Magma

Magma ist geschmolzenes Gestein, das sich unter der Oberfläche des befindet Erde (oder irgendein anderer terrestrischer Planet) und der sich oft in einer Magmakammer sammelt. Magma kann Schwebekristalle und Gasblasen enthalten. Per Definition alle Eruptivgestein wird aus Magma gebildet.

Hawaiischer Magmafluss unter Wasser

Magma ist eine komplexe Hochtemperatur-Fluidsubstanz. Die Temperaturen der meisten Magmen liegen im Bereich von 700 °C bis 1300 °C, aber sehr seltene Karbonatitschmelzen können bis zu 600 °C kalt sein, und Komatiitschmelzen können bis zu 1600 °C heiß gewesen sein. Die meisten sind Silikatlösungen.

Es kann in benachbarte Gesteine ​​eindringen oder als Lava auf die Oberfläche extrudieren oder als Tephra explosionsartig ausgestoßen werden, um pyroklastisches Gestein zu bilden.

Umgebungen der Magmabildung und -zusammensetzungen sind üblicherweise korreliert. Zu den Umgebungen gehören Subduktionszonen, kontinentale Riftzonen, mittelozeanische Rücken und Hotspots, von denen einige als Mantelfahnen interpretiert werden. Umgebungen werden im Eintrag besprochen Eruptivgestein . Magmazusammensetzungen können sich nach der Bildung durch fraktionierte Kristallisation, Kontamination und Magmamischung entwickeln.

Schmelzen von festem Gestein

Das Schmelzen von festem Gestein zur Bildung von Magma wird durch drei physikalische Parameter gesteuert; seine Temperatur, Druck und Zusammensetzung. Mechanismen werden im Eintrag für diskutiert Eruptivgestein .

Temperatur

Bei jedem gegebenen Druck und für jede gegebene Gesteinszusammensetzung führt ein Temperaturanstieg über den Solidus hinaus zum Schmelzen. Innerhalb der festen Erde wird die Temperatur eines Gesteins durch den geothermischen Gradienten und den radioaktiven Zerfall innerhalb des Gesteins gesteuert. Der geothermische Gradient liegt im Durchschnitt bei etwa 30 °C/km mit einem weiten Bereich von einem Tiefstwert von 5-10 °C/km in ozeanischen Gräben und Subduktionszonen bis zu 30-80 °C/km unter mittelozeanischen Rücken und Vulkanbogenumgebungen.

Druck

Schmelzen kann auch auftreten, wenn ein Gestein durch einen Prozess, der als Dekompressionsschmelzen bekannt ist, durch die feste Erde aufsteigt.

Komposition

Es ist normalerweise sehr schwierig, die Massenzusammensetzung einer großen Gesteinsmasse zu ändern, daher ist die Zusammensetzung die grundlegende Kontrolle darüber, ob ein Gestein bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck schmilzt. Auch die Zusammensetzung eines Gesteins kann berücksichtigt werden flüchtig Phasen wie z Wasser und Kohlendioxid .

Das Vorhandensein flüchtiger Phasen in einem unter Druck stehenden Gestein kann eine Schmelzfraktion stabilisieren. Das Vorhandensein von sogar 1 % Wasser kann die Schmelztemperatur um bis zu 100 °C verringern. Umgekehrt kann der Verlust von Wasser und flüchtigen Stoffen aus einem Magma dazu führen, dass es im Wesentlichen gefriert oder verfestigt.

Teilweises Schmelzen

Wenn Felsen schmelzen, tun sie dies inkrementell und allmählich; Die meisten Gesteine ​​​​bestehen aus mehreren Mineralien, die alle unterschiedliche Schmelzpunkte haben, und die Phasendiagramme, die das Schmelzen steuern, sind üblicherweise komplex. Wenn ein Gestein schmilzt, ändert sich sein Volumen. Wenn genügend Gestein geschmolzen ist, verbinden sich die kleinen Schmelzkügelchen (die im Allgemeinen zwischen Mineralkörnern auftreten) und erweichen das Gestein. Unter Druck innerhalb der Erde kann ein Teilschmelzen von nur einem Bruchteil eines Prozents ausreichen, um zu bewirken, dass Schmelze aus ihrer Quelle herausgepresst wird.

Schmelzen können lange genug an Ort und Stelle bleiben, um zu 20 % oder sogar 35 % zu schmelzen, aber Gesteine ​​werden selten zu mehr als 50 % geschmolzen, da die geschmolzene Gesteinsmasse schließlich zu einem Kristall- und Schmelzbrei wird, der dann aufsteigen kann viel als Diapir, was dann zu weiterem Dekompressionsschmelzen führen kann.

Primäre Schmelzen

Wenn ein Gestein schmilzt, wird die Flüssigkeit als a bezeichnet primäre Schmelze . Primärschmelzen haben keine Differenzierung erfahren und stellen die Ausgangszusammensetzung eines Magmas dar. In der Natur findet man selten primäre Schmelzen. Die Leukosomen von Migmatiten sind Beispiele für Primärschmelzen. Primäre Schmelzen, die aus dem Mantel stammen, sind besonders wichtig und werden als bezeichnet primitive Schmelzen oder primitive Magmen. Durch Auffinden der ursprünglichen Magmazusammensetzung einer Magmaserie ist es möglich, die Zusammensetzung des Mantels zu modellieren, aus dem eine Schmelze gebildet wurde, was für das Verständnis der Entwicklung des Mantels wichtig ist.

