Magma

Magmaje rastaljenistijenskimaterijal koji se nalazi ispodZemljinepovršine (ili površine nekog drugog terestričkogplaneta), a vrlo često se nakuplja u magmastkim komorama. Može sadržavati raspršene krute faze (sitnikristali) i volatilni materijal (otopljeni plinovi, većinom H₂O i CO₂). Po definiciji, svemagmatske stijenenastale su iz magme.

Magma je kompleksni visokotemperaturni fluidni materijal. Temperature većine magma kreću se u rasponu od 650°C do 1300°C, ali vrlo rijetkekarbonatitnetaljevine mogu biti čak 600°C hladne, dokkomatiitnetaljevine mogu biti 1600°C vruće. Većinom susilikatnetaljevine.

Sposobna je za prodiranje u susjedna stijenska tijela, isto kao i za izlijevanje na površinu u oblikulave.

Okoliši u kojima nastaje magma te sastav nastale magme, povezani su. Ti okoliši uključuju zonesubdukcije,zone kontinentalnog brazdanja (eng.continental rifting),srednjooceanske hrptovetevruće točke,do kojih su neke interpretirane kaoplaštne perjanice(eng.mantle plumes). Sastav magme može evoluiratifrakcijskom kristalizacijom,kontaminacijom te miješanjem magma.

Taljenje čvrste stijene

Taljenje čvrste stijene, proces kojim nastaje magma, kontroliran je s tri fizička parametra: temperaturom, tlakom i sastavom stijene.

Temperatura

Na bilo kojem tlaku i za bilo koji sastav stijene, porast temperature koji prelazisolidus,uzrokovat će taljenje. Unutar čvrsteZemlje,temperatura stijene kontrolirana jegeotermalnim gradijentomiradioaktivnim raspadomunutar stijene. Geotermalni gradijent u prosjeku iznosi oko 25°C/km, no varira od 5-10°C/km unutaroceanskih jaraka(zonasubdukcije) do 30 – 80°C/km ispodsrednjooceanskih hrptovatevulkanskih lukova.

Tlak

Taljenje može nastupiti zbog izdizanja stijene (zbog čega dolazi do smanjenja tlaka) procesom koji se naziva dekompresijsko taljenje.

Sastav

Obično je veoma teško značajno promijeniti sastav velike mase stijena, pa je sastav glavni parametar koji kontrolira hoće li se stijena rastaliti na datim uvjetima tlaka i temperature. Kao sastav stijene možemo smatrati i volatilne faze poputvodeiugljikovog dioksida.

Prisutnost volatilnih faza u stijeni pod nekim tlakom može stabilizirati rastaljeni dio. Prisutnost od samo 0.8% vode može smanjiti temperaturu tališta čak i za 100°C. Obratno, gubitak vode i volatila iz magme može uzrokovati smrzavanje ili očvršćavanje.

Parcijalno taljenje

Kada se stijena tali, ona to čini povećavajuće i postupno - većina stijena građena je do nekolikominerala,od kojih svi imaju različite temperature taljenja, pa sufazni dijagramikoji kontroliraju taljenje uglavnom veoma složeni. Kako se stijena tali, mijenja joj se volumen. Kada je dovoljno stijene rastaljeno, malene se kuglice taljevine (većinom smještene između mineralnih zrna) povezuju i omekšavaju stijenu. Na tlakovima koji vladaju unutar Zemlje, dovoljno je da samo postotak stijene bude rastaljen i taljevina će biti istisnuta iz izvorne stijene.

Taljevina može ostati na mjestu dovoljno dugo da rastali 20% ili čak 35% stijene, ali rijetko se dogodi da se prijeđe 50% jer će se rastaljena stijenska masa izdizati kaodiapir,što može uzrokovati daljnje dekompresijsko taljenje.

Primarne taljevine

Primarna taljevina je taljevina koja nastaje kada se stijena tali. Primarne taljevine nisu podlegle nikakvoj diferencijaciji pa predstavljaju početni sastav magme. U prirodi se rijetko nalaze primarne taljevine. Leukosomimigmatitasu primjeri primarnih taljevina. Od posebne važnosti su primarne taljevine koje potječu izplašta,poznate pod nazivom "primitivne taljevine" ili primitivne magme. Pronalaskom sastava primitivne magme neke magmatske serije moguće je modelirati sastav plašta iz kojeg je taljevina nastala, što je važno u razumijevanju evolucije plašta.

Roditeljske taljevine

Gdje je nemoguće naći primitivni ili primarni sastav magme, često je korisno pokušati otkriti roditeljsku taljevinu. Roditeljska taljevina je sastav magme iz koje je promatrani raspon geokemijskih karakteristika magme izveden procesima magmatske diferencijacije. To ne mora biti primitivna taljevina.

