マグマ発泡現象の4次元観察とそのメカニズムの研究

岩浆发泡现象的4维观测及其机理研究

基本信息

批准号：
17031011
负责人：
土山明
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Osaka University
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：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、火山爆発の原因であるマグマ発泡現象のアナログ実験として含水珪酸塩ガラスの加熱発泡実験をおこない、高分解能X線CT装置によるマイクロトモグラフィーを用いた3次元構造の時間発展(4次元構造)の観察法と解析法を確立し、さらにこれにより発泡過程とそのメカニズムを理解しようとするものである。平成17年度に含水流紋岩質ガラス(黒曜石)を用いて確立した観察法・解析法を、本年度は含水玄武岩質ガラスに適用した。天然物には実験に適したサンプルがないので、サンプルは内熱式高圧炉で合成した。これをステンレス製の字具に固定し、一定温度(675,700℃)で一定時間(5〜20分)加熱後冷却しCT撮影をおこなうというサイクルを繰り返した。CT撮影はSPring-8のBL20B2においておこなった(25keV、画素サイズ:3.14μm1344x1344マトリクス)。これにより、従来知られていない発泡様式を発見した。玄武岩質ガラスではサンプルの壁などから不均一核形成が始まり、数100ミクロンの泡へと成長していく。やがてサンプル壁のある場所より、多数の微細な泡(1ミクロン程度)が発生し、この泡に富む部分がシャープな境界を持ちながらサンプル内部に向かって一定速度で進行し、やがて発泡は停止する。流紋岩質ガラスでは均一核形成・成長によってのみ発泡を続けたのと対照的である。多数の微細な泡の生成によって、効率的に水を系外に逃がすことができるので、非爆発的な噴火が予想される。実際の高温での減圧発泡においても、この発泡様式がおこるとすれば、玄武岩質マグマの非爆発的な噴火を、今回新しく発見した発泡様式で説明することができる。今後、さらなる超高分解能でのCT撮影や、条件を変えた実験、また天然の玄武岩の組織観察などにより、これを検証することが必要である。

This research aims to understand the foaming process and mechanism of foaming hydrated silicate glass by conducting an analog experiment of magma foaming, which is the cause of volcanic explosions, and establishes a method for observing and analyzing the time evolution of three-dimensional structures (four-dimensional structures) using microtomography using a high-resolution X-ray CT system, and furthermore, the method of understanding the泡沫过程及其机制。 2005年，使用含水的流纹岩玻璃（黑曜石）建立的观察和分析方法今年应用于含水的玄武岩玻璃。由于天然产品没有适合实验的样品，因此将样品合成在内部热高压炉中。将其固定在不锈钢形状工具上，在一定时间内（5至20分钟）在恒温（675,700°C）中加热，然后冷却，然后重复CT成像。在弹簧-8的BL20B2上进行CT成像（25kev，像素大小：3.14μm1344x1344矩阵）。这导致发现了过去不知道的泡沫风格。在玄武岩玻璃中，异质成核从样品的壁开始，并生长至数百微米的泡沫。最终，将从样品壁所在的区域产生许多细气泡（约1微米），这些富含气泡的零件将以急剧的边界持续朝着样品内部进行进展，最终泡沫将停止。这与以下事实相反：泡沫仅通过统一的成核和流纹岩玻璃的生长持续。许多细气泡的产生使水有效地逃脱了系统，从而预测了非爆炸性喷发。如果这种泡沫样式即使在高温下实际降低压力泡沫中也发生，则可以使用新发现的泡沫样式来解释玄武岩岩浆的非爆炸性喷发。将来，有必要通过在超高分辨率下进行进一步的CT成像，对条件变化的实验以及自然玄武岩的组织观察来验证这一点。