Die experimentelle Untersuchung homogener Blasenbildung und deren Wachstum in H2O-haltigen Silikatschmelzen während der Dekompression

• Antragsteller: Professor Dr. Marcus Nowak
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 336472361

Vulkanische Aktivität wird im Wesentlichen durch dynamische Entgasungsprozesse während des Aufstiegs volatilhaltiger Magmen angetrieben und resultiert oft in explosiven Eruptionen. Die fundamentalen physikochemischen Parameter, die die homogene Bildung von Blasen und deren Wachstum in einer Silikatschmelze kontrollieren, sind die initiale Konzentration gelöster volatiler Komponenten, der Übersättigungsdruck (Differenz zwischen dem Dampfdruck in der Schmelze und dem Umgebungsdruck), die Grenzflächenspannung zwischen Schmelze und Fluid (Oberflächenspannung), die Diffusivität volatiler Komponenten und die Viskosität der Schmelze. Das Ausscheiden von Volatilen aus der Schmelze ist verbunden mit einer komplexen Wechselwirkung zwischen der initialen Bildung, dem diffusiven Wachstum, der Expansion sowie der Koaleszenz und der Segregation von Fluidblasen. Dies geht mit der Abnahme der Dichte und der Änderung der Viskosität des Magmas einher. Zuverlässige Bildungs- und Wachstumsraten von H2O-Blasen sind wichtig, um Phasenseparations- und Wachstumsmodelle zu verbessern und dynamische Entgasungsprozesse vulkanischer Eruptionen besser zu verstehen. Das Ziel der Projektverlängerung ist die abschließende systematische Untersuchung der Bildung und des Wachstums von H2O-Blasen während der kontinuierlichen Dekompression im vereinfachten System SiO2-Al2O3-Na2O-K2O-H2O beginnend bei 200 MPa und 1123 K in Hydrothermal-Autoklaven und bei 200 MPa und 1323 K in der intern beheizten Gasdruckanlage. Beide Apparaturen sind mit Piezokeramik gesteuerten Ventilen für die kontinuierliche Dekompression ausgestattet und ermöglichen die schnelle Abkühlung der Proben. Das vereinfachte SiO2-Al2O3-Na2O-K2O-H2O System ist für dieses Projekt sehr gut geeignet, da H2O-Löslichkeits- und Diffusionsdaten sowie Viskositätsdaten in Abhängigkeit vom H2O Gehalt der Schmelzen über einen weiten Druck- und Temperaturbereich verfügbar sind. Unter Berücksichtigung experimenteller Limitationen werden die erwarteten fundamentalen Ergebnisse dieses Projektes dazu beitragen, zukünftige experimentelle Studien zur Blasenbildung und Entgasung von Schmelzen mit natürlichen Zusammensetzungen deutlich zu verbessern. Darüber hinaus werden die erwarteten experimentellen Ergebnisse zusammen mit computergestützten Modellierungen substantiell zu einem tieferen Verständnis der Magmenentgasung beitragen, die letztlich Vulkaneruptionen antreibt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen