マグマエイジングレオロジーのメカニズム解明と溶岩流プロセスに与える影響の評価

岩浆老化流变机制的阐明及其对熔岩流过程的影响评估

• 批准号: 21K14017
• 负责人: 黒川 愛香
• 金额: $ 3万
• 依托单位: National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-02-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14017/
• 关键词: マグマ; レオロジー; エイジング; CT; X線; 溶岩

結晶とメルトの混合物である固液マグマの流動や変形に関する特徴（レオロジー）は，一定温度・圧力下であっても結晶同士の相互作用の影響を受けて時間的に変化する．特に準備状態からの経過時間に依存する特徴変化（エイジング）は，マグマの流動開始・停止に関わる重要な現象であり，火山の火道浅部にあるマグマを高粘性化させて噴火の爆発度を上げ得る．エイジングはマグマの場合，結晶同士が凝集してクラスターを形成することに起因すると考えられている（Kurokawa et al., 2022）．しかし先行研究では急冷した実験サンプルを用いた観察を行っているため，実際のエイジング過程においてどのように結晶が凝集し，クラスターを形成するのか，つまり具体的な結晶クラスターの形成メカニズムやその要因は明らかにされていない．また，急冷がサンプルの内部構造に影響を及ぼしている可能性も否定できない．そこで本研究は，X線を利用したマグマ内部構造の時間変化の3次元観察（4D-CTと呼ぶ）を行い，マグマにおけるエイジング過程やその要因を明らかにすることで，より現実的なマグマや溶岩の非定常状態での流動を再現し，レオロジー変化が噴火現象に与える影響の推定を行う目的で実施してきた．本年度は，4D-CTに向けた実験系を設計・構築し，大型放射光施設SPring-8にて電気炉の設置，およびサンプルとアルミナ容器を投下撮影した場合の最適条件（使用X線エネルギー，投影数などの撮影条件等）を決定した．また条件が満たされれば1000℃付近の高温下で実験が行えることも実証された．今後この実験系を用いた4D-CTを実施することにより，マグマレオロジーの複雑な時間依存性を可視化できると考えている．

固液岩浆是晶体和熔体的混合物，即使在恒定的温度和压力下，由于晶体之间的相互作用，其流动和变形特性（流变学）也会随着时间而变化。特别是，取决于从准备状态开始的经过时间的特性变化（老化）是与岩浆流动的开始和停止相关的重要现象。就岩浆而言，老化被认为是由晶体聚集形成簇引起的（Kurokawa 等，2022）。然而，在以往的研究中，都是利用快速冷却的实验样品进行观察，因此并不清楚晶体在实际老化过程中如何聚集并形成簇，即晶体簇形成的具体机制及其因素尚未被揭示。 。此外，不可否认的是，快速冷却可能会对样品的内部结构产生影响。因此，本研究利用X射线对岩浆内部结构的时间变化进行三维观察（称为4D-CT），阐明岩浆的老化过程及其因素，从而创建更真实的岩浆图像。这项研究的目的是重现不稳定状态下的熔岩流，并估计流变变化对喷发现象的影响。今年，我们设计并建造了4D-CT实验系统，在大型同步辐射装置SPring-8上安装了电炉，并安装了掉落和拍摄样品和氧化铝容器的最佳条件（使用的X射线能量，拍摄确定了条件（例如投影的数量等）。还证明，在满足条件的情况下，可以在1000℃左右的高温下进行实验。我们相信，通过在未来使用该实验系统实施 4D-CT，我们将能够可视化岩浆流变学的复杂时间依赖性。

项目成果

Aging in magma rheology -an example of aphyric basaltic andesite lava produced by the 1986 Izu-Oshima eruption-

岩浆流变学中的老化 - 1986 年伊豆大岛喷发产生的非晶体玄武质安山岩熔岩的一个例子 -

• 发表时间: 2022
• 作者: 黒川愛香;三輪学央;石橋秀巳
• 通讯作者: 石橋秀巳