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Magmatismus (deutsche Zusammenfassung)

Magmatismus ist die zusammenfassende Bezeichnung für alle mit dem Magma zusammenhängenden geologischen Prozesse, Vorgänge und Erscheinungen. Der Magmatismus umfasst sowohl den den Plutonismus, d.h., die Prozesse, die zur Bildung von Magmen in der Erde führen, ihre Bewegung verursachen, die Kristallisation steuern, das Aufsteigen, die Bildung der Erdkruste und letzendlich die Erstarrung als auch den Vulkanismus, bei dem das Magma die Oberfläche erreicht und als Lava extrudiert wird. Durch Magmatismus entstehen Magmatite, d.h.magmatische plutonische Gesteine im Erdinneren und vulkanische Gesteine als Folge des Vulkanismus. Ein Beitrag unseres verstorbenen Mitglieds Peter Seroka u.a. - In Dankbarkeit

Magmatismus

Magma
Magma

Ausbruch des Halemaumau-Kraters des Vulkans Kilauea, Hawaii, 1954;
Foto: J.P. Eaton

USGS Public Domain

Was ist Magma und wie entsteht es?


Was ist Magma?

Magma (griech.: μάγμα "Paste" oder geknetete Masse) ist eine Mischung aus geschmolzenem Gestein sowie aus flüchtigen (CO2), flüssigen (H2O) und festen Bestandteilen (Mineralien), welche man unter der Erdoberfläche und ggf. auf anderen Planeten und auf dem Mond findet. Neben geschmolzenem Gestein enthält Magma also auch Wasser, frei schwimmende Kristalle, gelöstes Gas und manchmal Gasblasen. Magma sammelt sich oft in Magmakammern, welche einen Vulkan speisen oder einen Pluton bilden. Magma ist in der Lage, mit unvorstellbarem Druck in anliegendes Gestein zu intrudieren, durch Vulkane als Lava auszutreten und als explosive Eruption in Form von Tephra pyroklastische Gesteine zu erzeugen.

Magma ist eine komplexe hochtemperierte, oft viskose flüssige Substanz. Die Temperaturen der meisten Magmen sind im Bereich von 700oC bis 1300oC, seltener sind carbonatitische Schmelzen mit 600oC und Komatiit-Schmelzen bis 1600oC. Fast alle Magmen sind silikatisch.

Magma kommt in Subduktionszonen, kontinentalen Riftzonen, mittelozeanischen Rücken und Hot Spots vor, von welchen einige als Mantel-Plume interpretiert werden. Obgleich es die unterschiedlichsten Orte sind, ist der größte Teil der Erdkruste nicht gschmolzen. Die meisten Magmen bilden sich in hochtemperierten Umgebungen mit niedrigen Drücken innerhalb weniger Kilometer der Erdoberfläche.

Bis heute hat man Magma in situ nur drei Mal bei Tiefbohrprojekten angetroffen; zweimal in Island und einmal in Hawai.

Wie entsteht Magma?

Magma entsteht, wenn innerhalb der Erdkruste unter extremen Druck- und Hitzebedingungen silikatisches Material schmilzt und durch unter- oder oberirdische Abkühlung und Erstarrung unterschiedlich auskristallisiert bzw. texturiert wird. Je schneller die Schmelze erkaltet, desto feinkörniger wird das Gestein. Je länger der Prozess der Erstarrung dauert, desto mehr Zeit haben die Mineralien der Magmen, um größere Kristalle zu bilden.

Ein Gestein, welches ein Gemisch aus verschiedenen Mineralien ist, schmilzt - anders als etwa ein Metall oder Eis - nicht bei einer bestimmten Temperatur. Vielmehr bildet sich bei einer bestimmten Temperatur (sogen. Solidustemperatur) nur ein wenig Schmelze. Erst bei steigender Temperatur nimmt der Anteil der Schmelze zu, bis bei der sogenannten Liquidustemperatur der Mantelperidotit vollständig aufgeschmolzen ist (diese Temperatur wird im Erdmantel nie erreicht). Wenn der Anteil der Schmelze (Magma) ca. 5 % beträgt, kann diese sich aus dem Aufschmelzbereich lösen, an die Erdoberfläche steigen und zum Vulkanismus führen. Die Temperatur, bei der die Bildung von Schmelzen beginnt, ist umso höher, je höher der Druck ist. Das bedeutet, dass der Mantelperidotit nicht nur durch Erhöhung der Temperatur schmelzen kann, sondern auch durch Erniedrigung des Drucks. Zu einer Druckerniedrigung kommt es, wenn der Mantelperidotit aufsteigt. Schmelzbildung durch Druckerniedrigung ist der wichtigste Prozess bei der Bildung von Magma im Erdmantel. (s.a. > Eutektikum , peritektisch


Herkunftstiefe von Magma

Der feste (jedoch nicht starre) Erdmantel könnte in der Asthenospäre (ca. 100-200 km Tiefe) zu ca. 1 % aufgeschmolzen sein. Die meisten Magmen entstehen aber in geringeren Tiefen. Um die Bildung von Gesteinsschmelzen (Magma) zu verdeutlichen, ist es notwendig, die Zusammensetzung des Erdmantels, bzw. des Entstehungsortes der meisten Magmen zu kennen.

Durch den Vulkanismus werden nicht nur Magmen, sondern gelegentlich Fragmente des Erdmantels an die Erdoberfläche befördert. Diese Mantelfragmente sind grobkörnige Gesteine, die wesentlich aus Olivin, Orthopyroxen, Klinopyroxen und Spinell oder Granat bestehen. Solche Gesteine werden allgemein als Mantelperidotite bezeichnet.

