M2 Magmatischer Zyklus

Thema

Der magmatische Zyklus umfasst alle Prozesse, bei denen Material aus Mantel und Kruste teilweise schmilzt, zur Oberfläche aufsteigt und schließlich entweder ausbricht oder in der Tiefe kristallisiert. Dieser magmatische Zyklus ist der Hauptmechanismus der chemischen Differenzierung auf der Erde und transportiert Wärme und flüchtige Substanzen aus dem Erdinneren an die Oberfläche und in die Atmosphäre.

An mittelozeanischen Rücken führt die adiabatische Dekompression des aufsteigenden Mantels zu einer partiellen Schmelze von zehn bis fünfundzwanzig Prozent des Mantels, ohne dass dafür zusätzliche externe Wärmezufuhr erforderlich ist.

In Subduktionszonen hingegen senken das von der subduzierten Platte bei der Hydratisierung freigesetzte Wasser und Kohlendioxid den Schmelzpunkt des darüber liegenden Mantelkeils. Dieser niedrigere Schmelzpunkt erzeugt die für diese Subduktionszonen charakteristischen kieselsäurereichen Andesitmagmen. Schließlich führen aus dem tiefen Erdmantel aufsteigende Thermalquellen allein aufgrund der von ihnen erzeugten Übertemperatur zu Schmelzvorgängen, ohne dass eine Dekompression an mittelozeanischen Rücken oder die bei der Subduktion freigesetzten flüchtigen Stoffe erforderlich sind. Der Aufstieg von Magma, unabhängig von seiner Herkunft, kombiniert den durch den Dichtekontrast zwischen Magma und umgebendem Gestein erzeugten Auftrieb – denselben Auftrieb, der die Gänge öffnet, durch die das Magma aufsteigt – mit der Rheologie des Magmas selbst. Dessen Viskosität variiert um bis zu zehn Milliarden Mal zwischen einem flüssigen Basalt und einem deutlich zähflüssigeren Rhyolith. Während dieses Magma aufsteigt und in Magmakammern verbleibt, verändert die fraktionierte Kristallisation schrittweise seine Zusammensetzung. Dabei werden die zuerst kristallisierenden Minerale extrahiert, während das verbleibende Magma zunehmend mit Elementen angereichert wird, deren Kristallisation länger dauert.

Das zu erwartende Verhalten des gesamten magmatischen Zyklus zeigt eine umgekehrte Korrelation zwischen dem Siliziumdioxidgehalt eines Magmas und der Häufigkeit, mit der diese Art von Magma ausbricht: Die basischsten Magmen, die gleichen, die in den zu Beginn beschriebenen mittelozeanischen Rücken vorherrschen, sind auch die mengenmäßig größten und am häufigsten auftretenden.

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