טוף געשי הוא סוג של סלעפירוקלסטי נקבובי, רך יחסית, שנוצר מדחיסה ומילוּט (מלשון מלט) של אפר געשי, שנפלט מלוע הר געש בעת התפרצות געשית. ניתן לסווג סלעי טוף כזכוכיתיים, גבישיים או סלעיים. כשהם מורכבים בעיקר מזכוכית, שבבי גביש, או שיירים של סלעים קדומים בהתאמה. כמה ממרבצי הטוף הזכוכיתיים הגדולים בעולם נוצרו מהתפרצויות דרך מספר רב של סדקים ולא מחרוט געשי.
מקור השם מאיטלקית "טופה" (Tufa), אם כי המילה באיטלקית מתייחסת בדרך כלל דווקא לסלע משקע רך, נקבובי שנוצר מהשקעה כימית של קלציט, (מינרל של פחמת הסידן), או סיליקה במי מעיינות, אגמים או מי תהום כנֶטֶף (sinter - סוג של סלע).
הטוף הוא התגבשות של החומרים הגעשיים בתנאי חום ולחץ מסוימים לסלע.
אם החלקיקים הנוצרים מההתפוצצות קטנים מספיק הם נקראים "אפר געשי", (בגודל גרגירי חול או אף קטנים יותר). חלקיקים אלה הם סיגים של גושי לבה שהושלכו לאוויר בשל התפרצויות של קיטור וגזים אחרים והתמלאו בשלפוחיות בשל התפשטות הגזים בתוכם כשעדיין היו במצב נוזלי.
נראה שלא היה שום עידן גאולוגי שלא הייתה בו התפרצות געשית, ולכן מוצאים סלעי טוף מעידן הפרקמבריון ועד ימינו.
שלושה סוגי מחלקות של חומרים מיוצגים בין שכבות האפר הרופפות המכסות את מדרונותיהם של הרי געש רבים:
אפר אמיתי מהסוג שתואר לעיל.
גושים של לבה ישנה וטוף היוצרים את דפנות לוע הר הגעש ושהושלכו בשל התפרצויות עזות של קיטור.
סלעי משקע מהחלקים העמוקים של הר הגעש שנותקו ממקומם עם הלבה הגואה, ושלעיתים קרובות "נאפו" בחום גבוה והתגבשו מחדש בשל החום שלו נחשפו.
בהתפרצויות געשיות גדולות מסוימות נפלטים מהר הגעש רק חומרים מהסוג השני. מצד שני, היו התפרצויות רבות שבהן כמות סלעי המשקע המנופצים והמעורבים באפר הייתה רבה למדי. לדוגמה, הרי הגעש הכבויים של אזור ה"אייפל" בגרמניה והטוף של תקופת הדבון הקרויים בגרמניה "Schalsteins".
חלק מלועות הרי הגעש בשדות הפחם של סקוטלנד פקוקים במסה המכילה שברים של סלעי משקע בלבד. במקרה זה יש לשער שלבה לא נפלטה כלל מהר הגעש, אלא שסיבת ההתפרצות היה שחרור והתרחבות פתאומית של כמות גדולה של קיטור. עם זאת, חומרים משניים ובלתי צפויים אלה השונים מאפר אמיתי נוטים להיווצר בשברים זוויתיים. וכאשר הם מהווים חלק עיקרי במסת הסלעים הם נקראים "בְּרֶקְצִיָה געשית" ולא טוף.
צורות ההתגבשות של האפר הגעשי
גודל הגרגרים של האפר ופיזורו
גודלם של גושי האפר משתנה מגושים בקוטר ששה מטר ויותר לאבק בעל גרגרים זעירים ביותר. הגושים הגדולים קרויים: "פצצות געשיות". לרובם צורה מעוגלת, אליפטית או בצורת אגס בשל סיבובם באוויר כשעדיין היו צמיגיים. לרבים מהם יש משטחים בעלי צליעות או בליטות ולעיתים (כמו בהר הגעש וולקנו או בהר הגעש פלה), קרום הגוש מחורץ כמו קליפת לחם. סלע המורכב מאפר ושבו מצויות "פצצות" בשפע קרוי "אַגְלוֹמֶרָט".
בשכבות הטוף שהתפשטו על חלקים נרחבים, ונתקלים בהן לעיתים קרובות בין סלעי משקע, מהווים רסיסים קטנים את עיקר החומר ואין בו "פצצות" שקוטרם מעל 10 ס"מ.
