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Bubble coalescence in magma: Theory testing based on experiments and Application to natural clasts

岩浆中的气泡聚结：基于实验的理论检验及其在天然碎屑中的应用

基本信息

批准号：
21K14014
负责人：
大橋正俊
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14014/
关键词：
マグマ気泡合体噴火

项目摘要

火山噴出物に残された気泡組織の逆問題を解くことを目的として、本研究は気泡の合体過程を物理・地質の双方から研究するものである。今年度は、3次元の気泡合体の解明を目的として、研究を進めた。まず、気泡の合体過程を3次元下で観察できるような、新たな実験装置を開発した。高粘性液体の中に気泡を入れ、圧力を大気圧から下げることで、気泡の膨張と合体をその場観察することが出来た。ビデオカメラで気泡合体を撮影し、画像解析によって、合体のタイムスケールを計測した。解析の結果、気泡の合体過程は、キャピラリー数という無次元数に支配されていることがわかった。これは、粘性応力と表面張力の競合を表す無次元数である。実験結果より、キャピラリー数の増加に伴い、気泡の合体タイムスケールは、表面張力が支配する領域から、気泡成長が支配する領域に遷移することがわかった。また、簡単なスケーリング解析に基づき、気泡の合体タイムスケールに関する半経験的な式を導出することに成功した。このタイムスケールは、既存の合体実験結果と整合的であり、粘性率だけでなく、気泡の成長速度も大事な要因であることを強く示唆している。また、合体により、気泡の数密度が変化することが、先行研究で既に知られていた。そこで、先行研究の実験結果と比較したところ、その気泡数密度は、本実験のスケーリングで綺麗に説明することがわかった。気泡数密度は、マグマ上昇速度を反映する最も重要な観測量の一つである。本実験を発展させることにより、天然の火山噴出物の気泡数密度から、粘性率や気泡成長速度を推定することが出来る可能性がある。

The inverse problem of bubble formation in volcanic eruptions is studied in this paper. This year, the three dimensional bubble combination of understanding, research and development. The process of combining bubbles and bubbles is observed in three dimensions, and new devices are developed. High viscosity liquid gas bubble into the pressure, high pressure, gas bubble expansion, field detection In addition to the above, the image analysis and measurement of the bubble body are also carried out. The result of the analysis, the combination process of bubbles, and the number of non-dimensional numbers dominate the process. However, the competition between viscous force and surface tension is infinite. As a result, the number of bubbles increases, and the number of bubbles increases. The basic analysis and the semi-basic formula of the bubble are successfully derived. The growth rate of bubbles is the main cause of the formation of bubbles. The number density of bubbles in the mixture has changed. The results of the previous study were compared with those of the previous study. The bubble number density and the rising speed reflect the most important measurement. This paper discusses the possibility of bubble number density, viscosity and bubble growth rate estimation of natural volcanic ejecta.