気泡の上昇・結晶の沈降に伴うマグマ対流

由于气泡上升和晶体沉降而产生的岩浆对流

基本信息

批准号：
05231217
负责人：
深尾良夫
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05231217/
关键词：
マグマあぶく対流プリューム

项目摘要

平成5年度は、マグマ溜まり内部の微粒子(気泡・結晶)の上昇・沈降によって引き起こされる流体運動について、非定常非線形数値解法の改良および大型計算機によるシミュレーションを行った。その結果、マグマ溜まりの運動のダイナミクスとマグマ混合について以下の示唆を得た。(1)マグマの粘性が極端に低い場合、もしくは気泡や結晶のサイズが大きい場合にはこれら微粒子はマグマ中を静かに素通りするだけマグマ溜まり全体におよぶ対流は励起されない。このような状況では、マグマは気泡の運度によって乱されにくく、混合のスケールの小さな比較的均質なマグマが維持・保存されることが期待される。これは、中央海嶺から低粘性のバサルトが連続的に生成・噴出される状況などにあてはまるかもしれない。(2)マグマの粘性が比較的高い、あるいは気泡・結晶のサイズが小さい場合には、気泡や結晶の水平分布のゆらぎによってマグマ溜まり全体におよぶ対流が励起される。このときマグマ溜まり内部で鉛直方向にマグマ混合が促進されることが期待される。(3)マグマの粘性がかなり高い場合、もしくは気泡・結晶のサイズがごく小さい場合、気泡・結晶はもはや個々に移動することができず集積し、塊状のプリュームを形成して移動する。このときプリューム自体は気泡・結晶のミクロ運動(ストークス運動)よりもはるかに高速で運ばれ得る。このときマグマ混合のスケールは大きくなり不均質なマグマが生成されることが予想される。この状況は、島弧火山では一般的に見られる、高粘性のデイサイト質マグマの底部からバサルト質マグマが供給され発砲・結晶化を起こしながらマグマ混合を起こす場合のメカニズムとなり得ると考えられる。特にこのメカニズムでは、個々の気泡・結晶がごく小さくてミクロな移動速度が小さい場合でも、巨視的には十分高速でマグマが輸送・混合され得る点で重要である。またこれら微粒子の上昇・沈降が引き起こす流体運動は、それまで熱的には静かだったマグマ溜まりを再び不安定化させ、噴火のトリガーになり得ることも示唆している。今後は、外部に巨視的な流れ場(例えば熱対流やマグマ噴出に伴う流れなど)があった場合に、気泡・結晶のミクロな運動とどのように相互作用しながら新しい流れ場がつくられていくかについて数値実験を行う予定である。

在1993年，我们改善了非稳态的非线性数值解决方案，并使用大型计算机模拟，用于岩浆池内细颗粒（气泡和晶体）的上升和沉降引起的流体运动。结果，就岩浆储层的动力学和岩浆的混合而获得了以下建议。（1）如果岩浆的粘度极低，或者气泡和晶体的大小很大，那么只要它们轻轻地通过岩浆，这些细颗粒就不会在整个岩浆池中激发对流。在这种情况下，岩浆不容易被气泡速率打扰，并且预计将保持和保存少量混合的相对均匀的岩浆。对于低粘性玄武岩是连续产生并从海中山脊弹出的情况下，可能是这种情况。（2）如果岩浆的粘度相对较高或气泡和晶体的大小很小，则整个岩浆池的对流会因气泡和晶体的水平分布的波动而激发。目前，预计岩浆混合会在岩浆储层内的垂直方向上促进。（3）如果岩浆的粘度很高，或者气泡和晶体的大小很小，则气泡和晶体无法单独移动，并积聚并形成大量的羽流并移动。此时，羽流本身可以比气泡和晶体的微型速度快得多（Stokes Motion）。目前，岩浆混合的比例有望增加，并且将产生异质的岩浆。这种情况可能是一种机制，当玄武岩岩浆从高度粘性的岩浆岩浆的底部喂食时，这种机制通常在岛弧火山中通常看到，从而在射击和结晶时引起岩浆混合。这种机制尤其重要，因为即使单个气泡和晶体很小并且微型移动速度很小，也可以以足够高的宏观高速运输和混合岩浆。这也表明，这些细颗粒的上升和沉降引起的流体运动可能会再次使先前的热安静岩浆池稳定，并触发喷发。将来，我们计划在存在外部宏观流动场时与气泡和晶体的微功能相互作用（例如，热对流或与Magma射出相关的流动）进行数值实验。