התכה של שחרור לחץ היא תהליך של התכה חלקית, ותמיד נשאר במעטפת תוכן מוצק מהחומר הסלעי המקורי, שאינו נכלל במאגמה. היפרדות המאגמה הנוזלית משארית התוכן המוצק הנותר במעטפת היא תוצאה של הולכת המאגמה ולא של התכה מלאה. נפח או שטף המאגמה הנוצר בהתכה תלוי באותם משתנים המשפיעים על עצם ההתכה: עובי הליתוספירה, הטמפרטורה הפוטנציאלית ונוכחות מים, כמו גם שיעור זרימת סלעי המקור במעטפת מאזור ההתכה.
התכת שטף.
התכת שטף (Flux Melting) היא התכה בנוכחות נוזלים, בעיקר מים. העובדה כי באזורי הפחתה ובקשתות איים מתרחשת התכת שטף הועלתה לראשונה בשנת 1972, על אף שהטבע המדויק של התכה מסוג זה עדיין שנוי במחלוקת. באזורים אלה חודר גוש עתיק, קר וכבד של ליתוספירה אוקיינית ("הלוח הנוחת") הנושא עליו סלעי משקע ספוגים במים אל המעטפת המצויה מתחת ללוח אחר ("הלוח הרוכב"). נוכחות המים בלוח הנוחת מורידה את נקודת ההתכה של הסלעים בתחתית הלוח הרוכב וגורמת ליצירת המאגמה.
הלוח הנוחת נותר קר יחסית, ורק סלעי המשקע שהצטברו עליו מותכים ישירות. התכה זו יוצרת נוזל מגמטי הנע כלפי מעלה לחלקה הרדוד של המעטפת מתחת ללוח הרוכב ומשנה את הרכבה. במרכיבים הבבזלתיים המצויים בעומק רב יותר בקרום הנוחת מתרחשת דהידרציה (dehydration) – תגובה הגורמת לפליטת מולקולת מים ממולקולה גדולה יותר – היוצרת נוזל עשיר במים, דבר הגורם למאגמה להיות נפיצה יותר.
נתך סלעים.
קיימת הבחנה בין "דוֹרוֹת" של מאגמה, החשובה להבנת מוצאם של הסלעים הנוצרים ממנה:
גיבוש מפריט.
גיבוש מפריט הוא שורת תהליכים הדרגתיים של התבדלוּת והתגבשות מינרלים שונים במאגמה במהלך התכתה, התקררותה, הובלתה והתפרצותה כלבה. לכל מינרל נקודת התכה משלו כאשר הטמפרטורה עולה, שהיא גם נקודת ההתגבשות שלו כאשר הטמפרטורה יורדת.
התגבשות המאגמה לסלעים היא תהליך ממושך ומורכב, המתחיל בהתגבשותם של המינרלים בתוך התמיסה המגמטית. כל מינרל מתגבש כאשר הוא שואב את האטומים הנחוצים לו מתוך הנוזל המגמטי. לאחר התגבשותו ישתנה הרכב הנוזל ויכיל ריכוז נמוך יותר ויותר של האטומים ששימשו לבניית המינרל.
בהתגבשותם מתוך המאגמה במאגר כלשהו – תא מאגמה או סדק בקרום – יוצרים המינרלים סלעי יסוד פלוטוניים וגעשיים. הגיוון בהרכב סלעי היסוד נובע מהתפתחות מאגמות שונות בהרכבן, שהובלו ממקום היווצרן המקורי לעומק רדוד בו החלו להתגבש או אל פני השטח. מערכת התהליכים הראשונית המתרחשת במאגמה לאחר הובלתה כוללת:
הובלת המאגמה.
זרימת לבה או התפרצויות מתפוצצות הן הביטוי האלים לפעילות המתרחשת עמוק בתוך כדור הארץ. תהליכי ההתכה החלקית יוצרים תערובת נוזלית הנפרדת מהמאגר ומובלת לעומקים רדודים. הובלתה זו של המאגמה מאזורי ההתכה לאזורי הפליטה וההתפרצות הוא תהליך מגמטי יסודי.
קיימים כמה מנגנוני הובלה של מאגמה, והגורם העיקרי המניע אותם הוא כוח עילוי, המושפע מהבדלי הצפיפות בין המאגמה לסלעי הסביבה.
זרימה בנקבוביות.
