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Magma versus Lava: Wie es schmilzt, steigt und sich entwickelt

Im Lehrbuchbild des Gesteinszyklus beginnt alles mit geschmolzenem Untergrundgestein: Magma. Was wissen wir darüber?

Magma und Lava

Magma ist viel mehr als Lava. Lava ist der Name für geschmolzenes Gestein, das auf der Erdoberfläche ausgebrochen ist – das glühende Material, das aus Vulkanen austritt. Lava ist auch der Name für das resultierende feste Gestein.

Im Gegensatz dazu ist Magma unsichtbar. Jeder Felsuntergrund, der ganz oder teilweise geschmolzen ist, gilt als Magma. Wir wissen, dass es existiert, weil jeder magmatische Gesteinstyp aus einem geschmolzenen Zustand erstarrt ist: Granit, Peridotit, Basalt, Obsidian und alles andere.

Wie Magma schmilzt

Geologen nennen den gesamten Prozess der Herstellung von Schmelzen Magmagenese . Dieser Abschnitt ist eine sehr grundlegende Einführung in ein kompliziertes Thema.

Offensichtlich braucht es viel Wärme, um Steine ​​zu schmelzen. Die Erde hat viel Wärme im Inneren, ein Teil davon ist von der Entstehung des Planeten übrig geblieben und ein Teil davon wird durch Radioaktivität und andere physikalische Mittel erzeugt. Doch auch wenn der Großteil unseres Planeten – der Mantel zwischen der felsigen Kruste und dem Eisenkern  – haben Temperaturen tausende Grad erreicht, dann ist es Felsen. (Wir wissen das, weil es Erdbebenwellen wie ein Feststoff überträgt.) Das liegt daran, dass hoher Druck hohen Temperaturen entgegenwirkt. Anders ausgedrückt, hoher Druck erhöht den Schmelzpunkt. In dieser Situation gibt es drei Möglichkeiten, Magma zu erzeugen: Erhöhen Sie die Temperatur über den Schmelzpunkt oder senken Sie den Schmelzpunkt durch Verringern des Drucks (ein physikalischer Mechanismus) oder durch Hinzufügen eines Flussmittels (ein chemischer Mechanismus).

Magma entsteht auf alle drei Arten – oft alle drei gleichzeitig -, wenn der obere Mantel von der Plattentektonik bewegt wird.

Wärmeübertragung: Ein aufsteigender Magmakörper – ein Eindringen – sendet Wärme an die kälteren Felsen um ihn herum, insbesondere wenn sich das Eindringen verfestigt. Wenn diese Steine ​​bereits kurz vor dem Schmelzen stehen, genügt die zusätzliche Wärme. So werden oft rhyolitische Magmen erklärt, die typisch für kontinentale Innenräume sind.

Dekompressionsschmelzen: Wenn zwei Platten auseinandergezogen werden, steigt der darunter liegende Mantel in den Spalt. Wenn der Druck verringert wird, beginnt das Gestein zu schmelzen. Ein solches Schmelzen findet dann überall dort statt, wo die Platten auseinander gestreckt sind – an unterschiedlichen Rändern und in Bereichen mit Kontinental- und Rückbogenausdehnung (erfahren Sie mehr über  divergierende Zonen ).

Flussmittelschmelzen: Überall dort, wo Wasser (oder andere flüchtige Stoffe wie Kohlendioxid oder Schwefelgase) in einen Gesteinskörper eingerührt werden kann, ist die Auswirkung auf das Schmelzen dramatisch. Dies erklärt den reichlichen Vulkanismus in der Nähe von Subduktionszonen, in denen absteigende Platten Wasser, Sedimente, kohlenstoffhaltige Stoffe und hydratisierte Mineralien mit sich führen. Die flüchtigen Bestandteile, die von der sinkenden Platte freigesetzt werden, steigen in die darüber liegende Platte auf, wodurch die Vulkanbögen der Welt entstehen.

Die Zusammensetzung eines Magmas hängt von der Art des Gesteins ab, aus dem es geschmolzen ist, und davon, wie vollständig es geschmolzen ist. Die ersten Teile, die schmelzen, sind am reichsten an Kieselsäure (am meisten felsisch) und am niedrigsten an Eisen und Magnesium (am wenigsten mafisch). Das ultramafische Mantelgestein (Peridotit) ergibt also eine mafische Schmelze (Gabbro und Basalt ), die die ozeanischen Platten an den mittelozeanischen Kämmen bildet. Mafic Rock ergibt eine felsische Schmelze ( Andesit. Rhyolith. Granitoid ). Je höher der Schmelzgrad ist, desto ähnlicher ähnelt ein Magma seinem Quellgestein.

