Advertisement

Clays and Clay Minerals

, Volume 30, Issue 4, pp 241–252 | Cite as

Clay Minerals in the 1980 Deposits from Mount St. Helens

  • D. R. Pevear
  • D. P. Dethier
  • D. Frank
Article

Abstract

Phyllosilicates are major components of the <2-µm fraction (1–3 wt. % of most bulk specimens) in more than 50 samples of air-fall tephra from several 1980 eruptions of Mount St. Helens. In all samples, trioctahedral smectite is the major clay mineral. The integral series of 00ℓ reflections in ethylene glycol-treated samples indicates a lack of interstratification; absence of a peak near 5 Å after heat treatment, the 060 peak at 1.54 Å, and energy dispersive chemical analyses indicate that the smectite is a Mg- and Fe- rich, trioctahedral saponite. Minor mica and chlorite are present in the <2-µm fraction of most samples, and some samples show a peak near 12 Å after heating to 550°C which is probably due to the presence of an interstratifled chlorite/collapsed smectite or chlorite/collapsed vermiculite. The tephra contains glass and crystals originating from new magma and lithic fragments incorporated from the pre-existing cone. The clay minerals in the tephra are lithic components stripped from older, hydrothermally altered rocks during explosive ejection. Cleaned pumice fragments, which are new magmatic components, lack smectite, but contain rare biotite in xenoliths. Old, hydrothermally altered rocks from the volcano’s summit and from the debris-avalanche (former north flank) contain saponite together with chlorite and chlorite/smectite which may have formed from it. Saponite and zeolites that precipitated from neutral to alkaline hydrothermal solutions line cavities in some of these rocks. The saponite was probably not subjected to magmatic temperatures because heating this material for 5 min at 750°C collapses it irreversibly to 10 Å. Kaolinite, alunite, and opal, indicative of acid-sulfate alteration, were found only in the pre-1980 summit crater and the southwest thermal area, but were not evident in the lithic components of the 1980 deposits.

Key Words

Chlorite/smectite Mt. St. Helens Saponite Smectite Tephra Volcanic ash 

Резюме

Филлосиликаты являются главными компонентами фракции размером <2 μM (1–3 весового % большинства основных типов) в более, чем 50 образцах из воздушно-осадочных тефр, изверженных при нескольких взрывах вулкана Горы Святой Елены в 1980 году. Трехоктаэдрический смектит является главным глинистым минералом во всех образцах. Полная серия отражений 00ℓ образцов после обработки в этиленовом гликоле указывает на отсутствие внутринапластования; отсутствие пика в поблизости 5 А после нагрева и присутствие пика 060 при 1,54 А, а также дисперсный химический анализ указывают на то, что этот смектит является Мg- и Ре-богатым трехоктаэдкическим сапонитом. Незначительные количества слюды и хлорита присутствуют во фракции размером <2 μм в большинстве образцов, и некоторые образцы имеют пик в поблизости 12 А после нагрева до 550°С, что, вероятно, связано с присутствием внутринапластованных хлоритов/опавших смектитов или хлоритов/опавших вермикулитов. Тефра содержит стекло и кристаллы, происходящие из новой магмы и литовых фрагментов из прежде существующего конуса. Глинистые минералы в вулканическом пепеле являются литовыми компонентами отделенными от древнейших пород, гидротермально измененных во время взрывов. Чистые фрагменты пемзы, которые являются новыми матовыми компонентами, не содержат смектит, но содержат редкий биотит в ксенолитах. Древние, гидротермально измененные породы из пика вулкана и из лавин (прежняя северняя сторона) содержат сапонит вместе с хлоритом и хлоритом/смектитом, которые могут образоваться из этих пород. Сапонит и цеолиты, которые осаждались от нейтральных до щелочных гидротермальных растворов залегают щели некоторых из этих пород. Вероятно, сапонит не подвергается магмовым температурам, потому что нагрев этого материала в течение 5 минут при 750°С изменяет его необратимо в 10 А минерал. Каолинит, алюнит, и опал, указывающие на присутствие кислотно-сульфатных изменений, были найдены только в кратере из извержаний перед 1980 годом и в южно-западной термической области, но не присутствовали в литовых компонентах осадков 1980 года. [Е.С.]