Magma-Herde finden sich nicht nur im Erdmantel, sondern auch in verschiedenen Tiefen der unteren Erdkruste.

Zum oberflächennahen Ausfließen des Magmas kommt es, wenn die Schmelze stark überhitzt ist oder bei Vulkanen bzw. an tektonischen Schwächezonen rasch emporsteigen kann.Das dünnflüssigere Magma wird durch das dichtere und gröbere Umgebungsgestein nach oben gedrückt, das schwerere sinkt nach unten.

Sobald Magma sich an der Erdoberfläche manifestiert (als Vulkan, Flutbasalt, mittelozeanischer Rücken etc.), wird Magma als Lava bezeichnet. Lava ist das extrusive Äquivalent des Magmas.


Magmakammer

Das in der Asthenosphäre ( bis ca. 100 km Tiefe) gebildete Magma, welches leichter als das Grundgestein ist, steigt in Spalten in Form von Magmablasen auf und sammelt sich in einer Tiefe von etwa 25-30 km in Magmakammern. Wenn der Duck in der Magmakammer größer als die Festigkeit des darüberliegenden Gesteins ist, steigt das Magma weiter nach oben, gelangt an die Erdoberfläche, speist Plutone oder Vulkane (Vulkaneruptionen) oder kann zu einem Magmadom führen.

Wird ein nahe der Oberfläche befindliches Magma durch Grundwasser angereichert, entsteht ein > Hydromagma.

Hot Spot

Tektonische Stellungen und Plattengrenzen
Tektonische Stellungen und Plattengrenzen

Schematische Darstellung der wichtigsten;
tektonischen Stellungen (tectonic settings) und Plattengrenzen

USGS Public Domain

Bezeichnung örtlicher Aufschmelzungszonen (heiße Stellen) innerhalb des oberen Erdmantels.

Hot Spots sind ortsstabil, während die über ihnen befindlichen Lithosphäreplatten driften. Hierdurch kommt es über einem hot spot immer wieder zur Bildung von vulkanischen Eruptionspunkten (Magmadom), wodurch sich auf den driftenden Krustenplatten eine perlschnurartige Kette von Vulkanen ergibt, deren geologisches Alter mit zunehmender Entfernung vom hot spot ansteigt. Ein Paradebeipiel hierfür sind die meist unterseeischen Berge von Hawaii in nordöstlicher Richtung bis Kamschatka.

Ein Beispiel für Hot Spot - Vulkanismus stellen die Snake River Plain-Yellowstone-Hot Spot, die Azoren, Galapagos-Inseln, Hawaii-Inseln sowie Teile des afrikanischen Rift-Systems und Island dar.


Magmadom

Synonym mit Lavadom. Ein Magmadom ist eine blasen- kuppelförmige magmatische Eruptionsform auf einem hot spot, wobei Magma bis unter den Meeresboden gepresst wird. Die meisten Magmadome platzen i.d.R. nicht, da sich durch nachströmendes Kaltwasser die Blase kühlt und über dem Dom einen Deckel aus extrem zähem, festem Gestein bildet. Mit der Entstehung von Magmadomen ist u.a. die Bildung von > Megaplumes verbunden.


Epimagma und Pyromagma

  • Epimagma ist weitgehend entgastes Magma
  • Pyromagma ist aufgeschäumtes Magma mit gelösten Gasblasen

Hydromagma

In einer Magmakammer nahe der Oberfläche kann das Magma zusätzlich von außen durch Grundwasser (aber auch von Kieselsäure, welche vom umliegenden Gestein abgeschmolzen wird) angereichert werden. Wassergehalt und Kieselsäuregehalt sind ausschlaggebende Faktoren für das Potential einer Eruption. Ist der Wasseranteil hoch, steigen die Dampfblasen ungehindert durch die dünnflüssige Lava auf und verursachen hohe Feuerfontänen beim Ausbruch. Je geringer der Wasseranteil des Magmas, umso dickflüssiger ist die Lava.


Magmatische Differentiation

Der Begriff magmatische Differentiation bezeichnet die Entstehung unterschiedlicher Teilmagmen aus einem so genannten Stammmagma durch Veränderung der chemischen Zusammensetzung. Dieses Konzept stammt aus einem Teilgebiet der Geologie, der Endogenen Dynamik, die sich mit den magmatischen Prozessen im Erdinneren befasst. Es beschreibt das Phänomen, dass aus einer flüssigen Gesteinsschmelze (Magma) mit einer bestimmten chemisch-mineralogischen Zusammensetzung (Stammmagma), nicht einfach ein bestimmtes magmatisches Gestein mit derselben Zusammensetzung auskristallisieren muss, wie zu erwarten wäre, sondern dass daraus eine ganze Reihe von unterschiedlichen Gesteinen mit verschiedenen Zusammensetzungen, sprich verschiedenen Mineralkomponenten, entstehen kann. Das prominenteste Beispiel für Differentiationsvorgänge ist der in Südafrika gelegene Bushveld-Komplex. Dieser basaltische Intrusivkomplex besitzt eine Gesteinsvariation von ultrabasischer bis granitischer Zusammensetzung und zeichnet sich durch seine sehr gut ausgeprägte Lagentextur aus, die der Schichtung von Sedimentgesteinen verblüffend ähnlich sieht. Sie spiegelt die verschiedenen Differentiationszyklen des Bushveld wider. Die basischen bis ultrabasischen Anteile entstanden durch Differentiation eines tholeiitischen Magmas, die Granite werden als aufgeschmolzenes und kontaminiertes Krustenmaterial angesehen. (Zitiert aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie. Der Text ist unter der Lizenz „Creative Commons Attribution/Share Alike“ verfügbar)


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