火山爆発とそれに伴う流動現象の機構解明

火山喷发和伴随流动现象的机制阐明

• 批准号: 14080204
• 负责人: 小屋口 剛博
• 金额: $ 102.72万
• 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: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14080204/
• 关键词: 火道流れ; 気泡核生成; マグマ破砕; 噴煙乱流混合; 気液混相流体; 粉流体; 減圧相変化挙動; 脱ガス; 火山噴火; 数値モデル; マグマの上昇; 火山噴煙; 火砕流; 混相流体力学

本年度は,「火道流モデル」および「火山噴煙モデル」の研究について以下のような成果が得られた.火道流モデルについては,定常流モデルについて,地質学的条件やマグマ物性に対する依存性,さらに,その性質が気泡の核形成・成長,マグマの破砕,脱ガス作用という素過程に強く依存することが示された.特に,本年度は,気相と液相の相対速度がある場合の定常流について半解析解が得られた.又,非定常火道流モデルに基づいて,ドーム噴火の噴出率変動に関する解析が進められ,定常的なドーム噴火が不安定となって噴出率変動が発生する条件について解析解が得られた.これらの火道流モデルに関連する素過程の物理について,高粘性流体・粘弾性物質の急減圧流動装置及び相変化を含む衝撃波管実験装置を用い,急減圧に伴う気泡の成長,破砕過程,高速流動現象を再現した.特に,破砕過程における脆性/延性遷移が粘弾性緩和時間に規定されていることを明確に示す実験結果が得られたことが,本年度の特筆すべき成果である.又,非常に高粘性のマグマに対する衝撃波管実験結果を定量的に再現する破砕基準を得た.上記の実験で観察される現象の基礎的な物理を解明するために,急減圧に伴う気相核形成の分子動力学モデルや粘弾性物質中の気泡の変形を再現する新数値手法が開発され,解析が進んだ.火砕流の発生条件,噴煙高度,傘型噴煙のダイナミックスを定量的に再現する3次元火山噴煙モデルを開発し,このモデルの火口における条件として火道流モデルの結果を採用することによって,火道流モデルと噴煙モデルを統合した「噴火シミュレータ基礎モデル」を構築した.又,小規模噴煙の観測データが蓄積され,経験則が確立された.火山噴煙・火砕流の素過程については,粉体の流動化に対する熱輸送の影響について離散要素法数値モデルが開発され,室内実験による検証が進められた.

今年，有关“当前流程模型”和“火山烟模型”的研究获得了以下结果。关于稳定的流量模型，结果表明，对稳定流量模型的地质条件和岩浆特性的依赖在很大程度上取决于气泡成核和生长，岩浆断裂和脱气作用的基本过程。特别是，今年，当气相和液相的相对速度相对速度时，获得了半分析溶液的稳定流量。此外，使用不稳定的稳定流模型来创建稳定的流量模型。基于分析，进行了圆顶喷发的弹出率的波动，并为稳定的圆顶喷发变得不稳定并产生了弹出率的波动而获得了分析解决方案。关于与这些易燃流量模型相关的基本过程的物理学，我们使用突然的抑制装置用于高度粘性的流体和粘弹性材料，以及一个含有相变的冲击管实验装置，以重现气泡，断裂过程的生长，断裂过程以及与突然降低相关的高速流动现象。特别是，在粘弹性松弛时间定义了骨折过程中脆性/延性的转变。今年的特殊成就是实验结果清楚地表明这是获得了的。此外，我们获得了一个断裂标准，该标准可定量重现电击管实验的结果，以获得极高的粘度岩浆。为了阐明在上述实验中观察到的现象的基本物理学，开发了一种新的数值方法来重现由于突然解压缩而引起的气相成核的分子动力学和一种新的数值方法，以重现粘弹性材料中气泡变形的变形，并进行了分析。定量使用了产生火山碎屑流动，烟气高和雨伞型烟雾动态的条件。通过开发要重现的3D火山烟模型，并通过将易燃流模型的结果作为该模型的陨石坑处的条件，我们构建了一个“基本的喷发模拟器基本模型”，该模型整合了易燃流量模型和烟雾模型。此外，累积了小规模烟雾的观察数据，并确定了经验法则。关于火山烟雾和火山碎屑流的基本过程，开发了一个离散的元素数值模型，以对热传输对粉末流体化的影响，并使用室内实验进行了验证。

项目成果

大西順也 他: "格子ボルツマン非ニュートン流体モデルの開発と多成分流れへの応用"混相流. 7巻4号. 413-425 (2003)

Junya Onishi 等人：“晶格玻尔兹曼非牛顿流体模型的开发及其在多组分流中的应用”多相流，第 7 卷，第 413-425 期（2003 年）。

鍵山恒臣編(著者多数): "マグマダイナミクスと火山噴火"朝倉書店. 212 (2003)

梶山恒臣主编（多位作者）：《岩浆动力学与火山喷发》朝仓书店212（2003）。

田中敏嗣: "計算粉体工学:中および高濃度混相流(衝突モデル、DSMC法、流動層)"粉体工学会誌. Vol.40,No.12. 885-894 (2003)

Toshitsugu Tanaka：“计算粉末工程：中高浓度多相流（碰撞模型、DSMC 方法、流化床）”粉末工程学会杂志第 40 卷，第 885-894 期（2003 年）。

噴火のダイナミックス:噴火タイプおよび噴出物・堆積物の性質の観点から

喷发动力学：从喷发类型以及喷射物和沉积物的性质来看

• 发表时间: 2005
• 期刊: 火山 50
• 作者: F.Maeno;H.Taniguchi;小屋口剛博
• 通讯作者: 小屋口剛博

阿蘇火山におけるマグマ供給系の長期的進化

阿苏火山岩浆供应系统的长期演化

• 发表时间: 2007
• 作者: 金子克哉;小屋口剛博;高橋俊郎
• 通讯作者: 高橋俊郎