Referat VULKANISMUS - Oberflächenvulkanismus, Vulkanismus und Plattentektonik

VULKANISMUS[1]

Vulkanismus bezeichnet alle Erscheinungen, die mit dem Austritt magmatischer Stoffe an die Erdoberfläche verbunden sind. Dabei kommt es meistens auch zum Austritt von Gasen in die Atmosphäre. Die dazugehörige Wissenschaft, die sich mit den Prozessen, Strukturen, Ablagerungen und morphologischen Erscheinungen beschäftigt, heißt Vulkanologie.

Magmen und Gase gelangen an Schwächezonen in die Lithosphäre, der äußersten Schicht der Erdkruste. Diese Schwächezonen treten gehäuft an den Grenzen der tektonischen Platten auf. Deswegen gibt es dort die meisten vulkanischen Erscheinungen. Wenn Magma und Gase die Erdoberfläche über Schlote oder durch Spalten erreichen, entstehe Vulkane, von denen es verschiedene Typen gibt. Die klassische Form eines Vulkans ist die eines Kegels, auf dessen Spitze sich ein Krater befindet. Schöne Beispiele dafür sind der Fujisan in Japan oder der Mayon auf den Philippinen. Bei aktiven Vulkanen können Asche, Dampf, Gase, Lava und feste Bestandteile herausgeschleudert werden, manchmal in Form von Explosionen. Tatsächlich machen diese Art der Vulkane weniger als ein Prozent aller Vulkane der Erde aus.

Ungefähr 80 Prozent des Vulkanismus gelangt in Spalten der Erdkruste an die Oberfläche. Diese Spalten finden sich vor allem entlang der Mittelozeanischen Rücken (siehe Geologie). Hier dringt Magma nach oben, kühlt sich ab und schiebt die Platten auf diese Weise auseinander. Die meisten Vulkane der Erde sind untermeerisch.

Oberflächenvulkanismus

Kontinentaler Vulkanismus hat zwar einen wesentlich geringeren Umfang, was das Volumen des Magmas betrifft, aber er ist aufgrund der leichteren Zugänglichkeit besser erforscht. Es ist seit frühester Zeit bekannt, daß Vulkanausbrüche sowohl gewaltige Ascheexplosionen als auch ruhig fließende Lavaströme sein können.

Spalteneruptionen

Spalteneruptionen gibt es nicht nur entlang der Ozeanischen Rücken, sondern auch auf dem Festland. Bei diesen Arten von Eruptionen wird eine große Menge dünnflüssiger Magma über ein großes Areal verteilt. Bei wiederholten Ausbrüchen können so weite Ebenen oder Plateaus gebildet werden. Ein aktuelles Beispiel ist Island, das sich genau über dem Mittelatlantischen Rücken befindet. Viele Hochländer der verschiedensten Kontinente wurden in der Vergangenheit durch Plateau-Basalte bedeckt. Besonders erwähnenswert sind hierbei das Dekkan-Hochland in Indien, das Tiefland des Paraná in Brasilien, Argentinien und Uruguay, das Columbiaplateau in den Vereinigten Staaten, das Plateau der Drakensberge in Südafrika und das Zentralplateau in Neuseeland.

Schichtvulkane

Die Mehrheit der Oberflächenvulkane besitzt mehrere Schlote bzw. Gruppen von Schloten. Daraus entstehen zwei Grundformen von Vulkanen. Der kegelförmige Typ besteht aus festem Material oder Tephra (Asche, Schlacke, Gerölle und Felsbrocken), das nach der Explosion in unmittelbarer Nähe des Kraters niederfällt. Ein gutes Beispiel hierfür ist der Parícutin in Mexiko, der am 20. Februar 1943 in einem Maisfeld ausbrach und innerhalb von sechs Tagen einen Aschekegel von 150 Meter Höhe gebildet hatte. Am Ende des Jahres war der Berg bereits 336 Meter hoch.

Es ist selten, daß ausschließlich eine Art von Material herausgeschleudert wird. Häufig wechseln sich Lava- und Ascheschichten ab. Die Folge ist eine Schichtung unterschiedlicher vulkanischer Ablagerungen. Die daraus entstehenden Vulkane nennt man Schichtvulkane. Die bekanntesten Schichtvulkane der Welt sind der Stromboli und der Vesuv, beide in Italien, der Popocatépetl in Mexiko, der Cotopaxi in Ecuador und der Kilimanjaro in Tansania. Der Fujisan und der Mayon gehören ebenfalls zu diesem Vulkantyp. Diese Art von Vulkanen haben meist nur einen zentralen Schlot. Es kommt häufiger vor, daß Nebenschlote aktiv werden.

