Vulkanausbrüche sind ein Naturphänomen, das gleichermaßen erschrecken und begeistern kann. Solche Eruptionen finden ihren Ursprung tief unter der Erdoberfläche. Dort bildet sich nämlich das sogenannte Magma.
Magma – Definition
Das Wort Magma kommt aus dem Griechischen und bedeutet so viel, wie "knetbare Masse". Genauso lässt sich auch die Konsistenz von Magma beschreiben. Es besteht aus geschmolzenem Gestein, magmatischen Gasen und Wasser.
Magma ist eine glutflüssige geschmolzene Gesteinsmasse, die sich in der Lithosphäre unterhalb der Erdkruste befindet.
Eigenschaften von Magma
Abgesehen von seiner Zusammensetzung, besitzt Magma auch noch andere Eigenschaften, die es auszeichnen. Magmen sind in der Regel silikatische, geschmolzene Gesteinsmassen. Silikate sind chemische Verbindungen aus Silicium oder Sauerstoff mit Metallen. Demnach bestehen Magmen zu großen Teilen aus Siliciumdioxid.
Temperatur von Magma
Die Temperatur von Magma befindet sich in einem Bereich zwischen 700° und 1250° C. Dabei spielen vor allem die Zusammensetzung und die äußeren Druckverhältnisse eine Rolle. Hier lassen sich verschiedene Phasenabschnitte beobachten:
- Solidustemperatur: Masse in vollständig fester Form
- Zwischenphase: zähflüssige Substanz
- Liquidustemperatur: Masse in flüssiger Form
Liegt die Temperatur unterhalb bzw. bei der sogenannten Solidustemperatur, behält die Gesteinsmasse ihre feste Form. Bei steigender Hitze bestehen feste und flüssige Phasen nebeneinander, es wird dann häufig von einer breiartigen oder zähflüssigen Substanz gesprochen.
Die Liquidustemperatur stellt die Temperaturhöhe dar, ab der die Gesteinsschmelze flüssig wird. Diese Temperatur wird im Erdinneren jedoch nie ganz erreicht.
Ab einem Schmelzgehalt von 5 % kann sich das Magma von seinem Aufschmelzbereich lösen und weiter in die Lithosphäre aufsteigen.
Die höchste Temperatur die jemals in einem Vulkanausbruch gemessen wurde, betrug 1650 Grad Celsius (3000 Grad Fahrenheit) in der Eifel in Deutschland, während die höchste gemessene Temperatur in einem Lava-Fluss, bei einem Ausbruch des Vulkans Erta Ale in Äthiopien, auf 1260 Grad Celsius (2300 Grad Fahrenheit) geschätzt wurde.
Magma und Lava
Häufig werden die Begriffe Magma und Lava als Synonyme verwendet. Dabei besteht hier ein gravierender Unterschied.
Magma meint die Masse der Gesteinsschmelze im Erdinnern. Sobald sich das Magma einen Weg durch die Erdkruste zur Erdoberfläche bahnt und beispielsweise durch einen Vulkanausbruch austritt, wird das als Lava bezeichnet.
Lava ist die Begriffsbezeichnung für die geschmolzene Gesteinsmasse, nachdem sie an die Erdoberfläche getreten ist.
Abb. 1 - Lava
Der Bedeutungsunterschied liegt aber nicht nur an den Orten, an denen die Substanzen sich befinden, sondern auch an der chemischen Zusammensetzung. Je weiter sich das Magma der Erdoberfläche nähert, desto mehr sinkt die Temperatur und die Hitze der Gesteinsmasse nimmt ab. Sobald das Magma zur Lava wird, härtet es durch die niedrigere Temperatur immer mehr aus.
Entstehung von Magma
Die genaue Entstehung von Magma konnte bis heute noch nicht komplett erforscht werden. Jedoch lässt sich durch die Wissenschaft mittlerweile der grobe Prozess erklären.
Magma kommt aus dem Erdmantel und wird in der Asthenosphäre gebildet, die sich circa 100 Kilometer im Erdinneren befindet. Damit Magma entstehen kann, muss Gestein schmelzen und zu einer Art zähflüssigem Gesteinsbrei werden. Das nennt man partielles Schmelzen, da in den Gesteinen auch einige Mineralien, wie Kristalle, vorzufinden sind und beim Schmelzprozess der Masse erhalten bleiben. Die Gesteinsschmelze kann also nie komplett flüssig werden.
