历史地质学/火山灰
火山灰是火山喷发产生的细小火成岩颗粒的名称。因此，“火山灰”这个名字是一个误称，因为“灰”实际上是指燃烧后留下的残渣：这个名字来自于人们认为火山灰确实是灰的时代。
在本文中，我们将讨论火山灰的起源、运输和固结，以及我们如何识别火山灰及其在地质记录中的固结对应物（凝灰岩）。在阅读本文之前，读者最好已经阅读过有关火成岩的主要文章。
火山喷发会将细小的熔岩喷射到大气中，或者除了产生凝聚的熔岩流之外，还会喷射细小的熔岩喷射到大气中。由于它起源于细小的喷射，熔岩滴通常冷却得太快而无法形成晶体结构；相反，它们形成了非晶态固体（玻璃），尽管有时冷却速度可能足够慢，以至于矿物能够形成。有时，喷发物还将包括火山喷发时从形成火山的固体岩石中撕裂的物质颗粒。这些细小的空气传播颗粒统称为火山灰。
这些颗粒可以通过两种不同的方式分布。如果火山足够强大，它可以将火山灰喷射到高空中，然后由风将其散布。以这种方式运输的颗粒可以传播很远的距离：例如，喀拉喀托火山喷发的火山灰被带到了苏门答腊岛。
或者，喷射出来的物质可以通过火山碎屑流进行运输。在这种情况下，充满火山灰的空气由于其火山灰负荷而比周围空气密度更大，因此与周围空气混合不良，因此可以在最终消散之前传播很远的距离（200 公里或更远）。如果火山碎屑流找到了现有的通道，例如河谷，它可以传播得特别远。
固结的火山灰被称为凝灰岩。它有两种类型。
熔结凝灰岩的形成过程是，火山灰层在形成时温度足够高，以至于碎屑会压缩并熔结在一起。
胶结凝灰岩是由相同的胶结机制产生的，该机制将更普通的粗粒沉积岩（例如砂岩）中的碎屑胶结在一起。
火山灰显然是一种火成岩：它来自火山，你很难找到比它更火成的东西。因此，你可能会惊讶地发现一篇关于火山灰的文章被放进了本来是关于沉积物和沉积岩的章节中。但是，在许多方面，火山灰的行为类似于沉积物。正如地质学家所说，它是“向上时是火成岩，向下时是沉积岩”。
首先，火山灰由小碎屑组成，就像其他沉积物一样；此外，正如我们所看到的，它可以像胶结沙粒形成砂岩的过程一样，经历胶结。右边的图像是一个扫描电子显微镜图像，显示了圣海伦斯火山喷发中单个碎屑。
火山灰具有沉积性质的另一个特征是它可以像沉积物一样形成分选层，较小的颗粒在顶部。如果火山灰被喷射到高空中，那么较大的颗粒由于质量更大，更容易克服空气阻力，因此会先沉降。另一方面，如果火山灰由火山碎屑流运输，那么火山灰仍然会分选成从粗到细的向上排列：随着火山碎屑流的扩散和衰竭，它能够运输的颗粒大小会减小，因此在它的路径上的任何特定点，它沉积的颗粒大小都会减小。（然而，偶尔，取决于火山的行为，火山碎屑流的速度也可能增加，导致反向分选。）
最后，火山灰层类似于其他沉积物，因为它们是寻找化石的好地方。吸入火山灰会撕裂动物的肺部，如果火山灰层相当厚，动物尸体会迅速被埋葬，从而使它们保存完好。
然而，火山灰也是火成岩，因此它展现出一些对地质学家特别感兴趣的特征。一次特定的火山喷发是特定时间点上的单一事件：当我们看到一层连续的水平火山灰层时，我们知道它们是在同一时间沉积的，而它下方的东西是喷发前地貌的快照。这种地质特征被称为事件地平线。
这与一般的沉积岩完全不同。仅仅因为你有一层连续的水平岩层，例如砂岩，并不一定意味着一端的地层与另一端的地层是在同一时间沉积的，正如我们将在以后的文章中讨论的那样。
此外，每次火山喷发都有其自身的化学特征：一次火山喷发的确切化学物质混合物将与另一次不同。这意味着，即使火山灰层没有在所有地方露头，因此我们无法直接观察到它是一层，我们仍然可以检查两个露头的火山灰区域是否属于同一个喷发事件。
最后，与大多数沉积岩不同，火山灰及其形成的岩石可以进行直接测年。
要判断地质记录中发现的火山灰或凝灰岩确实是火山灰或凝灰岩，并不需要复杂的推理。因为当火山喷发时，我们可以观察火山灰层的形成：而地质记录中的地层看起来就是这样。
这种外观在显微镜下更加明显。右边的照片显示了熔结凝灰岩的显微照片，其中碎屑被压扁并熔结在一起（较大的白色碎片是火山灰中包含的破碎晶体）。注意碎屑的独特形状：任何在显微镜下观察熔结凝灰岩的人都不会将其误认为其他任何东西。
最后，我们可以注意到，由于火山灰和凝灰岩起源于火成岩，因此它们的化学成分位于火成岩常见的长英质-超镁铁质谱系中：因此我们可以说“流纹岩灰”或“玄武岩凝灰岩”。所以从化学角度来说，火山灰和凝灰岩是火成岩无疑：但它们是碎屑岩的事实意味着我们不能将它们与任何其他类型的火成岩混淆。
这些考虑意味着地质学家在发现火山灰和凝灰岩时，可以自信地识别它们。