_MG_0207geplooide-lagen-uitsn-van-uitsn-bew-Nik-Dfine-1500-x-220--titel.jpg

College van de maand: een magma kamer make-over

Afb 1 bewerkt
Figuur 1. Typerend plaatje van een vulkaan met magma kamer. Bron: Sparks et al. (2019).

Als je naar het klassieke plaatje van een vulkaan kijkt, dan wordt dat weergegeven met een vloeibare magma kamer onder de vulkaan in de aardkorst. Uit de magmakamer loopt een schacht omhoog die functioneert als pijp waardoor lava naar buiten kan stromen (fig. 1). Op elk mogelijk moment kan hier heet en vloeibaar materiaal de vulkaan uitstromen of schieten.

Aangezien gesteente smelten veel energie en tijd kost is het logisch dat dit gesmolten materiaal er klaar voor zit om naar buiten gebracht te worden. In de aardkorst kunnen we gefossiliseerde (i.e. gestolde) magma kamers terug vinden als plutonen; plutonen zijn grote langzaam gestolde steenafzettingen. Bovendien kun je ‘gelaagdheid’ terugvinden in gestolde magmakamers. Hier zie je dat verschillende soorten kristallen elkaar afwisselen in lagen. Je zou kunnen inzien dat dit kan ontstaan doordat, onder de juiste omstandigheden, mineralen kristalliseren in het magma.

Echter kunnen deze gevormde kristallen zwaarder zijn dan het magma en dus zinken ze naar de bodem. Dit zorgt ervoor dat bepaalde elementen uit het magma ‘gefilterd’ kunnen worden. Wat in de literatuur vaak gebruikt wordt is het differentiëren van magma. In het veld en lab is dit proces terug te vinden doordat een vulkaan eerst basaltisch magma produceert, maar later uitvloeiingsgesteente toch echt een rhyolitsche samenstelling heeft. Dit soort modellen bestaan al jaren en het bewijs van gelaagde uitvloeien past hier precies bij! Als de magmakamer leeg was gelopen, dan kon deze weer bijgevuld worden vanuit grotere diepte.

Afb 2 bewerkt
Figuur 2. Het magma mush model. In plaats van een grote magma kamer zijn er kleinere bronnen van gesmolten materiaal. Bron: Sparks et al. (2019).

Maar…. zo een magma kamer moet terug te vinden zijn in geofysische studies. Er zijn echter geen lang levende magmakamers gevonden onder actieve vulkanen. Dateren van individuele kristallen die in het magma aanwezig zijn, laat zien dat de kristallen 100.000 tot 1000.000 jaar oud kunnen zijn. Daarentegen is het uitvloeiende magma er veel korter geleden bij gemengd. Het dateert van 1 tot 100 jaar oud. De oude kristallen zweven in het jonge magma.

Figuur 3

Een nieuw model is nodig die de huidige waarnemingen verklaard. Vandaar het magma “mush” model. De simpele conclusie van dit model is dat de kristallen een moes vormen waarbij de kristallen snel omgezet kunnen worden en de elementen vrijkomen en weer in het magma worden opgenomen (fig. 2).

Thermodynamisch is er een significant verschil tussen het beginnen van het smelten van gesteente en het moment dat gesteente volledig vloeibaar is geworden. De termen die je hier vaak over tegenkomt zijn de solidus en de liquidus. De kristallen mush zal net onder de solidus liggen. Dit betekent dat de kristallen nog volledig vast zijn. Een kleine verandering van externe omstandigheden kan ervoor zorgen dat de kristallen gaan smelten. De ruimte die de kristallen eerst innamen bestaat nu uit vloeibaar materiaal en vormt als het ware een pad waar het ontstane magma zich doorheen kan bewegen.

In figuur 3 zie je het verloop van volledig kristallijn gesteente, 3.a, naar volledig vloeibaar materiaal met nog enkele drijvende kristallen, 3.f. De mush is een vast gesteente wat erg rigide is. Hierdoor kan het niet uitvloeien. Er kunnen wel stukken van worden afgebroken en worden meegenomen als xenolieten of kristallen proppen door het vloeibare magma.

Er wordt er dus een onderscheid gemaakt voor verschillende soorten reservoirs. Wanneer er meer kristallen in het systeem zijn kan men spreken van een magma mush. Wanneer er meer smelt aanwezig is dan kristallen spreekt men over een magmakamer. De ouderwetste magmakamer vol gesmolten materiaal kan nog wel bestaan, maar dit zal kortstondig zijn.

Er wordt dus een onderscheid gemaakt voor verschillende soorten reservoirs. Wanneer er meer kristallen in het systeem zijn kan men spreken van een magma mush. Wanneer er meer smelt aanwezig is dan kristallen spreekt men over een magmakamer. De ouderwetste magmakamer vol gesmolten materiaal kan nog wel bestaan, maar dit zal kortstondig zijn.

Bron
  • Sparks, R. S. J., Annen, C., Blundy, J. D., Cashman, K. V., Rust, A. C., & Jackson, M. D. (2019). Formation and dynamics of magma reservoirs. Philosophical Transactions of the Royal society A, 377(2139), 20180019.