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1. Allgemeines
Als Magma ( griech.: knetbare Masse) bezeichnet man schmelzflüssiges Gesteinsmaterial, das neben leichtflüchtigen Bestandteilen auch Kristallauscheidungen enthält. Es ist im wesentlichen ein silikatischer Schmelzbrei , der je nach seinem Gehalt an Kieselsäure (SiO2) basisch, intermediär oder sauer sein kann.
Gelangt bei vulkanischen Vorgängen überhitztes Magma unter vielfältigen Entgasungsprozessen an die Erdoberfläche, so tritt es unter dem Namen Lava aus. Obgleich diese Unterscheidung zwischen Magma und Lava klar zu sein scheint, ist es oft nicht leicht zu sagen, wann und wo ein Gesteinsschmelzfluß aufhört Magma zu sein, und zu Lava wird.
Wichtig für die Unterscheidung verschiedener Laven und Magmen, die Art der bei Abkühlung und Erstarrung entstehenden Gesteine, und der Typ des bei einem Ausbruchs entstehenden Vulkans ist die chemische Zusammensetzung und, damit zusammenhängend, die Viskosität der Laven.
2. Die Viskosität von Magma und Lava
Der Viskositätsgrad der Schmelze ist abhängig von ihrer Temperatur, ihrem Chemismus, dem Gehalt an mobilen Komponenten und dem Anteil an bereits ausgeschiedenen Kristallen.
Von besondere Bedeutung ist der SiO2-Gehalt der Schmelze, da SiO2-reiche Schmelzen eine höhere Viskosität
besitzen als SiO2-arme Schmelzen.
Abb. 1 aus Matthes, S. (1990), S.197
Die Viskosität der Lava ist sehr entscheidend für die auftretenden vulkanischen Erscheinungsfolgen.
Allgemein erkennt man folgenden Zusammenhang:
- basische Magmen führen zu effusiven Vulkanismus
- saure Magmen zu explosiven Vulkanismus
- intermediäres Magma zu gemischten Vulkanismus
3. Die Temperatur von Magma und Lava
Obwohl eine starke Streuung in der Temperatur von Magmen und Laven vorliegt und das Messen nicht ohne Schwierigkeiten ist, kann man mit Sicherheit sagen, daß SiO2-ärmere Laven wesentlich heißer sind als SiO2-reiche.
- basaltische Lava: 1000-1200 °C
- rhyolitische Lava: 750-950 °C
Die tiefer liegenden Magmen haben eine geringere Temperatur. Allerdings kann hier die Temperatur nur mit Hilfe von geeigneten Mineralumwandlungen, die als mineralogische Thermometer dienen, einigermaßen genau geschätzt werden.
Gründe für die niedrigere Temperatur sind die Sättigung mit Wasser und andere Druckverhältnissen.
- basaltisches Magma: 650-1200 °C
- rhyolitisches Magma: 500-600 °C
4. Der Gasgehalt des Magmas
Während der Eruptionsphase werden enorme Mengen an Gas mit großem Überdruck ausgestoßen. Über die absolute Menge sowie die Konzentration einzelner Gase ist wenig bekannt. Auch hier ist eine Messung nur schwer durchzuführen und von der Art des Magmas, des Ausbruchsortes und Phase des Ausbruchs abhängig.
Nachgewiesen wurden Wasser (H2O), Chlorwasserstoff (HCl), Schwefelwasserstoff (H2S), Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), Chlor (Cl2), Fluor (Fl2), Fluorwasserstoff (HF), Siliziumfluorid (SiF4), Methan (CH4) u.a., außerdem entstehen Oxidationsprodukte durch die Reaktion mit Luftsauerstoff, wie Schwefeldioxid (SO2), Schwefeltrioxid (SO3) u.a. (aus Matthes, S.,1990, S. 200).
5. Die magmatische Differentation
Es gibt knapp 900 Gesteine die durch Abkühlung und Erstarrung aus Gesteinsschmelzen entstehen. Allerdings kann man sie nicht auf einen entsprechende Zahl primärer Stamm-Magmen zurückführen. Durch Trennung eines gegebenen Stamm-Magmas in verschiedene Teilmagmen ist für die große Zahl der entstehenden Gesteine verantwortlich. Diesen Vorgang nennt man die magmatische Differentation.
Abb. 2 aus Rast, H. (1980), S. 27
a) die gravitative Kristallisationsdifferentation
Bei der Abkühlung eines Stamm-Magmas bilden sich Kristalle, die je nach Dichte im Magma aufsteigen oder absinken.
Meist bilden sich spezifisch schwerere Kristalle, die in Folge der Schwerkraft absinken und sich am Boden der Magmakammer ansammeln. Diese durch Kristallakkumulation gebildeten Minerale sind reich an Magnesium (Mg), Eisen (Fe), Chrom (Cr) und Nickel (Ni). Die Restschmelze wird dadurch angereichert an Silizium (Si), Aluminium (Al), Natrium (Na) und Kalium (K). Durch die Anreicherung von Kieselsäure (SiO2) wird die Restschmelze auch immer saurer.
b) das Reaktionsprinzip von BOWEN
Der amerikanische Petrologe BOWEN erkannte, daß bei der Kristallisation in Magmen die Reaktion zwischen entstehenden Mineralkristallen und der Restschmelze eine besondere Bedeutung zukommt.
Er stellte folgende Auscheidungsfolge bei der Kristallisation eines basischen Magmas fest.
Abb.3 aus Matthes, S. (1990), S.203
Die diskontinuierliche Reaktionsreihe zeigt die Folge der mafischen (dunklen) Minerale. Dabei reagiert jedes vorher ausgeschiedene mafische Mineral bei der Abkühlung des Magmas mit der Restschmelze unter Bildung des folgenden Minerals.
Die kontinuierliche Reaktionsreihe zeigt die Bildung der Plagioklase nach Art einer Mischkristallfolge, also nicht unter Bildung eines anderen Minerals, solange, bis die Schmelze aufgebraucht ist.
Die Mineralabfolge dieser beiden Reihen zeigt, daß der SiO2-Gehalt der Restschmelze mit zunehmender Kristallisation zunimmt.
Abb. 4 aus Matthes, S. (1990), S.205
6. Verschiedene Lavaformen
Je nach Erstarrungsform und Ausflußort kann man verschiedene Lavaformen unterscheiden.
- Fladenlava (auch Wulst- oder Stricklava): gasarme, relative saure Schmelzen, die zu fladen-, gekröse- oder seilartigen
(Pahoëhoë-Lava auf Hawaii) Formen erstarrt
- Blocklava ( Aa-Lava auf Hawaii): gasreiche Schmelzen, die zu zackigen Blöcken und Schollen erstarren
- Kissenlava ( engl. pillow lava) : auf dem Meeresgrund ausfließende Lava bildet aufgrund der schnellen Abkühlung
kissenartige Strukturen
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