地殻流体の流れを視る：基礎実験

• Project Area: Geofluids: Nature and dynamics of fluids in subduction zones
• Project/Area Number: 22109505
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 隅田 育郎 金沢大学, 自然システム学系, 准教授 (90334747)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2011: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2010: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: マグマだまり / 熱侵食 / 鉱物粒子 / マグマ上昇 / 層状貫入岩体 / マグマ / 部分溶解体 / 貫入岩体 / 熱浸食

Research Abstract

マグマだまりが熱侵食により天井（母岩）を部分溶融しながら上昇する過程および沈降する鉱物粒子の影響を調べるためのモデル実験を行った。ここでメルト・鉱物粒子はワックス・ガラスビーズを用いてモデル化した。部分溶融した天井を構成する鉱物粒子のサイズを可変パラメータとして実験を行った。その結果、臨界サイズ0.1 mm以下では熱侵食が周期的に起きることが発見された。周期的な熱侵食は天井から沈降した粒子が十分に小さく沈降速度が遅いため、メルト層がけん濁し安定密度成層を形成するためと理解された。また画像解析により、熱侵食の速度は天井を構成する粒子サイズには依存しないことが分かった。さらに構成する粒子が異なる２つのサイズからなり、その内の少なくとも１つが臨界サイズ以下である場合、周期的な熱侵食が起き、その結果、縞状の堆積層が形成されることが分かった。そして私達の実験において周期的な熱侵食が起きる条件は無次元数、Buoyancy Number (B）を用いてB > 1と表せることを示した。同じ条件をマグマだまりに応用し、マグマだまりの上下の温度差、粒子サイズ、粘性率の関数でB>1となる条件を調べたところ、玄武岩質マグマの温度差が１℃の場合、代表的な粒子サイズが約0.6 mm以下になれば周期的な熱侵食が起こりうることを示した。マグマだまりにはしばしば層状の構造が見られるが、その成因は不明であった。私達は熱侵食によって層状の堆積構造が形成しうることを実証した。以上の主要な結果に加えて、粒子が異なる２つのサイズからなる場合については、そのサイズ・量比の組み合わせを変えた場合についても調べ、形成される堆積構造の違いを明らかにした。以上の結果は国際学会２件（招待１件）、国内学会２件（招待1件、１件は流体力学会の注目研究に選定された）で発表した。また査読つき国際雑誌に投稿し、途中経過は国内雑誌で発表した。

Current Status of Research Progress

Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Experiments on upward migration of a liquid-rich layer in a granular medium : Implications for a crystalline magma chamber (2012)
  • Author(s): Y.Shibano, et al
  • Journal Title: Geochem.Geophys.Geosys Volume: Q03007 Issue: 3
  • DOI: 10.1029/2011gc003994
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 溶融により粒子が上部から供給される場の熱対流実験 (2011)
  • Author(s): 柴野靖子、隅田育郎、並木敦子
  • Journal Title: ながれ Volume: 30 Pages: 451-454
  • NAID: 110008897901
• [Journal Article] Experiments on buoyancy-driven crack around the brittle-ductile transition (2011)
  • Author(s): Sumita, I., Y.Ota
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 3042 Pages: 337-346
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experiments on a turbulent plume : shapeanalyses (2011)
  • Author(s): S. Kitamura, & I. Sumita
  • Journal Title: J. Geophys. Res Volume: 116 Issue: B3
  • DOI: 10.1029/2010jb007633
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Excitation of airwaves caused by bubble bursting in a cylindrical conduit : Experiments and a model (2010)
  • Author(s): T. Kobayashi, A. Namiki, & I. Sumita
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 115 Issue: B10
  • DOI: 10.1029/2009jb006828
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Experiments on buoyancy-driven crack around the brittle-ductile transition (2011)
  • Author(s): Sumita, I., Ota, Y.
  • Organizer: First International Symposium on Geofluids
  • Place of Presentation: 東工大(東京都)
  • Year and Date: 2011-03-18
• [Presentation] Experiments on a liquid-rich layer ascent in a granular medium : Implications for slab fluid (2011)
  • Author(s): Namiki, A., Shibano, Y., Sumita, I.
  • Organizer: First International Symposium on Geofluids
  • Place of Presentation: 東工大(東京都)
  • Year and Date: 2011-03-18
• [Presentation] Experiments on melt ascent by thermo-mechanical eroison (2011)
  • Author(s): Shibano, Y., Sumita, I.
  • Organizer: First International Symposium on Geofluids
  • Place of Presentation: 東工大(東京都)
  • Year and Date: 2011-03-18
• [Presentation] 火山プルームの形状進化:室内実験によるアプローチ (2010)
  • Author(s): 北村、隅田
  • Organizer: 2010年度日本火山学会
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府)
  • Year and Date: 2010-10-09
• [Presentation] 粉粒体中における液体濃集層の輸送を熱対流のアナロジーから理解する (2010)
  • Author(s): 並木、柴野、隅田
  • Organizer: 地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2010-05-27
• [Presentation] 粉粒体の固着すべり実験:パラメータ依存性の精査 (2010)
  • Author(s): 隅田、東、坪田
  • Organizer: 地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-05-26
• [Presentation] 粉粒体を用いた固着滑り-安定滑り遷移の実験 (2010)
  • Author(s): 坪田、隅田
  • Organizer: 地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2010-05-25
• [Presentation] 部分溶融層におけるメルト上昇のモデル実験 (2010)
  • Author(s): 柴野、隅田
  • Organizer: 地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2010-05-24
• [Presentation] 脆性・塑性遷移領域における浮力駆動されるクラックの実験
  • Author(s): 隅田育郎、太田ゆかり
  • Organizer: ２０１１地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ、千葉
• [Presentation] 融解により粒子が上部から供給される場の熱対流実験
  • Author(s): 柴野、隅田、並木
  • Organizer: ２０１１年日本流体力学会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
• [Presentation] Experiments on buoyancy-driven crack around the brittle-ductile transition
  • Author(s): Sumita, I., Ota, Y.
  • Organizer: AGU 2011 Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
• [Presentation] Experiments on Upward Migration of a Liquid-Rich Layer in a Granular Medium: Implications for Slab Fluid
  • Author(s): Namiki, A., Shibano, Y., Sumita, I
  • Organizer: AGU 2011 Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
• [Presentation] Experiments on melt ascent by thermo-mechanical erosion in a magma chamber
  • Author(s): Shibano, Y., , Sumita, I., Namiki, A
  • Organizer: AGU 2011 Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
• [Presentation] Exploring ascent mechanisms of geofluids usiing laboratory experiments
  • Author(s): Sumita, I., Shibano, Y., Ota, Y., Namiki, A
  • Organizer: Geofluids-2 Symposium
  • Place of Presentation: Misasa, Japan
  • Invited
• [Presentation] Experiments on melt ascent by thermal erosion in a magma chamber
  • Author(s): Shibano, Y., Sumita, I., Namiki, A.
  • Organizer: Geofluids-2 Symposium
  • Place of Presentation: Misasa, Japan
• [Presentation] マグマの移動が作り出す様々な形：アナログ実験によるアプローチ
  • Author(s): 隅田、柴野、太田、並木
  • Organizer: ２０１２年日本物理学会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Invited
• [Presentation] A laboratory model for melting erosion of a magma chamber roof and the generation of a rythmic layering
  • Author(s): Shibano, Y., Sumita, I., Namiki, A.
  • Organizer: IAVCEI 2013 Scientific Assembly
  • Place of Presentation: Kagoshima, Japan
• [Remarks]
  • URL: http://hakusan.s.kanazawa-u.ac.jp/~sumita/