Magma is vloeibaar, gesmolten of halfgesmolten gesteente dat zich onder het aardoppervlak bevindt. Het bevat vaak zwevende kristallen en gasbellen. Magma 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-temperatuur is de temperatuur waarbij het magma volledig stolt. Dit punt bevindt zich rond de 600 °C tot 1.000 °C, afhankelijk van het type magma. De liquidus-temperatuur is de temperatuur waarbij het magma volledig vloeibaar is. Ook deze is afhankelijk van het type magma, maar ligt meestal rond 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. De productie van magma vindt plaats in verschillende tektonische omgevingen. Namelijk bij convergente plaatgrenzen (subductiezones), bij divergente plaatgrenzen (in mid-oceanische ruggen en in continentale riftzones: daar waar nieuwe aardkorst wordt gevormd) en bij hotspots.
De levensloop van magma
Het magma heeft een lagere dichtheid dan het omringende vaste gesteente in de aardkorst. Hierdoor stijgt magma op door de aardkorst. Vaak wordt het tijdelijk opgeslagen in magmakamers. Daar kan het van samenstelling veranderen door fractionele kristallisatie, vermenging met omliggende aardkorst en met ander magma en ontgassing. Uiteindelijk kan het magma een vulkaan voeden en worden geëxtrudeerd als lava, of stolt het ondergronds tot een intrusielichaam zoals een dijk, sill, laccoliet, pluton of een batholiet.
Stollingsgesteente en magma
Alle stollingsgesteenten zijn opgebouwd uit magma. Als magma aan het oppervlak komt en lava wordt, stolt het snel tot extrusieve gesteenten zoals basalt en obsidiaan met fijnere korrels. Wanneer magma afkoelt en stolt 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 van een magma correleren met het silicagehalte. Daarom worden silicaatmagma’s ingedeeld in vier chemische typen op basis van het gehalte aan siliciumdioxide (SiO2): 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 deze magma’s extreem stroperig (hoge viscositeit). Vanwege deze zeer hoge viscositeit barsten felsische lava’s meestal explosief uit, waarbij pyroclastische (fragmentale) afzettingen worden gevormd.
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 felsische magma’s (waardoor het stollingsgesteente vaak donkerder van kleur is). Ook zijn ze vaak heter, met temperaturen van 800 °C tot 1.000 °C. Vanwege hun lagere silicagehalte en hogere uitbarstingstemperaturen zijn ze meestal veel minder stroperig (vergelijkbaar met de viscositeit van gladde pindakaas).
Intermediaire lava’s vormen andesietkoepels en kunnen voorkomen op steile hellingen van stratovulkanen. Intermediaire magma ontstaat vaak bij subductiezones die ontstaan langs convergente plaatgrenzen.
Mafische magma (Basalt)
Mafische magma’s (basalt) hebben een silicagehalte van 45% tot 52%. Ze worden gekenmerkt door hun hoge gehalte aan ijzer en magnesium en barsten over het algemeen uit bij temperaturen van 1.000 °C tot 1.200 °C. De viscositeit kan relatief laag zijn (vergelijkbaar met die van ketchup), wat resulteert in vloeibare lava. Daarmee produceert mafische magma effusieve lavastromen (die over lange afstanden van de ventilatieopening stromen) met rustig verlopende uitbarstingen.
Basaltlava’s hebben de neiging om onopvallende schildvulkanen of vloedbasalt te produceren. Mafische magma ontstaat bij divergente plaatgrenzen, hotspots en convergente plaatgrenzen. Magma met de samenstelling van basalt wordt gevonden in gebieden waar oceanische korst (die grote hoeveelheden ijzer bevat) wordt gesmolten.
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. Aangenomen wordt dat deze zijn uitgebarsten bij temperaturen van 1.600 °C. Bij deze temperatuur is er praktisch geen polymerisatie van de minerale verbindingen, waardoor een zeer vloeibare vloeistof (met een zeer lage viscositeit) ontstaat. De viscositeit van komatiietmagma’s wordt verondersteld vergelijkbaar te zijn geweest met die van lichte motorolie.
Dit type magma komt tegenwoordig zelden voor. Er zijn weinig ultramafische lava’s bekend die jonger zijn dan het Proterozoïcum (een geologisch tijdperk dat zo’n 541 miljoen jaar geleden eindigde). Dit omdat de aardmantel inmiddels te veel is afgekoeld om dit type magma 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 van het magma 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 van het magma.
Hoe gemakkelijk het water en andere opgeloste stoffen kunnen ontsnappen uit het magma is afhankelijk van de viscositeit.
Viscositeit en eruptiegedrag
De structuur van magma wordt onder andere beïnvloed door de moleculaire opbouw van silica-tetraëders. Hoe hoger het silica gehalte, hoe stroperiger (visceuser) het is. Ook de temperatuur beïnvloedt de viscositeit: 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 kunnen gassen relatief makkelijk ontsnappen, wat leidt tot rustige lavastromen. Terwijl bij hoog-visceus magma gassen worden vastgehouden totdat de druk zo hoog is dat het magma explodeert in een wolk van as en puin.
Zowel de viscositeit van magma 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
Hoog-visceus (felsisch) magma 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
Laag-visceus (mafisch) magma is meer vloeibaar en stroomt makkelijker. Opgeloste gassen kunnen gemakkelijker ontsnappen. Dit veroorzaakt rustige, effusieve erupties waarbij lava uitvloeit.
Geothermische energie
Recentelijk werd magma voor het eerst direct opgevangen in boorputten in IJsland en Hawaï, wat nieuwe mogelijkheden opent voor geothermische energieproductie.
Ook op andere terrestrische planeten en enkele natuurlijke satellieten (manen) is aanwezigheid van magma ontdekt.