Schildvulkane

Ein weiterer häufiger Typ von Vulkanen ist der sogenannte Schildvulkan. Er zeichnet sich durch eine breite, eher flache Form aus, die mehrere Kilometer Durchmesser haben kann. Die Hänge sind flach, meistens unter zwölf Grad Hangneigung. Ihr Aufbau erfolgt meistens durch Hunderte von dünnflüssigen Lavaergüssen. Schildvulkane haben häufig mehr als einen Schlot und Spalten an den Hängen. Die größten Schildvulkane gibt es auf Hawaii im Nordpazifik. Die Kette der Inseln Hawaiis besteht aus Schildvulkanen, die sich vom Grund des Meeres erheben. Der jüngste von ihnen ist der Mauna Loa auf der Insel Hawaii. Dieser Vulkan gilt als der größte und höchste Berg der Erde, da er über 10 000 Meter - gerechnet vom Meeresboden - hoch ist. Ein Beispiel für einen Schildvulkan in Europa ist der Atna.

Vulkanismus und Plattentektonik

Vulkanismus wird oft mit den Grenzen zweier Platten in Verbindung gebracht, die sich aufeinander zubewegen. Bei zwei konvergierenden Platten taucht eine Platte unter die andere, die Gesteine werden in der Tiefe aufgeschmolzen. Bei diesen sogenannten Subduktionszonen entsteht neues Magma. Dabei taucht die schwerere, ozeanische Kruste unter die leichtere, kontinentale Kruste ab.

Werden Teile der ozeanischen Kruste in der Tiefe aufgeschmolzen, steigt das Magma in der Nähe der Subduktionszone, meistens auf der kontinentalen Platte, an die Oberfläche. Die Küstenbereiche solcher Plattengrenzen sind durch Tiefseegräben gekennzeichnet. Bei einem Vulkanausbruch diesen Typs entstehen in der Regel lange Gebirgsketten, wie z. B. die Anden in Südamerika und die Kordilleren in Nordamerika, zu denen die Kaskadenkette und die Rocky Mountains gehören. Liegen die Plattengrenzen unter dem Meeresboden, entstehen typische Inselbögen-Vulkane, wie Japan oder die Philippinen.

Die Mehrzahl der Subduktionszonen und damit auch die meisten der Oberflächenvulkane befinden sich rings um den Pazifischen Ozean. Den so gebildeten Ring nennt man den Ring of Fire oder auch den zirkumpazifischen Gürtel. Er verläuft über die Anden, die Kordilleren, die Alëuten, Kamtschatka im Osten Sibiriens, die Kurilen, Japan, die Philippinen, Celebes, Neuguinea, die Salomonen, Neukaledonien und Neuseeland.

Calderen

An der Spitze von Vulkanen bilden sich oft Krater als Folge von einsinkender Lava in den Schlot, nachdem sich der Vulkan beruhigt hat. Manchmal wird dieser Krater so tief, daß die Wände instabil werden und in sich zusammenbrechen. Es entsteht eine breite Senke, die man Caldera nennt. Ihr Durchmesser kann mehrere Kilometer betragen. Eine andere Art der Entstehung ist die Aussprengung. Dabei wird die Spitze bei einem explosiven Ausbruch quasi weggesprengt. Ein Beispiel dafür ist der Ausbruch des Krakataus in Indonesien. Manchmal bilden sich in den Calderen Seen, die man Kraterseen nennt. Bekannt ist hier vor allem der Crater Lake in Oregon. Er hat einen Durchmesser von acht Kilometern und wurde durch den Einsturz des Schichtvulkans Mount Mazama in vorgeschichtlicher Zeit gebildet.

Formen vulkanischen Auswurfmaterials

Unter aktiven Vulkanen befindet sich eine Magmakammer, die zum Großteil mit geschmolzenen Gesteinen erfüllt ist. Das Magma wird in der Asthenosphäre gebildet, der fließenden Schicht unterhalb der Lithosphäre. In der Kammer sammeln sich auf dem Weg an die Oberfläche alle möglichen Minerale. Diese können sowohl in fester, flüssiger als auch in Gasform auftreten.

Die meisten Magmen enthalten Gase, wie Kohlendioxide und Schwefeldioxide, die beim Aufstieg freigesetzt werden können. Passiert dies sehr plötzlich, wird Magma als Tephra emporgeschleudert. Die Korngrößenzusammensetzung von Tephra reicht von kleinen Staub- und Aschepartikeln, die mit dem Wind sehr weit transportiert werden können, bis zu 100 Tonnen schweren Geröllen. In Verbindung mit starken Eruptionen können diese Brocken einige Kilometer weit geschleudert werden. Sind bestimmte Gase enthalten, kann es zur Bildung sogenannter Glutwolken kommen.