Wichtig für den Schmelzprozess ist außerdem die Druckerniedrigung, also die Druckabnahme von außen auf das Magma. Diese findet statt, indem Peridotit nach oben steigt.
Als Peridotit bezeichnet man das Gestein im Erdinnern, aus dem sich durch den Schmelzprozess Magma entwickeln kann. Der größte Teil des Erdmantels besteht aus Peridotit, also grobkristallinem, unterirdisches Gestein.
Der Mantelperidotit kann also durch die Erhöhung der Temperatur schmelzen sowie durch das Absinken des Drucks auf die Gesteinsmasse.
Im Verhältnis zu den anderen Gesteinsschichten ist Magma deutlich leichter und kann deshalb weiter in Richtung Erdoberfläche aufsteigen.
Magmakammern
Nach dem Schmelzprozess, der in der Asthenosphäre stattfindet, steigt das Magma durch Spalten auf und erreicht dann in Form von Magmablasen Hohlräume in der Erdkruste, die Magmakammern. Diese befinden sich ungefähr 25–30 Kilometer tief in der Erde und sind damit in der Lithosphäre.
Die Gesteinsschmelze sammelt sich dann in den Kammern und erweitert diese durch weiteres Aufschmelzen, bis sie komplett mit Magma gefüllt sind. Dabei entweicht immer mehr Gas aus dem Magma und die Temperatur steigt.
Im Artikel zum "Aufbau der Erde" erfährst du mehr über die einzelnen Schichten im Erdinneren.
Zusätzlich tragen die geringe Dichte von Magma und der hohe Druck der anderen Gesteinsschichten dazu bei, dass auch der Druck innerhalb der Kammern steigt.
Bei maximalem Druck hat das Magma nicht mehr genügend Platz, um sich innerhalb der Magmakammern auszubreiten. Deshalb kommt es dann zu Vulkanausbrüchen an der Erdoberfläche, den sogenannten Eruptionen. Dieser Vorgang kann in seiner Dauer zwischen ein paar Tagen und Jahrhunderten extrem variieren.
Vorkommen von Magma
Magmatische Bildung kann nur in geologisch stark aktiven Bereichen erfolgen. Dabei kommt das Magma aus dem Erdmantel oder dem Grenzbereich zwischen Erdkruste und Erdmantel.
Mantelkonvektion
Im Erdmantel erstreckt sich bis zum Erdkern überwiegend festes, schwer formbares Gestein. Hier ereignet sich die Mantelkonvektion.
Eine Mantelkonvektion meint den Transport thermischer Energie innerhalb des Erdmantels. Während heißes, flüssiges Gestein nach oben steigt, wird kaltes, festes Gestein nach unten in Richtung Erdkern gezogen und es entstehen Konvektionsströmungen.
Die Wärmeströmungen dienen als Hauptenergiequelle der Plattentektonik. Durch sie wird versucht, einen Temperaturausgleich herzustellen.
Mehr zur Mantelkonvektion kannst du in unserem Artikel zur Plattentektonik nachlesen.
Vulkanismus – vulkanisches Magma
Wie oben bereits erwähnt, benötigt Magma geologisch stark aktive Bereiche, um entstehen zu können. Das sind zum Beispiel der mittelozeanische Rücken oder die Subduktionszonen. Diese verschiedenen Gebiete setzen allerdings auch unterschiedliche Bedingungen zur Magmabildung voraus, weshalb es im Vulkanismus verschiedene Arten der Entwicklung des Magmas gibt.
Druckentlastung – Mittelozeanischer Rücken
Als mittelozeanischer Rücken wird die ungefähr 60.000 Kilometer lange, vulkanisch aktive Gebirgskette über dem Meeresgrund bezeichnet. Hier findet der Großteil der vulkanischen Aktivität auf der Erde statt. Gleichzeitig bildet der mittelozeanische Rücken, das Gegenstück zu den Subduktionszonen, da hier, durch Spreizungszonen am Meeresgrund, Lava austreten kann und immer mehr ozeanische Kruste bildet.
Diese Spreizungszonen entstehen durch Druckentlastung im aufsteigenden Erdmantel und es kommt zur Schmelzbildung und Vulkanismus.
Kollision tektonischer Platten – Subduktionszonen
Die Subduktionszone ist neben den kontinentalen Riffzonen, Hot Spots und dem mittelozeanischen Rücken eine Möglichkeit, wie Magma im Erdmantel entstehen kann.
