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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7117(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

나노미터 크기의 결정(나노라이트)은 마그마의 점도에 영향을 주고 기포 핵생성을 유도하여 분출을 제어하는 데 중요한 역할을 합니다. 우리는 일본 후쿠토쿠 오카노바(Fukutoku-Oka-no-Ba)의 2021년 폭발에서 나노라이트가 포함된 부석과 나노라이트가 없는 부석에 대한 상세한 현미경 및 나노현미경 암석 분석을 제시합니다. 나노라이트 광물 집합체에는 반정 광물 집합체에는 없는 흑운모와 반정으로 관찰되는 자철광 및 클리노피록센이 포함됩니다. 나노라이트를 함유한 갈색 유리와 나노라이트가 없는 무색 유리 사이의 경계는 날카롭거나 그라데이션이며, 날카로운 경계는 투과전자현미경에서도 선명하게 나타납니다. 화산 유리의 X선 흡수 미세 구조(XAFS) 분석을 통해 나노라이트가 없는 무색 유리는 QFM + 0.98(로그 단위)의 산소 퍼지도를 기록하는 반면, 나노라이트를 함유한 갈색 유리는 더 높은 겉보기 산소 퍼지도(~ QFM + 2). MELTS를 사용한 열역학적 모델링은 더 높은 산소 퓨가시티가 액상선 온도를 증가시켜 자철석 나노라이트의 결정화를 유도한다는 것을 나타냅니다. 함수 나노라이트 광물 집합체 및 유리 산소 퓨가시티 추정은 뜨거운 고철질 마그마에 의해 공급되는 산화 유체가 마그마 단편화 이전에 마그마 저수지에서 나노라이트 결정화를 유도했음을 시사합니다. 산화로 유도된 나노라이트 결정화는 이질적인 기포 핵형성을 강화하여 마그마 저장소에 대류를 일으키고 폭발을 촉발시켰습니다.

나노라이트로 알려진 나노규모 결정은 폭발 중에 중요한 역할을 합니다. 나노라이트는 원래 결정 크기 분포(CSD)가 < 600 nm1에서 뚜렷이 구분되어 마이크로라이트와 구별되었으며, Mujin et al.2은 나중에 나노라이트를 길이가 30~1000 nm인 결정으로, 초나노라이트를 < 30 nm 길이의 결정으로 재정의했습니다. 길이. 나노라이트에 대한 기존의 암석학 연구에는 투과전자현미경(TEM) 또는 고해상도 주사전자현미경(HR-SEM)과 같은 고해상도 관찰 시스템이 필요했습니다. 라만 현미경을 통해 Fe-Ti 산화물(자석) 나노라이트의 검출이 점점 더 쉬워졌습니다3,4. 나노라이트의 결정화는 일반적으로 도관4,5,6,7,8의 마그마 상승과 마그마 조각화 후 냉각 과정을 포함한 얕은 과정을 반영하는 것으로 생각됩니다9. 또한 자철석 나노라이트의 결정화가 마그마의 점도를 높이거나 기포 핵 생성을 증가시킴으로써 분출의 폭발성을 향상시킬 수 있다는 것이 밝혀졌습니다4,10,11,12,13. 그러나 최근 현장 실험에 따르면 나노라이트 결정화는 점도를 증가시키지만 천연 용융물의 증가 효과는 아날로그 물질에서 기대한 것만큼 높지 않으며 나노라이트와 화산 과정 사이의 관계는 여전히 불분명합니다. 더욱이, 마그마 분출에서 나노라이트 결정화(또는 기포 핵생성)가 어떻게 시작되는지는 여전히 불분명합니다.