Bei manchen Vulkanen kommt es nie zu explosiven Ausbrüchen, sondern heiße Lava ergießt sich in breiten Strömen in die Umgebung. Dies tritt dann auf, wenn es sich um eine sehr basaltische Lava mit einem geringen Anteil an Silicium und Gasen handelt. Bei Spalteneruptionen bilden sich dadurch basaltische Decken, punktförmige Magmaherde bilden Schildvulkane, wie sie auf Hawaii zu finden sind. Je mehr Silicium das Magma enthält, desto viskoser, d. h. zähflüssiger, wird es. Die Viskosität wirkt sich wiederum auf den Gasgehalt aus. Gase können aus viskosem Magma schwerer entweichen, so daß gilt: je viskoser, desto gasreicher und damit auch um so explosiver.

Eruptionsformen

Den meisten Vulkanen können bestimmte Eruptionsformen zugewiesen werden. Diese spiegeln die einzelnen Kategorien wider, die ihren Namen von typischen Vertretern erhalten haben. Spalten- und Schildvulkane werden als isländischer und hawaiianischer Typ bezeichnet. Explosivere Ausbrüche werden, auf einer Skala immer viskoser werdender Lava, als strombolianischer, vulkanischer (nach Vulcano, Liparische Inseln), plinianischer und peléeanischer (nach dem Mont Pelée, Martinique) Typ eingestuft. Die beiden letztgenannten kennzeichnen die heftigsten, sehr explosiven Eruptionsformen. Hier werden große Aschemengen und Gesteinsbrocken emporgeschleudert, und Glutwolken wälzen sich die Hänge hinab. Ursache hierfür sind neben dem hohen Gas- und Siliciumanteil der hohe Druck, die große Ausdehnung der Magmakammer und ihre Lage in relativ geringer Tiefe. Am 8. Mai 1902 zerstörte ein Ausbruch des Mont Pelée die Stadt Saint-Pierre; etwa 30 000 Menschen kamen dabei ums Leben.

Die zerstörerischsten Eruptionen scheinen dort vorzukommen, wo sich zwei Platten aufeinander zubewegen. Die beiden gewaltigsten Vulkanausbrüche, die in geschichtlicher Zeit registriert wurden, nämlich die des Krakatau und des Mount Tambora, befinden sich an der Grenze der eurasischen und der indisch-australischen Platte. Der Tambora, der sich an der Nordküste von Sumbawa befindet, brach 1815 aus. Dabei wurden etwa 1 500 Meter des ehemals 4 300 Meter hohen Berges weggesprengt. Die circa 50 000 Opfer dieser Katastrophe starben vor allem aufgrund der nachfolgenden Hungersnot. Der Vulkan Krakatau, der sich zwischen Java und Sumatra in Indonesien befindet, brach 1883 aus und zerstörte zwei Drittel seines Volumens. Die daraufhin entstehende Flutwelle war verantwortlich für den Tod Tausender Menschen in Südostasien. Die Explosion war bis in eine Entfernung von über 4 500 Kilometern zu hören. Millionen Tonnen vulkanischer Asche sorgten über ein Jahr lang für spektakuläre Sonnenuntergänge auf der ganzen Welt.

Im Gegensatz dazu stellen die Ausbrüche des isländischen und hawaiianischen Typs selten eine Gefahr für die Menschheit dar. Die Lavaströme fließen in der Regel so langsam, daß den Menschen die Flucht möglich ist. Die Zerstörungen betreffen vor allem Gebäude und landwirtschaftliche Nutzflächen. Die Versuche, die Lava durch die Berieselung mit kaltem Meerwasser zu stoppen (Island) oder anhand von Gräben und Wällen in eine andere Richtung zu drängen, sind nicht immer von Erfolg gekrönt.

Vulkanische Ablagerungen

Magma tritt bei Temperaturen zwischen 800 und 1 200 °C an die Erdoberfläche. Während des Fließens kühlt sie von außen nach innen ab. Je nach Viskosität bilden sich beim Erkalten unterschiedliche Formen aus. Man unterscheidet drei Hauptformen: Pahoehoe-, Aa- und Blocklava.

