Alle geologischen Prozesse die mit
Vulkanen im Zusammenhang stehen werden als Vulkanismus bezeichnet.
Vulkanische Tätigkeit beginnt mit dem Aufstieg des Magmas aus dem
Erdmantel bis zum Eintritt auf die Erdoberfläche. Meistens ist
vulkanische Tätigkeit an tektonisch aktive Zonen gebunden. Zwischen
Plattentektonik und vulkanischen Prozessen besteht ein unmittelbarer
Zusammenhang da gerade in Subduktionszonen ein erhöhter Vulkanismus
zu beobachten ist.
Alle Austrittsformen des Materials wie
z.b. vulkanische Bomben, Bimsstein, Aschen oder auch flüssige Lava
werden unter dem Begriff Vulkanismus zusammengefasst. Dazu gehören
alle Begleiterscheiningen wie z.b. Eruptionen oder pyroklastische
Ströme.
Vulkane
In einer Tiefe von 100km und mehr sind
die Temperaturen so hoch das Gesteine vollständig oder teilweise
aufgeschmolzen werden. Die Temperaturen betragen je nach Tiefe, Druck
und Wasserhaushalt 1000 bis 1300 Grad. Entsprechend nach der
Schmelztemperatur des Gesteins (Basalt schmilzt etwa bei 1000 Grad)
entsteht ein zähplastisches Magma das sich in tropfenförmigen
Magmakammern sammelt. Dies geschieht in einer Tiefe von 2 bis 5 km.
Wenn der Druck sich erhöht steigt das
Magma aus der Magmakammer entlang von Schwächezonen im Gestein
(Klüfte, Spalten) nach oben oder es brennt sich wie ein
Schneidbrenner durch das Gestein. Sobald Magma an die Erdoberfläche
tritt nennt man es Lava. Bei eine Vulkanausbruch werden neben
glutflüssigen auch festes und gasförmiges Material freigesetzt.
Vulkane haben i.d.R eine kegelförmige
Form jedoch sind eine Reihe weiterer Vulkanformen möglich.
Man unterscheidet zwischen 2
Ausbruchstypen. Die explosiven sowie die effusiven
(ausfließenden)Vulkane. Je dünner das Magma ist um so mehr neigt
der Vulkan zu einer Explosion. Bei vielen Vulkanen ist ein
variierendes Verhalten im Ausbruchsmuster zu beobachten.
Dementsprechend kann sich auch ihre äußere Form ändern.
Vulkanformen
Die Form von Vulkanen unterliegt
bestimmten Gesetzmäßigkeiten. Kriterien hierfür sind z.b. der
Ablauf der Ausbrüche, die Beschaffenheit des herausgeworfenen
Materials, Explosivität oder die Beschaffenheit der Lava sowie eine
Reihe anderer Faktoren. Sie bestimmen letzten Endes welche äußere
Form ein Vulkan annimmt.
An dieser Stelle sollen die wichtigsten
Formen kurz beschrieben werden. Nach der äußeren Form kann
zwischen:
Stratovulkan
Caldera
Schlacken-oder Aschekegel
Maar
Schildvulkan und Tafelvulkan
unterschieden werden.
Schildvulkan
Eine Lava die wenig Kieselsäure
enthält ist sehr dünnflüssig. Aufgrund ihrer Konsistenz kann sie
sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100km/h bewegen. Dadurch
können keine steilen Vulkankegel entstehen das sich die Lava schnell
nach allen Seiten ausbreitet. Finden solche Ausbrüche mit
dünnflüssiger Lava mehrfach statt entstehen Schildvulkane.
Der Mauna Loa auf Hawai ist der
weltweit größte Schildvulkan.
Asche-oder Schlackenkegel
Das Magma dieser Vulkanform ist sehr
Kieselsäurearm und äußerst zähflüssig. Häufig gelangt es nicht
bis zur Oberfläche sondern staut sich darunter an. Wenn das darüber
liegende Gestein den Druck nicht mehr stand hält kann das zu einer
starken Explosion führen in deren Folge Asche und Schutt
herausgeschleudert wird die mit der Zeit einen Vulkankegel aufbauen.
