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Characteristics of rootless cone tephra emplaced by high-energy lava–water explosions
Bulletin of Volcanology ( IF 3.5 ) Pub Date : 2020-07-29 , DOI: 10.1007/s00445-020-01393-5
Erin P. Fitch , Sarah A. Fagents

The effects of external water during hydrovolcanic eruptions are difficult to quantify; however, research investigating the explosive interactions between surface lava flows and water has provided new insights into explosion dynamics. Previous work has focused on relatively low-energy lava–water explosions from a 100-m-diameter cone in the Rauðhólar cone group in Iceland. For comparison, we study ejecta derived from higher-energy explosions at the 400-m-diameter Pu‘u Kīholo rootless cone in Hawai‘i, one of the largest rootless cones on Earth. This comparative approach elucidates the effect of lava–water mixing conditions and range of explosivity on ejecta characteristics. Utilizing grain size analysis, we found that Pu‘u Kīholo beds typically have median grain sizes at the cone rim that are smaller than − 3 ϕ (8 mm) and are on average finer-grained than those of the Rauðhólar cone. Ash-sized grains, the most energetically significant ejecta size fraction, typically make up > 20% of bed ejecta, with a maximum of 90%, both greater proportions than found in beds of the Rauðhólar cone. Utilizing grain morphology, crystal texture, and surface feature analysis, we found that the abundance of ash-sized grains associated with high heat transfer rates (i.e., active particles) increases at Pu‘u Kīholo as explosivity increases, which is an important consideration for energy modeling. This dataset also includes ejecta from the finest-grained beds, and therefore highest-energy lava–water explosions, studied to date.

中文翻译:

高能熔岩水爆炸侵位无根锥状火山灰特征

水火山喷发期间外部水的影响难以量化;然而,对地表熔岩流和水之间爆炸性相互作用的研究为爆炸动力学提供了新的见解。以前的工作集中在冰岛 Rauðhólar 锥体群中直径 100 米的锥体中相对低能量的熔岩-水爆炸。为了进行比较,我们研究了夏威夷直径 400 米的 Pu'u Kīholo 无根锥(地球上最大的无根锥之一)的高能爆炸产生的喷射物。这种比较方法阐明了熔岩-水混合条件和爆炸范围对喷射物特征的影响。利用粒度分析,我们发现 Pu'u Kīholo 层通常在锥体边缘具有小于 − 3 ϕ (8 mm) 的中值粒度,并且平均比 Rauðhólar 锥体的粒度更细。灰分大小的颗粒是能量最显着的喷射物尺寸分数,通常占床喷射物的 20% 以上,最大为 90%,两者的比例都比在 Rauðhólar 锥体的床中发现的要大。利用晶粒形态、晶体结构和表面特征分析,我们发现随着爆炸性的增加,与高传热率相关的灰粒大小的颗粒(即活性颗粒)的丰度随着爆炸性的增加而增加,这是一个重要的考虑因素。能量建模。该数据集还包括来自最细颗粒床的喷射物,以及迄今为止研究过的最高能量熔岩-水爆炸。灰分大小的颗粒是能量最显着的喷射物尺寸分数,通常占床喷射物的 20% 以上,最大为 90%,两者的比例都比在 Rauðhólar 锥体的床中发现的要大。利用晶粒形态、晶体结构和表面特征分析,我们发现随着爆炸性的增加,与高传热率相关的灰粒大小的颗粒(即活性颗粒)的丰度随着爆炸性的增加而增加,这是一个重要的考虑因素。能量建模。该数据集还包括来自最细颗粒床的喷射物,以及迄今为止研究过的最高能量熔岩-水爆炸。灰分大小的颗粒是能量最显着的喷射物尺寸分数,通常占床喷射物的 20% 以上,最大为 90%,两者的比例都比在 Rauðhólar 锥体的床中发现的要大。利用晶粒形态、晶体结构和表面特征分析,我们发现随着爆炸性的增加,与高传热率相关的灰粒大小的颗粒(即活性颗粒)的丰度随着爆炸性的增加而增加,这是一个重要的考虑因素。能量建模。该数据集还包括来自最细颗粒床的喷射物,以及迄今为止研究过的最高能量熔岩-水爆炸。利用晶粒形态、晶体结构和表面特征分析,我们发现随着爆炸性的增加,与高传热率相关的灰粒大小的颗粒(即活性颗粒)的丰度随着爆炸性的增加而增加,这是一个重要的考虑因素。能量建模。该数据集还包括来自最细颗粒床的喷射物,以及迄今为止研究过的最高能量熔岩-水爆炸。利用晶粒形态、晶体结构和表面特征分析,我们发现随着爆炸性的增加,与高传热率相关的灰级晶粒(即活性颗粒)的丰度随着爆炸性的增加而增加,这是一个重要的考虑因素。能量建模。该数据集还包括来自最细颗粒床的喷射物,以及迄今为止研究过的最高能量熔岩-水爆炸。
更新日期:2020-07-29
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