Pahoehoe-Lava entsteht bei sehr dünnflüssigem, mobilem Magma. Ihre Oberfläche erstarrt relativ schnell, während sich die noch flüssige Schicht darunter weiter vorwärtsschiebt. Aufgrund der dabei entstehenden Wülste nennt man diesen Typ auch Stricklava. Aa-Lava (auch Brockenlava) stammt aus einem zäheren Magma, das langsamer fließt. Dabei bildet sich eine rauhere Kruste, die oft in scharfkantige Blöcke zerbricht. Noch langsamer bewegt sich die sogenannte Blocklava vorwärts, die wie ein glühender Kokshaufen aussieht. Kissenlava entsteht submarin aus Pahoehoe-Lava. Durch die abrupte Abkühlung bilden sich rundliche, kissenförmige Oberflächenstrukturen. Wenn ein relativ hoher Anteil an Gasen im vulkanischen Gestein zurückbleibt, entstehen Bimssteine. Ihr Porenvolumen beträgt häufig über 80 Prozent und sorgt dafür, daß dieses Gestein schwimmt.

Wenn Glutwolken erkalten, entstehen sogenannte Ignimbrite, das sind Bimssteinbruchstücke verschiedener Größe in einer glasigen Grundmasse. Im Gegensatz dazu stehen Tuffe, sekundär verfestigte, vulkanische Asche.

Weitere Eruptivgesteine

Nicht alle Eruptivgesteine gelangen bei den Vulkanausbrüchen an die Erdoberfläche. Manchmal bleibt das Magma dicht unter der Erdoberfläche stecken und breitet sich in vorhandenen Hohlräumen aus. Dabei wird das anstehende Gestein oft angeschmolzen.

Dadurch bilden sich sogenannte Intrusionen, die beachtliche Größen erreichen können. Ein Sill ist eine horizontale Intrusion zwischen zwei Gesteinsschichten. Beispiele hierfür sind die Salisbury Crags in Edinburgh, und die Palisaden entlang des Westufers des Hudson in der Nähe von New York. Ein Lakkolith befindet sich ebenfalls zwischen Gesteinsschichten. Der Druck des Magmas wölbt die überlagernden Schichten auf und bildet eine Quellkuppe in Form eines Pilzes. Ein Lopolith hat die Form einer Untertasse. Ein Phakolith hat die Form einer umgedrehten Untertasse.

Erlischt ein Vulkan oder tritt er in eine Ruhephase ein, erstarrt die Lava, die sich noch im Schlot befunden hat. Verwittert das Gestein rings um diesen Vulkanpfropfen, bleibt dieser als auffälliges Landschaftsmerkmal stehen. Der Schloßberg von Edinburgh ist ein solcher Vulkanpfropfen. Dringt die Magma in eine senkrechte Spalte ein, erstarrt sie dort und wird zu einem Eruptivgang. Eines der beeindruckendsten Beispiele für solch einen Gang, ist der mineralreiche Great Dyke in Zimbabwe, der eine Länge von 480 Kilometern aufweist.

Hot spots

Die meisten vulkanischen Aktivitäten sind an die Schwächezonen der Lithosphäre im Bereich von Plattengrenzen gebunden. Aber es gibt auch Vulkane, die sich inmitten von Platten befinden. Zu nennen sind dabei die Vulkane in der Nähe des ostafrikanischen Grabensystems, vor allem der Kilimanjaro. Dies ist insofern verständlich, als sich hier eine Zone befindet, an der der Kontinent auseinanderdriftet und in Zukunft mit größeren vulkanischen Aktivitäten gerechnet werden muß.

Die Existenz von schätzungsweise 10 000 untermeerischen Vulkanen auf dem Grund des Pazifiks konnte lange nicht hinreichend erklärt werden. Viele dieser Tiefseeberge wirken wahllos verstreut, einige weisen aber eine kettenförmige Anordnung auf. Dazu gehören die Inseln von Hawaii. Ihre Entstehung verdanken sie ortsfesten Magmakammern, die sich unterhalb der Lithosphäre befinden. In unregelmäßigen Abständen dringt das Magma an die Erdoberfläche und hinterläßt dort mehr oder weniger hohe Berge. Da sich die Lithosphäre darüber hinwegbewegt, entstehen häufig Inselketten, von denen die höchste meistens die jüngste ist. So ist die Insel Hawaii der jüngste Hot spot einer langen Reihe. Der älteste Teil dieser Gruppe ist der sogenannte Imperatorrücken im Nordwesten Hawaiis. Bei solchen Ketten kann man sehr gut die Bewegungsrichtung der Platten erkennen.

