Co to jest magma?

Magma to stopiona materia tworząca się w głębi Ziemi. Ta jej część, która wydostanie się na powierzchnię lub znajdzie w jej pobliżu nazywana jest lawą.

Zbiorniki magmy tworzą się w skorupie ziemskiej lub w płaszczu ziemskim na skutek stopienia skał. Aby doszło do przetopienia materii skalnej wymagana jest odpowiednio wysoka temperatura. Wiele zależy też od składu chemicznego skał (minerały topią się w różnych temperaturach), od ciśnienia działającego w głębi Ziemi, od obecności składników lotnych, przemieszczenia się skał w wyniku działania procesów tektonicznych, podgrzania na skutek rozpadu izotopów promieniotwórczych.

Wysokie temperatury (a czasami również ciśnienia) uzyskiwane są najczęściej na krawędzi kier litosfery, rzadziej w ich wnętrzu. To dlatego współczesne ogniska magmowe znajdują się przede wszystkim w strefach ryftów i subdukcji, czyli tam, gdzie tworzy się lub ulega niszczeniu skorupa oceaniczna. Ponieważ zjawiskom magmowym towarzyszy wulkanizm, więc miejsca, gdzie znajdują się ogniska magmowe możemy łatwo zidentyfikować obserwując mapę aktywnych wulkanów. Większość z nich znajduje się na krawędzi kier litosfery. Najbardziej znany wyjątek stanowią Hawaje.

 

Stopienie skał wymaga zróżnicowanych temperatur, ale generalnie co najmniej kilkuset stopni Celsjusza. Takie warunki nie zdarzają się na powierzchni Ziemi (jeśli pominąć katastrofy takie jak upadki dużych meteorytów i bolidów), dlatego też pełne przetopienie skał uzyskiwane jest tylko w podziemnych zbiornikach magmowych. Magma zawierająca krzemionkę (dwutlenek krzemu) może mieć temperatury w zakresie 600-1200 stopni Celsjusza. Magmy ubogie w krzemionkę bywają zazwyczaj gorętsze (do stopienia zbudowanego z krzemionki minerału kwarcu potrzebne są stosunkowo „niskie” temperatury, przynajmniej w porównaniu z innymi minerałami). Inne rodzaje magm powstają w jeszcze skrajniejszych warunkach. Przykładowo, wytopienie magmy kimberlitowej, z której tworzą się kimberlity znane z obecności diamentów, wymaga ciśnienia około 50 kilobarów, co można uzyskać na głębokościach do 200 kilometrów!

Skład tworzącej się magmy może być bardzo zróżnicowany – to dlatego powstające z niej skały magmowe są też bardzo różnorodne. Wiele zależy od miejsca w skorupie i płaszczu, gdzie topi się materia skalna:

• magmy powstałe w płaszczu ziemskim są bardzo ubogie w krzemionkę (czyli inaczej są zasadowe i ultrazasadowe), stąd też tworzą się z nich skały magmowe pozbawione kwarcu,
• magmy powstałe w obrębie skorupy kontynentalnej są bogate w krzemionkę (określamy je inaczej mianem kwaśnych),
• magmy związane genetycznie ze skorupą oceaniczną zawierają niewiele krzemionki (skały tworzące się z takiego stopu nazywane są obojętnymi – pod względem zawartości dwutlenku krzemu znajdują się one pomiędzy skałami kwaśnymi a zasadowymi).

Przetopienie skał powoduje zmiany gęstości, a to z kolei prowadzi do zmiany położenia stopu skalnego w obrębie skorupy ziemskiej. W miejscu wytopienia pozostaje jedynie tak zwane rezyduum. Prowadzi to do zróżnicowania składu pierwotnej magmy, dzięki czemu z jednego ogniska magmowego mogą powstać różne skały.

