2.2 Magmatiske bergarter

Bergarter født av ild

Dypt under føttene dine finnes det smeltet stein. Når denne smelten størkner, dannes magmatiske bergarter -- bokstavelig talt bergarter født av ild. De utgjør hele 65 % av jordskorpen og bærer på verdifull informasjon om prosessene i jordens indre.

La oss klargjøre to begreper. Magma er smeltet bergart inne i jorden -- en naturlig smeltemasse av silikater, oksider, gasser og noen ganger faste mineralkorn, med temperatur typisk mellom 700 og 1300 grader. Når magmaet når overflaten, kaller vi det lava.

Men hvorfor smelter berget i utgangspunktet? Det skjer på tre måter. Ved trykkavlastning ved spredningsrygger, der berget plutselig får lavere trykk og smelter. Ved temperaturøkning over varme flekker i mantelen. Og ved tilførsel av vann i subduksjonssoner -- vannet senker bergets smeltepunkt. Hvor magmaet til slutt størkner, avgjør hva slags bergart vi får.

Dypbergarter: når magmaet får god tid

Noen magmatiske bergarter størkner langt nede i jordskorpen, dypt under overflaten. Disse kalles intrusive eller plutoniske bergarter -- dypbergarter.

Det avgjørende her er tid. Nede i dypet skjer avkjølingen ekstremt langsomt, over tusenvis til millioner av år. Da får mineralene god tid til å vokse, og resultatet blir store krystaller som du tydelig ser med det blotte øyet. Denne grovkornede teksturen kaller vi fanerittisk -- den forteller deg umiddelbart at bergarten størknet langsomt i dypet. Vi får først se dem ved overflaten når de overliggende bergartene er erodert bort.

Magmaet kan trenge inn i berggrunnen i ulike former, kalt intrusjonskropper. En batolitt er en enorm, uregelmessig intrusjon på over 100 km². En lakkolitt er linseformet og løfter lagene over seg. En sill (laggang) er en horisontal intrusjon mellom lagdelte bergarter, mens en dike (gang) er en vertikal eller skrå intrusjon som krysser lagene.

Klassiske eksempler: Granitt er en lys, felsisk bergart av kvarts, feltspat og glimmer, typisk for kontinental skorpe. Dioritt er en mellombergart med mindre kvarts enn granitt. Gabbro er en mørk, mafisk bergart av pyroksen, plagioklas og olivin -- den tilsvarer basalt i sammensetning, men størknet i dypet.

Dagbergarter: når lavaen fryser fort

De magmatiske bergartene som størkner på selve jordoverflaten, kalles ekstrusive eller vulkanske bergarter -- dagbergarter. Her er historien den motsatte av dypbergartenes.

Når lava møter luft eller vann, kjøler den seg ned svært raskt, på timer eller dager. Mineralene rekker ikke å vokse, så krystallene blir så små at du ikke ser dem uten mikroskop. Denne finkornede teksturen heter afanittisk, og den er fingeravtrykket på rask avkjøling nær overflaten. Bergarten kan også inneholde gasshull, kalt vesikler, fra gasser som ble frigjort idet lavaen størknet.

Noen teksturer er spesielle. En porfyrittisk bergart har store krystaller (strøkorn) i en finkornet grunnmasse -- et tegn på at den hadde en tofaset avkjølingshistorie. Vesikler er gasshullene vi finner i for eksempel pimpstein. Og glassaktig tekstur, helt uten krystaller, oppstår når avkjølingen er så lynrask at atomene aldri rekker å ordne seg -- som i obsidian.

Eksemplene: Basalt er mørk og finkornet, den vanligste vulkanske bergarten, og dominerer havbunnen og vulkanøyer. Andesitt er en mellombergart oppkalt etter Andesfjellene, vanlig ved subduksjonssoner. Ryolitt er lys og finkornet og tilsvarer granitt i sammensetning. Og obsidian er rett og slett vulkansk glass, dannet ved ekstremt rask avkjøling.

Å lese en bergarts sammensetning

Magmatiske bergarter klassifiseres etter to ting: teksturen (krystallstørrelsen, som skiller intrusive fra ekstrusive) og den kjemiske sammensetningen, som måles i hvor mye silisiumdioksid ($SiO_2$) bergarten inneholder.

La oss følge en skala fra lyst til mørkt. Felsiske bergarter har over 66 % $SiO_2$, er lyse og rike på kvarts, kalifeltspat og muskovitt -- som granitt (intrusiv) og ryolitt (ekstrusiv). Intermediære bergarter har 52--66 % $SiO_2$, er grå med plagioklas, amfibol og biotitt -- som dioritt og andesitt. Mafiske bergarter har 45--52 % $SiO_2$, er mørke med pyroksen, kalsiumrik plagioklas og olivin -- som gabbro og basalt. Og ultramafiske bergarter har under 45 % $SiO_2$, er svært mørke og rike på olivin og pyroksen -- som peridotitt og komatiitt.

Norman Bowen oppdaget at mineralene ikke krystalliserer fra magma tilfeldig, men i en bestemt rekkefølge, beskrevet i Bowens reaksjonsserie. I den diskontinuerlige serien av mørke mineraler kommer olivin først, så pyroksen, deretter amfibol og biotitt. Samtidig løper en kontinuerlig serie for plagioklas, fra kalsiumrik til natriumrik. Helt til slutt krystalliserer kalifeltspat, muskovitt og kvarts.

La oss bruke kunnskapen. En bergart har store feltspatkrystaller (1--2 cm) i en finkornet grå grunnmasse. Teksturen er porfyrittisk: de store krystallene vokste langsomt dypt nede, mens den finkornede grunnmassen forteller om rask avkjøling nær overflaten. Den grå fargen tilsier intermediær sammensetning. Historien blir altså: magmaet begynte å krystallisere i dypet, feltspaten vokste over lang tid, så steg magmaet raskt opp i et utbrudd og resten størknet brått. Bergarten er sannsynligvis andesitt med porfyrittisk tekstur.

Oppsummering

Magmatiske bergarter dannes når smeltet bergmateriale -- magma i dypet eller lava ved overflaten -- størkner. Smelting skjer ved trykkavlastning, temperaturøkning eller tilførsel av vann. Intrusive dypbergarter kjøler langsomt og får store, synlige krystaller (fanerittisk tekstur, som granitt og gabbro). Ekstrusive dagbergarter kjøler raskt og får små krystaller (afanittisk tekstur, som basalt og ryolitt), eller blir glassaktige som obsidian.

Bergartene klassifiseres etter tekstur og $SiO_2$-innhold, fra lyse felsiske til mørke mafiske og ultramafiske. Bowens reaksjonsserie beskriver rekkefølgen mineralene krystalliserer i. Ved å lese teksturen -- for eksempel porfyrittisk -- kan vi rekonstruere en bergarts avkjølingshistorie.