Resümee

Phyllosilikate sind die Hauptbestandteile der Fraktion <2 µm (1–3 Gew.-% der meisten Durchschnittsproben) in den mehr als 50 Tephraproben von mehreren Eruptionen des Mount St. Helens des Jahres 1980. In allen Proben ist ein trioktaedrischer Smektit das häufigste Tonmineral. Die Basis-Reflexe bei mit Äthylenglycol-behandelten Proben deuten darauf hin, daß keine Wechsellagerung vorhanden ist; das Fehlen eines Peaks bei 5 Å nach dem Erhitzen, der 060-Peak bei 1,54 Å und energiedispersive chemische Analysen zeigen, daß der Smektit ein Mg- und Fe-reicher, trioktaedrischer Saponit ist. Geringe Gehalte an Glimmer und Chlorit sind in den Fraktionen <2 µm der meisten Proben vorhanden. Einige Proben zeigen nach dem Erhitzen auf 550°C einen Peak bei 12 Å, der wahrscheinlich von einer Wechsellagerung Chlorit/kontrahierter Smektit oder Chlorit/kontrahierter Vermiculit herrührt. Die Tephraproben enthalten Glas und Kristalle, die vom neuen Magma stammen und Gesteinsbruchstücke die vom vorherigen Vulkankegel stammen. Die Tonminerale in den Tephraproben sind Gesteinsbestandteile, die von alten, hydrothermal veränderten Gesteinen stammen und wäharend des Ausbruches aufgenommen wurden. Frische Bimsfragmente, die neue magmatische Komponenten sind, enthalten keinen Smektit, doch enthalten sie etwas Biotit und Xenolithe. Alte, hydrothermal veränderte Gesteine vom Vulkangipfel und vonder Schuttlawine (ehemalige Nordflanke) enthalten Saponit zusammen mit Chlorit und Chlorit/Smektit, die sich daraus gebildet haben könnten. Saponit und Zeotithe, die aus neutralen bis alkalischen hydrothermalen Lösungen ausgefallen sind, treten in manchen dieser Gesteine als Hohlraumauskleidungen auf. Der Saponit kam wahrscheinlich nicht unter magmatische Temperaturen, da ein Erhitzen dieses Minerals auf 750°C für 5 Minuten zu einer irreversiblen Kontraktion auf 10 Å führt. Kaolinit, Alunit, und Opal, Indikatoren für eine Sulfat-saure Umwandlung, wurden nur im Gipfelkrater von vor 1980 und in den südwestlichen thermalen Gebieten gefunden, traten aber nicht als Gesteinsbestandteile der Ablagerungen von 1980 auf. [U.W.]