Stratovukane
Diese Form der Vulkane entspricht wohl
am weitesten der allgemeinen Vorstellung von einem Vulkan. Lockeres
Material (Staub, Asche usw.) lagern sich an den Hängen ab und
ausfließende Lava ergießt sich darüber. Es kommt zu einem Wechsel
von lockeren Material und Lava. Die ist für kegelförmige Vulkane
wie z.b.Ätna oder Vesuv.
Maare
Durch eine Explosion und ohne
Materialförderung kommt es zur Bildung dieses Vulkantyps. Wenn es im
Untergrund zum Kontakt von Grundwasser und Magma kommt wird das
Wasser in Bruchteilen von Sekunden verdampft. Dadurch entsteht ein
hoher Druck der das darüber liegende Gestein wegsprengt. Es entsteht
ein Explosionstrichter der von geborstenen Gestein und Schutt umgeben
ist. Dieser Trichter wird als Maare bezeichnet und füllt sich später
häufig mit Wasser.
Caldera
Sehr große Vulkane werden als
Supervulkane bezeichnet und besitzen riesige Magmakammern. Durch
zahlreiche Gänge, die zur Erdoberfläche führen entweicht das Magma
und die Kammer wird instabil. Leert sie sich weiter bricht die Kammer
ein und es entsteht eine Caldera.
Bei einem Ausbruch vor 630000 Jahren
brach der Yellowstone-Supervulkan aus. Als die Magmakammer
zusammenbrach entstand eine Caldera von 75km Länge und 37km Breite.
Neben der äußeren Form sind eine
Reihe weiterer Möglichkeiten gegeben Vulkane zu klassifizieren.
Nach der Aktivität
aktive Vulkane
inaktive oder schlafende Vulkane
erloschene Vulkane
Nach der Art der Tätigkeit
effusiv-ruhig ausfließende Lava
explosiv oder ejektiv
gemischte Formen
Nach dem Ort des Auftretens
Subaerische Vulkane- Vulkane an Land
bzw. über Wasser
Submarine Vulkane- unter Wasser
Subglaziale Vulkane- unter einem
Gletscher
Extraterristische Vulkane- auf einem
anderen Himmelskörper
Magma und Lava
Magma
Die Entstehung von Magma ist eng mit
den Bewegungen der Lithosphärenplatten verbunden. Ihre Bewegungen
bestimmen letzten Endes wo die Gesteine der Kruste sowie des oberen
Mantels schmelzen und ob sie Intrusiv-oder Effusivgesteine bilden.
Die Zusammensetzung des Magmas,
insbesondere der Anteil an Siliciumdioxid haben einen großen
Einfluss auf die Ausbildung eines Vulkans. Je mehr Siliciumdioxid in
einem Magma enthalten ist um so explosiver ist der Vulkan.
Entsprechend des Anteils von Siliciumdioxid können 4 Magmagrundtypen
unterschieden.
Felsisches Magma: > 63%
Siliciumdioxid – entsteht beim Aufschmelzen von kontinentaler
Kruste
Intermediäres Magma: zwischen 52 und
63% Siliciumdioxid entsteht an Subduktionszonen
Mafisches Magma: zwischen 45 und 52%
Siliciumdioxid – Hotspot-Vulkanität, Rift-Vulkanismus,
Mittelozeanischer Rücken
Ultramafisches Magma- < 45%
Siliciumdioxid
Lava
Wenn Magma an die Erdoberfläche
verbracht wird nennt man es Lava. Die unterschiedliche Morphologie
der Vulkane wird u.a.. durch die verschiedenen Lavatypen bestimmt.
Die wichtigsten Unterschiede der Lava besteht in ihrer
verschiedenartigen chemischen Zusammensetzung. Der Kieselsäuregehalt
und die Temperatur beeinflussen die Viskosität der Lava und somit
ihr Fließverhalten. Bei gasreicher Lava ist die Wahrscheinlichkeit
eines explosiven Ausbruchs höher.
Basaltische Lava
Basaltische Laven sind wegen ihrer
hohen Temperatur (1000-1200 Grad) und ihres geringen
Kieselsäuregehaltes sehr dünnflüssig und können sich daher
schnell über größere Flächen ausbreiten. Geschwindigkeiten von
rund 100km/h wurden bereits beobachtet. Nach der Förderung der
basaltischen Lavaströme unterscheidet man Flutbasalte und
Pahoehoe-Lava.