Na primjer, za serije bazaltnih tokova smatra se da su povezane. Sastav iz kojeg bi mogle biti proizvedene frakcijskom kristalizacijom naziva se roditeljska taljevina. Hipoteza da dijele zajedničku roditeljsku taljevinu može se testirati stvaranjem modela frakcijske kristalizacije.

Geokemijske implikacije parcijalnog taljenja

Stupanj parcijalnog taljenja je kritičan za određivanje proizvedene vrste magme. Stupanj parcijalnog taljenja, koji je potreban za nastanak taljevine, može se procijeniti računanjem relativnog obogaćenjainkompatibilnih elemenatau odnosu na kompatibilne elemente. Inkompatibilni elementi su običnokalij,barij,cezij,rubidij.

Vrste stijena proizvedene niskim stupnjem parcijalnog taljenja uplaštusu u pravilu alkalne (Ca, Na, K i/ili peralkalne (visok omjer Al/Si)). U pravilu, primitivne taljevine ovog sastava dajulamprofire,lamproite,kimberlitei ponekadmafitne stijenebogatenefelinompoput alkalijskihbazaltaieseksitnih gabroaili čakkarbonatita.

Pegmatitimogu biti proizvedeni niskim stupnjem parcijalnog taljenja kore. Neke granitoidne magme su eutektske (ili kotektske) taljevine, pa mogu biti proizvedene niskim do visokim stupnjem parcijalnog taljenja kore, kao ifrakcijskom kristalizacijom.Pri visokim stupnjevima parcijalnog taljenja kore mogu biti proizvedeni granitoidi poputtonalita,granodioritaikvarc-monzonita,ali u pravilu nastaju drugim mehanizmima.

Pri visokim stupnjevima parcijalnog taljenja nastajukomatiitiipikriti.

Sastav, struktura i svojstva taljevine

Silikatne taljevine najvećim se dijelom sastoje odsilicija,aluminija,alkalijskih i zemnoalkalijskih elemenata (natrija,kalija,kalcija),magnezijaiželjeza.Atomi silicija su u tetraedrijskoj koordinaciji s kisikom, kao u gotovo svim silikatnim mineralima, ali u taljevini je to uređenje sačuvano samo na malim udaljenostima. Fizikalna svojstva taljevina ovise o njihovim atomskim strukturama kao i o temperaturi, tlaku te kemijskom sastavu.

Viskoznostje ključno svojstvo koje pomaže razumijevanju ponašanja magme. Taljevine koje sadrže više SiO₂u pravilu su više polimerizirane, s većom povezanošću SiO₄tetraedara, zbog čega su viskoznije. Otapanje vode drastično smanjuje viskoznost taljevine. Visokotemperaturne taljevine su manje viskozne.

Općenito govoreći, mafitne magme, poput onih iz kojih nastajebazalt,više su vruće te manje viskozne od većine SiO₂bogatih magma, poput onih iz kojih nastajeriolit.Niska viskoznost vodi do blagih, manje eksplozivnih erupcija.

Karakteristike različitih vrsta magma:

Ultramafitne (pikritne)

SiO₂< 45%

Fe-Mg >8% do 32% MgO

Temperatura: do 1500°C

Viskoznost: vrlo niska

Eruptivno ponašanje: blago ili vrlo eksplozivno (kimberliti)

Rasprostranjenost:divergentne granice ploča,vruće točke,konvergentne graniceploča;komatiitii druge ultramafitne lave su većinomarhajskestarosti, a nastale se pri višemgeotermalnom gradijentupa se danas ne pojavljuju

Mafitne (bazaltne)

SiO₂< 50%

FeO i MgO u pravilu < 10 mas%

Temperatura: doo ~1300°C

Viskoznost: niska

Eruptivno ponašanje: blago

Rasprostranjenost: divergentne granice ploča, vruće točke, konvergentne granice ploča

Neutralne (andezitne)

SiO₂~ 60%

Fe-Mg: ~ 3%

Temperatura: ~1000°C

Viskoznost: umjerena

Eruptivno ponašanje: eksplozivno

Rasprostranjenost: konvergentne granice ploča

Felzitne (riolitne)

SiO₂>70%

Fe-Mg: ~ 2%

Temp: < 900°C

Viskoznost: visoka

Eruptivno ponašanje: eksplozivno

Rasprostranjenost: vruće točke u kontinentalnoj kori (Yellowstone), zone kontinentalnog brazdanja, otočni lukovi