Elterliche Schmelzen

Wo es unmöglich ist, die ursprüngliche oder primäre Magmazusammensetzung zu finden, ist es oft nützlich zu versuchen, eine elterliche Schmelze zu identifizieren. Eine Elternschmelze ist eine Magmazusammensetzung, aus der der beobachtete Bereich der Magmachemie durch die Prozesse der magmatischen Differenzierung abgeleitet wurde. Es muss keine primitive Schmelze sein.

Beispielsweise wird angenommen, dass eine Reihe von Basaltflüssen miteinander in Beziehung stehen. Eine Zusammensetzung, aus der sie vernünftigerweise durch fraktionierte Kristallisation hergestellt werden könnten, wird als a bezeichnet elterliche Schmelze . Es würden fraktionierte Kristallisationsmodelle erstellt, um die Hypothese zu testen, dass sie eine gemeinsame Elternschmelze teilen.

Geochemische Auswirkungen des teilweisen Schmelzens

Der Grad des teilweisen Schmelzens ist entscheidend für die Bestimmung, welche Art von Magma entsteht. Der Grad des teilweisen Schmelzens, der zum Bilden einer Schmelze erforderlich ist, kann abgeschätzt werden, indem die relative Anreicherung von inkompatiblen Elementen gegenüber kompatiblen Elementen betrachtet wird. Inkompatible Elemente umfassen üblicherweise Kalium , Barium , Cäsium , Rubidium .

Gesteinsarten, die durch geringe teilweise Schmelzung im Erdmantel entstehen, sind typischerweise alkalisch ( Dass , Schon ), Kalium ( K ) und/oder Peralkali (hohes Verhältnis von Aluminium zu Siliciumdioxid). Typischerweise bilden primitive Schmelzen dieser Zusammensetzung Lamprophyr, Lamproit, Kimberlit und manchmal nephelinhaltige mafische Gesteine ​​wie Alkalibasalte und Essexit-Gabbros oder sogar Karbonatit.

Pegmatit kann durch geringes teilweises Schmelzen der Kruste erzeugt werden. Etwas Granit -Zusammensetzungsmagmen sind eutektische (oder kotektische) Schmelzen, und sie können durch geringes bis hohes teilweises Schmelzen der Kruste sowie durch fraktionierte Kristallisation erzeugt werden. Bei einem hohen Grad an teilweisem Schmelzen der Kruste können Granitoide wie Tonalit, Granodiorit und Monzonit produziert werden, aber andere Mechanismen sind typischerweise bei ihrer Herstellung wichtig.

Bei hohen Teilentschmelzungsgraden des Mantels entstehen Komatiit und Pikrit.

Zusammensetzung und Schmelzstruktur und Eigenschaften

Silikatschmelzen bestehen hauptsächlich aus Silizium , Sauerstoff , Aluminium , Laugen ( Natrium , Kalium , Kalzium ), Magnesium und Eisen . Siliziumatome stehen wie in fast allen Silikatmineralien in tetraedrischer Koordination mit Sauerstoff, aber in Schmelzen bleibt die atomare Ordnung nur über kurze Distanzen erhalten. Das physikalische Verhalten von Schmelzen hängt von ihrer atomaren Struktur sowie von Temperatur, Druck und Zusammensetzung ab (z. B. Watson und andere, 2006)

Die Viskosität ist eine Schlüsseleigenschaft der Schmelze, um das Verhalten von Magmen zu verstehen. Stärker an Siliciumdioxid reiche Schmelzen sind typischerweise stärker polymerisiert, mit einer stärkeren Verknüpfung von Siliciumdioxid-Tetraedern, und sind daher viskoser. Die Auflösung von Wasser reduziert die Schmelzviskosität drastisch. Schmelzen mit höherer Temperatur sind weniger viskos.

Im Allgemeinen sind mafischere Magmen, wie solche, die Basalt bilden, heißer und weniger viskos als siliziumreichere Magmen, wie solche, die Rhyolith bilden. Niedrige Viskosität führt zu sanfteren, weniger explosiven Eruptionen.

Die Eigenschaften mehrerer verschiedener Magmatypen sind wie folgt:

Ultramafisch (pikritisch)

Es ist nicht _zwei < 45 %

Fe-Mg >8 % bis 32 % MgO

Temperatur: bis 1500°C

Viskosität: Niedrig bis sehr niedrig

Eruptives Verhalten: sanft

Verbreitung: divergente Plattengrenzen, Hotspots, konvergente Plattengrenzen; Komatiit und andere ultramafische Laven sind meist archaisch, wurden aus einem höheren geothermischen Gradienten gebildet und sind heute unbekannt oder zumindest sehr selten.

Mafisch (Basalt)

Es ist nicht _zwei < 50 %

FeO und MgO typischerweise < 10 Gew.-%

Temperatur: bis ~1300°C

Viskosität: Niedrig

Eruptives Verhalten: sanft

Verbreitung: divergente Plattengrenzen, Hotspots, konvergente Plattengrenzen

Zwischen (andesitisch)

Es ist nicht _zwei ~60%

Fe-Mg: ~ 3 %

Temperatur: ~1000 °C

Viskosität: Mittel

Eruptives Verhalten: explosiv

Verbreitung: konvergente Plattengrenzen

Felsisch (rhyolitisch)

Es ist nicht _zwei >70%

Fe-Mg: ~ 2 %

Temperatur: < 900 °C

Viskosität: Hoch

Eruptives Verhalten: explosiv

Verbreitung: Hot Spots in kontinentaler Kruste ( Yellowstone Nationalpark ), Kontinentalbrüche, Inselbögen