Окисление | Пластиковые подшипники Inc.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 7117 (2023) Цитировать эту статью

902 Доступа

19 Альтметрика

Подробности о метриках

Кристаллы нанометрового размера (нанолиты) играют важную роль в контроле извержений, влияя на вязкость магмы и вызывая зарождение пузырьков. Мы представляем подробный микроскопический и наноскопический петрографический анализ пемзы, содержащей и не содержащей нанолиты, из извержения Фукутоку-Ока-но-Ба в 2021 году, Япония. Минеральная ассоциация нанолитов включает биотит, который отсутствует в минеральной ассоциации вкрапленников, а также магнетит и клинопироксен, которые наблюдаются в виде вкрапленников. Граница между коричневым стеклом, содержащим нанолиты, и бесцветным стеклом, не содержащим нанолитов, либо резкая, либо плавная, а резкие границы также кажутся резкими под электронным микроскопом в проходящем свете. Анализ тонкой структуры рентгеновского поглощения (XAFS) вулканического стекла показал, что бесцветное стекло, не содержащее нанолитов, демонстрирует фугитивность кислорода QFM + 0,98 (логарифмические единицы), тогда как коричневое стекло с нанолитами демонстрирует более высокую кажущуюся фугитивность кислорода (~ КФМ + 2). Термодинамическое моделирование с использованием MELTS показывает, что более высокая летучесть кислорода увеличивает температуру ликвидуса и, таким образом, вызывает кристаллизацию нанолитов магнетита. Оценка минерального комплекса водных нанолитов и фугитивности кислорода в стекле позволяет предположить, что окислительная жидкость, поступившая из горячей основной магмы, вызвала кристаллизацию нанолитов в магматическом резервуаре до фрагментации магмы. Кристаллизация нанолитов, вызванная окислением, затем усилила зарождение гетерогенных пузырьков, что привело к конвекции в магматическом резервуаре и вызвало извержение.

Наноразмерные кристаллы, известные как нанолиты, играют важную роль во время извержений. Первоначально нанолиты отличались от микролитов выраженным нарушением распределения кристаллов по размерам (CSD) при размере <600 нм1, а Муджин и др.2 позже переопределили нанолиты как кристаллы длиной 30–1000 нм, а ультрананолиты как кристаллы размером <30 нм в длину. длина. Традиционные петрографические исследования нанолитов требуют систем наблюдения высокого разрешения, например, трансмиссионного электронного микроскопа (ПЭМ) или сканирующего электронного микроскопа высокого разрешения (HR-SEM). Рамановская микроскопия значительно облегчила обнаружение нанолитов оксидов Fe-Ti (магнетита)3,4. Обычно считается, что кристаллизация нанолитов отражает поверхностные процессы, включая подъем магмы в канале4,5,6,7,8 и процесс охлаждения после фрагментации магмы9. Также было показано, что кристаллизация нанолитов магнетита может повысить взрывоопасность извержения за счет увеличения вязкости магмы или увеличения образования пузырьков4,10,11,12,13. Однако недавние эксперименты на месте показывают, что, хотя кристаллизация нанолитов увеличивает вязкость, эффект увеличения в природном расплаве не так высок, как ожидалось от аналоговых материалов14, а связь между нанолитами и вулканическими процессами остается неясной. Более того, остается неясным, как начинается кристаллизация нанолитов (или зарождение пузырьков) в извергающейся магме.

Фукутоку-Ока-но-Ба (FOB) — подводный вулкан в дуге Идзу-Огасавара на северо-западе Тихого океана, примерно в 1300 км к югу от материковой части Японии (24°17,1′ с.ш., 141°28,9′ в.д.). Вершина вулкана имеет форму плоского овала длиной 1,5×1 км на глубине ~30 м ниже уровня моря до извержения 2021 года15. 13–15 августа 2021 г. (по японскому стандартному времени) произошло взрывное извержение вулкана16,17,18. На основании спутниковых наблюдений Маено и др.16 указали, что столб извержения был богат водой с небольшим количеством вулканокластических материалов, и, таким образом, взрывоопасность извержения была увеличена за счет взаимодействия морской воды и высокой скорости выброса магмы. В результате извержения образовался большой плот пемзы, состоящий в основном из пемзы серого цвета, который океанскими течениями был унесен на запад на расстояние > 1000 км18,19. Плот из пемзы прибыл сначала к тихоокеанскому побережью Японских островов, а затем проделал путь на запад в общей сложности > 5000 км и прибыл в Сиамский залив20. Большие количества плавающей пемзы могут нанести ущерб прибрежным экосистемам и повлиять на экономику16,18,21. Геохимический и петрологический анализ штрековых пемз показал, что, несмотря на переменную окраску (серый, янтарный, коричневый и черный), они имеют практически однородный трахитовый состав с содержанием SiO2 и Na2O + K2O 60–65 и 8–10 мас.% соответственно18. . Хотя отложившиеся обломки пемзы претерпели несколько процессов истирания и элиминации во время дрейфа на протяжении > 1000 км и в течение 2 месяцев, общая тенденция для типа пемзы, т. е. большинство из них относится к серому типу, осталась такой же по сравнению с той, которая наблюдалась в течение 10 дней после извержение на море16,19. Пемза разного цвета встречается либо самостоятельными обломками, либо вместе в одном обломке с постепенными или резкими границами. Примечательной особенностью пемзы FOB является частое появление небольших объемов черной пемзы, тогда как большая часть была серой пемзой. Черная пемза имеет сходный состав с серой пемзой, составляющей большую часть отложений, хотя и имеет разную микротекстуру. Рамановская микроскопия показала, что коричневое стекло в черной пемзе содержит нанолиты магнетита, которые увеличили вязкость расплава и, таким образом, сыграли роль во взрывном извержении FOB 2021 года18.

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>