Diagram yang ditampilkan pada post ini dimodifikasi dari: http://www.geo.umass.edu/courses/volcanology/Lava%20Flows.pdf
(c) Rhodes, J.M.
Textbook yang digunakan di kelas adalah Clive & Oppenheimer (2003) Volcanoes, Oxford Univ Press, USA
Di pertemuan beberapa minggu lalu, kita sudah melihat beberapa jenis morfologi permukaan aliran lava yang sedikit banyak dikontrol oleh komposisi dan viskositas magma. Di post ini mari menjadi agak geeky sebentar dan melihat sains yang mengatur dinamika aliran lava.
Saya akan memulai dari Newtonian fluid.
Kalian cuci tangan pakai sabun dan air. Air adalah satu contoh Newtonian fluid. Newtonian fluid adalah fluid/cairan yang perilakunya mengikuti hukum gerak Newton, sehingga viskositas dan responnya terhadap gaya (force) bisa ditebak.
Saya ngerti apa yang kalian pikirkan saat membaca paragraf di atas: "Did she just throw word salad at me out of her laptop keypad? Not on my watch evil Vulcan woman!"
Here is an easier explanation: Kita tahu bagaimana perilaku air dan bisa memperkirakan ke mana air akan mengalir. Dari tempat tinggi ke tempat yang lebih rendah. Mengisi ruang/wadah, serumit apapun wadahnya. Biarpun kita didihkan airnya, perilakunya akan tetap sama: tetap mengalir ke tempat yang lebih rendah dan mengisi slempitan-slempitan yang sudah dijangkau. (Dan ingat, saat melakukan eksperimen ini, jangan celupkan jari kalian ke air panas).
That is Newtonian fluid. Contoh lain Newtonian fluid adalah madu. Walaupun viskositasnya berbeda pada saat dipanaskan (madu akan menjadi lebih encer pada saat dipanaskan), madu tetap mengalir mengikuti hukum Newton. Seperti air.
Prinsip pada gambar di atas hanya berlaku pada Newtonian fluid. Berarti ada dong fluida yang tidak bersifat Newtonian?
Jawabnya: IYA. Fluida yang perilakunya tidak mengikuti hukum Newton, disebut sebagai Non-Newtonian fluid. Mari melakukan percobaan. Go to your kitchen, and get yourself a maizena/cornstarch. Tepung yang biasa dipakai untuk mengentalkan cap cay. Kemudian tambahkan air.
OK, karena ini sedang pandemi, sebaiknya kita tidak buang-buang bahan makanan. Sudah banyak di youtube video serupa di atas. Lumayan, bisa dipakai untuk bikin cilok.
Campuran antara maizena dan air, membentuk fluida yang aneh perilakunya. Saat kalian memukul campuran tersebut dengan tangan atau dengan palu geologi, campurannya akan berperilaku seperti solid. Kalian bahkan bisa juga jalan (cepat/lari) di atas campuran tersebut tanpa tenggelam. Itulah yang disebut sebagai non-Newtonian fluid.
Lava (magma yang sudah keluar ke permukaan bumi) seperti yang sudah kalian tahu bukanlah tipe fluida sederhana. Di dalamnya ada gelembung (bubble) dan kristal. Lava juga memiliki viskositas dan temperatur yang bervariasi. Bahkan pada saat lava mengalir, lava juga akan mengalami proses pendinginan. Pada saat temperatur turun, kristal akan terbentuk dan mengubah viskositas aliran lava, hingga lava pada akhirnya fully solidified.
In that sense, lava termasuk ke dalam non-Newtonian fluid sebelum mulai mengalir, dan baru akan bersifat Newtonian fluid setelah mengalir. Technically speaking, lava termasuk ke dalam Bingham fluid, tipe fluida yang perlu nilai minimum tertentu/stress tertentu (yang equally disebut sebagai yield strength) untuk bisa mengalir. Prinsip/persamaan yang ada di gambar paling pertama tadi perlu dikoreksi dengan nilai yield stress/yield strength untuk non-newtonian fluid, termasuk lava.
Dinamika aliran lava sangat ditentukan oleh dua faktor utama: i.e. (1) viskositas dan (2) yield strength. (Also please remember that viscosity is controlled by magma composition, pressure, and temperature).
Kedua hal di atas akan sangat berpengaruh terhadap: (1) tipe aliran/morfologi permukaan lava, (2) ukuran dan bentuk lava, (3) tebal dan panjang (jarak terjauh yang dicapai dari konduit) lava, (4) rate erupsi, (5) kecepatan aliran lava.
So much for now.
Cheers!
Comentarios