17:15 〜 18:30
[SCG58-P09] 3相系マグマのレオロジー則と粘性-脆性遷移：桜島昭和溶岩の例
キーワード：レオロジー則、溶岩流、脆性-粘性遷移、マグマ、桜島火山
結晶および気泡を含む3相系マグマである桜島昭和溶岩について，1300-1130Kの温度，10-2.5-10-5.5 s-1の歪速度の条件で一軸圧縮変形実験を行った．実験の初生物質として用いた溶岩は気泡を20vol. %程度含み，固相は47 vol. %の流紋岩質ガラスと23vol.%程度のマイクロライト，30vol. %程度の斑晶からなる安山岩質溶岩である．実験は，東京大学地震研究所の一軸圧縮試験機を用いて行った．実験温度において2時間程プレヒーティングした後に変形実験を行い，変形終了後15分以内に873K以下まで冷却し，サンプルを回収した．変形実験中，サンプルの高さと応力をモニターし，これらのデータからGent(1960)の式を用いて粘性率を計算した．また，粘性率の歪速度依存性を検討するため，一定温度化で段階的に変形速度を変化させた．
1300-1160Kの温度範囲において，温度低下および歪速度増加に伴って粘性率が107.3-1011.3 Pa sの範囲で低下した．この粘性率の歪速度依存性は，べき乗則流体のレオロジー則でうまく説明できる．相対粘度[＝マグマの粘性率／メルトの粘性率]は，メルト含水量を0.2wt. %とすると，温度に依らずおよそ100程度の値を示した．1130Kの実験では，歪速度が10-4 s-1の条件下では粘性流体的なふるまいを示したが，10-3.5 s-1の歪速度では脆性破壊した．結晶量は，温度に依らずおよそ0.53の値で一定であった．
実験結果から物質の粘性-脆性遷移を特徴づけるデボラ数Deを算出したところ，この溶岩はDe＜10-2.65の条件では粘性流体的にふるまったが，De~10-2.65で脆性的破壊した．このことから粘性-脆性遷移の臨界デボラ数はおよそ10-2.65であると考えられる．臨界デボラ数と結晶量の関係は，Cordinnier et al. (2012)で示された結晶を含むマグマについての基準と整合的であった．また，臨界デボラ数と粘性率の測定結果から，この溶岩で粘性-脆性遷移のおこる臨界応力は107.4 Pa程度と見積もられる．一方で，本研究で定量化したレオロジー則を用いて桜島昭和溶岩の流動速度を見積もったところ，約1273Kにおける計算値が，萩原ほか(1946)による野外での実測値と一致した．この温度は，岩石学的制約と整合的であり，この結果から本研究のレオロジー則は妥当であると考えられる．溶岩中で発生する応力の最大値が，粘性-脆性遷移のおこる臨界応力値を超えることはなかった．このことから，桜島昭和溶岩の表面においてブロック状構造が発達するためには，応力集中の発生が必要であると考えられる．
1300-1160Kの温度範囲において，温度低下および歪速度増加に伴って粘性率が107.3-1011.3 Pa sの範囲で低下した．この粘性率の歪速度依存性は，べき乗則流体のレオロジー則でうまく説明できる．相対粘度[＝マグマの粘性率／メルトの粘性率]は，メルト含水量を0.2wt. %とすると，温度に依らずおよそ100程度の値を示した．1130Kの実験では，歪速度が10-4 s-1の条件下では粘性流体的なふるまいを示したが，10-3.5 s-1の歪速度では脆性破壊した．結晶量は，温度に依らずおよそ0.53の値で一定であった．
実験結果から物質の粘性-脆性遷移を特徴づけるデボラ数Deを算出したところ，この溶岩はDe＜10-2.65の条件では粘性流体的にふるまったが，De~10-2.65で脆性的破壊した．このことから粘性-脆性遷移の臨界デボラ数はおよそ10-2.65であると考えられる．臨界デボラ数と結晶量の関係は，Cordinnier et al. (2012)で示された結晶を含むマグマについての基準と整合的であった．また，臨界デボラ数と粘性率の測定結果から，この溶岩で粘性-脆性遷移のおこる臨界応力は107.4 Pa程度と見積もられる．一方で，本研究で定量化したレオロジー則を用いて桜島昭和溶岩の流動速度を見積もったところ，約1273Kにおける計算値が，萩原ほか(1946)による野外での実測値と一致した．この温度は，岩石学的制約と整合的であり，この結果から本研究のレオロジー則は妥当であると考えられる．溶岩中で発生する応力の最大値が，粘性-脆性遷移のおこる臨界応力値を超えることはなかった．このことから，桜島昭和溶岩の表面においてブロック状構造が発達するためには，応力集中の発生が必要であると考えられる．