АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МАЛЫХ КОЛЕБАНИЙ СЖИМАЕМОЙ МАГМЫ С РЕОЛОГИЕЙ МАКСВЕЛЛА В ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЕ ВУЛКАНА. ЧАСТЬ 1. ОСЦИЛЛЯЦИИ ПЛОТНОСТИ

Обложка
  • Авторы: Радионов А.А.1
  • Учреждения:
    1. Южный математический институт – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального научного центра «Владикавказский научный центр Российской академии наук»
  • Выпуск: Том 23, № 2 (2023)
  • Страницы: ES2005
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://journals.rcsi.science/1681-1208/article/view/253618
  • DOI: https://doi.org/10.2205/2023ES000845
  • ID: 253618

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлена аналитическая математическая модель, описывающая один из возможных механизмов возникновения длиннопериодных сейсмических событий, часто регистрирующихся вблизи активных вулканических центров. Питающая система вулкана моделируется в простейшей форме канала цилиндрической формы, заполненного сжимаемым магматическим расплавом с реологией тела Максвелла. Показано, что такое магматическое тело может испытывать гармонические затухающие колебания, коэффициент затухания которых определяется временем релаксации магматического расплава. Эти колебания могут появляться как реакция на возмущение плотности, вызываемое поступлением более плотной магмы из глубинных слоев или изменением давления в питающей системе вулкана. Показана зависимость собственной частоты колебаний от физических характеристик магматического расплава и геометрических размеров питающего канала. При учете сжимаемости магматического расплава, возмущения плотности зависят от размера питающей системы и характеризуются периодическими осцилляциями, наиболее выраженными вблизи оси канала. Колебания также испытывает компонента скорости течения, направленная вдоль радиуса цилиндра. Обсуждается механизм источника длиннопериодных сейсмических событий. Модель применяется для описания длиннопериодных землетрясений вулкана Сантьягуито, Гватемала.

Об авторах

Анатолий Анатольевич Радионов

Южный математический институт – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального научного центра «Владикавказский научный центр Российской академии наук»

Email: aar200772@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6934-6873
Scopus Author ID: 8139101100
ResearcherId: S-1229-2016
отдел математического моделирования, кандидат технических наук 2006-2022

