Odkrywanie procesów magmowych

Badania nad strumieniami lawy są kluczowe dla zrozumienia procesów kształtujących naszą dynamiczna planetę. W szczególności, wiedza na temat nacisków, pod którymi magma zyskuje właściwości ciągliwe bądź ruchliwe, ma pierwszorzędne znaczenie dla wulkanologii, geodynamiki i planetologii. Duży nacisk kładziony jest na zbadanie zasięgu strefy przejścia krucho-ciągliwego.

Z tego powodu naukowcy powołali finansowany ze środków UE projekt "Rheophysics and energy of magmas" (RHEA). Próbowali oni rozdzielić stabilne i metastabilne pola przepływu kryształonośnych roztopów i oszacować początkowy punkt pojawiania się właściwości kruchliwych. Aby to osiągnąć, prace ukierunkowano na doświadczalne i numeryczne badania dystrybucji energii w magmach.

Naukowcy porównali symulacje numeryczne ze zdeformowanymi pod wpływem wysokiego ciśnienia i temperatury próbkami, zyskując lepszy obraz procesów zachodzących podczas deformacji magmy. W ramach projektu RHEA opracowano pierwsze reometry numeryczne służące do mierzenia suspensji magmowej, w oparciu o prawdziwe pomiary, oraz stworzono nowe prawa dla modeli w większej skali.

Do modelowania mikrohydrodynamicznych zachowań suspensji członkowie projektu wykorzystali metodę elementów skończonych. W obliczeniach przepływu wykorzystano metodę SPH. Mimo że obliczenia tą metodą skupiono na depozytach po grawitacyjnym potoku mas, uzyskany kod można potencjalnie wykorzystać do zbadania dynamiki przepływu z komory magmowej do intruzji.

Zespół projektu przeprowadził pierwsze spójne badania łączące rozpoczęcie przejścia magmy w stan kruchy z odłamkami kryształów. Badania doświadczalne obejmowały produkcję dobrze kontrolowanych syntetycznych magm przy użyciu odłamków różnych kryształów. Wysokociśnieniowa, wysokotemperaturowa prasa Paterosona pozwoliła zmierzyć lepkość.

Wykonano dodatkowe badania wytrzymałościowe przy pomocy doświadczalnego systemu stożka na płytce, wykorzystując różne analogiczne ciecze. Ziarna w postaci pustych kul, szklanych paciorków i plastikowych ziaren pomogły w naśladowaniu szeregu zachowań magmy.

Pomiary oscylacyjne pomogły naukowcom zbadać właściwości lepkoelastyczne suspensji różnych odłamków kryształów i określić kiedy pojawiają się nienewtonowskie zachowania cieczy cząsteczkonośnych.

Projekt RHEA przyczynił się w znacznym stopniu do zwiększenia rozumienia procesów zachodzących podczas deformacji magmy. Opracowane modele powinny znaleźć zastosowanie w wielu obszarach nauki o Ziemi.