流体的粘性指的是,当流体微团间发生相对滑移时内部产生剪切应力的性质,即当剪切力作用时,物质内部阻碍流动的反应。在岩浆中,由于晶体、气泡等的存在,使得粘度较为复杂。而且结晶、冷却、气体等都会造成岩浆的粘度发生变化。
粘度是流体流动时内部产生的阻力。对于熔岩/岩浆来讲,影响粘度的因素是岩浆的化学成分、温度、压力、晶体含量、气泡含量等因素。玄武岩熔岩流的粘度一般为102-103 Pa s,在温度降低/晶体增多的条件下可到达105-106 Pa s。随着二氧化硅含量增加,熔岩流的粘度也增加。一些熔岩流粘度见下表。
测定或计算熔岩的粘度有两种方法。一种是直接测定法,借助于粘性流动理论中的某一基本公式(如Navier-Stokes方程),测量工事中除粘度以外的所有参数。另一种是间接测定法,即首先利用仪器测定实验室条件下特定流体体积通过标准孔泄流的事件,然后利用仪器说明中的公式间接计算出流体的粘度。在计算或测定时,温度是最重要的影响参数。
与此相关的物理参数还有屈服强度[Pa],即流体运动需要克服的压强。
*更多有关熔岩流/岩浆粘性的内容,请参阅岩浆物理性质和流体动力学(赵海玲,1995)
表
地点 |
粘度(Pa s) |
手段 |
文献 |
玄武岩(Basalt) |
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0-30%晶体,T≈1130-1150 ℃ |
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基拉韦厄(Makaopuhi) |
650-750 |
粘度计 |
Shaw et al. (1968) |
基拉韦厄 (Pu’u ’O’o) |
60-2000 |
Jeffreys |
Fink and Zimbleman(1990) |
Kilauea (结壳熔岩) |
600-6000 (12 000 toothpaste) |
晶体沉降 |
Rowland and Walker (1988) |
冒纳罗亚(1984) |
100-2000 |
Modified Jeffreys |
Moore (1987) |
30-45% 晶体,T≈1070-1090 ℃ |
|||
埃特纳(1966) |
3-38×103 |
Jeffreys |
Walker (1967) |
埃特纳(1966) |
5-74×103 |
Jeffreys |
Tanguy (1973) |
埃特纳(1971) |
103-105 |
粘度计 |
Gauthier (1973) |
埃特纳(1975) |
9400±1500 |
粘度计 |
Pinkerton and Sparks (1978) |
埃特纳(1983) |
1385-1630 |
粘度计 |
Pinkerton and Norton (1995) |
埃特纳(1991-93) |
8-19×103 |
Jeffreys |
Calvari et al. (1994) |
20-50% 晶体,T≈1000 ℃ |
|||
斯通博利(2003) |
105-106 |
Jeffreys |
Harris et al. (2005) |
安山岩 |
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Mount Hood (60-61 wt% SiO2) |
105-107 |
Lab-based (900-1000℃) |
Murase and McBirney (1973) |
Colima (59% wt% SiO2) |
109-1010 |
Jeffreys |
Navarro-Ochoa et al. (2002) |
粗面岩和英安岩 |
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|
|
Karisimbi (61 wt% SiO2) |
7.5×1010-5.2×1011 |
表面褶皱 |
McKay et al.(1998) |
Santiaguito(65 wt% SiO2) |
4×109-6.9×1010 |
Jeffreys |
Harris et al. (2004) |
Chao (67-69 wt% SiO2) |
4.9×109(内部),1015-1024 (表面) |
表面褶皱 |
Fink (1980) |
Medicine Lake (68.2 wt% SiO2) |
107-109 (内部),109-1011 (表壳) |
表面褶皱 |
Lescinsky et al. (2007) |
流纹岩 |
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|
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Newberry (72-74wt% SiO2) |
107-1013 |
Lab-based (600-1000 ℃) |
Murase and McBirney (1973) |
Badlands (75-77 wt% SiO2) |
3.5×109-1.2×1010 |
Lab-based |
Manley (1996) |
Encyclopedia of Volcanoes second Edition Academic Press(Table 17.2) |
参考文献
Harris AJL and Rowland SK, 2015, Lava flows and rheology, In Sigurdsson et al., Eds, The Encyclopedia of Volcanoes. 2015, Academic Press.