Список литературы

  1. Анфилогов В. Н., Быков В. Н., Осипов А. А. Силикатные расплавы. - Москва : Наука, 2005. - С. 357
  2. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: учебное пособие. Гидродинамика. Т. 6. - Москва : Наука. Физматлит, 1988. - С. 736
  3. Лебедев Е. Б., Хитаров Н. И. Физические свойства магматических расплавов. - Москва : Наука, 1979. - С. 200.
  4. Персиков Э. С. Вязкость магматических расплавов. - Москва : Наука, 1984. - С. 159
  5. Радионов А. А. О малых колебаниях магмы в питающей системе вулкана // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2020. - 1 (205). - С. 78-84. - doi: 10.18522/1026-2237-2020-1-78-84
  6. Тихонов А. Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики. - Москва : Наука, 1966. - С. 724
  7. Шакирова А. А., Фирстов П. П., Паровик Р. И. Феноменологическая модель генерации землетрясений сейсмического режима ”Drumbeats”, сопровождавших извержение вулкана Кизимен в 2011-2012 гг. // Вестник КРАУНЦ. Физикоматематические науки. - 2020. - Т. 33, № 4. - С. 86-101. - doi: 10.26117/2079-6641-2020-33-4-86-101
  8. Angelis S. D., McNutt S. R. Degassing and hydrothermal activity at Mt. Spurr, Alaska during the summer of 2004 inferred from the complex frequencies of long-period events // Geophysical Research Letters. - 2005. - Vol. 32, no. 12. - P. 1-4. - doi: 10.1029/2005gl022618
  9. Bird R. B., Armstrong R. C., Hassager O. Dynamics of Polymeric Liquids. Vol. 1. - New York : Wiley-Interscience, 1987. - P. 672
  10. Chouet B. A. Long-period volcano seismicity: its source and use in eruption forecasting // Nature. - 1996. - Vol. 380, no. 6572. - P. 309- 316. - doi: 10.1038/380309a0
  11. Crosson R. S., Bame D. A. A spherical source model for low frequency volcanic earthquakes // Journal of Geophysical Research. - 1985. - Vol. 90, B12. - P. 10237. - doi: 10.1029/jb090ib12p10237
  12. Dingwell D. B., Webb S. L. Relaxation in silicate melts // European Journal of Mineralogy. - 1990. - Vol. 2, no. 4. - P. 427-449
  13. Fujita E., Ida Y., Oikawa J. Eigen oscillation of a fluid sphere and source mechanism of harmonic volcanic tremor // Journal of Volcanology and Geothermal Research. - 1995. - Vol. 69, no. 3/4. - P. 365-378. - doi: 10.1016/0377-0273(95)00027-5
  14. Gonnermann H. M., Manga M. The Fluid Mechanics Inside a Volcano // Annual Review of Fluid Mechanics. - 2007. - Vol. 39, no. 1. - P. 321- 356. - doi: 10.1146/annurev.fluid.39.050905.110207
  15. Iverson R. M., Dzurisin D., Gardner C. A., et al. Dynamics of seismogenic volcanic extrusion at Mount St Helens in 2004-2005 // Nature. - 2006. - Vol. 444, no. 7118. - P. 439-443. - doi: 10.1038/nature05322
  16. Johnson J. B., Lees J. M., Gerst A., et al. Longperiod earthquakes and co-eruptive dome inflation seen with particle image velocimetry // Nature. - 2008. - Vol. 456, no. 7220. - P. 377- 381. - doi: 10.1038/nature07429
  17. Johnson J. B., Lyons J. J., Andrews B. J., et al. Explosive dome eruptions modulated by periodic gas-driven inflation // Geophysical Research Letters. - 2014. - Vol. 41, no. 19. - P. 6689-6697. - doi: 10.1002/2014gl061310
  18. Koulakov I., Smirnov S. Z., Gladkov V., et al. Causes of volcanic unrest at Mt. Spurr in 2004-2005 inferred from repeated tomography // Scientific Reports. - 2018. - Vol. 8, no. 1. - doi: 10.1038/s41598-018-35453-w
  19. Koulakov I., West M., Izbekov P. Fluid ascent during the 2004-2005 unrest at Mt. Spurr inferred from seismic tomography // Geophysical Research Letters. - 2013. - Vol. 40, no. 17. - P. 4579-4582. - doi: 10.1002/grl.50674
  20. Kumagai H., Chouet B. A. The complex frequencies of long-period seismic events as probes of fluid composition beneath volcanoes // Geophysical Journal International. - 1999. - Vol. 138, no. 2. - F7-F12. - doi: 10.1046/j.1365-246x.1999.00911.x
  21. Kumagai H., Chouet B. A. The dependence of acoustic properties of a crack on the resonance mode and geometry // Geophysical Research Letters. - 2001. - Vol. 28, no. 17. - P. 3325-3328. - doi: 10.1029/2001gl013025
  22. Kurzon I., Lyakhovsky V., Lensky N. G., et al. Forcing of seismic waves travelling through a bubbly magma // AGU Fall Meeting Abstracts. Vol. 2005. - New York, 2005. - V53A-1535
  23. Kurzon I., Lyakhovsky V., Navon O., et al. Pressure waves in a supersaturated bubbly magma // Geophysical Journal International. - 2011. - Vol. 187, no. 1. - P. 421-438. - doi: 10.1111/j.1365-246x.2011.05152.x
  24. Lamb O. D., Lamur A., Díaz-Moreno A., et al. Disruption of Long-Term Effusive-Explosive Activity at Santiaguito, Guatemala // Frontiers in Earth Science. - 2019. - Vol. 6. - P. 1-14. - doi: 10.3389/feart.2018.00253
  25. Lavallée Y., Dingwell D. B., Johnson J. B., et al. Thermal vesiculation during volcanic eruptions // Nature. - 2015. - Vol. 528, no. 7583. - P. 544- 547. - doi: 10.1038/nature16153
  26. McNutt S. R. Volcanic seismology // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. - 2005. - Vol. 33, no. 1. - P. 461-491. - doi: 10.1146/annurev.earth.33.092203.122459
  27. Neuberg J. W., Tuffen H., Collier L., et al. The trigger mechanism of low-frequency earthquakes on Montserrat // Journal of Volcanology and Geothermal Research. - 2006. - Vol. 153, no. 1/2. - P. 37-50. - doi: 10.1016/j.jvolgeores.2005.08.008
  28. Nishimura T., Hamaguchi H., Ueki S. Source mechanisms of volcanic tremor and low-frequency earthquakes associated with the 1988-1989 eruptive activity of Mt Tokachi, Hokkaido, Japan // Geophysical Journal International. - 1995. - Vol. 121, no. 2. - P. 444-458. - doi: 10.1111/j.1365-246x.1995.tb05725.x
  29. Ohmi S., Obara K. Deep low-frequency earthquakes beneath the focal region of the Mw 6.7 2000 Western Tottori earthquake // Geophysical Research Letters. - 2002. - Vol. 29, no. 16. - P. 1-4. - doi: 10.1029/2001gl014469
  30. Ozerov A., Ispolatov I., Lees J. Modeling Strombolian eruptions of Karymsky volcano, Kamchatka, Russia // Journal of Volcanology and Geothermal Research. - 2003. - Vol. 122, no. 3/4. - P. 265-280. - doi: 10.1016/s0377-0273(02)00506-1
  31. Parovik R. I., Shakirova A. A., Firstov P. P. Mathematical model of the stick-slip effect for describing the “drumbeat” seismic regime during the eruption of the Kizimen volcano in Kamchatka // Proceedings of the II International Conference on Advances in Materials, Systems and Technologies. (CAMSTech-II 2021). Vol. 2467. - AIP Publishing, 2022. - P. 080015. - doi: 10.1063/5.0092351
  32. Scharff L., Hort M., Gerst A. The dynamics of the dome at Santiaguito volcano, Guatemala // Geophysical Journal International. - 2014. - Vol. 197, no. 2. - P. 926-942. - doi: 10.1093/gji/ggu069
  33. Webb S. Silicate melts: Relaxation, rheology, and the glass transition // Reviews of Geophysics. - 1997. - Vol. 35, no. 2. - P. 191-218. - doi: 10.1029/96rg03263

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Радионов А.А., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».