灰岩是由相同的膠結機制產生的，該機制將更普通的粗粒沉積岩（例如砂岩）中的碎屑膠結在一起。
火山灰顯然是一種火成岩：它來自火山，你很難找到比它更火成的東西。因此，你可能會驚訝地發現一篇關於火山灰的文章被放進了本來是關於沉積物和沉積岩的章節中。但是，在許多方面，火山灰的行為類似於沉積物。正如地質學家所說，它是“向上時是火成岩，向下時是沉積岩”。
首先，火山灰由小碎屑組成，就像其他沉積物一樣；此外，正如我們所看到的，它可以像膠結沙粒形成砂岩的過程一樣，經歷膠結。右邊的影像是一個掃描電子顯微鏡影像，顯示了聖海倫斯火山噴發中單個碎屑。
火山灰具有沉積性質的另一個特徵是它可以像沉積物一樣形成分選層，較小的顆粒在頂部。如果火山灰被噴射到高空中，那麼較大的顆粒由於質量更大，更容易克服空氣阻力，因此會先沉降。另一方面，如果火山灰由火山碎屑流運輸，那麼火山灰仍然會分選成從粗到細的向上排列：隨著火山碎屑流的擴散和衰竭，它能夠運輸的顆粒大小會減小，因此在它的路徑上的任何特定點，它沉積的顆粒大小都會減小。（然而，偶爾，取決於火山的行為，火山碎屑流的速度也可能增加，導致反向分選。）
最後，火山灰層類似於其他沉積物，因為它們是尋找化石的好地方。吸入火山灰會撕裂動物的肺部，如果火山灰層相當厚，動物屍體會迅速被埋葬，從而使它們儲存完好。
然而，火山灰也是火成岩，因此它展現出一些對地質學家特別感興趣的特徵。一次特定的火山噴發是特定時間點上的單一事件：當我們看到一層連續的水平火山灰層時，我們知道它們是在同一時間沉積的，而它下方的東西是噴發前地貌的快照。這種地質特徵被稱為事件地平線。
這與一般的沉積岩完全不同。僅僅因為你有一層連續的水平岩層，例如砂岩，並不一定意味著一端的地層與另一端的地層是在同一時間沉積的，正如我們將在以後的文章中討論的那樣。
此外，每次火山噴發都有其自身的化學特徵：一次火山噴發的確切化學物質混合物將與另一次不同。這意味著，即使火山灰層沒有在所有地方露頭，因此我們無法直接觀察到它是一層，我們仍然可以檢查兩個露頭的火山灰區域是否屬於同一個噴發事件。
最後，與大多數沉積岩不同，火山灰及其形成的岩石可以進行直接測年。
要判斷地質記錄中發現的火山灰或凝灰岩確實是火山灰或凝灰岩，並不需要複雜的推理。因為當火山噴發時，我們可以觀察火山灰層的形成：而地質記錄中的地層看起來就是這樣。
這種外觀在顯微鏡下更加明顯。右邊的照片顯示了熔結凝灰岩的顯微照片，其中碎屑被壓扁並熔結在一起（較大的白色碎片是火山灰中包含的破碎晶體）。注意碎屑的獨特形狀：任何在顯微鏡下觀察熔結凝灰岩的人都不會將其誤認為其他任何東西。
最後，我們可以注意到，由於火山灰和凝灰岩起源於火成岩，因此它們的化學成分位於火成岩常見的長英質-超鎂鐵質譜系中：因此我們可以說“流紋岩灰”或“玄武岩凝灰岩”。所以從化學角度來說，火山灰和凝灰岩是火成岩無疑：但它們是碎屑岩的事實意味著我們不能將它們與任何其他型別的火成岩混淆。
這些考慮意味著地質學家在發現火山灰和凝灰岩時，可以自信地識別它們。