בחלק ממקרי ההתפרצויות הגעשיות נוצרת שכבה של אפר בעובי של כמה מטרים המפוזרת על פני שטח ניכר, אבל שכבות אלו הולכות ונעשות דקות במהירות ככל שהמרחק מלוע הר הגעש גדל, ולכן רוב שכבות האפר המכסות קילומטרים רבועים רבים דקות למדי. מִמְטָרִים של אפר מתרחשים בדרך כלל לסירוגין, בהפרשי זמן קצרים או ארוכים. זו הסיבה שמרבצי טוף עבים מורכבים משכבות (בין אם נוצרו באוויר או מתחת למים). קשה לראות את תופעת השכבתיות בסלעי טוף גסים (אגלומרטים), אך בסלעים הבנויים מחלקיקים עדינים ניתן לראות תופעה זו בבירור.
התגבשות בחום
בהתפרצויות מסוימות, המגמה הקוצפת עולה לפני השטח כתחליב של גזים לוהטים וחלקיקים מלובנים. החומר הספוגי הקרוע לרסיסים מתפשט במהירות, אפילו בשיפועים מתונים, כמפולת לוהטת (nuée ardente) המסוגלת לנוע קילומטרים רבים במהירות גדולה מ-160 קמ"ש. לאחר שהמפולת נעצרת, החומר שנפלט עשוי להידחס כששברי הזכוכית החמים נצמדים על מנת ליצור את סלע הטוף המפוספס והמולחם הקרוי אִיגְנִימְבְּרִיט והמכסה שטחים נרחבים בניו זילנד, גואטמלה, פרו והפארק הלאומי של ילוסטון בארצות הברית.
כשהתפוצצויות מתחוללות מתחת לקרקע, החומר המקוטע נדחף בעוצמה לתוך הסלעים הסמוכים ומייצר סלע טוף פלוטוני (סלע מחדר) (פפריט- peperite).
התגבשות בלחץ
אם שכבות האפר הצטברו באזורי יבשה, כמו שכבות האפר המצויות סמוך להרי הגעש אטנה ווזוב, הטוף יהיה בנוי מחומרי געשיים בלבד ברמה משתנה של גודל גרגרים, מעורב בחומר אורגני כדוגמת עץ, צמחייה וכו'. לעומת זאת, הרי געש רבים מצויים קרוב לים, והאפר הנפלט מהם מתערב עם חומרי משקע המצטברים בתחתית הים. באופן זה נוצר בוץ או חול געשי ובמקרים מסוימים אבן גיר מעורבת באפר. למעשה, רוב סלעי הטוף המצויים בתצורות עתיקות מכילות תערובת של חרסית, חול, ולעיתים קונכיות מאובנות. דבר המוכיח כי שכבות אלו נוצרו מתחת למים.
חלוקים מעוגלים קטנים של זכוכית ספוגית מאוד ממוצא געשי מפוזרים בתוך הבוץ המרכיב חלק נכבד מקרקעית הים. חלוקים אלה צפו מהחוף או הושלכו מהרי געש תת-ימיים, והוסעו למרחקים של מאות קילומטרים לפני ששקעו לקרקעית. הוכח בניסוי שפומיס (לבה זכוכיתית, חומצית, קצפית־נקבובית וקלה ביותר) מסוגים מסוימים מסוגלת לצוף על מי הים במשך יותר משנה. מרבצי הים המכונים "חימר אדום" והמצויים במעמקים הם ברובם ממוצא געשי ונכון לכנותם "שכבות טוף תת-מימיות".
מלבד החומרים שהתווספו לטוף כגון שברים של סלעים עתיקים, חתיכות עץ וכו', תכולת שכבת האפר מכילה סלעים געשיים גבישיים. גבישים ימצאו בטוף אם הלבה בלוע הר הגעש הייתה מצויה בטמפרטורה שבה היא מתחילה להתמצק. הגבישים יכולים להגיע לגודל ניכר כדוגמת גבישי הלוסיט המצויים במדרונות הוזוב. רבים מגבישים אלה הם בעלי צורה מושלמת מכיוון שצמחו בתווך נוזלי שלא היה צמיג מדי. גבישים איכותיים של אוגיט ואוליבין מצויים בשכבות האפר של הוזוב והרי געש נוספים, עתיקים וצעירים. גושים של המינרליים הגבישיים אלה (אנורתיט, אוֹלִיבִין, אוגיט והוֹרְנְבְּלֶנְדֶה) מצויים בסלעי הטוף של רבים מהרי הגעש באיים בים הקריבי. סלעי הטוף קרויים "טוף גבישי" במקרים שגבישים מצויים בהם בשפע. רוב האפר בהתפרצות הגעשית באי מרטיניק ב-1902 היה מורכב מגבישים זעירים מוקפים בשכבת זכוכית דקה, משום שברגע ההתפרצות הלבה כמעט והתגבשה לגמרי למסת גבישית.
