Der Begriffmagmatische Differentiation bezeichnet die Entstehung unterschiedlicher Teilmagmen aus einem so genannten Stamm-Magma durch Veränderung der chemischen Zusammensetzung. Dieses Konzept entstammt einem Teilgebiet derGeologie, derEndogenen Dynamik, die sich mit den magmatischen Prozessen im Erdinneren befasst. Es beschreibt das Phänomen, dass aus einer flüssigen Gesteinsschmelze (Magma) mit einer bestimmten chemisch-mineralogischen Zusammensetzung (Stammmagma), nicht einfach ein bestimmtesmagmatisches Gestein mit derselben Zusammensetzungauskristallisieren muss, wie zu erwarten wäre, sondern dass daraus eine ganze Reihe von unterschiedlichen Gesteinen mit verschiedenen Zusammensetzungen, sprich verschiedenen Mineralkomponenten, entstehen kann.
Bereits im schmelzflüssigen Zustand können sich unmischbare Komponenten, wiesulfidische undoxidische Phasen einer Schmelze, voneinander trennen, ähnlich, wie sich Öl von Essig trennt (Liquidentmischung oderLiquation). Häufiger ist jedoch die Trennung von frühzeitig auskristallisiertenMineralen von der verbliebenen Teilschmelze (auchResiduum genannt), in dem die Minerale unter dem eigenenspezifischen Gewicht auf den Boden derMagmakammer absinken (Schwereseigerung, oderGravitationsdifferentiation). BereitsCharles Darwin hatte 1844 vermutet, dass die so entstandenen Teilmagmen durchtektonische Bewegungen voneinander abgepresst und getrennt werden können. In den 1920er Jahren entwickeltenPaul Niggli undHans Cloos die Vorstellung, dass sich die festen und flüssigen, oder unmischbaren, Bestandteile einer Schmelze besonders beim Aufstieg des Magmas zur Erdoberfläche trennen (Bewegungsdifferentiation).
Das Konzept der magmatischen Differentiation durchfraktionierte Kristallisation wurde besonders vonNorman Bowen entwickelt und beruht auf der Tatsache, dass Gesteinsschmelzen bzw. Magmen Mehrkomponenten- oderMehrstoffsysteme sind, deren einzelne Komponenten verschiedeneSchmelzpunkte besitzen. Beim Abkühlen eines Magmas kristallisiert deshalb zuerst die Komponente mit dem höchsten Schmelzpunkt aus und sinkt in der Magmakammer aufgrund höherer Dichte nach unten. Aus der restlichen Teilschmelze, demResiduum, kristallisiert bei weiterem Abkühlen nun jene Komponente mit dem nächsthöheren Schmelzpunkt aus, die wiederum nach unten absinkt; somit ändert die Restschmelze bei kontinuierlicher Abkühlung ständig ihrechemische Zusammensetzung.
Bei subalkalischen Schmelzen unterscheidet man diekontinuierliche Reihe von derdiskontinuierlichen Reihe.
Bei der kontinuierlichen Reihe beginnt die Differentiation mit der Auskristallisation eines kalziumreichenPlagioklas, dem Endglied desFeldspat-MischkristallsystemsAnorthit. Je weiter das Magma abkühlt bzw. je mehr Anorthit abgeschieden wird, desto weiter verschiebt sich dasMischkristallsystem zum natriumreichen EndgliedAlbit. Am Ende der Differentiation wird nur noch Albit abgeschieden.
Die diskontinuierliche Reihe bezeichnet die Differentiation verschiedener Minerale nach ihrem Schmelzpunkt. Zunächst wirdOlivin mit dem höchsten Schmelzpunkt, dannPyroxene, anschließendAmphibole und zum SchlussBiotit mit dem niedrigsten Schmelzpunkt abgeschieden.Diese beiden Reihen laufen parallel nebeneinander ab und beschreiben die Differentiation von einermafischen (basischen) Schmelze hin zu einemfelsischen (sauren) Residuum, aus dem abschließend die MineraleKalifeldspat,Muskovit undQuarz auskristallisieren.
Allgemein nehmen im Verlauf der magmatischen Differentiation die Gehalte vonMagnesium,Eisen undCalcium im Restmagma ab und die vonSilicium,Natrium undKalium zu. Das heißt, dass aus basaltischen Schmelzen zunächst diemafischen und intermediären Minerale auskristallisieren und einfelsisches Restmagma erzeugt wird, das letztendlich zu einemgranitischen Gestein erstarrt.
Das prominenteste Beispiel für Differentiationsvorgänge ist der inSüdafrika gelegeneBushveld-Komplex. Dieser basaltischeIntrusivkomplex besitzt eine Gesteinsvariation vonultrabasischer bisgranitischer Zusammensetzung und zeichnet sich durch seine sehr gut ausgeprägteLagentextur aus, die derSchichtung vonSedimentgesteinen verblüffend ähnlich sieht. Sie spiegelt die verschiedenen Differentiationszyklen des Bushveld wider. Die basischen bis ultrabasischen Anteile entstanden durch Differentiation einestholeiitischen Magmas, die Granite werden als aufgeschmolzenes und kontaminiertes Krustenmaterial angesehen.