Flutbasalte sind sehr dünnflüssige
Lava die sehr schnell fließt und nur sehr geringmächtige Decken
bildet. Bei längeren Ausbrüchen stapeln sich die lvaergüsse zu
sogenannten Flutbasalten.
Pahoehoe-Lava ist eine dünnflüssige
Lava. Sie breitet sich schichtförmig aus und beim erkalten bildet
sich eine dünne glasige Oberfläche. Wenn unter dieser noch warmen
Schicht erneut Schmelze entlang fließt wird die ältere Schicht zu
strickförmigen Gebilden zusammen geschoben.
Aa-Lava
Die Lava besteht aus einer Schmelze die
ihr Gasgehalt fast vollständig verloren hat und deswegen zäh
geworden ist. Dementsprechend fließt sie auch langsamer als z.b.
Pahoehoe-Lava. Es entsteht eine dicke Kruste. Wenn sich die Lava
weiter bewegt zerbricht diese Kruste in scharfkantigen Brocken und
Klumpen. Diese schwimmen schwimmen auf der zähflüssigen Schmelze.
Kissen-oder Pillow-Lava
Diese Art der Lava entsteht bei
untermeerischen Ausbrüchen, also durch die schnelle Abkühlung der
Lava durch Wasser. Es sind Anhäufungen runder, elliptischer sowie
schlauchförmiger Basaltstrukturen von etwa 1m Durchmesser.
Rhyolithische Laven
Hierbei handelt es sich um sehr saure
Laven mit einem niedrigen Schmelzpunkt. Sie fließen bei einer
Temperatur von 800-1000 Grad aus. Rhyolithische Laven haben auf Grund
ihrer niedrigen Temperatur einen hohen Kieselsäuregehalt und sind
deswegen sehr zäh. Durch die langsame Fließgeschwindigeit der Lava
stapeln sie sich in rundlichen Lagen übereinander.
Andesitische Laven
Andesitische Laven liegen mit ihrem
Kieselsäuregehalt zwischen Basalt und Rhyolith.
Ereignisse die durch Vulkane
hervorgerufen werden
Die durch Vulkane ausgelösten
Ereignisse sind vielfältig und können hier nur auf einige Beispiele
beschränkt werden.
Pyroklastische Ströme (Glutlawine)
Lahar (Schlamm-und Schuttströme)
Gletscherlauf
Geysire
Glutwolke
Pyroklastische Ströme
Pyroklastische Ströme bestehen aus
heißer Asche, Staubfragmenten und Gas die in Form einer Glutwolke
ausgestoßen werden und eine Geschwindigkeit von bis zu 200km/h
erreichen kann. Die festen Bestandteile der Wolke werden durch Gase
und heißer Luft in der Schwebe gehalten. Die Auswirkungen
pyroklastischer Ströme kann verheerend sein. Die Temperatur der
Ströme beträgt um die 800 Grad.
1902 kamen bei einem Ausbruch des
Montagne Pele auf Martinique 29000 Menschen ums Leben. Innerhalb
weniger Minuten wurde die Stadt St.Pierre von der tödlichen
Glutlawine eingeschlossen und für deren Bevölkerung gab es keine
Hilfe mehr.
Lahar
Lahare sind reißende Schuttströme
deren vulkanisches Material wassergesättigt ist. Sie entstehen wenn
pyroklastische Ströme auf Wasser oder Schnee treffen. Weitere
Ursachen können sein:
Regenfälle treffen auf frische
Ascheablagerungen
Gletschereis schmilzt durch einen
Lavastrom
Ein Kratersee bricht und das Wasser
läuft aus
Lahare gehören zu den gefürchteten
vulkanischen Folgeereignissen. Der Schuttstrom bewegt sich sehr
schnell und selbst sehr weit entfernte Ortschaften können erfasst
werden.
Geysire
Geysire sind Erscheiungen die in
Gebieten entsteht deren Vulkanität abklingt. In zumeist
unregelmäßigen Abständen wird eine Dampf-und Wasserfontäne die
mehrere 10m hoch sein kann.
Zirkulierendes Wasser im Untergrund
erreicht das noch heiße Magma und wird aufgeheizt.
Fumarolen, Solfatare, Mofetten
Ausgasungen die einen hohen Anteil an
Wasserdampf besitzen und eine Temperatur von 200 bis 800 Grad
aufweisen können werden Fumarolen genannt.
Solfatare sind weniger heiß und
besitzen einen hohen Anteil an Schwefelverbindungen.
