MARC

 008240221s2023        ulk                      00        kor
■001000016935071
■00520240214101849
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798380578516
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI30639773
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a550
■1001  ▼aBirnbaum,  Janine.
■24510▼aMulti-Phase  Controls  on  Lava  Dynamics  Determined  Through  Analog  Experiments,  Observations,  and  Numerical  Modeling▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]▼bColumbia  University.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(209  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Lev,  Einat.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Columbia  University,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aVolcanic  eruptions  pose  hazards  to  life  and  insfrastructure,  and  contribute  to  the  resurfacing  of  earth  and  other  planetary  bodies.  Lavas  and  magmas  are  multi-phase  suspensions  of  silicate  melts  (liquids),  solid  crystals,  and  vapor  bubbles,  and  solidify  into  glass  and  rock  upon  cooling.  The  interactions  between  phases  place  important  controls  on  the  dynamics  and  timescales  of  magma  and  lava  transport  and  emplacement.  The  purpose  of  this  thesis  is  to  explore  the  role  of  multi-phase  interactions  in  controlling  eruption  dynamics  and  inform  conceptual  and  numerical  models  for  hazard  prediction.In  Chapters  1  and  2,  centimeter  to  meter  scale  analog  experiments  are  used  to  explore  the  multi-phase  rheological  properties  and  flow  behaviors  of  bubble-  and  particle-bearing  suspensions.  Optical  imaging  of  dam-break  experiments  presented  in  Chapter  1  expand  existing  experimental  parameter  ranges  for  lava  analogs  to  higher  bubble  concentrations  than  existing  datasets  (up  to  82%  by  volume  bubbles  and  37%  by  volume  particles).  I  develop  a  constitutive  relationship  for  three-phase  relative  viscosity,  and  demonstrate  that  at  the  low  strain-rate  conditions  relevant  to  many  natural  lava  flows,  accounting  for  the  rheological  effect  of  bubbles  can  result  in  the  prediction  of  slower  runout  speeds.  Chapter  2  expands  upon  the  work  of  Chapter  1  using  different  analog  materials  observed  using  nuclear  magnetic  resonance  imaging  (MRI)  phase-contrast  velocimetry  (PCV)  to  measure  velocity  in  the  flow  interior  of  three-phase  dam-break  experiments.  I  find  that  for  high-aspect  ratio  particles  (sesame  seeds),  phase  segregation  into  shear  bands  readily  occurs,  even  at  low  particle  fraction  (20%)  and  results  in  strain  localization.  I  suggest  that  the  presence  of  shear  bands  can  lead  to  faster  flow  runout  than  predicted  using  assumptions  of  bulk  rheology.Chapter  3  analyzes  thermal  infrared  (IR)  time-lapse  photography  and  videography  of  Hawaiian  to  Strombolian  explosive  activity  during  the  2021  eruption  of  Cumbre  Vieja  volcano,  La  Palma,  Canary  Islands,  Spain.  Images  are  analyzed  to  find  time  series  of  apparent  plume  radius,  velocity,  and  apparent  volume  flux  of  high-temperature  gas  and  lava.  I  compare  with  other  measures  of  eruptive  activity,  including  remote  observations  of  plume  height,  SO2  flux,  effusive  flux,  tremor,  and  events  at  the  volcano  edifice  including  edifice  collapses  and  the  opening  of  new  vents.  I  find  correlations  between  tremor  and  explosive  flux,  but  no  correlation  with  SO2  flux  or  effusive  flux,  which  I  interpret  as  evidence  of  bubble  segregation,  highlighting  the  role  of  phase  segregation  and  temporal  variability  in  material  properties  in  natural  systems.Finally,  in  Chapter  4,  I  develop  a  novel  finite  element  model  to  explore  the  interaction  between  a  viscous  flow  with  a  solidified  crust,  and  the  effect  of  these  interactions  on  lava  flow  and  lava  dome  emplacement.  I  develop  a  model  that  couples  a  temperature-dependent  viscous  interior  with  an  elastic  shell  flowing  into  air,  water,  or  dense  atmospheres.  The  model  expands  upon  existing  numerical  simulations  used  in  volcanology  to  have  direct  applications  to  lava  flows  and  domes  on  the  sea  floor,  which  accounts  for  a  large  portion  of  the  volcanism  on  Earth,  and  volcanism  on  other  planetary  bodies.  Additionally,  the  formation  of  levees  or  solidified  flow  fronts  that  fracture  and  lead  to  a  restart  of  flow.  These  lava  flow  breakouts  pose  a  significant  hazard,  but  there  are  currently  no  volcanological  community  codes  capable  of  using  a  physics-based  approach  to  predict  the  timing  or  location  of  breakouts.  The  model  in  Chapter  4  is  the  first  to  allow  for  assessment  of  the  likelihood  of  failure  at  the  scale  of  a  flow  lobe.  Chapter  4  describes  the  model  formulation  and  verification,  and  validation  against  centimeter-scale  molten  basalt  experiments. The  dissertation  as  a  whole  integrates  work  using  a  variety  of  methods  including  analog  experiments,  observations  of  natural  eruptions,  and  numerical  simulations  to  contribute  to  our  understanding  of  the  effects  of  multi-phase  interactions  on  volcanic  eruptions.
■590    ▼aSchool  code:  0054.
■650  4▼aGeophysics.
■650  4▼aRemote  sensing.
■650  4▼aFluid  mechanics.
■653    ▼aAnalog  experiments
■653    ▼aEruption  dynamics
■653    ▼aLava  flows
■653    ▼aNumerical  modeling
■653    ▼aVolcanic  eruptions
■690    ▼a0373
■690    ▼a0467
■690    ▼a0204
■690    ▼a0799
■71020▼aColumbia  University▼bEarth  and  Environmental  Sciences.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-04B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0054
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16935071▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서