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Spieler, Oliver (2001): Die Fragmentierung hochviskoser Magmen: Experimenteller Aufbau und Analysetechniken. Dissertation, LMU München: Faculty of Geosciences
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Abstract

The fragmentation of highly viscous magma by rapid decompression is a young technique. For the first time an experimental tool permits the analysis of the influence of pressure, temperature and texture on the fragmentation of magma. The physical range of the experiments is close to the natural conditions of dome collapse. The experiments were performed at temperatures up to 950°C. The initial pressure difference in the range of 10 to 250bar is in good agreement to the natural conditions. In addition to the analysis of the fragmentation threshold, the rapid decompression experiments permit analysis of the primary particle distribution above the fragmentation level of an eruption. Further analyses were aimed at the influence of crystals on the particle distribution. An experimental set-up was used to investigate the speed of the propagating fragmentation wave, initiated by the rapid decompression of porous magma samples. The fragmentation speed experiments were performed at ~20°C using two dynamic pressure transducers. A new technique was designed to extend the temperature range of the fragmentation speed experiments up to 950°C. Next to the fragmentation experiments a comparison of analytical methods for the characterisation of the experimental pyroclasts was necessary. The applicability of the characterisation method to both experimental and fieldwork was of major interest. The experiments were performed on Dacite samples form Mt. St. Helens (Washington, USA), Fugendake (Unzen volcano complex, Japan) and basaltic Andesites of the 1994 eruption of Merapi (Java, Indonesia). The experimental investigation, the methodological and technical development are scope of the presented dissertation.

Abstract

Die experimentelle Fragmentation hochviskoser Magmen mit Hilfe der Fragmentationsbombe stellt einen relativ neuen Untersuchungsansatz dar. Erstmals war es möglich, den Einfluss verschiedener Faktoren auf das Bruchverhalten von hochviskosen Schmelzen in einem physikalisch dem natürlichen System nahen Ablauf zu analysieren. Der physikalische Rahmen der Experimente wird durch Temperaturen bis 950°C und einem möglichen Fragmentationsdruck bis 250bar gegeben. Neben der Analyse des Bruchschwellenwertes kann die schlagartige Dekompression eines unter Gasüberdruck stehenden Gesteinskörpers genutzt werden, um die primäre Partikelverteilung in einer Eruption zu ermitteln. Hierzu wird die Druck- und Temperaturabhängigkeit der Partikelverteilung untersucht. In weiteren Schritten wird der Einfluss von Kristallen auf das Bruchverhalten analysiert. Die Geschwindigkeit, in der sich eine durch plötzliche Druckentlastung ausgelöste Fragmentations-Front in einem Gesteinskörper ausbreitet, stellt einen weiteren Untersuchungsschwerpunkt dar. Die Versuche zur Bruchgeschwindigkeit wurden in druckabhängigen Versuchen bei Raumtemperatur durchgeführt und im Verlauf der Arbeit durch einen neuen Versuchsaufbau in dem Temperaturfeld bis 950°C ermöglicht. Neben den Versuchen sollte geklärt werden, welche Analysemethoden sich eignen, um die entstandenen experimentellen Pyroklastika zu charakterisieren. Hierbei war die Anwendbarkeit der verwendeten Methoden auf Geländeuntersuchungen von besonderem Interesse. In die Untersuchung wurden ein Dazit des Mt. St. Helens (Washington, USA), eine Reihe von Daziten des Fugendake (Unzen-Vulkankomplex, Japan) und Andesite des Merapi (Java, Indonesien) aufgenommen. Die Analysen und die methodische, sowie technische Weiterentwicklung sind Thema der vorliegenden Arbeit.