Magmakammer

Als Magmakammer (auch als Magmaherd bezeichnet) werden in den Geowissenschaften Bereiche in der Lithosphäre bezeichnet, die mit flüssigem Magma gefüllt sind und deren Temperatur meist deutlich höher ist als die ihrer Umgebung.^[1] Diese entstehen, wenn in tiefer gelegenen Schichten gebildetes Magma, welches leichter als das Grundgestein ist, in Form von Magmablasen oder entlang von Schwächezonen aufsteigt und dort seinen Aufstieg unterbricht.^[2] Insgesamt ist das Wissen um die Magmaförderwege aber weiterhin lückenhaft.^[3]

Allerdings herrscht seit den 1990er Jahren nicht mehr so sehr die Vorstellung von großen mit halbflüssigem Gestein gefüllten Höhlungen vor, sondern man geht eher von zonierten Magmareservoiren aus.^[4] Die Bezeichnungen sind in der Sekundärliteratur auch nicht eindeutig, bisweilen wird mit Magmareservoir eine Ansammlung von Magma bezeichnet, die an der Grenze zwischen Mantel und Kruste (Moho) liegt, und damit tiefer als die eigentliche postulierte Magmakammer. Die Magmen sollen dabei etwa unter Islands Zentralvulkanen scheibenförmige Ansammlungen am Dach der Reservoire von bis zu 100 km Länge und etwa 5–10 km Breite bilden.^[3]

Charakteristika von Magmakammern

Magmakammern stellen regionale Anomalien im Aufbau des Erdinneren dar, sind aber gleichzeitig die Quelle zahlreicher Gesteinsbildungen. Sie können sich durch tektonische Aktivitäten und Vulkanismus bemerkbar machen.^[2] Wenn überhaupt, sind sie vor allem mit Mitteln der Geophysik nachweisbar, zum Beispiel mit Methoden der Seismologie^[2] – so werden die Wellen von Erdbeben beim Durchgang von Flüssigkeitsreservoiren gedämpft^[5] – oder durch die gravimetrische Messung von Schwereanomalien.^[2]

Die Temperatur des Magmas in diesen Kammern liegt zwischen 1500 °C und 900 °C, zum Teil auch darunter.^[2]

Fraktionierte Kristallisation

Schon früh können sich bei der fraktionierten Kristallisation in glutflüssigen Gesteinsschmelzen bestimmte Minerale mit sehr hohen Schmelzpunkten ausscheiden, wie z. B. Chromit. Wenn diese Minerale spezifisch schwerer als die Restschmelze sind, sinken sie auf den Boden der Magmakammer, wo sie sich anreichern und so Lagerstätten bilden können, z. B. orthomagmatische Lagerstätten,^[2] man spricht hier auch von einem Bodensatz, einem Kumulat.^[6]

Aufstieg von Magmen

Intrusionsbildung

Von diesen Kammern aus – die zwischen einigen Kilometern und Dutzenden Kilometern tief liegen – kann das Magma entlang von Klüften und Schwächezonen oder durch sogenannte Gänge empordringen, und bei der langsamen Erstarrung plutonisches Gestein mit verschieden großen Kristallen bilden. Man spricht im Zusammenhang mit diesem in Gängen erstarrten Magma auch von Intrusionen^[2] oder – in Bezug auf große Ansammlungen wie erstarrten Magmareservoiren oder -kammern von Plutonen.^[7]

Das eigentliche Muster einer solchen Magmakammer war und ist die Skaergaard-Intrusion.^[4] Die zonierte Intrusion befindet sich in Ostgrönland, welches einst über dem Island-Hotspot lag. Man kann die verschiedenen Kristallisationsphasen in drei deutlich voneinander unterschiedenen Bereichen nachvollziehen. Da die Intrusion sich etwas gedreht hat, kann man heutzutage v. a. gut den Boden der Magmakammer mit dem dort durch fraktionierte Kristallisation gebildeten Gestein studieren.^[8]

Vulkanausbruch

Dringt die Gesteinsschmelze aus den Magmakammern bis an die Erdoberfläche, weil der Druck in der Magmakammer größer ist als die Festigkeit des darüber liegenden Gesteins, kommt es zu Erscheinungen des Vulkanismus, d. h. zu Vulkanausbrüchen verschiedener Form.^[2]

Durch das Einbrechen einer oberflächennahen Magmakammer entstandene Kraterformen werden Caldera genannt.^[2]

Zonierung von Magmareservoiren

Bezugnehmend auf die Rheologie, d. h. den Flüssigkeitsgrad der jeweiligen Mineralien, kann man die Magmakammern in unterschiedliche Bereiche einteilen in Abhängigkeit von Temperatur, Kristallgehalt und Viskosität. Hier wirkt die Fraktionierte Kristallisation. Zunächst ging man hier von einem Absinken schwerer Metalle aus. Dies ist allerdings durch neuere Forschung eingeschränkt worden, so dass man unter bestimmten Bedingungen auch Konvektionsströme im Magma annimmt. Es betrifft höher differenzierte Magmen, bei denen vor allem an den Seitenwänden des Reservoirs hochdifferenzierte Schmelze, d. h. Schmelze mit höherem Kristallgehalt, wegen ihrer geringeren Dichte nach oben steigt.^[9]

Vor allem Fallout-Ablagerungen, die eine deutliche Schichtung – oft schon erkennbar an unterschiedlicher Färbung des Gesteins – zeigen, belegen auch Schichtungen im Magmareservoir. Wobei die höher differenzierten Produkte wie Rhyolithe und Phonolithe unten, und die weniger entwickelten, wie etwa Basalte oben zu liegen kommen – eine Umdrehung der Anordnung im Reservoir, weil die zuoberst liegenden i. d. R. zuerst ausgestoßen wurden. Beispiele sind etwa Ignimbrite vom Mount Mazama (Crater Lake) oder vom Laacher See-Vulkan.^[9]

Weitere Beispiele

Mittelozeanische Rücken

Tausende Magmareservoire werden an Mittelozeanischen Rücken vermutet – vor allem der Fund von Gabbro aus der Tiefe belegt dies –, jedoch gestaltet sich ihre Erforschung schwierig. Ende der 1990er Jahre hat man unter anderem durch Forschungen an einem Ozeanrücken vor Südamerika einige Details herausgefunden.^[10]

Hier geht man an Orten mit hoher

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]