Résumé

Des phyllosilicates sont les composés majeurs de la fraction <2 µm (1–3% par poids de la plupart des échantillons en masse) dans plus de 50 échantillons de tephres tombant de l’air de plusieurs éruptions de 1980 du Mont St. Hélène. Dans tous les échantillons, la smectite trioctaèdrale est le minéral majeur. Les séries intégrales de reflections 00ℓ d’échantillons traités au glycol éthylène indiquent un manque d’interstratification; l’absence d’un sommet près de 5 Å après un traitement à la chaleur, le sommet 060 à 1,54 Å, et des analyses chimiques dispersant l’énergie indiquent que la smectite est une saponite trioctaèdrale riche en Mg et en Fe. Du mica et de la chlorite mineurs sont pérsents dans la fraction <2 µm de la plupart des échantillons, et quelques échantillons montrent un sommet près de 12 Å après échauffement à 550°C, ce qui est probablement dû à la présence d’une chlorite interstratifiée/smectite effondrée ou d’une chlorite/vermiculite effondrée. Les tephres contiennent du verre et des cristaux provenant de magma nouveau et des fragments tithiques incorporés du cone pré-existant. Les minéraux argileux dans les tephres sont des composés lithiques arrachés pendant l’éjection explosive de roches plus anciennes hydrothermalement alterées. Des fragments de pumice nettoyés, qui sont des composées magmatiques nouveaux, manquent de smectite, mais contiennent de la biotite rare dans les xénolithes. D’anciennes roches hydrothermalement alterées du sommet du volcan et de l’avalanche-débris (précédemment la côte nord) contiennent de la saponite ainsi que de la chlorite/smectite qui pourraient s’être formées à partir de cette première. Des saponites et des zéolites qui avaient précipitée de solutions hydrothermales neutres à alkalines recouvrent les cavités de certaines de ces roches. La saponite n’a probablement pas été soumise à des températures magmatiques puisqu’échauffer ce matériau pendant 5 min. à 750°C l’effondre irréversiblement à 10 Å. La kaolinite, l’alunite, l’opale, indiquant une altération sulphate-acide, n’ont été trouvées que dans le cratère pré-1980 et la région thermale du sud-ouest, mais n’étaient pas évidentes dans les composés lithiques des depôts de 1980. [D.J.]

