Examination of viscosity effect on magma vesiculation through laboratory decompression experiments

通过实验室减压实验检验粘度对岩浆泡化的影响

• 批准号: 20J20188
• 负责人: 西脇 瑞紀
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J20188/
• 关键词: マグマ; 水; 飽和溶解度; ケイ酸塩メルト; 減圧発泡; 部分モル体積; 溶解熱; 化学熱力学; 減圧発泡実験; 黒曜石ガラス; 650℃

採用最終年度である2022年度は、次のように多くの成果を挙げることができた。(1) 含水流紋岩質メルトの減圧発泡における系の温度変化の数値計算において、これまで水の離溶熱 (溶解熱の逆符号) の圧力依存性のみを考慮し、温度依存性を無視していたが、両方を考慮するようにコードを改良した。これにより、離溶熱のもつ顕著な温度依存性が系の温度変化にもたらす影響を評価できるようになった。数値計算の技術面では元・東大地惑所属の福谷貴一氏の多大なる支援を受けた。(2) ただし、溶解熱の温度依存性の示す複雑な振る舞いは、あくまでケイ酸塩 (の架橋酸素 O) と水 (H2Om, OH) の理想混合を仮定していることに依拠している可能性があることに気づいた。というのも、現実にはケイ酸塩と水は低圧で不混和領域をもち、ケイ酸塩メルトに水が溶解する際には混合熱 (溶解熱) および体積変化が発生することが実験から確認されているからである。Stolper (1982) 以降、理想混合近似は良い近似として知られていたが、今一度見直す必要がある。(3) この問題意識は前年度に再発見した「ケイ酸塩メルト中の水の部分モル体積のパラドックス」と非常に密接に結びついていることにも気づいた。すなわち、これまで見過ごされてきた混合の非理想性をきちんと評価することで、ケイ酸塩と水の混合という地球科学において極めて根本的なトピックに登場する諸々の化学熱力学パラメータの「実験による測定値」と「理論的な見積り値」の整合性を担保できるようになるのではないかという考えに至った。その先の具体的な計算はいまだ不十分ではあるが、以上の思考プロセスを博士論文としてまとめた。その途中過程では九大地惑の池田剛准教授・吉田茂生准教授と複数回にわたる議論を行い、非常に有益な助言を得た。

The final year of adoption is 2022. (1)The numerical value calculation of temperature variation of pressure reduction bubble system of hydro-rhyolite is improved by considering the pressure dependence of heat of solution (inverse sign of enthalpy of solution) of water, ignoring the temperature dependence and considering the temperature dependence. The temperature dependence of heat transfer and heat transfer is related to the temperature variation. The technical aspects of numerical calculation are as follows: (2)The temperature dependence of the enthalpy of dissolution is demonstrated by the possibility of ideal mixing of acid (bridging acid O) and water (H2Om, OH). The heat of mixing (enthalpy of solution) and the volume change of water during dissolution are confirmed. Stolper (1982): The ideal mixture approximates the ideal mixture. (3)This problem awareness was rediscovered in the previous year."The water in the water is part of the volume of water." The chemical thermodynamics of the earth sciences is based on the determination of the value of the theoretical product and the integration of the theoretical product. Before the specific calculation, the above thinking is not very good. Professor Tsuyoshi Ikeda and Professor Shigeo Yoshida were among the most helpful and helpful people in the process.

项目成果

流紋岩質メルトの減圧発泡による温度降下の見積り

流纹岩熔体真空发泡引起的温降估算

• 发表时间: 2021
• 作者: Hiroaki Imoto;Sawa Yamashiro;Mariko Okada;西脇瑞紀・福谷貴一・松本光央・寅丸敦志
• 通讯作者: 西脇瑞紀・福谷貴一・松本光央・寅丸敦志

Exploration of non-trivial relations for the non-steady state nucleation rate: usefulness of the elliptic theta functions for its experimental estimations

非稳态成核率的非平凡关系的探索：椭圆 theta 函数在实验估计中的有用性

• DOI: 10.1007/s42452-022-05189-4
• 发表时间: 2022
• 期刊: SN Applied Sciences
• 影响因子: 2.6
• 作者: T. Shimizu;K. Tadakuma;M. Watanabe;K. Abe;M. Konyo and S. Tadokoro;Shota Shigetomi and Mizuki Nishiwaki (co-first author)
• 通讯作者: Shota Shigetomi and Mizuki Nishiwaki (co-first author)

850℃ 含水流紋岩質メルトの急減圧実験と発泡組織のX線μCT画像解析

850℃含水流纹岩熔体快速减压实验及泡沫结构X射线μCT图像分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Shota Shigetomi and Mizuki Nishiwaki (co-first author);西脇瑞紀・福谷貴一・寅丸敦志・松本光央;西脇瑞紀;西脇瑞紀・松崎琢也・三輪学央
• 通讯作者: 西脇瑞紀・松崎琢也・三輪学央

ケイ酸塩メルト中の水の溶解度：圧力項に関するパラドックス

水在硅酸盐熔体中的溶解度：关于压力项的悖论

• 发表时间: 2021
• 作者: Waku Tsuyoshi;Nakada Sota;Masuda Haruka;Sumi Haruna;Wada Ayaka;Hirose Shuuhei;Aketa Iori;Kobayashi Akira;原田将之;原田将之;Tori Shimizu;西脇瑞紀
• 通讯作者: 西脇瑞紀

Shigetomi and Nishiwaki (2022) プレスリリース (日本の研究.com)

Shigetomi 和 Nishiwaki (2022) 新闻稿 (Japan Studies.com)