סוגי הטוף
למטרות פטרוגרפיה (תורת מיון הסלעים) נוהגים לסווג את הטוף בהתאם לאופי הסלע הגעשי ממנו הוא מורכב, בדומה לסיווג הלבה אם נוצרה כזו בזמן ההתפרצות. אם היה שינוי בסוג הלבה שנפלטה, סלעי הטוף מראים זאת בבירור.
סלעי טוף רֵיוֹלִיטִיים
ריוליט הוא סלע געשי חומצי (מעל 10% קוורץ). סלעי טוף רֵיוֹלִיטִיים מכילים שברים ספוגיים דמויי זכוכית ושברים המכילים קוורץ, פצלת השדהביוטיט וכו'. סלעי טוף צעירים מסוג זה קיימים באיסלנד, הונגריה, נבדה וניו זילנד. אבן הספוג השבורה היא שקופה ואִיזוֹטְרוֹפִּית (זהה בתכונות פיזיקליות של חומר מכל כיוון שהן נמדדות). לחלקיקים קטנים מאוד יש צורה חרמשית או צורה דו־קעורה המראה כי הם נוצרו מניפוץ הזכוכית בעלת השלפוחיות. לעיתים מכנים זאת מבנה-אפר.
סלעי טוף דומים קיימים בוויילס ובמחוזות נוספים של בריטניה אך הם שונים מהותית בשל תהליכי צֵרוּר (תהליך כימי שבו נספגו בטוף תמיסות של צורן דו-חמצני (סיליקה) שהוסיפו לטוף מינראלים כדוגמת אופאל, כלקדון וקוורץ) ו-devitrification (תהליך בו זכוכית מקוררת לאיטה ונוצרים בה גבישים). הנוכחות התדירה של גבישי קוורץ שעברו בליה בלבה רֵיוליטית, עוזרת לאבחן את טבעם של סלעי הטוף.
באיי ליפארי ובהונגריה יש טוף חומצי (ריוליטי) בצבע אפור חיוור או צהוב, המורכב בעיקר מגושים ושברים של אבן ספוג.
סלעי טוף טראכיטיים
טרָכִיט הוא סלע געשי דק־גרגיר בינוני (כלומר אחוז הקוורץ בו בין 0% ל-10%) המורכב מעיקר מפצלת השדה מסוג אורתוקלז. טוף שמקורו בטרָכִיט אינו מכיל קוורץ אלא פצלת שדה מהסוגים אורתוקלז ואוליגוקלז ולעיתים בּיוֹטִיט, אוגיט והוֹרְנְבְּלֶנְדֶה. עקב בליה משתנה טוף זה לאבני חימר רכות בצבע אדום או צהוב עשיר בקאולין וקוורץ משני. טוף טרכיטי מצוי על הריין (בזיבנגבירגה) באיסקיה שליד נאפולי, הונגריה וכו'.
סלעי טוף אנדזיטיים
אנדזיט הוא סלע געשי דק־גרגיר בינוני (כלומר אחוז הקוורץ בו בין 0 ל-10%) המורכב ברובו מן הפְּלַגְיוֹקְלזאַנְדֶסִיני. סלעי טוף שמקורם באַנְדזיט נפוצים מאוד. הם מצויים לאורך רכסי ההרים של אמריקה הצפונית והדרומית (הרי האנדים), באיים הקאריביים, ניו זילנד, יפן ועוד. גם במחוזות רבים של אנגליה מצויים בשפע סלעי טוף עתיקים מסוג זה. צבעם אדום או חום. שבריהם מופעים בכל הגדלים מגושים גדולים ועד אבק דק־גרגר. החללים בסלע ממולאים במינרלים משניים, קַלצִיט, כּלוֹרִיט, קוורץ אפידוט וכלקדון. במקטעים מיקרוסקופיים ניתן לזהות את טבעה של הלבה המקורית מהצורות והתכונות של הגבישים הזעירים שהתהוו מהזכוכית המקורית. סלעי טוף אלה זהים לחלוטין לשכבות האפר המודרניות שבקוטופקסי, קרקטואה והר פלה אפילו בפרטים הזעירים ביותר.
סלעי טוף בזלתיים
בזלת הוא סלע געשי דק־גרגיר בסיסי (כלומר אחוז הקוורץ בו הוא 0%) והמורכב בעיקר מהמינרלים פירוקסן ופְּלַגְיוֹקְלז. טוף שמקורו בבזלת נפוץ מאוד הן באזורים פעילים געשית והן באזורים שהפעילות הגעשית שככה בהם מזמן. סלעי טוף כאלה מצויים באיים הבריטים כדוגמת סקי, מול ומחוז אנטרים ומקומות נוספים, היכן שקיימים סלעים געשיים מתור השלישון למשל
בסקוטלנד, דרבישייר ואירלנד בשכבות של תור הקרבון, ובסלעים העתיקים עוד יותר של אזור האגמים, והרמות הדרומיות של סקוטלנד ווילס. צבעם של סלעי טוף אלה שחור, ירוק כהה או אדום. קיימת שונות גדולה בגודל הגרגרים המרכיבים אותם. בחלק מהם מצויות "פצצות" מעוגלות ספוגיות בקוטר 30 ס"מ ויותר, ובשל מקורן התת-מימי הם מכילים צפחה, אבן חול, חצץ וחומרי משקע אחרים, ולעיתים הם מכילים מאובנים.