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Abdel-Kader, F. H., Jackson, M. L., and Lee, G. B. (1978) Soil kaolinite, vermiculite, and chlorite identification by an improved lithium DMSO X-ray diffraction test: Soil Sci. Soc. Amer. J. 42, 163–167.Google Scholar
  2. Chichester, F. W., Youngberg, C. T., and Harward, M. E. (1969) Clay mineralogy of soils formed on Mazama pumice: Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 33, 115–120.Google Scholar
  3. Christiansen, R. L. (1980) Eruptions of Mt. St. Helens: volcanology: Nature 285, 531–533.Google Scholar
  4. Crandell, D. R., Mullineaux, D. R., and Rubin, M. (1975) Mount St. Helens Volcano: recent and future behavior: Science 187, 438–441.Google Scholar
  5. Dethier, D. P., Frank, D., and Pevear, D. R. (1981a) Chemistry of thermal waters and mineralogy of the new deposits of Mount St. Helens—A preliminary report: U.S. Geol. Surv. Open File Rept. 81-80, 24 pp.Google Scholar
  6. Dethier, D. P., Pevear, D. R., and Frank, D. (1981b) Alteration of new volcanic deposits: in The 1980 Eruption of Mount St. Helens, Washington, P. W. Lipman and D. R. Mullineaux, eds., U.S. Geol. Surv. Prof. Pap. 1250, 649–665.Google Scholar
  7. Dudas, M. J. and Harward, M. E. (1975) Inherited and detrital 2:1 type phyllosilicates in soils developed from Mazama ash: Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 39, 572–577.Google Scholar
  8. Fan, P-F. (1979) Clays and clay minerals of hydrothermal origin in Hawaii: in Proc. Int. Clay Conf, Oxford, 1978, M. M. Mortland and V. C. Farmer, eds., Elsevier, New York, 369–374.Google Scholar
  9. Farlow, N. H., Oberbeck, V. R., Snetsinger, K., Ferry, G. V., Polkowski, G., and Hayes, D. M. (1981) Size distributions and mineralogy of ash particles in the stratosphere from eruptions of Mount St. Helens: Science 211, 832–834.Google Scholar
  10. Fowler, C. S. (1935) The origin of the sulphur deposits of Mount Adams: M.Sc. thesis, Washington State Univ., Pullman, Washington, 23 pp. (unpublished).Google Scholar
  11. Frank, D. (1982) Origin, distribution, and rapid removal of hydrothermally formed clay at Mount Baker, Washington: U.S. Geol. Surv. Prof. Pap. 1022E.Google Scholar
  12. Frank, D., Post, A., and Friedman, J. D. (1975) Recurrent geothermally induced debris avalanches on Boulder Glacier, Mount Baker, Washington: U.S. Geol. Surv. J. Res. 3, 77–87.Google Scholar
  13. Friedman, J. D. and Frank, D. (1977) Heat discharge from Mount St. Helens, Washington: U.S. Geol. Surv. Open File Rept. 77541, 29 pp.Google Scholar
  14. Fruchter, J. S., Robertson, D. E., Evans, J. C., Olsen, K. B., Lepel, E. A., Laul, J. C., Abel, K. H., Sanders, R. W., Jackson, P. O., Wogman, N. S., Perkins, R. W., VanTuyl, H. H., Beauchamp, R. H., Shade, J. W., Daniel, J. L., Er-ikson, R. L., Sehmel, G. A., Lee, R. N., Robinson, A. V., Moss, O. R., Briant, J. K., and Cannon, W. C. (1980) Mount St. Helens ash from the 18 May 1980 eruption— Chemical, physical, mineralogical and biological properties: Science 209, 1116–1125.Google Scholar
  15. Glicken, H., Janda, R., and Voight, B. (1980) Catastrophic landslide/debris avalanche of May 18, 1980, Mount St. Helens Volcano: EOS 61, 1135 (abstract).Google Scholar
  16. Hoblitt, R. P., Crandell, D. R., and Mullineaux, D. R. (1980) Mount St. Helens eruptive behavior during the past 1,500 yr.: Geology 8, 555–559.Google Scholar
  17. Iiyama, J. T. and Roy, R, (1963) Unusually stable saponite in the System Na2O-MgO-Al203-SiO2: Clay Miner. Bull. 5, 161–171.Google Scholar
  18. Jackson, M. L. (1963) Interlayering of expansible layer silicates in soils by chemical weathering: in Clays and Clay Minerals, Proc. 11th Natl. Conf., Ottawa, Ontario, 1962, Ada Swineford, ed., Pergamon Press, New York, 29–46.Google Scholar
  19. Jackson, M. L. (1974) Soil Chemical Analysis—Advanced Course: 2nd ed., 9th print., published by author, Dept. Soil Science, Univ. of Wisconsin, Madison, Wisc, 895 pp.Google Scholar
  20. Jones, J. B. and Segnit, E. R. (1972) Genesis of cristobalite and tridymite at low temperatures: J. Geol. Soc. Aust. 18, 419–422.Google Scholar
