Magma

Magma is gesmelte rots binne-in die aarde. Dit is baie warm (tussen 650 en 1200 grade Celsius) en onder hoë druk. Sodra dit deur die aarde se oppervlak breek, word dit lawa genoem.

Magma kan op 'n diepte van 100 tot 300 km gevorm word, maar gewoonlik stam dit van minder diep in die boonste deel van die aarde se mantel of die onderste dele van die aardkors. Wanneer dit eers gevorm is neig dit om te styg omrede dit 'n laer digtheid as die omringende rotse het. Dikwels versamel dit in magmakamers wat 'n inhoud van 'n paar tot honderde kubieke kilometers kan hê.

Waar die kors dun is kan hierdie kamers net 'n paar kilometer diep sit, maar op plekke waar tektoniese plate by mekaar kom kan dit tien keer so diep wees of meer. Party magma in die kamers koel net stadig af en kristalliseer binne die aardkors. Dit is hoe plutone gevorm word. Ander magma styg tot dit die oppervlak bereik en bars as lawa uit.^[1]

Die buitekern van die aarde is vanweë die hoë temperatuur en die hoë druk op die groot diepte in vloeibare massa. In die hoër liggende dele, soos die aardmantel en die kors, kom daar ook vloeibare dele voor, wat magmakamers genoem word. Via hierdie magmakamers en die krake in die aardkors stoot die gesmelte massa soms nog hoër, nader aan die aardoppervlak, op. Magma bestaan uit silikate, maar dit is nie presies bekend in watter fisiese toestand hulle verkeer nie. Waarskynlik is daar samehangende groepe, soos SiO₄ (silikontetraoksied) en AIO₄ (aluminiumoksied). Vergesel van vrye katione, soos Na⁺, Ca², Na2 en Mg²⁺ _.

Deur polimerisasie kan verskillende groepe met mekaar verbind. Daar bestaan ook 'n gasfase wat hoofsaaklik uit H₂O (water) en klein hoeveelhede CO₂ (koolstofdioksied), HCI (soutsuur) en dies meer bestaan. Die viskositeit of taaivloeibaarheid van magma speel 'n belangrike rol, veral wanneer dit tydens vulkanisme deur die aardkors as lawa na buite stroom.

Die vloeibaarheid van die magma hang natuurlik af van die temperatuur en die druk waaronder dit verkeer, maar ook van die silikagehalte. Magma, wat arm is aan SiO₂ (silikondioksied, ook bekend as kwarts), is baie beweeglik en op Hawaii is daar stroomsnelhede in die soort lawa gemeet wat van 1 tot 60 km/h gewissel het. Daarenteen kan die magma wat ryk is aan SiO₂, byna nie oor die aardoppervlak beweeg nie. Kenmerkend vir lawastrome is die geweldige hitte omdat die temperatuur in die magmakamers reeds tussen 700 °C en 1 350 °C wissel. Die temperatuur van silika-arme lawa is hoër as die van lawa met 'n ryk silika-inhoud.

Minstens twee soorte moedermagma of primêre magma word onderskei op grond van die feit dat basalt ('n SiO₂-arme gesteente) 98 % van alle uitvloeiingsgesteentes uitmaak, en graniet ('n SiO₂-ryke gesteente) 95 % van alle dieptegesteentes. In die praktyk word daar dikwels 'n verdere onderskeid gemaak in vier soorte:

• ultrabasiese magma (minder as 44 % SiO₂),
• basiese magma (44 tot 53 %),
• intermediêre magma (53 tot 60 %) en
• suur magma (meer as 60 % Si02).

Primêre basiese magma (basaltmagma) word verder in drie soorte ingedeel: toleiietbasalt, alkali-olivienbasalt en hoë-aluminabasalt, wat op verskillende dieptes in die aardmantel voorkom. Die meeste basalt is afkomstig uit die boonste deel van die mantel, wat uit ʼn peridotietagtige gesteente (piroliet) bestaan, en veral die pirokseenpiroliet, wat op 'n diepte van 10 tot 140 km onder die oseaniese aardkors voorkom.

Onder die kontinente word granaatpiroliet aangetref wat aan die oppervlak van die aarde as kimberlietpype voorkom, en waarin diamante soms gevind word. Die hoeveelheid primêre suur magma (granietmagma) is beperk en word deur 'n differensiasieproses uit basiese magma gevorm. Daar kan aanvaar word dat die relatief dun aardkors, wat oorwegend uit granietgesteente bestaan, in ʼn vroeë stadium deur differensiasie uit 'n dik laag basiese en ultrabasiese magma ontstaan het.

Die granietmassas wat met verloop van tyd ook deur die aardkors na binne gedring het, is waarskynlik gevorm deur anateksis, 'n proses waarby dieptegesteentes as gevolg van die warmte en druk uit die binneste van die aarde weer vloeibaar word. Die proses is bekend as ultrametamorfose (die hoogste graad van metamorfose).