후쿠토쿠오카노바(FOB)는 일본 본토에서 남쪽으로 약 1300km 떨어진 북서 태평양의 이즈-오가사와라 호에 있는 해저 화산입니다(24°17.1′N, 141°28.9′E). 화산 정상은 2021년 폭발 이전에 해수면 아래 약 30m 깊이에서 길이 1.5×1km의 편평한 타원형 모양을 하고 있다15. 2021년 8월 13~15일(일본 표준시)에 화산에서 폭발적인 폭발이 일어났습니다16,17,18. Maeno et al.16은 위성 관측을 토대로 분출 기둥에 물이 풍부하고 화산 쇄설물이 소량 포함되어 있어 해수와 높은 마그마 배출 속도의 상호 작용으로 분출의 폭발성이 증가했다고 지적했다. 폭발로 인해 주로 회색 부석으로 구성된 대형 부석 뗏목이 생성되었으며, 이는 해류에 의해 서쪽으로 1000km 이상 이동되었습니다18,19. 경석 뗏목은 먼저 일본 섬의 태평양 연안에 도착한 후 서쪽으로 총 5000km 이상 이동하여 태국 만에 도착했습니다20. 다량의 부유 부석은 해안 생태계를 손상시키고 경제에 영향을 미칠 수 있습니다16,18,21. 표류 경석의 지구화학적 및 암석학적 분석에 따르면 다양한 색상(회색, 호박색, 갈색 및 검정색)에도 불구하고 SiO2 및 Na2O + K2O 함량이 각각 60~65 및 8~10질량%인 거의 균일한 조면암 조성을 가지고 있는 것으로 나타났습니다18 . 퇴적된 부석 쇄설물은 1000km 이상의 표류 기간과 2개월 동안 수차례의 마모 및 제거 과정을 거쳤음에도 불구하고 전반적인 경석형, 즉 대다수가 회색형인 경향은 발생 후 10일 이내에 관찰된 것과 동일하게 유지되었다. 바다에서의 폭발16,19. 다양한 색상의 경석은 독립적인 쇄설물이거나 점진적이거나 날카로운 경계를 갖는 단일 쇄설물에서 함께 발생합니다. FOB 부석의 주목할만한 특징은 대부분이 회색 부석인 반면 소량의 검은 부석이 흔히 발생한다는 것입니다. 검은 부석은 미세 질감이 다르지만 대부분의 퇴적물을 구성하는 회색 부석과 유사한 구성을 가지고 있습니다. 라만 현미경은 검은 경석의 갈색 유리에 용융 점도를 증가시켜 2021년 FOB 폭발에 중요한 역할을 하는 자철석 나노라이트가 포함되어 있음을 보여주었습니다18.

500 μm) were identified in both types of glass, most bubbles in the colorless glass were < 50 μm. The mean lengths of the bubbles in the colorless and brown glass were 73 and 128 μm, respectively. The boundaries between the gray and black pumice varied: some clasts contained sharp boundaries between the brown (black pumice) and colorless (gray pumice) glass under the optical microscope (Fig. 1b), whereas others exhibited a gradual change from the brown to colorless glass (Fig. 1c). Phenocryst mineral assemblages are similar in both pumice types (clinopyroxene, plagioclase, and minor magnetite and olivine), and most minerals have similar compositions, except for those that likely originated in a mafic magma18,20. For example, two types of olivine are observed in the FOB pumice: one relatively Fe-rich (Mg# = molar Mg/[Mg + Fe] ~ 65) without compositional zonation and one with a high-Mg (Mg# ~ 90) plateau and decreasing Mg contents toward the rims18. The latter type of olivine is observed in or closely associated with the black pumice18,20./p> 1100 °C at QFM + 2, whereas more reduced conditions yield lower temperatures (< 1000 °C). Biotite crystallizes at relatively high fO2 (> QFM + 0) and low temperatures (< 925 °C)./p> 100 MPa) and fO2 (> QFM + 1). The required oxygen fugacity for the biotite stability becomes lower at higher pressures./p> 100 MPa) of the plumbing system. Adding water generally decreases the liquidus temperature; however, more oxidized conditions increase the liquidus temperature. The different Fe3+/ΣFe ratios of the gray and black pumice strongly suggest that the agent that darkened the black pumice was an oxidant. High water contents and fO2 are two fundamental characteristics of magmas formed in subduction zones and are acquired as hydrous primary melts react with the surrounding mantle28./p> 5 min at > 700 °C became pinkish owing to the oxidation of magnetite nanolites and their transformation into hematite30. Those authors suggested that the common occurrence of pink pumice in the 2012 Havre pumice raft evidenced that the water column of the explosive eruption was so powerful that the pumice had undergone high-temperature atmospheric iron oxidation. In contrast, oxidized pink pumice was not observed in the 2021 FOB pumice raft. The oxidation of iron sulfide to magnetite in the FOB pumice has been reported18, though further oxidation has not been observed. Satellite observations of a vigorous white plume during the 2021 FOB eruption suggests that it was a water-rich eruption, and the pumice raft was generated at a submarine vent16. The limited oxidation of the pumice is consistent with satellite observations. Also, the nanolite characteristics (Fig. 1d–g) are clearly different from those of the recycled ash that once have been ejected and fallen into the hot vent31. This suggests that the mingling of the black pumice with the gray pumice, which formed the sharp boundary between the brown and colorless glass, took place in the conduit (Fig. 4)./p>

2.0.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1130%2F0091-7613%281986%2914%3C959%3AGOOMVG%3E2.0.CO%3B2" aria-label="Article reference 5" data-doi="10.1130/0091-7613(1986)142.0.CO;2"Article ADS CAS Google Scholar /p>