The effect of particle size on the rheology of liquid‐solid mixtures with application to lava flows: Results from analogue experiments

熔岩 流变学 流变仪 粒径 矿物学 粒度 地质学 材料科学 火山 复合材料 地球化学 古生物学
作者
P. Del Gaudio,Guido Ventura,Jacopo Taddeucci
出处
期刊:Geochemistry Geophysics Geosystems [Wiley]
卷期号:14 (8): 2661-2669 被引量:40
标识
DOI:10.1002/ggge.20172
摘要

We investigate the effect of crystal size on the rheology of basaltic magmas by means of a rheometer and suspensions of silicon oil with natural magmatic crystals of variable size (from 63 to 0.5 mm) and volume fraction ϕ (from 0.03 to 0.6). At constant ϕ , finer suspensions display higher viscosities than coarser ones. Shear thinning (flow index n < 1) occurs at ϕ > 0.1–0.2 and is more pronounced (stronger departure from the Newtonian behavior) in finer suspensions. Maximum packing and average crystal size displays a nonlinear, positive correlation, while yield stress develops at ϕ > 0.2–0.3 irrespective of the crystal size. We incorporate our results into physical models for flow of lava and show that, with respect to lava flows containing coarser crystals, those with smaller crystals are expected to: 1) flow at lower velocity, 2) have a lower velocity gradient, and 3) be more prone to develop a region of plug flow. Our experimental results explain the observation that phenocryst‐bearing and microlite‐bearing lavas at Etna volcano (Italy) show smooth pahoehoe and rough aa' surfaces, respectively.
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