マグマ溜り中の気相の移動現象に関する流体力学的研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04640732
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小屋口 剛博 東京大学, 地震研究所, 助教授 (80178384)
• Keywords: マグマ溜り / 火山ガス / 混相流 / 揮発成分 / マグマの混合 / 粒子の沈積作用 / 結晶分化作用 / 対流運動

Research Abstract

マグマの発泡現象および発生した気泡の移動現象を理解するために,気泡や固体粒子の移動とマグマの対流の相互作用に関する実験を行った.
現在の所,粒子の沈積と熱対流の相互作用について,粒子の量が少ない場合についての実験がほぼ完了し,その理論的考察も行なった.その結果、粒子の沈降及び対流の様式は粒子濃度に応じて以下の2タイプに分かれることが分かった.粒子濃度が低いときには,粒子は対流によって混合され水槽中に均質に分布しつつ,底部で沈積が進行する.この場合,粒子濃度は時間とともに対数関数的に減少する.粒子濃度が一定値を超えると粒子は上澄を形成しつつ沈積し,水槽全体に及ぶ対流は抑えられる.モデル計算によると両タイプの境界は,粒子+流体の総密度が温度勾配に因る流体中の密度不安定に打ち勝つか否かの条件に一致する.この研究結果は、Journal of Volcanology and Geothermal Researchに印刷中である.また,粘性と密度が違う2流体が安定に成層した水槽において,粒子あるいは気泡を移動させる実験を行ない,この粒子(気泡)が2流体の境界に濃集し,密度不安定層を形成し,成層構造が崩壊するという現象が見られることがわかった.このような不安定が生じる条件を理論的に推定した.研究結果は、Earth and Planetary Science Lettersに印刷中である.
現在までの気泡を用いた予備実験結果によって気泡の発生量の時間的変化が対流の様相に大きな影響を与えることがわかった.つまり,気泡の量が時間と共に増加した時に対流は強まるが,減少した場合対流は弱まる.今後これらの現象について系統的な実験を行なうために,気泡を電気分解によって発生させる装置の試作を行なった.また,電気分解のときの電圧をコンピューター制御し気泡の発生量を時間的に変化させるための装置を組立てた.

Research Products

• [Publications] T.Koyaguchi,H.A.Hallworth,H.E.Huppert: "An experimental study on the effects of phenarysts on convection in magmas" Journal of Volcanology and Geothermal Research. 54. (1993)
• [Publications] R.S.J.Sparks,H.E.Huppert T.Koyaguchi,H.A.Hallworth: "Origin of moclal and rhythmic igneous layering by sedimentation in a convecting magma chamber" Nature. 361. 246-248 (1993)
• [Publications] N.Thomas,S.Tait T.Koyaguchi: "Mixing of stratified liquids by the motion of gas bubbles with application to magma mixing" Earth and Planetary Scionce Letters.
• [Publications] T.Koyaguchi: "Multiphase flows in magmatism" International Journal of Modern Physics.