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控制流纹岩岩浆动员和喷发方式的成分临界点gydF4y2Ba

自然gydF4y2Ba体积gydF4y2Ba552gydF4y2Ba，gydF4y2Ba页面gydF4y2Ba235 - 238 (gydF4y2Ba2017gydF4y2Ba）gydF4y2Ba引用本文gydF4y2Ba

主题gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

最粘稠的火山融化和最大的爆发gydF4y2Ba1gydF4y2Ba在我们的星球上由钙质流纹岩组成gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba．这些火山喷发有可能影响全球气候gydF4y2Ba4gydF4y2Ba．喷发产物通常结晶性差且脱气程度高，但岩浆大多储存为含有少量间隙熔体的晶体泥，其含水量较高gydF4y2Ba5gydF4y2Ba．目前还不清楚岩浆泥是如何被动员起来，形成大量可喷发的无晶体岩浆的。此外，流纹岩喷发gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba能否在喷吐和爆发性喷发风格之间反复切换，这种转变很难归因于含水量或结晶度的流变效应gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10gydF4y2Ba．在这里，我们测量了跨越黄石火山系统组成范围的一系列熔体的粘度，发现在一个狭窄的组成区域，熔体粘度增加了两个数量级。目前的粘度模型无法预测这些粘度变化gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba和拉曼光谱证实的熔体结构重组的结果。我们确定了一个关键的成分临界点，在全球流纹岩的地球化学记录中有独立的记录，在这个临界点上流纹岩熔体流化或变硬，并在全球范围内清楚地将喷溅矿床与爆炸性矿床区分开。熔体结构、粘度和喷发行为之间的这种相关性仍然存在，尽管有不同的含水量和其他参数，如温度，这是自然喷发所固有的。热力学模型展示了观察到的导致熔体流态化或硬化的细微成分变化是如何由熔体的晶体生长或氧逸度的变化引起的。然而，仅靠水和晶体含量的流变性效应并不能解释组成与喷发方式之间的相关性。我们的结论是，钙质流纹岩的组成在决定地球上最大的火山系统的动员和喷发动力学方面起着决定性的作用，从而更好地理解熔体结构如何控制火山过程。gydF4y2Ba

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图1:样品在850°C下的粘度测量。gydF4y2Ba
图2:以FeO含量增加为特征的样品F、J和L在850°C下的测量粘度。gydF4y2Ba
图3:岩浆结晶的热力学模拟结果gydF4y2Ba和压力。gydF4y2Ba
图4:所有实验样品以及40个天然流纹岩系统及其喷发类型的RAI与k#的总结图。gydF4y2Ba

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下载参考gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

这项研究得到了欧洲研究委员会高级资助D.B.D.关于“地球系统中的爆炸火山作用:实验见解”(evkes，资助号247076)的支持。edd由DFG拨款ED 1757/1-1支持。我们感谢M. Kaliwoda和R. Hochleitner在慕尼黑矿物学国家收藏馆(SNSB)进行拉曼测量。此外，我们感谢H. W. Lohringer、D. Mueller和A. Wimmer在样品制备、微探针分析和铁滴定过程中的帮助。与M. Diez、D. Morgavi和C. M. P. De Campos进行的科学讨论非常值得赞赏。d.d.g感谢C. Chelle-Michou和J. Lourenço在R编程方面的帮助，感谢H. Mader的评论和建议。gydF4y2Ba

作者信息gydF4y2Ba

作者及隶属关系gydF4y2Ba

  1. 布里斯托尔大学地球科学学院，威尔斯纪念大楼，英国布里斯托尔皇后路，BS8 1RJgydF4y2Ba

    D.迪热诺瓦gydF4y2Ba

  2. 地球与环境科学部，Ludwig-Maximilians-Universität München, Theresienstraße 41/III, München, 80333，德国gydF4y2Ba

    D.迪热诺瓦，S.科尔岑伯格，S.威斯迈尔，E.达拉纳夫，K. U.赫斯和D. B.丁维尔gydF4y2Ba

  3. Géomatériaux, CNRS-IPGP UMR 7154，巴黎索邦大学Cité，法国巴黎gydF4y2Ba

    诺伊维尔gydF4y2Ba

作者gydF4y2Ba
  1. D.迪热诺瓦gydF4y2Ba
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  2. 美国KolzenburggydF4y2Ba
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  3. 美国WiesmaiergydF4y2Ba
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  4. 大肠DallanavegydF4y2Ba
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  5. 诺伊维尔gydF4y2Ba
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  6. k·u·赫斯gydF4y2Ba
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  7. 丁威尔gydF4y2Ba
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贡献gydF4y2Ba

