แก้วภูเขาไฟ: ความลับของลาวาที่เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว

แก้วภูเขาไฟ คือผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากแมกมาที่เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว จนไม่มีเวลาเพียงพอที่จะสร้างโครงสร้างผลึก (amorphous) ทำให้มีสถานะเป็นสสารที่อยู่ระหว่างผลึกที่จัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบกับของเหลวที่ไม่มีระเบียบ แก้วภูเขาไฟอาจหมายถึงวัสดุที่แทรกอยู่ระหว่างผลึกในหินภูเขาไฟเนื้อละเอียด (aphanitic) หรืออาจหมายถึงหินอัคนีชนิดที่เป็นแก้วทั้งหมด

ต้นกำเนิดและการก่อตัว

แก้วภูเขาไฟจะก่อตัวขึ้นเมื่อแมกมาเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว จนอุณหภูมิลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็งปกติของมัน และกลายเป็นของเหลวที่เย็นจัด (supercooled liquid) และเมื่อเย็นตัวลงต่อไปจะกลายเป็นของแข็งที่ไม่มีโครงสร้างผลึก

การเปลี่ยนสถานะจากของเหลวที่เย็นจัดไปเป็นแก้วจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิที่เรียกว่า อุณหภูมิเปลี่ยนผ่านแก้ว (glass transition temperature) ซึ่งขึ้นอยู่กับอัตราการเย็นตัวและปริมาณน้ำที่ละลายอยู่ในแมกมา โดยแมกมาที่มีซิลิกา (silica) สูงและมีน้ำละลายอยู่น้อย จะเย็นตัวลงและกลายเป็นแก้วได้ง่ายที่สุด ตัวอย่างเช่น แมกมาริโอไลต์ (rhyolite) ซึ่งมีซิลิกาสูง สามารถสร้างเทฟรา (tephra) ที่ประกอบด้วยแก้วภูเขาไฟทั้งหมด หรือสร้างลาวาไหลที่กลายเป็นแก้วได้

ในขณะที่หินบะซอลต์ (basalt) ซึ่งมีซิลิกาน้อย จะกลายเป็นแก้วได้ยากกว่า ดังนั้นเทฟราของบะซอลต์มักจะมีผลึกขนาดเล็ก (quench crystals) ปนอยู่เสมอ โดยอุณหภูมิเปลี่ยนผ่านแก้วของบะซอลต์จะอยู่ที่ประมาณ 700 องศาเซลเซียส

กลไกการเย็นตัว

กลไกที่ทำให้เกิดแก้วภูเขาไฟมีประสิทธิภาพมากที่สุดคือการ ชุบตัวด้วยน้ำ (quenching by water) ตามด้วยการเย็นตัวโดยอากาศที่พัดพาไปในคอลัมน์การระเบิด และกลไกที่มีประสิทธิภาพน้อยที่สุดคือการเย็นตัวที่บริเวณก้นของลาวาที่สัมผัสกับพื้นดิน

ประเภทของแก้วภูเขาไฟ

• พัมมิซ (Pumice): แก้วภูเขาไฟที่มีรูพรุนมากและลอยน้ำได้
• สโกเรีย (Scoria): เทียบเท่ากับพัมมิซในกลุ่มหินบะซอลต์ มีความหนาแน่นมากกว่าและมีรูพรุนขนาดใหญ่กว่า
• น้ำตาอาปาเช่ (Apache tears): ออบซิเดียนชนิดที่เป็นก้อนกลม
• ทาคิไลต์ (Tachylite): แก้วบะซอลต์ที่มีซิลิกาสูงน้อย
• ไซเดอโรเมลาน (Sideromelane): รูปแบบหนึ่งของทาคิไลต์ที่โปร่งแสงมากกว่า เนื่องจากมีผลึกน้อยกว่า
• พาลาโกไนต์ (Palagonite): ผลิตภัณฑ์จากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของแก้วบะซอลต์
• ไฮยาโลคลาไซต์ (Hyaloclastite): หินเบรคเซียที่เกิดจากไซเดอโรเมลานและพาลาโกไนต์
• เส้นผมของเปเล่ (Pele's hair): เส้นใยแก้วภูเขาไฟขนาดเล็ก มักเป็นบะซอลต์
• น้ำตาของเปเล่ (Pele's tears): หยดแก้วภูเขาไฟรูปหยดน้ำ มักเป็นบะซอลต์
• ลิมู โอ เปเล่ (Limu o Pele): แผ่นแก้วภูเขาไฟบางๆ สีเขียวอมน้ำตาลหรือใส มักเป็นบะซอลต์
• พิชสโตน (Pitchstone): แก้วภูเขาไฟที่มีความเป็นกรดสูง คล้ายออบซิเดียน แต่มีปริมาณน้ำสูงกว่า

การเปลี่ยนแปลงทางเคมี (Alteration)

แก้วภูเขาไฟไม่มีความเสถียรทางเคมีและจะค่อยๆ สลายตัวตามกาลเวลา เนื่องจากไม่มีโครงสร้างผลึก น้ำจึงสามารถทำปฏิกิริยากับแก้วภูเขาไฟได้ง่าย ทำให้เกิดการสูญเสียธาตุบางชนิดและนำไปสู่การการก่อตัวของแร่ธาตุใหม่ๆ เช่น ซีโอไลต์ (zeolite) และ เบนโทไนต์ (bentonite) ซึ่งมีความสำคัญทางเศรษฐกิจ