Magma (Deutsch)

Die meisten magmatischen Flüssigkeiten sind reich an Kieselsäure. Silikatschmelzen bestehen hauptsächlich aus Silizium, Sauerstoff, Aluminium, Eisen, Magnesium, Calcium, Natrium und Kalium. Das physikalische Verhalten von Schmelzen hängt von ihren atomaren Strukturen sowie von Temperatur, Druck und Zusammensetzung ab.

Die Viskosität ist eine wichtige Schmelzeigenschaft, um das Verhalten von Magmen zu verstehen. Die Viskosität ist temperaturabhängig, wird aber meist durch Zusammensetzung bestimmt., Das Siliciumion ist klein und hoch geladen und neigt daher stark dazu, sich mit vier Sauerstoffionen zu koordinieren, die eine tetraedrische Anordnung um das viel kleinere Siliciumion bilden. Dies wird als Silica-Tetraeder bezeichnet. In einem Magma, das wenig Silizium enthält, werden diese Silica-Tetraeder isoliert, aber wenn der Siliziumgehalt zunimmt, beginnen Silica-Tetraeder teilweise zu polymerisieren und bilden Ketten, Platten und Klumpen von Silica-Tetraedern, die durch Überbrückung von Sauerstoffionen verbunden sind. Diese erhöhen die Viskosität des Magmas stark.,

• A single silica tetraeder

• Zwei silica tetraeder verbunden durch eine überbrückung sauerstoff ionen (rosa getönt)

Die Tendenz zur Polymerisation wird als NBO/T ausgedrückt, wobei NBO die Anzahl der nicht überbrückenden Sauerstoffionen und T die Anzahl der netzwerkbildenden Ionen ist., Silizium ist das hauptnetzbildende Ion, aber in Magmen mit hohem Natriumgehalt wirkt Aluminium auch als Netzwerk-Former, und Eiseneisen kann als Netzwerk-Former fungieren, wenn andere Netzwerk-Former fehlen. Die meisten anderen Metallionen reduzieren die Tendenz zur Polymerisation und werden als Netzwerkmodifikatoren beschrieben. In einem hypothetischen Magma, das vollständig aus geschmolzenem Siliciumdioxid gebildet wird, wäre NBO/T 0, während in einem hypothetischen Magma, das in Netzwerkbildnern so niedrig ist, dass keine Polymerisation stattfindet, NBO/T 4 wäre. Keines der beiden Extreme ist in der Natur üblich, aber Basaltmagmen haben typischerweise NBO/T zwischen 0,6 und 0.,9, andesitische Magmen haben NBO / T von 0,3 bis 0,5, und rhyolitische Magmen haben NBO/T von 0,02 bis 0,2. Wasser wirkt als Netzwerkmodifikator und die Auflösung von Wasser reduziert die Schmelzviskosität drastisch. Kohlendioxid neutralisiert Netzwerkmodifikatoren, so dass gelöstes Kohlendioxid die Viskosität erhöht. Hochtemperaturschmelzen sind weniger viskos, da mehr Wärmeenergie zur Verfügung steht, um Bindungen zwischen Sauerstoff und Netzbildnern aufzubrechen.,

Silikatschmelze (die flüssige Phase von Magma) ist viskoelastisch, was bedeutet, dass sie wie eine Flüssigkeit unter niedrigen Spannungen fließt, aber sobald die angelegte Spannung einen kritischen Wert überschreitet, kann die Schmelze die Spannung nicht schnell genug durch Entspannung allein abführen, was zu einer vorübergehenden Bruchausbreitung führt. Sobald die Spannungen unter die kritische Schwelle gesenkt werden, entspannt sich die Schmelze viskos erneut und heilt den Bruch.

Im Allgemeinen sind mehr mafische Magmen, wie solche, die Basalt bilden, heißer und weniger viskos als mehr kieselsäurereiche Magmen, wie diejenigen, die Rhyolith bilden., Die Viskosität von Lava (Magma, das die Erdoberfläche erreicht hat) liegt über sieben Größenordnungen, von 104 cP für mafische Lava bis 1011 cP für felsische Magmen. Zum Vergleich hat Wasser eine Viskosität von etwa 1 cP. Niedrige Viskosität führt zu sanfteren, weniger explosiven Eruptionen., Eruptive verhalten: explosive oder effusive Verteilung: konvergente platte grenzen, insel bögen Felsic (rhyolitischen) SiO2 > 70% Fe–Mg: ~ 2% Temperatur: < 900°C Viskosität: Hohe Eruptive verhalten: explosive oder effusive Verteilung: gemeinsame in hot spots in continental kruste (Yellowstone National Park) und in continental rifts

Temperatur

Temperaturen der meisten magmen liegen im Bereich von 700 °C bis 1300 °C (oder 1300 °F bis 2400 °F), aber sehr seltene Carbonatit-Magmen können so kühl wie 490 °C und Komatiit-Magmen so heiß wie 1600 °C sein., Bei jedem gegebenen Druck und für jede gegebene Zusammensetzung des Gesteins führt ein Temperaturanstieg über den Solidus hinaus zum Schmelzen. Innerhalb der festen Erde wird die Temperatur eines Gesteins durch den geothermischen Gradienten und den radioaktiven Zerfall innerhalb des Gesteins gesteuert. Der geothermische Gradient beträgt durchschnittlich etwa 25 °C/km mit einem weiten Bereich von 5-10 °C/km in ozeanischen Gräben und Subduktionszonen bis 30-80 °C / km unter mittelozeanischen Graten und vulkanischen Bogenumgebungen.,

Dichte

Zusammensetzung

Es ist normalerweise sehr schwierig, die Massenzusammensetzung einer großen Gesteinsmasse zu ändern, daher ist die Zusammensetzung die grundlegende Kontrolle darüber, ob ein Gestein bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck schmilzt., Die Zusammensetzung eines Gesteins kann auch als flüchtige Phasen wie Wasser und Kohlendioxid umfassen.

Das Vorhandensein flüchtiger Phasen in einem unter Druck stehenden Gestein kann eine Schmelzefraktion stabilisieren. Das Vorhandensein von sogar 0,8% Wasser kann die Schmelztemperatur um bis zu 100 °C senken. Umgekehrt kann der Verlust von Wasser und flüchtigen Stoffen aus einem Magma dazu führen, dass es im Wesentlichen einfriert oder erstarrt.

Auch ein großer Teil fast aller Magma ist Kieselsäure, die eine Verbindung von Silizium und Sauerstoff ist. Magma enthält auch Gase, die sich ausdehnen, wenn das Magma aufsteigt., Magma, das reich an Kieselsäure ist, widersteht dem Fließen, so dass expandierende Gase darin eingeschlossen sind. Der Druck baut sich auf, bis die Gase bei einer heftigen, gefährlichen Explosion austreten. Magma, das relativ arm an Kieselsäure ist, fließt leicht, so dass sich Gasblasen durch sie bewegen und ziemlich sanft entweichen.