Magma

Magma ist das Ausgangsmaterial aller magmatischen Gesteine. Obwohl es oft synonym mit „Lava“ verwendet wird, ist der Unterschied einfach, aber bedeutend: Magma existiert unter der Erde, während Lava Magma ist, das die Oberfläche durchbrochen hat. Dieses unterirdische geschmolzene Gestein fungiert als Motor für Vulkane und ist ein wichtiger Treiber des Gesteinskreislaufs.

Die drei Komponenten von Magma

Magma ist selten nur eine einfache Flüssigkeit. Es ist eine komplexe mehrphasige Substanz, die besteht aus:

1. Die Schmelze: Der flüssige Teil, bestehend aus mobilen Ionen gängiger Elemente wie Silizium, Sauerstoff, Aluminium, Kalium und Kalzium.
2. Feststoffe: Mineralkristalle, die bei der Abkühlung aus der Schmelze auszufrieren begonnen haben.
3. Volatile: Gelöste Gase, die bei hohem Druck in der Flüssigkeit eingeschlossen bleiben. Die häufigsten sind Wasserdampf (H₂O), Kohlendioxid (CO₂) und Schwefeldioxid (SO₂). Wenn Magma aufsteigt, dehnen sich diese Volatile aus und treiben explosive Ausbrüche an.

Physikochemische Eigenschaften

• Temperatur: Die Magmatemperaturen reichen von etwa 700 °C für rhyolithe mit hohem Siliziumdioxidgehalt bis zu über 1.300 °C für Basalte mit niedrigem Siliziumdioxidgehalt.
• Viskosität: Dies misst den Fließwiderstand des Magmas. Magma mit hohem Siliziumdioxidgehalt ist polymerisiert (klebrig) und fließt schlecht, während Magma mit niedrigem Siliziumdioxidgehalt flüssig ist. Die Viskosität ist der Hauptfaktor, der bestimmt, ob ein Vulkan effusiv (strömt) oder explosiv (Asche) ausbricht.

Wie Magma entsteht

Entgegen der landläufigen Meinung ist der Erdmantel kein flüssiger Ozean aus Magma; es ist festes Gestein, das über geologische Zeiträume sehr langsam fließt. Magma bildet sich nur unter besonderen Bedingungen:

1. Dekompressionsschmelzen: Tritt an divergenten Grenzen (mittelozeanische Rücken) auf. Da Mantelgestein zur Oberfläche aufsteigt, sinkt der Druck schneller als die Temperatur, wodurch das Gestein schmelzen kann.
2. Fluxschmelzen: Tritt an Subduktionszonen auf. Wasser, das von einer sinkenden tektonischen Platte freigesetzt wird, steigt in den heißen Mantelkeil darüber auf. Dieses Wasser senkt den Schmelzpunkt des Mantelgesteins, ähnlich wie Salz Eis auf einer Straße schmilzt.
3. Wärmeübertragung: Sehr heißes basaltisches Magma, das aus dem Mantel aufsteigt, kann sich an der Basis der kontinentalen Kruste ansammeln und das umgebende Gestein schmelzen, um neue, siliziumreiche Magmen zu erzeugen.

Magma-Evolution

Magma behält selten von der Quelle bis zur Oberfläche dieselbe Zusammensetzung bei. Es ändert sich durch Magmatische Differenziation:

• Fraktionierte Kristallisation: Wenn Magma abkühlt, kristallisieren Hochtemperaturmineralien (wie Olivin) zuerst und sinken ab. Dies entzieht der Schmelze Magnesium und Eisen und lässt die verbleibende Flüssigkeit reicher an Siliziumdioxid zurück.
• Assimilation: Magma kann das umgebende Nebengestein schmelzen und integrieren, während es aufsteigt.
• Mischung: Zwei verschiedene Magmakörper können sich in einer Kammer treffen und mischen, wodurch eine Hybridzusammensetzung entsteht.

Chemische Klassifizierung

Magma wird nach seinem Siliziumdioxid-(SiO₂)-Gehalt klassifiziert:

• Mafisch (Basaltisch): ~50 % Siliziumdioxid. Heiß, flüssig und dunkel gefärbt. Beispiele sind die Laven von Hawaii und Island.
• Intermediär (Andesitisch): ~60 % Siliziumdioxid. Explosiv und häufig in Stratovulkanen wie dem Mt. St. Helens.
• Felsisch (Rhyolithisch): >70 % Siliziumdioxid. Kühl, klebrig und hell gefärbt. Diese bilden Dome und Supervulkane.

Planetare Perspektive

Magmatismus ist nicht einzigartig für die Erde. Die dunklen „Meere“ (Maria) auf dem Mond sind riesige Ebenen aus altem basaltischem Magma. Io, ein Mond des Jupiter, ist der vulkanisch aktivste Körper im Sonnensystem und bricht ultraheiße Silikatmagmen aus, die durch Gezeitenheizung angetrieben werden. Umgekehrt können Eismonde wie Enceladus „Kryomagma“ – matschiges Wasser und Ammoniak – produzieren, was beweist, dass Magma ein Materiezustand ist, der durch seine Umgebung definiert wird.