Bubble coalescence in magma: Theory testing based on experiments and Application to natural clasts
| Project/Area Number |
21K14014
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
大橋 正俊 九州大学, 理学研究院, 助教 (60899491)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | マグマ / 気泡 / 合体 / 噴火 |
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| Outline of Research at the Start |
よく振ったコーラに例えられるように、火山噴火の駆動力は、マグマに溶け込んでいる揮発性成分の発泡である。火山噴出物に残された気泡組織の逆問題を解くことを目的として、本研究は気泡の合体過程を物理・地質の双方から研究する。まず、気泡合体のアナログ実験・合体モデルの開発を通して、気泡合体を物理的に理解する。その後、開発した合体モデルを天然の火山噴出物に適用し、マグマの上昇過程を復元する。定量的に復元した上昇過程は、マグマがどのように噴火しているのか、その理解につながるだろう。
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| Outline of Annual Research Achievements |
火山噴出物に残された気泡組織の逆問題を解くことを目的として、本研究は気泡の合体過程を物理・地質の双方から研究するものである。今年度は、3次元の気泡合体の解明を目的として、研究を進めた。まず、気泡の合体過程を3次元下で観察できるような、新たな実験装置を開発した。高粘性液体の中に気泡を入れ、圧力を大気圧から下げることで、気泡の膨張と合体をその場観察することが出来た。ビデオカメラで気泡合体を撮影し、画像解析によって、合体のタイムスケールを計測した。解析の結果、気泡の合体過程は、キャピラリー数という無次元数に支配されていることがわかった。これは、粘性応力と表面張力の競合を表す無次元数である。実験結果より、キャピラリー数の増加に伴い、気泡の合体タイムスケールは、表面張力が支配する領域から、気泡成長が支配する領域に遷移することがわかった。また、簡単なスケーリング解析に基づき、気泡の合体タイムスケールに関する半経験的な式を導出することに成功した。このタイムスケールは、既存の合体実験結果と整合的であり、粘性率だけでなく、気泡の成長速度も大事な要因であることを強く示唆している。また、合体により、気泡の数密度が変化することが、先行研究で既に知られていた。そこで、先行研究の実験結果と比較したところ、その気泡数密度は、本実験のスケーリングで綺麗に説明することがわかった。気泡数密度は、マグマ上昇速度を反映する最も重要な観測量の一つである。本実験を発展させることにより、天然の火山噴出物の気泡数密度から、粘性率や気泡成長速度を推定することが出来る可能性がある。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
