simulierte Temperaturverteilung in einer Eruptionsäule mit Aschenstrom

PD Dr. Ulrich Knittel:
Vulkanismus

Lektion 1:
System Vulkan
1D: Magmenaufstieg




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Magmenaufstieg

Nachdem der Mantel teilweise aufgeschmolzen ist, muß sich die Schmelze sammeln und in die Erdkruste und bzw. bis an die Erdoberfläche aufsteigen. (Durch die Untersuchung von Mantelfragmenten weiß man, daß auch innerhalb des Erdmantels Schmelze fließen kann.)

Geringe Schmelzmengen benetzen zunächst einmal Korngrenzen und sammeln sich an 3-Phasen-Grenzen. Bevor die Schmelze extrahiert werden kann, muß sich erst ein zusammenhängendes Netzwerk von Schmelze bilden. Darüber, wie hoch der Aufschmelzgrad sein muß, bevor Schmelze aus dem Bildungsbereich extrahiert werden kann, gehen gegenwärtig die Meinungen stark auseinander. Befunde experimenteller Untersuchungen deuten auf 5-10 %, theoretische Untersuchen kommen auf deutlich niedrigere Aufschmelzgrade (ca.0.5 %)

Die gebildete Schmelze hat eine geringere Dichte als der feste Mantelperidotit; sie hat also einen Auftrieb und steigt deshalb auf, Wegsamkeiten vorausgesetzt. Hat sich genügend Schmelze angesammelt und ist der Auftrieb groß genug, kann sich das aufsteigende Magma selbst einen Weg bahnen!

Um die im Kasten rechts dargestellte Berechnung nachzuvollziehen, ist es wichtig, sich daran zu erinnern, daß der Auftrieb ein Druck ist [kg/ms2]. Die Dichte von Mantelperidotit beträgt ca. 3,3 g/cm3 (3300kg/m3, die der Schmelze 2,8 g/cm3 (2800 kg/m3); die Erdbeschleu-
nigung beträgt 9,8 m/sec2.

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Auftrieb von Magma

Auftrieb (rote und blaue Kurven) von Schmelze in Abhängigkeit vom Dichteunterschied (Dr) zwischen Magma und Nebengestein. Achtung: Der Dichteunterschied ist, bedingt durch die Kompressibilität der Schmelze, etwas tiefenabhängig. Der Auftrieb nimmt in der Kruste ab, weil die (unfraktionierte) Schmelze dichter als typisches Krustengestein ist. (Dr1<Dr2)