Spadek temperatury stopu prowadzi do jego zastygania. Gdy proces ten zachodzi powoli (w skali setek tysięcy i milionów lat), wówczas mogą utworzyć się duże kryształy minerałów. Powstające kryształy mogą być usuwane ze stopu (na przykład poprzez opadanie na dno zbiornika magmowego; to jest tak zwana krystalizacja frakcjonalna) lub nadal wchodzić w reakcje chemiczne z otaczającą je magmą (krystalizacja równowagowa).

Jeśli tworzące się kryształy będą kolejno usuwane ze stopu, to utworzą one charakterystyczny szereg minerałów krystalizujących w coraz niższych temperaturach, w wyniku powolnego ochładzania magmy. Kolejność krystalizacji określają tak zwane szeregi reakcyjne, nazywane często szeregami Bowena. W dużym uproszczeniu mają one następującą postać:

1. oliwiny
2. pirokseny
3. amfibole (należąca do nich hornblenda)
4. mika (biotyt)
5. skalenie alkaliczne (czyli potasowo-sodowe)
6. kwarc oraz muskowit (czyli mika)

oraz

1. skalenie sodowo-wapniowe (inaczej plagioklazy) od odmian bogatych w wapń (pierwszą z nich jest anortyt, który zawiera ponad 90% glinokrzemianu wapnia) aż po odmiany bogate w sód (oligoklaz, który zawiera ponad 70% glinokrzemianu sodu)
2. skalenie alkaliczne
3. kwarc oraz muskowit (czyli mika).

Pierwszy element każdego szeregu krystalizuje na początku, ostatni – na końcu. W obu przypadkach po skaleniach alkalicznych może krystalizować jeszcze między innymi kwarc. Ponieważ zastyga on w najniższych temperaturach (poniżej 600 stopni Celsjusza), więc często nie ma on już miejsca, by uzyskać swoją poprawną postać (pokrój). Stąd też piękne kryształy kwarcu powstają głównie w pustkach, w których znajdowały się substancje lotne. W podłużnych szczelinach (druzach) mogą pojawić się szczotki krystaliczne – skupienia kryształów przyrośniętych do wspólnej podstawy i ustawionych równolegle. W skałach pozbawionych pustek (owalnych geod i podłużnych bądź nieregularnych druz) kwarc tworzy natomiast ziarna o zróżnicowanym kształcie.

Procesy pomagmowe

Po wykrystalizowaniu głównych skał magmowych pozostają gazowe i ciekłe resztki stopu magmowego. Często są one wzbogacone w rzadkie pierwiastki, z których mogą powstać bardzo nietypowe minerały lub złoża cennych surowców. Stąd też ostatnie etapy krystalizacji magmy są dla geologów szczególnie interesujące.

Z resztek magmy krystalizują kolejne minerały, pojawiające się w wyniku tak zwanych procesów pomagmowych, dzielonych z reguły na trzy główne etapy:

1. etap pegmatytowy – zachodzi w temperaturach powyżej 575 st. C, przy udziale resztek magmy krzemianowej (czyli zawierającej duże ilości krzemionki – dwutlenku krzemu); w tym etapie powstają duże i efektowne kryształy pospolitych minerałów (zwłaszcza kwarcu, skaleni oraz łyszczyków), którym towarzyszą dużo rzadsze minerały; w etapie tym, a także częściowo w kolejnym, tworzą się skały określane mianem pegmatytów,
2. etap pneumatolityczny – zachodzi w temperaturach około 400-600 st. C i przy udziale resztek pomagmowych uboższych w krzemionkę niż w przypadku etapu pegmatytowego; resztkami magmy są głównie pary, z których tworzą się zwłaszcza minerały należące do grupy halogenków, zawierające często rzadkie pierwiastki,
3. etap hydrotermalny – zachodzi w najniższych temperaturach i związany jest w migracją w skałach roztworów, początkowo gorących, potem stopniowo stygnących; spadek temperatury prowadzi do krystalizacji kolejnych składników, a przemieszczanie się roztworów hydrotermalnych powoduje powstawanie żył minerałów; w ten sposób powstają złoża surowców mineralnych oraz żyły cennych odmian kwarcu i innych minerałów, nierzadko zaliczanych do kamieni szlachetnych.