Nicht alle Hot spots sind untermeerisch. Ein Beispiel für einen kontinentalen Hot spot ist der Yellowstone Nationalpark in den Vereinigten Staaten. Die Vulkane gelten als erloschen, aber die postvulkanischen Erscheinungen sind sehr beeindruckend und stellen eine große Attraktion für den Fremdenverkehr dar. Dazu gehören Fumarolen, Solfataren, warme Quellen und Geysire.

Vulkanismus als Bedrohung

Viele Millionen Menschen leben in Regionen, die durch Vulkane, vor allem die explosiven, bedroht sind. Manche leben sogar direkt am Fuß des Berges. Angesichts der drohenden Gefahr stellt man sich die Frage, warum diese Räume so dicht besiedelt sind. Ein entscheidender Grund ist sicherlich, daß Böden, die sich auf vulkanischem Ausgangsgestein entwickeln, äußerst fruchtbar sind. Die Bedeutung dieser Fruchtbarkeit wird um so größer, wenn man bedenkt, daß vor allem unter tropischen Klimabedingungen Böden nährstoffarm sind und sehr schnell ausgelaugt werden. Manche Gebiete waren bereits vor einem Ausbruch Siedlungszentren und bleiben es auch danach. Von manchen Vulkanen nimmt man an, daß sie erloschen seien. Das kann ein fataler Irrtum sein, wie der Ausbruch des Pinatubo 1991 bewiesen hat. Der nördlich von Manila gelegene Vulkan schleuderte im Juni und im Juli nach einer Ruhephase von 600 Jahren Millionen Tonnen Asche empor, die sich mit den tropischen Regenfällen in riesige Schlammströme verwandelten. Ungefähr 550 Menschen kamen dabei ums Leben, 650 000 verloren ihre Existenzgrundlage. Auch den Menschen in und um Neapel dürfte bekannt sein, daß es als gesichert gilt, daß der Vesuv eines Tages wieder ausbrechen wird. Die letzte größere Eruption war 1906. Mitte der neunziger Jahre mehrten sich die Zeichen, daß er wieder aktiv wird.

VULKAN

Ein Vulkan ist eine Landschaftsform, die auf dem Festland oder auf dem Meeresboden durch vulkanische Aktivitäten, insbesondere durch die Förderung von Laven, vulkanischen Lockermassen und Gasen entstanden ist. Das Magma dringt aus dem Erdinneren durch einen oder mehrere Schlote oder durch Spalten an die Erdoberfläche. Aus der erstarrten Lava und dem vulkanischen Lockermaterial (Vulkanite) baut sich der flache, deckenförmige oder kegelförmige Vulkan auf. Je nach der Zusammensetzung der Lava kann diese relativ ruhig ausfließen oder aber explosionsartig ausbrechen. Am Ort der Eruption bildet sich meist ein Krater. Nach Form und Aufbau des Vulkans werden u. a. unterschieden: Schildvulkan, Schichtvulkan und Stratovulkan. Die Zahl der heute oder in historischer Zeit aktiven Vulkane wird auf etwa 500 geschätzt, wobei untermeerische Vulkane oder gletscherbedeckte Vulkane nicht berücksichtigt sind. Vulkane sind besonders zahlreich an den aktiven Rändern von Platten, d. h. in den Subduktionszonen und entlang der mittelozeanischen Rücken.

Vulkane sind Löcher oder Vertiefungen in der Erdkruste, die entstehen, wenn Schmelzgesteine, Magma, unter der Kruste nach oben an die Oberfläche gedrückt werden. Magma sammelt sich in einer Kammer unter der Kruste. Der Druck steigt an, das Magma wird durch Spalten und Risse in der Kruste nach oben an die Oberfläche gedrückt. Ein Zugang zur Oberfläche ist entstanden. Heiße Gase versuchen zu entweichen, sind aber im Magma eingeschlossen. Es kommt zur Blasenbildung. Schließlich wird der Druck zu stark. Mit einer gewaltigen Explosion befreien sich die Gase. Erdteile und Gesteinsmassen drängen aus dem Erdinneren hervor. Der Schlot des Vulkans ist sein zentraler Abzug. Meistens befindet sich an seinem oberen Ende ein schüsselförmiger Krater. Es gibt stille und explosive Vulkane. Wenn das Magma zähflüssig ist und viele Gase enthält, kann mit einem explosionsartigen Ausbruch gerechnet werden. Erdbrocken werden aus der Erde geschleudert. Bei flüssigem Magma, das kaum Gase enthält, kommt es zu einem stillen Ausbruch.  Schmelzgestein, oder wie es richtig heiß Lava, fließt aus dem Vulkan und erkaltet an seinen Hängen.