Mofetten werden Ausgasungen die einen
hohen Anteil des giftigen Gases Kohlendioxid besitzen. Da
Kohlendioxid geruchlos ist können Lebewesen die sich im Bereich von
Mofetten aufhalten erheblichen Schaden nehmen.
Fumarolen, Solfatare und Mofetten sind
Erscheinungen in Gebieten mit abnehmender vulkanischer Tätigkeit.
Verteilung und Vorhersage
Es gibt derzeit rund 1500 aktive
Vulkane die man nach Typen wie folgt aufschlüsseln kann:
719 Schichtvulkane
176 Schildvulkane
86 als Caldera
176 als einzelne Schlackekegel
19 als Maar
173 als submarine Vulkane
100 Vulkanfelder mit manchmal mehr als
100 Einzelvulkane
27 Spaltenvulkane
Die geographische Verteilung von
Vulkanen kann durch die Plattentektonik erklärt werden. Vulkane
findet man häufig in:
Spreizungszonen: meist auf den
Meeresgrund wo die Erdplatten auseinander driften
über Subduktionszonen:
Plattenkollision mit mindestens einer ozeanischen Lithosphärenplatte
über Hotspots: ortsfester
Aufschmelzungsbereich im Erdmantel
mehr zur Plattentektonik siehe unter
Orogenese
Das wichtigste Forschungsziel von
Vulkanologen ist die Vorhersage von Ausbrüchen. Immer wieder wurden
in Vergangenheit und Gegenwart zig tausende Menschen Opfer von
Vulkanausbrüchen. Zwar weisen die Vulkane viele Gemeinsamkeiten auf
aber ihr Ausbruchsverhalten ist sehr unterschiedlich. Diese Tatsache
erschwert es den Vulkanologen sichere Aussagen zu machen. Trotzdem
konnten in den letzten Jahren viele Menschenleben gerettet werden
weil Wissenschaftler entsprechende Warnungen über kurz bevorstehende
Ausbrüche machen konnten.
Die moderne Vulkanologie verfügt über
eine Reihe von Methoden um vulkanische Aktivität in gefährdeten
Gebieten zu überwachen.
Seismische Aktivität
Bevor es zu einer Eruption kommt steigt
Magma an Bruchlinien, Spalten und Rissen in Richtung Erdoberfläche.
Durch Spannungen im umgebenden Gestein oder durch entgasen des Magmas
kommt es zu seismischen Signalen, hervorgerufen durch reißendes
Gestein oder durch Vibrationen.
Durch das Aufstellen einer Vielzahl von
Seismographen werden diese Aktivitäten überwacht und analysiert.
Geodätische Überwachung
Wenn Magma aus der Tiefe nach oben
steigt kann das zur Deformation im Vulkanbereich führen. (Beulen,
Absenkungen, Neigung, Risse usw.) Mit Hilfe von Neigungs-und
Dehnungsmessern (Extensiometer), die in Bohrlöchern installiert
werden können derartige Prozesse wahrgenommen werden. Durch die
morphologischen Veränderungen eines Vulkans ändert sich der
Grundwasserstand. Dies kann mit Messstellen nachgewiesen werden.
Zur Überwachung von morphologischen
Veränderungen werden auch Satellitenbilder herangezogen.
Gravimetrische und magnetometrische
Veränderungen
Steigt Magma auf kommt es zu
Veränderungen des örtlichen Schwerefeldes sowie zu lokalen
Abweichungen des Magnetfeldes. Diese Erscheinungen werden mit
Gravimetern sowie magnetometrischen Messgeräten erfasst.
Temperaturerhöhung
Das Magma besitzt eine Temperatur von
etwa 1200 Grad. Steigt es aus der Magmakammer in Richtung
Erdoberfläche erhöht sich die Temperatur des lokalen Nebengesteins.
Infrarot-Aufnahmen können von
Satelliten aus thermische Aufheizungen nachweisen.
Analyse von Gasen
Eruptive Gase sind die wichtigste Kraft
bei vulkanischer Aktivität. Änderungen der Menge, chemischen
Zusammensetzung und Temperatur sind ein wichtiger Bestandteil bei der
Voraussage eines Vulkanausbruchs. Deshalb werden diese Parameter
ständig durch verschiedene Meßgeräte überwacht.
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