火山直下のマグマの状態と将来を知る方法の提案：粘弾性測定と浸透流・破砕の実験

提出一种了解火山正下方岩浆状态和未来的方法：粘弹性测量和渗流/断裂实验

• 批准号: 19H00721
• 负责人: 並木 敦子
• 金额: $ 28.95万
• 依托单位: Nagoya University (2020-2023)Hiroshima University (2019)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H00721/
• 关键词: マグマ; 粘弾性; 浸透率; 気泡; 実験

本研究では大きく分けて以下の４つのプロジェクトを行っている。以下にそれぞれの実施状況を記す。１）低粘性マグマの粘弾性測定では気泡を含むマグマを1200℃に加熱し、レオメータを用いて動的粘弾性を測定する。この計画については2020年度までにマグマを溶かす為の炉を購入し、2021年度には測定用のアルミナ棒の偏心の問題を解決した。また、炉の中に固定でき、かつ高温で使用できるルツボを作成した。シリコンオイルとポリマーの標準物質を用いて粘弾性に関するキャリブレーションを行い、この形状で正しい測定ができるパラメータ範囲を決めた。また、標準ガラスを用いて温度のキャリブレーションも行った。現在は玄武岩質安山岩である阿蘇の火山灰を用いて粘弾性測定を進めている。２）高粘性シリシックマグマの粘弾性測定は2022年度から着手の予定であったが、予定を繰り上げて2020年度から測定装置の設計を始め、2021年度中に装置が納品された。現在この装置を用いて正弦波的な変位をかける方法を検討している。３）高温高圧下でのマグマの浸透率測定は2020年度までに測定装置を導入し、2021年度はキャリブレーションを行なった。現在は常温・高圧での測定を行っている。４）溶融マグマの破砕その場観察実験は2020年度までにマグマを破砕する為の引張試験の方法を策定し、900℃まで昇温可能な炉に穴をあけ、破砕の最中を高速度カメラで観察する為の光学系と照明について方法を策定した。2021年度に実験を行い、マグマが破壊する様子を撮影する事ができた。

本研究大致分为以下四个项目。下面描述每个的实施状态。 1）为了测量低粘度岩浆的粘弹性，将含有气泡的岩浆加热至1200℃，并使用流变仪测量动态粘弹性。根据该计划，将在2020财年购买熔化岩浆的熔炉，并在2021财年解决用于测量的氧化铝棒的偏心问题。他们还制造了一种可以固定在熔炉中并在高温下使用的坩埚。使用硅油和聚合物标准材料进行粘弹性校准，并确定使用该形状可以进行正确测量的参数范围。还使用标准玻璃进行温度校准。目前，我们正在使用阿苏火山灰（玄武质安山岩）进行粘弹性测量。 2）高粘硅质岩浆粘弹性测量原定于2022年开始，但进度提前，测量设备的设计于2020年开始，设备于2021年交付。我们目前正在研究一种使用该设备应用正弦位移的方法。 3）在2020财年安装了测量高温高压条件下岩浆渗透性的测量设备，并在2021财年进行了校准。目前，测量是在室温和高压下进行的。 4）破碎熔融岩浆的现场观测实验，到2020年制定破碎岩浆拉伸试验方法，在可加热到900℃的熔炉中钻孔，用高速摄像机监控我们开发了一种用于观察破碎过程的光学系统和照明方法。我们在2021年进行了一项实验，能够拍摄到岩浆的破坏过程。

项目成果

Brittle fragmentation by rapid gas separation in a Hawaiian fountain

夏威夷喷泉中气体快速分离造成的脆性破碎

• DOI: 10.1038/s41561-021-00709-0
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 18.3
• 作者: Namiki Atsuko;Patrick Matthew R.;Manga Michael;Houghton Bruce F.
• 通讯作者: Houghton Bruce F.

高温封圧下におけるマグマの透気試験

高温围压下岩浆透气性测试

• 发表时间: 2021
• 作者: 奥村 聡;並木敦子
• 通讯作者: 並木敦子

Molecular-scale structural changes of silicate melts under tension revealed by time-resolved X-ray diffraction

时间分辨X射线衍射揭示硅酸盐熔体在张力下的分子尺度结构变化

• DOI: 10.1016/j.chemgeo.2023.121372
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 3.9
• 作者: Okumura Satoshi;Uesugi Kentaro;Goto Akio;Namiki Atsuko;Matsumoto Kazuhisa;Sakamaki Tatsuya
• 通讯作者: Sakamaki Tatsuya

Magma crystallization, fragmentation, and their roles on volcanic eruption

岩浆结晶、破碎及其对火山喷发的作用

• 发表时间: 2020
• 作者: A. Namiki; et al.
• 通讯作者: et al.

USGS/UC Berkeley/University of Hawaii(米国)

USGS/加州大学伯克利分校/夏威夷大学（美国）