Wanneer die magma styg, vind afkoeling gedurende ʼn bepaalde tyd plaas, waartydens daar plaaslik groot veranderinge in die chemiese samestelling van die magma kan ontstaan. Terselfdertyd vind daar ingewikkelde fisiese gebeurtenisse, soos kondensasie, kristallisasie, die kook- en gedeeltelike oplossingsproses van reeds gevormde kristalle plaas.

Daarom is dit moeilik om gedurende afkoeling die gedrag van magma te voorspel, veral as die groot aantal komponente en fases in die silikaat smelt in berekening gebring word. Afkoeling geskied vinniger aan die oppervlak as diep ondergronds. Soms koel dit so vinnig af dat daar ʼn glasagtige massa ontstaan. Tydens afkoeling kan daar dus uit 'n byna homogene moedermagma verskeie soorte sekondêre magma ontstaan, wat weer aanleiding gee tot die kenmerkend geassosieerde gesteentesoorte.

Vroeër is daar gemeen dat ʼn vermenging van die verskillende soorte magma verantwoordelik was vir die formasie van intermediêre stollingsgesteentes. Vandag is daar grotendeels van die teorie afgesien en die verskille word nou aan die hand van differensiasie en assimilasie verklaar. Onder magmatiese differensiasie of magmasplitsing word verstaan alle prosesse wat lei tot die opbreking van homogene magma in die dele waaruit gesteentes met verskillende samestellings ontstaan.

Een van die belangrikste van hierdie prosesse is die afskeiding van gas uit 'n vloeistof. Die afskeiding kan in vulkaniese gebiede waargeneem word in die vorm van geisers ('n afwisselende, nie-standhoudende spuitbron) en ook as piroklastiese sedimentêre gesteentes. 'n Belangrike gevolg is die ontstaan van pegmatiete, pneumatolitiese gesteentes en hidrotermale are, waarin daar 'n splitsing opgetree het tussen die smelt en waterige oplossings, en waartydens daar allerlei seldsame minerale kan neerslaan. In kristallisasiedifferensiasie skei opeenvolgende kristallyne fraksies hulle telkens uit die oorblywende vloeibare fraksie af.

Dit is dus ʼn vorm van gefraksioneerde kristallisasie. Die gevolg hiervan is dat daar uit die basiese magma, via die verskillende intermediêre stadia, ʼn suur magma gevorm kan word. Nog 'n proses wat hierby 'n rol speel, is swaartedifferensiasie (gravitatiewe differensiasie), waartydens ʼn sortering plaasvind deurdat die swaarste kristalle wat in 'n vroeë stadium gevorm is, na die bodem (van byvoorbeeld die magmakamer) afsak. Gedurende magmatiese assimilasie tree daar 'n reaksie op tussen die binnedringende magma en die omliggende gesteente, waardeur die samestelling verander.

Die gedrag van gesteentevormende minerale tydens kristallisasie word meestal voorgestel deur middel van fase-diagramme, waarop die wette van faseleer en termodinamika van toepassing is. Wat belangrik is tydens die proses, is die feit dat daar reaksies kan ontstaan tussen die gevormde minerale en die smelte waaruit hulle ontstaan het. 'n Diskontinue (onderbroke) reaksiereeks (olivien - pirokseen – horingblende - biotiet) en 'n kontinue reaksiereeks van basiese na suur plagioklaas ('n soort veldspaat) word gevind.

Die manier waarop hierdie reaksiereeks optree, bepaal wat gevorm sal word as die magma afkoel. In die proses moet daar ʼn onderskeid gemaak word tussen basalt- en granietmagma. By basaltmagma kristaliseer daar tydens afkoeling agtereenvolgens die volgende kristallyne fraksies uit:

- Magnesium-olivien met pirokseen en basiese plagioklaas. Die gesteente wat hieruit ontstaan, is peridotiet en oliviengabbro.

- Pirokseen en basies plagioklaas, met olivien of kwarts. Hieruit ontstaan olivien-basalt of kwartsbasalt en verwante gesteentes.

- Horingblende en intermediêre plagioklaas. Hieruit ontstaan andesiet en dioriet.

- Horingblende, biotiet, suur plagioklaas, alkali-veldspaat en kwarts. Hieruit word 'n rioliet of ʼn dieptegesteente soos graniet gevorm.

Vir die uitkristallisering van suur magma kan daar geen eenvoudige reaksiereeks geformuleer word vir die minerale wat sal vorm nie. Dit is onder meer die gevolg van verskille wat kan intree in die aanwesigheid van uiteenlopende hoeveelhede water. Water beïnvloed nie net die kristallisasie van waterhoudende minerale (soos biotiet) nie, maar ook die eindfase van die magmatiese ontwikkeling, naamlik die afskeiding van 'n waterhoudende vloeibare fase waaruit pegmatiete onder meer ontstaan.

• Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409583, volume 17, bl. 210