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2017-11-04

Vulkane: Arten, Aktivitäten und Verteilung






Vulkane/Vulkanität

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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