  21. Keith, T. E. C., Casadevall, T. J., and Johnston, D. A. (1981) Fumaroles at Mount St. Helens: Occurrence and mineralogy and chemistry of incrustations: in The 1980 Eruptions of Mount St. Helens, Washington, P. W. Lipman and D. R. Mullineaux, eds., U.S. Geol. Surv. Prof. Pap. 1250, 239–250.Google Scholar
  22. Keith, T. E. C. and Muffler, L. J. P. (1978) Minerals produced during cooling and hydrothermal alteration of ash flow tuff from Yellowstone drill hole Y-t: J. Volc. Geoth. Res. 3, 373–402.Google Scholar
  23. Keller, G. V., Grose, L. T., Murray, J. C., and Skokan, C. E. (1979) Results of an experimental drill hole at the summit of Kilauea Volcano, Hawaii: J. Volc. Geoth. Res. 5, 345–385Google Scholar
  24. Korosec, M. A., Rigby, J. G., and Stoffel, K. L. (1980) The 1980 eruption of Mount St. Helens, Washington—Part I, March 20-May 19, 1980: Wash. Div. Geol. Earth Resources Inform. Circ. 71, 27 pp.Google Scholar
  25. Kristmannsdottir, H. (1979) Alteration of basaltic rocks by hydrothermal activity at 100–300°C, in Proc. Int. Clay Conf., Oxford, 1978, M. M. Mortland and V. C. Farmer, eds., Elsevier, New York, 369–374.Google Scholar
  26. Lipman, P. W., Moore, J. G., and Swanson, D. A. (1980) Buiging in the North flank of Mount St. Helens volcano before the 5/18 eruption: geodetic data: EOS 61, 1135 (abstract).Google Scholar
  27. Lofgren, G. (1971) Experimentally produced devitrification textures in natural rhyolitic glass: Geol. Soc. Amer. Bull. 82, 111–124.Google Scholar
  28. Majors, H. M. (1980) Mount St. Helens series: Northwest Discovery 1, 68–108.Google Scholar
  29. Melson, W. C., Hopson, C. A., and Kienle, O. F. (1980) Petrology of tephra from the 1980 eruption of Mount St. Helens: Geol. Soc. Amer. Abs. Prog. 12, 482 (abstract).Google Scholar
  30. Mullineaux, D. R. and Crandell, D. R. (1962) Recent lahars from Mount St. Helens, Washington: Geol. Soc. Amer. Bull. 73, 855–870.Google Scholar
  31. Mullineaux, D. R., Hyde, J. H., and Rubin, M. (1975) Wide-spread late glacial and post glacial tephra deposits from Mount St. Helens volcano, Washington: U.S. Geol. Surv. J. Res. 3, 329–335.Google Scholar
  32. Phillips, K. N. (1941) Fumaroles of Mount St. Helens and Mount Adams: Mazama 23, 37–42.Google Scholar
  33. Rice, C. J. (1981) Satellite observations of the Mt. St. Helens eruption of 18 May 1980: Space Sciences Lab. Rept. SSL-81 (6640)-1, The Aerospace Corp., Los Angeles, California.Google Scholar
  34. Rose, W. I., Jr. and Hoffman, M. F. (1980) Distal ashes of the May 18, 1980 eruption of Mt. St. Helens: EOS 61, 1137 (abstract).Google Scholar
  35. Sarna-Wojcicki, A. M. and Waitt, R. B., Jr. (1980) Areal distribution, thickness, and composition of volcanic ash erupted from Mount St. Helens on May 18, 1980: Geol. Soc. Amer. Abs. Prog. 12, 515 (abstract).Google Scholar
  36. Schoen, R., White, D. E., and Hemley, J. J. (1974) Argillization by descending acid at Steamboat Springs, Nevada: Clays & Clay Minerals 22, 1–22.Google Scholar
  37. Seyfried, W. E., Jr. and Bischoff, J. L. (1979) Low temperature basalt alteration by seawater: an experimental study at 70°C and 150°C: Geochim. Cosmochim. Acta 43, 1937–1947.Google Scholar
  38. Seyfried, W. E., Jr. and Bischoff, J. L. (1981) Experimental seawater-basalt interaction at 300°C, 500 bars, chemical exchange, secondary mineral formation and implications for the transport of heavy metals: Geochim. Cosmochim. Acta 45, 135–147.Google Scholar
  39. U.S. Geological Survey (1980) Preliminary aerial photographie interpretive map showing features related to the May 18, 1980 eruption of Mount St. Helens, Washington: U.S. Geol. Surv. Map MF-1254.Google Scholar
  40. Verhoogen, J. (1937) Mount St. Helens, arecent Cascade volcano: Calif. Univ. Dept. Geol. Sci. Bull. 24, 263–302.Google Scholar
  41. Yoder, H. S., Jr. and Tilley, C. E. (1962) Origin of basait magmas: An expeimental study of natural and synthetic rock systems: J. Petrol. 3, 342–532.Google Scholar

Copyright information

© The Clay Minerals Society 1982

Authors and Affiliations

  • D. R. Pevear
    • 1
  • D. P. Dethier
    • 2
  • D. Frank
    • 2
  1. 1.Department of GeologyWestern Washington UniversityBellinghamUSA
  2. 2.U.S. Geological SurveySeattleUSA

Personalised recommendations