Wie Magma aufsteigt

Sobald sich Magma bildet, versucht es sich zu erheben. Der Auftrieb ist die treibende Kraft von Magma, da geschmolzenes Gestein immer weniger dicht ist als festes Gestein. Steigendes Magma neigt dazu, flüssig zu bleiben, selbst wenn es abkühlt, weil es weiter dekomprimiert. Es gibt jedoch keine Garantie dafür, dass ein Magma die Oberfläche erreicht. Plutonische Gesteine (Granit, Gabbro usw.) mit ihren großen Mineralkörnern stellen Magmen dar, die sehr langsam und tief unter der Erde gefroren sind.

Wir stellen uns Magma gewöhnlich als große Schmelzkörper vor, aber es bewegt sich in schlanken Schoten und dünnen Stringern nach oben und besetzt die Kruste und den oberen Mantel, als würde Wasser einen Schwamm füllen. Wir wissen das, weil seismische Wellen in Magmakörpern langsamer werden, aber nicht wie in einer Flüssigkeit verschwinden.

Wir wissen auch, dass Magma kaum eine einfache Flüssigkeit ist. Betrachten Sie es als ein Kontinuum von der Brühe bis zum Eintopf. Es wird normalerweise als ein Brei aus Mineralkristallen beschrieben, der in einer Flüssigkeit getragen wird, manchmal auch mit Gasblasen. Die Kristalle sind normalerweise dichter als die Flüssigkeit und neigen dazu, sich abhängig von der Steifheit (Viskosität) des Magmas langsam nach unten abzusetzen.

Wie sich Magma entwickelt

Magmen entwickeln sich auf drei Arten: Sie ändern sich, wenn sie langsam kristallisieren, sich mit anderen Magmen vermischen und die Steine ​​um sie herum schmelzen. Zusammen werden diese Mechanismen als magmatische Differenzierung bezeichnet . Magma kann mit der Differenzierung aufhören, sich niederlassen und sich zu einem plutonischen Gestein verfestigen. Oder es tritt in eine letzte Phase ein, die zum Ausbruch führt.

  1. Magma kristallisiert beim Abkühlen auf ziemlich vorhersehbare Weise, wie wir experimentell herausgefunden haben. Es ist hilfreich, sich Magma nicht als einfache geschmolzene Substanz wie Glas oder Metall in einer Schmelze vorzustellen, sondern als heiße Lösung chemischer Elemente und Ionen, die viele Optionen haben, wenn sie zu Mineralkristallen werden. Die ersten Mineralien, die kristallisieren, sind solche mit mafischen Zusammensetzungen und (im Allgemeinen) hohen Schmelzpunkten: Olivin. Pyroxen und calciumreiche Plagioklas. Die zurückgelassene Flüssigkeit ändert dann die Zusammensetzung in umgekehrter Weise. Der Prozess setzt sich mit anderen Mineralien fort und ergibt eine Flüssigkeit mit immer mehr Kieselsäure. Es gibt viele weitere Details, die magmatische Petrologen in der Schule lernen müssen (oder über “ The Bowen Reaction Series. lesen müssen ), aber das ist der Kern der Kristallfraktionierung .
  2. Magma kann sich mit einem vorhandenen Magmakörper vermischen. Was dann stattfindet, ist mehr als nur das Zusammenrühren der beiden Schmelzen, denn Kristalle von einem können mit der Flüssigkeit von dem anderen reagieren. Der Eindringling kann das ältere Magma mit Energie versorgen oder eine Emulsion bilden, in der Blobs von einem im anderen schweben. Das Grundprinzip des Magmamischens ist jedoch einfach.
  3. Wenn Magma in die feste Kruste eindringt, beeinflusst es den dort vorhandenen „Country Rock“. Seine heiße Temperatur und seine austretenden flüchtigen Bestandteile können dazu führen, dass Teile des Landgesteins – normalerweise der felsische Teil – schmelzen und in das Magma gelangen. Xenolithe – ganze Stücke Country Rock – können auch auf diese Weise in das Magma gelangen. Dieser Vorgang wird Assimilation genannt .

Die letzte Phase der Differenzierung betrifft die flüchtigen Stoffe. Das Wasser und die Gase, die in Magma gelöst sind, beginnen schließlich zu sprudeln, wenn das Magma näher an die Oberfläche steigt. Sobald dies beginnt, steigt das Aktivitätstempo in einem Magma dramatisch an. Zu diesem Zeitpunkt ist Magma bereit für den außer Kontrolle geratenen Prozess, der zum Ausbruch führt. Fahren Sie für diesen Teil der Geschichte auf den Punkt mit dem Vulkanismus fort .

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