Magma

Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Gesteinsschmelze Magma, weitere Bedeutungen unter Magma (Begriffsklärung)

Schematische Darstellung des aufsteigenden Magmas bei einem Vulkanausbruch an einem Tiefseegraben mit Subduktionszone wie etwa am Pazifischen Feuerring

Magma (gr. μάγμα, mágma; dt. „geknetete Masse“) heißt die Masse aus Gesteinsschmelze, die in Teilen des oberen Erdmantels und der tieferen Erdkruste vorkommt. Die Fließfähigkeit des Magmas ist die Ursache des Vulkanismus (siehe auch Vulkan) und hat eine große Bedeutung für die Gesteinsbildung, da sich aus dem erstarrenden Magma die magmatischen Gesteine oder Magmatite bilden.

Diese unterteilt man in Plutonite, wenn das Magma in der Erdkruste langsam abkühlt und daher größere Kristalle bilden kann, und in Vulkanite, wenn das Magma beim Austritt an die Erdoberfläche (zum Beispiel als Lava oder in Form von Pyroklasten) schneller abkühlt. Zu den Plutoniten zählt zum Beispiel der Granit, zu den Vulkaniten der Basalt.

Eigenschaften und Klassifikation

Schematische Einordnung magmatischer Gesteine.

Je nach Zusammensetzung und Druckverhältnissen beträgt die Temperatur von Magma zwischen 700 °C und 1250 °C. Magmen sind in der Regel silikatische Gesteinsschmelzen, das heißt, zu großen Teilen (40–75 Gewichtsprozent) aus SiO₂. Magmen werden grob nach ihrer Mg- und Fe-Konzentration und dem Silikatgehalt unterschieden in:

• felsische oder rhyolithische Schmelzen (SiO₂-Gehalt > 65 %) (früher sauer).
• intermediäre oder andesitische Schmelzen (SiO₂-Gehalt zwischen 52 % und 65 %).
• mafische oder basaltische Magmen (SiO₂-Gehalt < 52 %) (früher basisch).

Die häufig verwendete Einteilung in saure und basische Magmen stammt von dem Begriff Kieselsäure, der oft verallgemeinernd für SiO₂ verwendet wird. Da der Säure-Base-Begriff jedoch in der Chemie genau definiert und im Zusammenhang mit Magmen missverständlich ist, wird er durch felsisch (reich an Feldspat und Quarz, hochdifferenziert, hell) und mafisch (reich an Magnesium und Eisen, primitiv, dunkel) ersetzt.^[1]

Entstehung

Die Entstehung von Magma ist ein erst teilweise verstandener Prozess. Es ist bekannt, dass der Erdmantel bis zur Grenze des Erdkerns in mehreren tausend Kilometern weitgehend fest ist. Das Vorkommen flüssiger Schmelzen ist nur unter besonderen Bedingungen erklärbar, unter denen es zu partiellen Gesteinsschmelzen kommt. Das Magma sammelt sich in Magmakammern, da das leichtere Magma durch das schwerere Umgebungsgestein nach oben steigt, dort Hohlräume auffüllt und durch Aufschmelzen erweitert. Diese Vorgänge spielen sich in Zeiträumen von einigen zehntausend bis zu mehreren hunderttausend Jahren ab.

Die Kristallisation von Magma ist ebenfalls ein komplexer Prozess, bei dem neben der jeweiligen chemischen Zusammensetzung der Ausgangsschmelze die Druckverhältnisse, die Temperatur, der Wassergehalt und das Umgebungsgestein eine Rolle spielen. Dabei kommt es durch magmatische Differentiation und fraktionierte Kristallisation zur Bildung unterschiedlicher Gesteine. Den Aufstieg von Magmen fördernde Elemente sind eine Erhöhung der Temperatur, eine Druckentlastung und /oder das Vorhandensein fluider Phasen (H₂O, CO₂).^[2] Auch die geringere Dichte der Magmen trägt zu ihrem Aufstieg bei.^[3]

Gestein wird in geologisch besonders aktiven Bereichen aufgeschmolzen, so entsteht Magma an Mittelozeanischen Rücken durch Druckentlastung, an Subduktionszonen durch die von der subduzierten Platte zugeführten Fluide und den damit herabgesetzten Schmelzpunkt des oberen Mantels und es bilden sich Manteldiapire durch Temperaturerhöhung.

Mittelozeanische Rücken und Subduktionszonen sind Phänomene der Plattentektonik und kennzeichnen auseinanderdriftende oder zusammenstoßende Lithosphärenplatten. An den Mittelozeanischen Rücken werden die Platten auseinandergerissen und es entstehen Gräben und Spalten, in die Schmelzen aus dem oberen Mantel aufsteigen, meist in der Form basaltischer Laven. In Subduktionszonen wird Material der Lithosphäre durch die abtauchende Platte in das Erdinnere befördert. Mit dem Material der abtauchenden Platte werden auch Fluide wie Wasser und Kohlenstoffdioxid transportiert. Fluide erniedrigen die Solidustemperatur des Gesteins und führen zu partiellem Aufschmelzen des umgebenden Materials. Manteldiapire oder Plumes sind schmale Säulen aufgeschmolzenen Materials, deren Wurzeln in großen Tiefen des Erdmantels liegen. Diese Diapire oder Hot Spots treten auch weit entfernt von Plattengrenzen auf und führen dann häufig zur Entstehung von Intraplattenvulkanen ^[4].

Literatur

• Myron G. Best: Igneous and Metamorphic Petrology. W.H. Freemann & Company, San Francisco CA 1982, ISBN 0-7167-1335-7.
• Wolfhard Wimmenauer: Petrographie der magmatischen und metamorphen Gesteine. Enke Verlag, Stuttgart 1985, ISBN 3-432-94671-6.
• Hans-Ulrich Schmincke: Vulkanismus. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 2000, ISBN 3-534-14102-4.

Weblinks

• Florian Neukirchen: Wo kommt das Magma her? Ein Blick in die Tiefe der Erde
• How Volcanoes work: Physicochemical Controls on Eruption Style (Lava flow types - Link: "basaltic") (englisch)
• Gareth Fabbro: Beneath the volcano: The Magma Chamber, Science 2.0, 5. November 2011 (Blogeintrag des Geologen, englisch)
• Ders.; Magma Chambers Part II: Magma Mushes, ebd., 20. November 2011 (englisch)
• Geologists Discover Magma and Carbon Dioxide Combine to Make 'Soda-Pop' Eruption, PhysOrg, 10. Juli 2008 (englisch)

Einzelnachweise