D.D.G.构思了最初的想法，进行了低温粘度、量热、拉曼光谱测量和rhyolite -模拟。d.d.g.， S.K.和S.W.合成了样品并进行了高温粘度测量，撰写了原始论文草稿，确定了数字，并编制了化学成分数据库。ed进行了磁测量，写了相关的文字，并最终确定了数据。D.R.N, K.U.H.和D.B.D.对最佳实验方法提出了建议，并对最终手稿的产生做出了贡献。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2BaD.迪热诺瓦gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

道德声明gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者声明没有相互竞争的经济利益。gydF4y2Ba

额外的信息gydF4y2Ba

审核人信息gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba感谢M. Manga和Y. Zhang对这项工作的同行评审所做的贡献。gydF4y2Ba

出版商注:施普林格《自然》杂志对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。gydF4y2Ba

扩展的数据图形和表格gydF4y2Ba

扩展数据图1本研究所调查样品的高温和低温粘度测量。gydF4y2Ba

看到gydF4y2Ba扩展数据表2gydF4y2Ba对于实验数据gydF4y2Ba扩展数据表1gydF4y2Ba样品化学。gydF4y2Ba

图2所有样品在850℃下的实测值与计算值的比较gydF4y2Ba

黑色实线是1:1的参考线。符号是由HZ预测的值gydF4y2Ba11gydF4y2Ba(红色)和GRDgydF4y2Ba12gydF4y2Ba(黑)模型。红色和黑色虚线表示与模型结果的线性拟合。两种模型基本一致，除了样本J、C和F, HZ模型比GRD模型更能描述它们。gydF4y2Ba

图3样品F、J和L的拉曼光谱gydF4y2Ba

这些样品显示FeO含量增加。光谱是在低温粘度测量之前获得的。峰顶约670厘米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba(样品L)为磁铁矿峰。FeO含量(wt%)在键的括号中给出;看到gydF4y2Ba扩展数据表1gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

图4样品F、J、L的磁滞分析gydF4y2Ba

这些样品显示FeO含量增加。(见gydF4y2Ba扩展数据表1gydF4y2Ba样品化学。)gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，样本F和J的六个子样本的迟滞回线。gydF4y2Ba米gydF4y2Ba磁化。gydF4y2BabgydF4y2Ba，样本L的十个子样本的磁滞回线。gydF4y2BacgydF4y2Ba，滞后gydF4y2BabgydF4y2Ba对使用每个回路的线性部分计算的顺磁斜率进行校正，并对饱和磁化进行归一化gydF4y2Ba米gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba．红色垂直带表示B90的所有值，为每个循环计算，作为其中的字段gydF4y2Ba米gydF4y2Ba/gydF4y2Ba米gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba= 0.9。B90值用于gydF4y2BadgydF4y2Ba来估计磁颗粒的大小，如方法所述。gydF4y2Ba

图5样品F、J、L的差热分析数据gydF4y2Ba

这些样品在加热或冷却速度为10°C min时，FeO含量增加gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba在氩气环境下。(wt%中的FeO含量在键的括号中给出;看到gydF4y2Ba扩展数据表1gydF4y2Ba)。给出的温度为gydF4y2Ba．细线代表第一次加热扫描;粗线代表第二次加热扫描。含纳米晶样品(L)在第一次加热扫描时显示两个吸热峰，揭示了两个不同的非晶态域(无纳米晶和含纳米晶)。较低的玻璃化转变温度(峰值在692.4℃)代表无纳米晶无定形区域。除最上面的曲线外，其余曲线均沿曲线移动gydF4y2BaygydF4y2Ba为清晰起见。gydF4y2Ba

扩展数据图6在图中绘制的所有溢出和爆炸样品的总碱与二氧化硅图gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

请注意，这些样品的经典总碱与二氧化硅分类不允许我们区分爆炸和溢出行为。只有通过新开发的RAI，这些种群才能被清楚地分开(gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

扩展数据图7被测点的计算粘度gydF4y2BaTgydF4y2BaggydF4y2Ba峰gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

数据报告于gydF4y2Ba扩展数据表1gydF4y2Baref。gydF4y2Ba125gydF4y2Ba(详见方法)。除样品l外，粘度在所研究的二氧化硅含量范围内保持不变。由于铁损耗效应，样品表现出极高的粘度(见正文)。粘度测量的误差估计为±0.05对数单位(见方法)。gydF4y2Ba

扩展数据表1各玻璃化学成分及铁氧化态(单位:wt%)gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba
扩展数据表2所有样品的粘度测量gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

相关的音频gydF4y2Ba

补充信息gydF4y2Ba

补充数据gydF4y2Ba

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Di Genova, D.， Kolzenburg, S.， Wiesmaier, S.。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba控制流纹岩岩浆动员和喷发方式的成分临界点。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba552gydF4y2Ba， 235-238(2017)。https://doi.org/10.1038/nature24488gydF4y2Ba

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