הרי געש בזלתיים פלטו כמות גדולות של סקוריה שחורה שלאחר התגבשות עברה בליה והפכה לסלע רך אדום המכונה פאלאגוניט. טוף מסוג זה מצוי באיסלנד ובסיציליה.
סלעי טוף אולטרה בסיסיים
סלעי טוף ממוצא אולטרה בסיסי (פחות מ-43% סיליקה) נדירים למדי. הם מאופיינים בשפע באוליבין או סרפנטין ובמיעוט או אף העדר של פצלת השדה. במחלקה זו ניתן למקם את סלעי הפֶּרידוֹטיט, הבְּרֶקְצִיָה או הקימברליט של שדות היהלומים של דרום אפריקה.
סלע היסוד הוא כחול ירוק כהה של צבע הסרפנטין (אדמה כחולה). בשל תהליכי בליה וחמצון הופך הסלע למסה פריכה בצבע חום או צהוב (ה"אדמה הצהובה"). מלבד אוליבין ואוגיט קיימים בו גבישים של היפרסתן, נציץ חום, גארנט, מגנטיט, אילמניט וקיאניט ביחד עם גושים גבישיים של גארנט, אוגיט ואוליבין (שחלק מהפטרוגרפים מכנים אקלוגיטים). גושים רבים של צפחה משובצים בברקציה ולכן יש המשערים שהיהלומים נוצרו כשהמגמה האולטרה בסיסית מוססה פחמן, שהתגבש מחדש כשהסלע התקרר. רבים מהגבישים שבורים, ושברי הסלע הם זוויתיים ולא מעוגלים מה שמעיד שהקימברליט כנראה אינו טוף אלא בְּרֶקְצִיָה אולטרה בסיסית.
תהליכים
במהלך הזמן פועלים על סלעי הטוף שינויים בנוסף לתהליך הבליה. לעיתים הם מעורבים בתהליך קימוט ועקב כך הסלעים נגזרים ונקרעים. רבים מהצפחות הירוקות של אזור האגמים הם אפר עדין שנבקע. הצבע הירוק הוא תוצאה מהתפתחות גבישי כלוריט.
בין השיסטים הגבישיים של אזורים רבים מצויים שכבות ירוקות או שיסטים ירוקים הכוללים קוורץ, הורנבלנדה, כלוריט או ביוטיט, תחמוצות ברזל, פצלת השדה וכו', והם כנראה טוף שעבר התמרה והתגבש מחדש.[דרוש מקור] סלעים אלה מצויים לרוב בצמוד לאפידיוריט ושיסטים של הורנבלנדה שהם במקביל התמרה של לבה וסיל. חלק מהשיסטים של כלוריט הם כנראה שכבות אפר געשי שעברו התמרה.[דרוש מקור]
הסלעים המכונים "שכלשטיין" המצויים בדבון ובגרמניה מכילים משקע טוף מבוקע שעבר גיבוש מחדש. חלקם שמרו על המבנה המקוטע אף שהלאפילי (גֻלוֹת געשיות) בתוכם שטוחים ומתוחים. החללים בתוכם מכילים בדרך כלל קלציט, אבל לעיתים קוורץ.
"פפרינו" (Peperino) – סוג של טוף טראכיטי היה בשימוש כאבן בניין ברומא ובנאפולי.
"פוצולנה" (Puzzuolana) - סוג של טוף בסיסי שעבר בליה כימית שנהגו לכרות במפרץ פוצאולי שסמוך לנאפולי ושימש כמלט וליציקות בטון לאחר עירבוב עם סיד, אך כיום נהוגים לקרוא בשם זה למספר חומרים שאינם תמיד בעלי אופי זהה.
"טראס" (Trass) - סוג של טוף טראכיטי ספוגי שנעשה שימוש נרחב באזור ה"איפל" בגרמניה עבור בטון חסין מים.
בישראל משווקת חברת "טוף מרום גולן" סלעים מרוסקים לצורכי גינון, אולם אין מדובר בטוף אלא בסלעי סקוריה.
לקריאה נוספת
פרופסור משה ברור, "טוף", לקסיקון גאוגרפי, (עמ' 9), הוצאת יבנה, תשס"א
ערך מילוני בוויקימילון: טוף