השלב הראשוני של היפרדות הנתך מן הסלע הוא זרימה בנקבוביות הנוצרות בסלע עם תחילת ההתכה. מרקם סלעים בהרכב מעטפת מראה כי בשלבים ראשוניים של ההתכה חלקית בטמפרטורות השוררות במעטפת, הנתך מאורגן ברשת של צינוריות לאורך גבולות הגבישים היוצרים את המשקע המוצק. הנתך יוצר אם כן רשת דרכה הוא יכול לזרום ביחס לגבישים המוצקים, זרימה המונעת על ידי מפל לחצים הנובע בעיקר מכבידה אך גם בשל חדירוּת הסלע וכוחות גזירה הפועלים במהלך עיוותו. אף-על-פי שהקשר המדויק אינו ידוע, חדירות היא פונקציה גדלה והולכת של כמות הנתך הקיים, כך שיותר נתך יכול לזרום באזור בו קיים יותר נתך. זרימה בנקבוביות היא תהליך איטי למדי של הובלת נתך, והיא נחשבת כמאפשרת איזון כימי מתמשך בין הנוזלים והמוצקים בתנאי מעטפת. במקרים מסוימים, איזון כימי כזה יכול לגרום להתכת-יתר ולהגדלת נפח הנתך. מאחר שהגדלת נפח זו מגבירה כאמור את החדירות, זרימה מוגברת עשויה להוביל להתכת-יתר נוספת ולהתפתחות חוסר יציבות המגדילה את הנקבוביות של מסת האם הסלעית. תהליך זה חשוב להפרדה של מאגמה בזלתית מן המעטפת, לקביעת המאפיינים הכימיים של בזלת ברכסים מרכז אוקייניים ולהסבר סוגי הסלעים השונים ותפוצתם במחשופים שהיו בעבר חלק מהמעטפת האוקיינית. דוגמה לכך ניתן לראות ברצועות הדוניט וההרצבורגיט באופיוליט הנחשף בעומאן.
דיאפיריות.
בנוסף לזרימה היחסית בין נתך נוזלי לבין מוצקים בהתכה חלקית, צבר גדול של נתך כזה עשוי לנדוד מן הסביבה בה נוצר. כאשר מסה של צבר כזה זורמת כלפי מעלה באמצעות כוח הציפה, הוא נקרא דיאפיר, וזרימה כלפי מעלה של חומרי מעטפת באמצעות תימרת מעטפת נקראת "דיאפיר מעטפת". הדיאפיר מגיב כחומר פלסטי כאשר מופעל עליו מאמץ בעומק רב, והוא חודר לסלעי הסביבה, נקרש ויוצר בהם מעין פקק.
ניתוח של ראיות גאולוגיות ומודלים נומריים במסיב קונדיור (Kondyor Massif) – מחדר עגול שקוטרו כ-8 ק"מ במזרח רוסיה – מראים כי דיאפיר מעטפת טרנס-ליתוספרי (חוצה ליתוספירה) אינו זקוק לפעילות טקטונית אזורית כדי להתקיים אלא נובע מהפרעה ראולוגית המאפשרת זרימת מאגמה. מסקנת המחקר היא כי תהליך זה נפוץ ועשוי להסביר תוואים דמויי-מכתש בכדור הארץ העתיק ובכוכבי לכת ארציים אחרים. התהליך במסיב קונדיור מוסבר בכך שסלעי המעטפת הליתוספרית הגיבו בחריפות לנתכים הנובעים ממקורות עמוקים, וחוסר היציבות שנבע מהצטברות של נתך עשיר במומסים דחק סלעי דוניט אל הקרום כדיאפיר. תוצאות המחקר מראות כי דיאפיריות טרנס-ליתוספרית היא מנגנון שריר להעתקת נתך, ועשוי להיות מנגנון נפוץ לתחילת ביקוע יבשות שתוצאתו שבירת הליתוספירה מעל תימרות מעטפת. מסקנה נוספת של המחקר היא כי דיאפיר מעטפת טרנס-ליתוספרי הוא דרך חשובה להעברת מסה בכדור הארץ. מחקר נוסף, הנשען על ראיות שהתקבלו מלוויין למיפוי כבידה, גורס כי רעידות אדמה בעוצמות גבוהות נגרמות על ידי דיאפיריות ראולוגית של חומרי קרום-מעטפת.
הזרקת דייק.
