Magmakammern sind große Gebilde aus geschmolzenem Gestein, die sich mehrere Kilometer unter der Erdoberfläche befinden. Sie sind aufgrund ihrer großen Entfernung zur Erdoberfläche schwer in Echtzeit zu untersuchen. Geologen untersuchen die Eruptivgesteine, die sich bilden, wenn diese Magmakammern abkühlen und schließlich durch die Kräfte der Erosion an der Erdoberfläche freigelegt werden. So können sie die Prozesse verstehen, die vor Millionen von Jahren in den Magmakammern stattfanden.
Eine neue, in Scientific Reports veröffentlichte Studie des Postdoktoranden Dr. Willem Kruger von der School of Geosciences an der University of the Witwatersrand und seines Betreuers, Professor Rais Latypov, stellt einige der am weitesten verbreiteten Vorstellungen über das Innenleben von Magmakammern in Frage.
Die Geschichte begann mit Krugers sorgfältiger Untersuchung eines Aufschlusses von Eruptivgestein namens Magnetitit in der Rhovan-Vanadium-Mine bei Brits, Südafrika. Dieser Aufschluss befindet sich innerhalb des Bushveld-Komplexes, der größten schichtförmigen Intrusion der Erdkruste. Der dunkel gefärbte Magnetitit enthält mehrere Einschlüsse einer anderen Gesteinsart namens Anorthosit, die sich aufgrund ihrer helleren Farbe deutlich vom Wirtsmagnetitit abhebt.
“Der Ursprung der Anorthosit-Einschlüsse in Magnetiten war lange Zeit ein Rätsel”, sagt Kruger, “wir haben jedoch eine Methode entwickelt, die endlich einige Einblicke in dieses jahrzehntealte Problem liefert.”
Wenn eine Magnetitschicht aus Magma kristallisiert, verbraucht sie schnell das verfügbare Chrom, das in der umgebenden Schmelze vorhanden ist. Die sich zuerst bildenden Magnetitkristalle sind daher sehr chromhaltig, während sich später bildendes Magnetit relativ chromarm ist. Daher ist es möglich, die Wachstumsmuster der Magnetitschicht zu beobachten, indem man die Verteilung des Chroms im Gestein untersucht.
Kruger verwendete ein tragbares Röntgenfluoreszenzspektrometer, um den Aufschluss chemisch zu kartieren und seine zweidimensionale Struktur zu untersuchen. “Wir fanden Hinweise darauf, dass sich die Anorthosit-Einschlüsse bilden, wenn eine superheiße Schmelze, die aus tieferen Kammern kommt, ein teilweises Aufschmelzen und Auflösen einer vorher existierenden Anorthosit-Schicht am Boden der Bushveld-Kammer verursacht. Dies führt zu einer komplexen Morphologie des Kammerbodens.”
Kruger und Latypov schlagen vor, diesen Prozess als “magmatische Verkarstung” zu bezeichnen da er der Verkarstung an der Erdoberfläche ähnelt, bei der saures Wasser Karbonatgestein wie Kalkstein erodiert und dabei Höhlen und andere für Karstlandschaften typische Merkmale bildet. Anstelle von saurem Wasser ist hier jedoch eine superheiße Schmelze das Erosionsmittel.
Diese neuen Erkenntnisse über die Wachstumsmuster von Magnetitit-Schichten in der magmatischen Karstumgebung stellen unser Verständnis des Innenlebens von Magmakammern in Frage. “Die Abkühlung auf Magmakammerböden wurde bisher als vernachlässigbar angesehen. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass eine ausreichende Abkühlung durch Kammerböden stattfinden kann, so dass neue Kristalle nukleieren und wachsen können”, sagt Latypov. “Diese Ergebnisse können neue Erkenntnisse darüber liefern, wie sich Magmakammern entwickeln, die die große Vielfalt an magmatischen Gesteinen hervorbringen, die wir heute in der Natur beobachten.”
Veröffentlichung: Willem Kruger et al. Magmatic karst reveals dynamics of crystallization and differentiation in basaltic magma chambers, Scientific Reports (2021). DOI: 10.1038/s41598-021-86724-y
Quelle: off. Pm der Wits University
Pia Gaupels
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