Damit ist ein Bereich gemeint, in dem kontinentale und ozeanische Platten aufeinandertreffen und sich daraufhin eine tektonische Platte über oder unter die andere schiebt. Dadurch, dass sich eine Platte schräg unter die andere in den Erdmantel bewegt, entstehen dann Erdbeben oder Vulkanausbrüche.
Der Sunda-Bogen, südlich der asiatischen Sundainseln, ist eine der gefährlichsten Subduktionszonen der Welt. Durch die Subduktion der Indo-Australischen Erdplatte unter die Sunda- und Burma Platten entstand der 6.000 Kilometer lange Bogen. Er ist verantwortlich für diverse Vulkanausbrüche und Erdbeben, wie das bekannte Sumatra-Erdbeben.
Manteldiapire - Hotspots
Wenn die Wärmekonzentration im Erdinneren besonders hoch ist, kann es auch zu Vulkanismus kommen, ohne dass tektonische Platten aufeinandertreffen. Diese vulkanischen Berge liegen dann mitten auf einer Platte und werden Hot Spots genannt. Das Magma steigt dann in Form eines Manteldiapirs nach oben.
Manteldiapir oder auch Mantel-Plume ist eine geowissenschaftliche Bezeichnung für den Aufstrom heißer Gesteinsmasse aus dem Erdmantel.
Manteldiapire besitzen in der Tiefe eine eher schmale, schlauchartige Form und breiten sich weiter oben in der Lithosphäre pilzförmig aus.
Ausführlicheres Wissen zum Thema erhältst du in unserem Artikel zur Plattentektonik und zum Vulkanismus
Von Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen wird mittlerweile immer häufiger versucht, Magma als Energiequelle zu nutzen.
2009 ergab sich in Island die Gelegenheit zu einer solchen Untersuchung. Dabei wird versucht, ein geothermales System als Energiequelle zu testen. Durch ein Bohrloch, das bis zu Magmaeinbrüchen vordringt, wird ein trockener Dampf mit einer Temperatur von 400° C produziert. Berechnungen zufolge könnten diese Dämpfe bis zu viermal so viel Megawatt erzeugen wie bei alternativen geothermalen Quellen.
Magma und magmatisches Gestein
Magmatisches Gestein, auch Magmatit genannt, entsteht durch das Abkühlen einer erstarrten Gesteinsschmelze, also Magma. Neben den Sedimentgesteinen und Metamorphiten gehören Magmatiten zu den drei Hauptgesteinsgruppen.
Abb. 4 - Lavastein
Plutonite
Plutonite sind Tiefengesteine, also Magmatite, die sich innerhalb der Erdkruste langsam auskristallisiert haben. Sie besitzen eine grobkörnige Struktur, sodass die einzelnen Mineralbestandteile mit bloßem Auge erkennbar sind.
Der bekannteste Vertreter solcher Tiefengesteine ist Granit. Aufgrund seiner starken Härteeigenschaft wird er beispielsweise zum Pflaster- oder Mauerbau verwendet.
Vulkanite
Neben den Plutoniten gibt es auch noch das vulkanische Gestein der Vulkanite. Sie entstehen, wenn Magma die Erdoberfläche erreicht, zu Lava wird und schließlich aushärtet. Im Gegensatz zu den Tiefengesteinen sind diese sehr feinkörnig, da sie durch den extremen Temperaturunterschied an der Erdoberfläche viel schneller erstarren.
Wenn Magma zwar noch in der Erdkruste, aber bereits in unmittelbarer Nähe zur Erdoberfläche auskristallisiert, wird das magmatische Gestein als Subvulkanit bezeichnet.
Magma - Das Wichtigste
- Magma ist eine glutflüssige geschmolzene Gesteinsmasse unterhalb der Erdoberfläche.
- Die Temperatur von Magma liegt zwischen 700° und 1250° C.
- Durch Temperaturerhöhung und Druckerniedrigung entsteht eine Gesteinsschmelze, die sich anschließend in Magmakammern sammelt.
- Vulkanisches Magma kann an geologisch aktiven Bereichen, wie dem mittelozeanischen Rücken, Subduktionszonen oder Hot Spots entstehen.
- Aus erstarrter Gesteinsschmelze können sich magmatische Gesteine, sogenannte Magmatite, bilden.
Nachweise
- Abb. 4 - "Lava Rock on the bank of Liard River" (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/93/Lava_Rock_on_the_bank_of_the_Liard_River.jpg) von Bruce McKay unter der Lizenz CC BY-SA 2.0.
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