זרימה בנקבוביות בתוך הליתוספירה הופכת אמצעי לא יעיל להובלת נתך מאחר שהטמפרטורות הנמוכות ביחד עם הסעת החום גורמות להולכה איטית של המאגמה במעטפת ולכן לקרישתה. תהליך זה הופך על פניו את החדירוּת באסתנוספירה וחוסם את צינוריות ההובלה באמצעותן יוצר הנתך מגע עם הסלעים. כמו כן, החוזק הפלסטי של המינרלים גובר עם ירידת הטמפרטורה לנקודה בה הגבישים המארחים אינם יכולים לנוע על-מנת לאפשר שינויים בנתך. מצד שני, מצב זה מאפשר ללחץ הדיפרנציאלי להתעצם במקום להיחלש. הלחץ הדיפרנציאלי גורם לחולשה בסלע, וכתוצאה ממנה לפריכותו וסדיקתו, ולכן הובלת הנתך בעומקים רדודים נשלטת על ידי היווצרות סדקים דרכם נע הנתך. תהליך זה נקרא "הזרקת דייק", והנתך שהתגבש בסדקים אלה וחוצה את שכבות הסלע שקדמו לחדירתו נקרא דייק.
מטבעה, הזרקת דייק היא תהליך אפיזודי-מקומי, מאחר שדרוש מאמץ רב ליצירת נקודות חולשה וסדקים בסלע ולהובלת צבר גדול של מאגמה מבעד לסדקים אלה. מצד שני, זרימה בנקבוביות היא תהליך מתמשך, והמעבר בינה לבין הזרקת דייק – הקשורה בהובלת המאגמה מהאסתנוספירה לליתוספירה – כרוכה באגירת הנוזל המגמטי במאגרים זמניים, שהם למעשה תאי מאגמה בהם מתרחש הגיבוש המפריט.
התפרצות געשית.
השלב האחרון בהובלתה של המאגמה הוא פריצתה אל פני השטח כזרמי לבה או כאפר געשי בהתפרצות געשית. המאגמה הנתונה בלחץ רב במאגר מחפשת מוצא באמצעות סדקים בקרום. סדקים אלה עשויים להיות חסומים ואינם מובילים אל פני השטח אלא כלואים בתוך הקרום, דוגמת מחדרים פלוטוניים דוגמת סיל ודייק. לעומת זאת, סדקים המובילים אל פני השטח נקראים צינורות הזנה, ואלה נפערים באמצעות הלחץ העצום הדוחף את המאגמה כלפי מעלה. צינור הזנה עשוי להיסתם בין התפרצות אחת לשנייה באמצעות פקק געשי או כיפה געשית, ובמהלך ההתפרצות הבאה עשויה המאגמה לפוצץ ולפורר את הפקק או לפרוץ צינור הזנה חדש.
המקום בו התוצרים של התהליכים המגמטיים השונים – בצורה של לבה או אפר געשי – זורמים או מתפוצצים בפני השטח, נקרא הר געש.
תפוצה.
כאמור, מאחר שלא ניתן כמעט לראות מאגמה במקום היווצרה, העדויות לקיומה הן הרי געש וסלעי יסוד, גם בכדור הארץ וגם במערכת השמש.
מאגמה בכדור הארץ.
אם כי סלעי משקע מכסים את מרבית הקרום, נפחו נשלט על ידי סלעי היסוד – תוצריה של המאגמה. קל לשער קיום מאגמה ותהליכים מגמטיים בשולי לוחות – בגבולות פתיחה וסגירה גם יחד. עם זאת, אזורים געשיים רבים הם פנים-לוחיים, דוגמת איי הוואי, האיים האזוריים, האיים הקנריים ואיי קייפ ורדה – המצויים בתוך לוחות אוקייניים, הגם שחלקם סמוכים לגבול לוח. געשיות פנים-לוחית מצויה גם בלוחות יבשתיים: מישור הנהר סנייק באיידהו, קלדרת ילוסטון במונטנה, קו התלים הישראלי ומרכזים געשיים רבים באפריקה הם רק חלק ממאות ריכוזים געשיים פנים-לוחיים הפעילים בהווה.
מאגמה מחוץ לכדור הארץ.
בגופים שונים במערכת השמש קיימים הרי געש – חלקם פעילים וחלקם כבויים. שרידים לפעילות געשית בירח נמצאו בימות, שרבות מהן מהוות משטחי בזלת נרחבים. גם במאדים התקיימה פעילות געשית, שהשתמרה באולימפוס מונס – הר הגעש הגבוה ביותר במערכת השמש. קרוב ל-90% מפני השטח של נוגה נראים כמכילים לבה בזלתית קרושה חדשה יחסית ועל פניו נראים הרי געש נישאים. על איו, ירחו של שבתאי, מתנשא הר הגעש טוושטר (Tvashtar). זוהו הרי געש גם על טריטון – ירחו של נפטון, על אנקלדוס – ירח נוסף של שבתאי, ובגופים אחרים כגון אירופה, טיטאן, גנימד, מירנדה וקווה-וואר בחגורת קויפר.
לבה