[Hess] 2D and 3D fabric quantification of conduit textures to understand eruption dynamics and mechanisms: unique in situ example of Mt Unzen

German Title: Gefügequantifizierung von in situ Förderschlotproben des Vulkan Unzen (Kyushu, SW Japan): Untersuchungen der Eruptionsdynamik und Eruptionsmechanismen anhand 2D und 3D Methoden

Abbreviation: 363

Current Status: approved


Main Applicant:Dr. Kai-Uwe Hess


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Year: 2016


Description

Im Rahmen des Bohrprojektes "Unzen Scientific Drilling Project (USDP)" wurde das Förderschlotsystem des Unzen durchdrungen und Kernproben von Fördergängen entnommen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens haben wir Zugang zu diesen einzigartigen in situ Proben deren Untersuchung Rückschlüsse auf die jüngsten Eruptionen von 1991 bis 1995 ermöglicht. Die Fördergänge enthalten wichtige gefügekundliche Informationen über den Aufstieg von Magmen, über das periodische und zyklische Eindringen von Fördergängen, sowie über die Eruptionsdynamik. Diese Informationen sind signifikant um Eruptionsprozesse des Unzen und vieler anderer dombildender Vulkane an Subduktionszonen zu verstehen.Der Fokus dieses Projekts liegt auf der Gefügequantifizierung mittels hochauflösenden bildgebenden 2D und 3D Verfahren. Die texturellen Informationen die in den Proben der Fördergänge enthalten sind, liefern Einblicke in die unterschiedlichen Stadien der Magmenzufuhr, Änderungen der Magmaaufstiegsrate und/oder Deformation des Magmas (Strainraten). Das Projekt profitiert von der Bandbreite unterschiedlichster Expertisen innerhalb der Projektgruppe. Darüber hinaus wurde eine komplette multidisziplinäre Machbarkeitsstudie durchgeführt in der alle geplanten Methoden berücksichtig wurden. Das entscheidende dieser Studie ist die Möglichkeit der zerstörungsfreien Bildgebung bis hin zur detaillierten Analyse der Strukturen der sehr limitierten und seltenen Proben und erlaubt eine exakte Positionierung für die anschließenden nicht-zerstörungsfreien Analysen. Die Untersuchungen werden mit modernsten Methoden der 2D-Rasterelektronemikroskopie (REM) und 3D-Mikro-Röntgen-Computertomographie (XCT) durchgeführt. Dadurch werden Eigenschaften über a) Gefüge in Relation zu Förderschlotentstehung, b) laminares und/oder turbulentes Fließen und c) den Übergang von spröder zu duktiler Deformation gewonnen, welche allesamt die Eruptionsmechanismen beeinflussen.Durch das Zusammenführen der gefügekundlichen Analysen mit zusätzlichen paläomag., gesteinsmech. und geochem. Untersuchungen, werden Erkenntnisse über Bildungsprozesse hinsichtlich des Magmenaufstiegs bis hin zur hydrothermalen Alteration des Förderschlotsystems gewonnen. Es werden gefügekundliche und geochemische Ergebnisse der Fördergänge mit denen der eruptierten Laven verglichen wodurch eine weitere Beurteilung der Eruptionsmechanismen und der Vulkanstabilität realisiert wird.Die geplanten Endergebnisse beinhalten die Bewertung des Unzen Systems und stellen ein Rahmenwerk für die zukünftige Interpretation von Gefügen in eruptierten Laven (hinsichtlich Magmadynamik in der Tiefe) dar. Zudem tragen sie zu einer Verbesserung konzeptioneller und mechanisch-rheologischer Modelle über das Verhalten von Magmen in Föderschlöten bei. Im Vordergrund stehen die außergewöhnlichen und einmaligen Proben der Fördergänge und die Übertragbarkeit der Erkenntnisse dieser Studie auf andere dombildende Vulkane an Subduktionszonen.

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Cordonnier, B., Schmalholz, S. M., Hess, K. U., Dingwell, D. B. (2012). "Viscous heating in silicate melts: An experimental and numerical comparison" Journal of Geophysical Research: Solid Earth 117 pn/a-n/a


Koyaguchi, Takehiro, Scheu, Bettina, Mitani, Noriko K., Melnik, Oleg (2008). "A fragmentation criterion for highly viscous bubbly magmas estimated from shock tube experiments" Journal of Volcanology and Geothermal Research 178 p58-71