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岩浆的粘度/屈服强度 | viscosity, yield strength

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

地点

粘度(Pa s

手段

文献

玄武岩(Basalt

0-30%晶体,T≈1130-1150 ℃

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

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

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

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 PressTable 17.2

参考文献

赵海玲,1995, 岩浆物理性质和流体动力学,地震出版社

Harris AJL and Rowland SK, 2015, Lava flows and rheology, In Sigurdsson et al., Eds, The Encyclopedia of Volcanoes. 2015, Academic Press.