Het ruimteprobleemEdit
De uiteindelijke bron van magma is het gedeeltelijk smelten van gesteente in de bovenmantel en de onderkorst. Hierdoor ontstaat magma dat minder dicht is dan zijn brongesteente. Een granitisch magma bijvoorbeeld, dat rijk is aan siliciumdioxide, heeft een dichtheid van 2,4 Mg/m3, veel minder dan de 2,8 Mg/m3 van hoogwaardig metamorf gesteente. Dit geeft het magma een enorm drijfvermogen, zodat opstijging van het magma onvermijdelijk is zodra zich voldoende magma heeft opgehoopt. De vraag hoe precies grote hoeveelheden magma in staat zijn landgesteente opzij te schuiven om ruimte voor zichzelf te maken (het ruimteprobleem) is echter nog steeds onderwerp van onderzoek.
De samenstelling van het magma en het landgesteente en de spanningen die op het landgesteente inwerken, zijn sterk van invloed op het soort intrusies dat plaatsvindt. Bijvoorbeeld, waar de korst aan extensie onderhevig is, kan magma gemakkelijk opstijgen in spanningsbreuken in de bovenkorst om dijken te vormen. Waar de korst onder druk staat, zal het magma op geringe diepte eerder laccolieten vormen, waarbij het magma doordringt in de minst competente lagen, zoals leisteenlagen. Ringdijken en kegelplaten vormen zich alleen op geringe diepte, waar een plug van het bovenliggende landgesteente kan worden opgeworpen of neergelaten. De immense hoeveelheden magma die betrokken zijn bij batholieten kunnen zich alleen een weg naar boven banen als het magma zeer silicisch en buoyant is, en doen dit waarschijnlijk als diapirs in de taaie diepe korst en via een verscheidenheid van andere mechanismen in de brosse bovenkorst.
Meervoudige en samengestelde intrusiesEdit
Igneuze intrusies kunnen ontstaan uit een enkelvoudige magmatische gebeurtenis of uit verscheidene incrementele gebeurtenissen. Recent bewijs suggereert dat incrementele vorming vaker voorkomt bij grote intrusies. De Palisades Sill bijvoorbeeld was nooit één enkel magma-lichaam van 300 meter dik, maar werd gevormd door meerdere injecties van magma. Een intrusielichaam wordt als meervoudig omschreven wanneer het gevormd is uit herhaalde injecties van magma van gelijke samenstelling, en als samengesteld wanneer het gevormd is uit herhaalde injecties van magma van verschillende samenstelling. Een samengestelde dijk kan gesteenten omvatten die zo verschillend zijn als granofyre en diabase.
Ter plaatse is er vaak weinig visueel bewijs van meervoudige injecties, maar er is wel geochemisch bewijs. Zirkoonzonering levert belangrijk bewijs om te bepalen of één enkele magmatische gebeurtenis of een reeks injecties de emplacementmethoden waren.
Grote felsische intrusies ontstaan waarschijnlijk door het smelten van lagere korst die is verhit door een intrusie van mafisch magma uit de bovenmantel. De verschillende dichtheden van felsisch en mafisch magma beperken de menging, zodat het silicische magma op het mafische magma drijft. Deze beperkte menging resulteert in de kleine insluitsels van mafisch gesteente die men gewoonlijk aantreft in granieten en granodiorieten.
