Magma is vloeibaar, gesmolten of halfgesmolten gesteente dat zich onder het aardoppervlak bevindt. Het bevat vaak zwevende kristallen en gasbellen. En speelt een centrale rol in vulkanische processen en de vorming van nieuwe gesteenten.
Temperatuur
De temperatuur van magma ligt doorgaans tussen de 650 °C en 1.200 °C, afhankelijk van de samenstelling en diepte.
Daarmee bevindt de temperatuur zich meestal tussen de solidus-temperatuur en de liquidus-temperatuur. De solidus is de temperatuur waarbij het volledig stolt; rond de 600 °C tot 1.000 °C, afhankelijk van het magma-type. De liquidus is de temperatuur waarbij het volledig vloeibaar is, doorgaans tussen de 1.000 °C tot 1.400 °C.
De overgang van volledig vast gesteente naar volledig vloeibare magma vindt dus plaats over een groot temperatuurbereik. Dit komt omdat magma is opgebouwd uit verschillende mineralen, die allemaal een verschillende smelttemperatuur hebben. Dit verklaart dan ook dat de meeste magma’s enkele vaste kristallen bevatten (die in de vloeibare fase volledig zouden zijn opgelost).
Hoe ontstaat magma?
Magma ontstaat door het smelten van gesteente in de aardmantel of aardkorst, een direct gevolg van platentektoniek. Dit vindt plaats in verschillende tektonische omgevingen: bij convergente plaatgrenzen (subductiezones), bij divergente plaatgrenzen (in mid-oceanische ruggen en in continentale riftzones, waar nieuwe aardkorst ontstaat) en bij hotspots.
De levensloop van magma
Magma heeft een lagere dichtheid dan het omringende vaste gesteente en stijgt daardoor op door de aardkorst. Onderweg slaat het zich tijdelijk op in magmakamers, waar het van samenstelling kan veranderen door fractionele kristallisatie, vermenging met omliggende aardkorst en ontgassing. Uiteindelijk kan het een vulkaan voeden en als lava naar buiten treden, of ondergronds stollen tot een intrusielichaam zoals een dijk, sill, laccoliet, pluton of batholiet.
Stollingsgesteente en magma
Alle stollingsgesteenten zijn opgebouwd uit magma. Als het aan het oppervlak komt en lava wordt, stolt het snel tot extrusieve gesteenten zoals basalt en obsidiaan met fijnere korrels. Bij afkoeling onder het oppervlak, ontstaan intrusieve gesteenten zoals graniet en gabbro met grofkorrelige kristallen.
Chemische samenstelling
Magma kan verschillende chemische samenstellingen hebben. Het meest voorkomend zijn silicaatmagma’s, die vooral bestaan uit zuurstof en silicium, de meest voorkomende chemische elementen in de aardkorst, met kleinere hoeveelheden aluminium, calcium, magnesium, ijzer, natrium en kalium, en kleine hoeveelheden van vele andere elementen.
Veel van de eigenschappen correleren met het silicagehalte. Op basis van het gehalte aan siliciumdioxide (SiO₂) onderscheiden we vier chemische typen: felsisch (>63% silica), intermediair (52-63%), mafisch (45-52%) en ultramafisch (<45%).
Felsische magma (Ryoliet)
Felsische of kiezelhoudende magma’s (ryoliet en daciet) hebben een silicagehalte van meer dan 63%. Ze hebben relatief lage temperaturen van 650 °C tot 800 °C. Met zo’n hoog silicagehalte zijn ze extreem stroperig (hoge viscositeit). Vanwege deze hoge viscositeit barsten felsische magma’s meestal explosief uit, met pyroclastische (fragmentale) afzettingen als gevolg.
Felsische magma is vooral te vinden bij hotspots in continentale korst en op plaatsen waar continentale korst smelt, omdat deze korst grote hoeveelheden silica bevat.
Intermediaire magma (Andesiet)
Intermediaire magma’s (andesiet) hebben een silica gehalte van 52% tot 63%. Ze bevatten minder aluminium en zijn meestal iets rijker aan magnesium en ijzer dan het felsische type (waardoor het stollingsgesteente vaak donkerder van kleur is). Ook zijn ze heter, met temperaturen van 800 °C tot 1.000 °C, en minder stroperig (vergelijkbaar met de viscositeit van gladde pindakaas).
