Magma Degassing

Experimental investigation of homogeneous (H2O, CO2) bubble nucleation and growth in silicate melts during decompression

01.05.2017 bis 30.04.2020

Vulkanische Aktivität wird hauptsächlich durch dynamische Entgasungsprozesse während des Aufstiegs H2O- und CO2-haltiger Magmen angetrieben und resultiert oft in explosiven Eruptionen. Die fundamentalen physikochemischen Parameter, die die Nukleation und das Wachsen von Fluidblasen in einer homogenen Schmelze kontrollieren, sind die initiale Konzentration gelöster volatiler Komponenten, der Übersättigungsdruck (Differenz zwischen dem Dampfdruck in der Schmelze und dem Umgebungsdruck), die Grenzflächenspannung zwischen Fluid und Schmelze (Oberflächenspannung), die Diffusivität der volatilen Komponenten und die Viskosität der Schmelze. Das Ausscheiden von Volatilen ist verbunden mit einer komplexen Wechselwirkung zwischen Nukleation, diffusivem Wachstum, Expansion, Ostwald Reifung, Koaleszenz und Segregation von Fluidblasen, einhergehend mit der Abnahme der Dichte und der Viskosität des Magmas. Zuverlässige Nukleations- und Wachstumsdaten von (H2O, CO2) Blasen sind wichtig um Nukleations- und Wachstumsmodelle zu verbessern und um dynamische Entgasungsprozesse von vulkanischen Eruptionen zu verstehen. Das Ziel dieses Projektes ist die systematische Untersuchung der Nukleation und des Wachstums von H2O und gemischten (H2O, CO2) Blasen während kontinuierlicher Dekompression in dem vereinfachten System SiO2-Al2O3-Na2O-H2O-CO2 beginnend bei 200 MPa und 850 °C in Hydrothermal-Autoklaven und bei 1050 °C in der intern beheizten Gasdruckanlage. Beide Apparaturen sind mit Piezokeramik gesteuerten Ventilen für die kontinuierliche Dekompression ausgestattet und ermöglichen die sehr schnelle Abkühlung der Proben. Das vereinfachte SiO2-Al2O3-Na2O System ist sehr gut für dieses Projekt geeignet da (H2O, CO2) Löslichkeits-, Diffusions-, und Viskositätsdaten über einen großen Druck- und Temperaturbereich verfügbar sind. Unter Berücksichtigung experimenteller Limitationen werden die erwarteten fundamentalen Ergebnisse dieses Projektes dazu beitragen um zukünftige experimentelle Studien über Blasen-Nukleation und Entgasung von Schmelzen mit natürlichen Zusammensetzungen dahingehend zu verbessern, dass die Dekompressionsexperimente nur von der Dekompressionsrate als einzige Variable unter ansonsten konstanten Bedingungen beeinflusst sind. Zusammen mit computergestützten numerischen Modellierungen werden die experimentellen Ergebnisse substantiell zu einem tieferen Verständnis der Magmenentgasung, die Vulkaneruptionen triggert, beitragen.