AfkoelingEdit
Een intrusie van magma verliest warmte aan het omringende landgesteente door warmtegeleiding. Nabij het contact van heet materiaal met koud materiaal, als het hete materiaal aanvankelijk uniform van temperatuur is, wordt het temperatuurprofiel over het contact gegeven door de relatie
T / T 0 = 1 2 + 1 2 erf ( x 2 k t ) {\displaystyle T/T_{0}={\frac {1}{2}}+{\frac {1}{2}}operatornaam {erf} ({\frac {x}{2{\sqrt {kt}}}})}
waarbij T 0 {{0}}
de begintemperatuur van het hete materiaal is, k de thermische diffusiecoëfficiënt (die voor de meeste geologische materialen dicht bij 10-6 m2 s-1 ligt), x de afstand tot het contact is, en t de tijd sinds de intrusie. Deze formule suggereert dat het magma dicht bij het contact snel zal afkoelen terwijl het landgesteente dicht bij het contact snel wordt opgewarmd, terwijl materiaal verder van het contact veel langzamer zal afkoelen of opwarmen. Een afgekoelde rand wordt dus vaak gevonden aan de intrusiezijde van het contact, terwijl een contact aureool wordt gevonden aan de kant van het landgesteente. De afgekoelde rand is veel fijner van korrel dan het grootste deel van de intrusie, en kan een andere samenstelling hebben, die de oorspronkelijke samenstelling van de intrusie weerspiegelt voordat gefractioneerde kristallisatie, assimilatie van landgesteente, of verdere magmatische injecties de samenstelling van de rest van de intrusie veranderden. Isothermen (oppervlakken van constante temperatuur) planten zich vanaf de rand voort volgens een vierkantswortelwet, zodat als de buitenste meter van het magma er tien jaar over doet om tot een bepaalde temperatuur af te koelen, de volgende meter naar binnen toe er 40 jaar over doet, de volgende 90 jaar, enzovoort.
Dit is een idealisatie, en processen zoals magmaconvectie (waarbij afgekoeld magma naast het contact naar de bodem van de magmakamer zinkt en heter magma zijn plaats inneemt) kunnen het afkoelingsproces veranderen, waardoor de dikte van de afgekoelde randen afneemt terwijl de afkoeling van de intrusie als geheel wordt versneld. Het is echter duidelijk dat dunne dijken veel sneller afkoelen dan grotere intrusies, wat verklaart waarom kleine intrusies aan het oppervlak (waar het landgesteente aanvankelijk koud is) vaak bijna even fijnkorrelig zijn als vulkanisch gesteente.
Structurele kenmerken van het contact tussen intrusie en landgesteente geven aanwijzingen voor de omstandigheden waaronder de intrusie plaatsvond. Catazonale intrusies hebben een dikke aureool die zonder scherpe rand overgaat in het intrusieve lichaam, wat wijst op een aanzienlijke chemische reactie tussen de intrusie en het landgesteente, en hebben vaak brede migmatietzones. De loofbewegingen in de intrusie en het omringende landgesteente zijn ruwweg evenwijdig, met aanwijzingen voor extreme vervorming in het landgesteente. Dergelijke intrusies worden geïnterpreteerd als intrusies die op grote diepte zijn ontstaan. Mesozonale intrusies hebben een veel lagere graad van metamorfisme in hun contact aureolen, en het contact tussen landgesteente en intrusie is duidelijk waarneembaar. Migmatieten zijn zeldzaam en de deformatie van het landgesteente is matig. Dergelijke intrusies worden geïnterpreteerd als voorkomend op gemiddelde diepte. Epizonale intrusies zijn onverenigbaar met het landgesteente en hebben scherpe contacten met gekoelde randen, met slechts beperkt metamorfisme in een contact aureool, en bevatten vaak xenolithische fragmenten van contry gesteente die brosse breuk suggereren. Dergelijke intrusies worden geïnterpreteerd als voorkomend op geringe diepte, en worden gewoonlijk geassocieerd met vulkanische gesteenten en instortingsstructuren.
CumulatenEdit
Een intrusie kristalliseert niet alle mineralen tegelijk; eerder is er een opeenvolging van kristallisatie die wordt weerspiegeld in de Bowen-reactiereeks. Kristallen die vroeg in de afkoeling worden gevormd zijn over het algemeen dichter dan het resterende magma en kunnen zich afzetten op de bodem van een groot intrusief lichaam. Dit vormt een cumulatielaag met een kenmerkende textuur en samenstelling. Dergelijke cumulatielagen kunnen waardevolle ertsafzettingen van chromiet bevatten. Het uitgestrekte Bushveld Igneous Complex in Zuid-Afrika bevat cumulatielagen van het zeldzame gesteentetype chromitiet, dat voor 90% uit chromiet bestaat,