Dit type vormt andesietkoepels en kan voorkomen op steile hellingen van stratovulkanen. Intermediaire magma ontstaat vaak bij subductiezones langs convergente plaatgrenzen.
Mafische magma (Basalt)
Mafische magma’s (basalt) hebben een silicagehalte van 45% tot 52%, met een hoog gehalte aan ijzer en magnesium. Ze barsten over het algemeen uit bij temperaturen van 1.000 °C tot 1.200 °C met een relatief lage viscositeit (vergelijkbaar met ketchup), wat resulteert in vloeibare lavastromen. Daarmee produceert mafische magma effusieve uitbarstingen die over lange afstanden stromen.
Basaltlava’s vormen doorgaans onopvallende schildvulkanen of vloedbasalt. Dit type ontstaat bij divergente plaatgrenzen, hotspots en convergente plaatgrenzen, vooral in gebieden waar oceanische korst smelt.
Ultramafische magma (Komatiet)
Ultramafische magma’s (pikritisch basalt, komatiet en boniniet) hebben allemaal een zeer laag silicagehalte van minder dan 45% en een hoog gehalte aan ijzer en magnesium. Wetenschappers nemen aan dat ze uitbarsttten bij temperaturen van 1.600 °C. Bij die temperatuur treedt praktisch geen polymerisatie op, waardoor een zeer vloeibare smelt met een zeer lage viscositeit ontstaat; vergelijkbaar met lichte motorolie.
Dit type komt tegenwoordig zelden voor. Er zijn weinig ultramafische lava’s bekend die jonger zijn dan het Proterozoïcum (zo’n 541 miljoen jaar geleden), omdat de aardmantel inmiddels te veel is afgekoeld om dit type te produceren.
Water en opgeloste gassen
Magma bevat ook opgeloste vulkanische gassen, hoofdzakelijk waterdamp (H2O), kooldioxide (CO2) en zwaveldioxide (SO2). Onder hoge druk liggen deze gassen opgelost in het magma. Bij het omhoog komen en het naderen van het aardoppervlak, neemt de druk af en komen deze gassen voortijdig vrij als gasbellen. Een proces vergelijkbaar met het ontsnappen van koolzuur in een fles frisdrank.
De aanwezigheid van water en opgeloste gassen kan de temperatuur waarop het gesteente smelt sterk beïnvloeden. Een concentratie van 1% water kan de smelttemperatuur van gesteente met 100 °C verlagen. Het verlies van water en andere vluchtige stoffen kan leiden tot het stollen ervan.
Hoe gemakkelijk het water en andere opgeloste stoffen kunnen ontsnappen is afhankelijk van de viscositeit.
Viscositeit en eruptiegedrag
De moleculaire opbouw van silica-tetraëders beïnvloedt de structuur en daarmee de viscositeit. Hoe hoger het silicagehalte, hoe stroperiger (visceuser) het is. Ook hogere temperaturen verlagen de viscositeit door het afbreken van polymeren in de gesmolten silica.
De viscositeit bepaalt vervolgens hoe gemakkelijk water en andere opgeloste gassen kunnen ontsnappen. Bij laag-visceus magma ontsnappen gassen relatief makkelijk, wat leidt tot rustige lavastromen. Bij hoog-visceus magma houden de gassen zich vast totdat de druk zo hoog is dat het explodeert in een wolk van as en puin.
Zowel de viscositeit als het gehalte aan opgeloste gassen bepaalt dus hoe magma zich gedraagt en of een vulkanische eruptie rustig of explosief verloopt.
Hoog-visceus (felsisch) magma
Dit type is zeer stroperig. Hierdoor kunnen gassen moeilijker ontsnappen uit het gesmolten gesteente. Waardoor druk-opbouw en explosieve erupties met pyroclastisch materiaal ontstaan, zoals dat gebeurt bij stratovulkanen.
Laag-visceus (mafisch) magma
Dit type is meer vloeibaar en stroomt makkelijker. Opgeloste gassen kunnen gemakkelijker ontsnappen. Dit veroorzaakt rustige, effusieve erupties waarbij lava uitvloeit.
Geothermische energie
Onderzoekers vingen nog niet zo lang geleden magma voor het eerst direct op in boorputten in IJsland en Hawaï, wat nieuwe mogelijkheden opent voor geothermische energieproductie.
Ook op andere terrestrische planeten en enkele manen troffen wetenschappers sporen van magma aan.
