Aa-Lava

Aa-Lava (auch A’a, oder Aʻā-Lava) entsteht, wenn zähflüssige (hochviskose) Lavaströme erstarren, welche relativ kühl sind und sich langsam bewegen. Neben der geringen Fließgeschwindigkeit ist ein bröckligen Habitus typisch für diese Lavaströme. Der Ausdruck „Aa“ stammt aus dem Polynesischen: es soll der Schmerzenslaut sein, den die polynesischen Ureinwohner Hawaiis beim Begehen der Lava ausgerufen haben. Das Gegenteil der A’a Lava ist die Pahoehoe-Lava. Wenn ein Lavastrom weit fließt und immer weiter abkühlt, dann kann aus einem Pahoehoe-Lavastrom ein A’a-Lavastrom werden. Diese stauen sich an ihrer Front oftmals auf und werden recht hoch.

Aerosol

Ein Aerosol ist ein Gemisch in einem Gas und besteht aus feinsten Partikeln. Die Partikel können fest oder flüssig sein und werden auch Schwebeteilchen genannt. Im Zusammenhang mit dem Vulkanismus sind Aerosole in der Luft interessant. Sie bilden sich bei Eruptionen und bestehen aus Asche, Staub, Salze und Säuren. So können sich bei großen explosiven Eruptionen Aerosole mit vielen Schwefelsäureteilchen bilden, die sich in der Stratosphäre global verteilen. Sie reflektieren die Sonneneinstrahlung und reduzieren die weltweiten Durchschnittstemperaturen. Nach der Pinatubo-Eruption im Jahr 1991 reduzierte sich im folgenden Jahr die globale Durchschnittstemperatur um 0,5 Grad.

Alarmstatus

Einen international gültigen Alarmstatus, oder Alarmcode für Vulkane und ihre Eruptionen gibt es nicht. Eine Ausnahmen bildet der Alarm-Farbcode für den Flugverkehr durch Vulkanasche (VONA), der in erster Linie die Gefahren für den Flugverkehr symbolisch darstellt. Doch dieser Farbcode lässt sich nicht 1:1 für die Gefährdung der Anwohner und Beobachter am Boden übertragen.

Verantwortlich für den Alarmstatus eines Vulkans sind die zuständigen Observatorien und Behörden wie Zivilschutz, Katastrophenschutz, oder Ministerien. Da dies regional, bzw. national unterschiedlich gehandhabt wird, gibt es auch keine internationalen Standards. Es existiert nur ein stilles Abkommen zwischen den Vulkanologen, dass sich in der Öffentlichkeit immer nur das für einen Vulkan zuständige Observatorium äußert und Warnungen / Empfehlungen ausgeben darf. Daher hört man in Krisensituation an Vulkanen auch keine Meinungen internationaler Vulkanologen zu dem Geschehen vor Ort.

Viele der nationalen Institute halten sich an einem ähnlichen Ampelsystem, wie es für den Flugverkehr gilt, doch es gibt keine einheitlichen Standards, wann Alarm gegeben wird, oder ab welcher Art der Aktivität die nächst höhere Alarmstufe ausgerufen wird. Auch die Größe von Sperrgebieten und die Einleitung von Evakuierungen ist von Staat zu Staat, oder sogar von Vulkan zu Vulkan unterschiedlich. Diese Maßnahmen hängen von der Art der Gefährdung durch die unterschiedlichen Arten vulkanischer Aktivität ab.

Bei den meisten Observatorien ist ein 4-stufiges Alarmsystem gebräuchlich. Entweder werden Farbcodes (grün, gelb, orange, rot), oder Ziffern von 1-4 verwendet. Japan benutzt ein Ziffernsystem von 1-5 und parallel dazu Farbcodes. Der Alarm-Farbcode „rot“ entspricht dabei der Alarmziffer „4“. Die „5“ ist lila und gilt als Evakuierungsaufforderung für Anwohner.

Ruhende Vulkane haben für gewöhnlich gar keinen Status. Der „grüne“ Alarmstatus signalisiert bereits geringe Aktivität, oder deutet an, dass der Vulkan potenziell aktiv ist.

Gelben Alarm geben viele Observatorium bereits bevor eine Eruption begonnen hat. Die Aussage ist dann, dass es jederzeit zu einem Vulkanausbruch kommen kann. In Indonesien wird dies relativ willkürlich gehandhabt. Viele Vulkane die daueraktiv sind, bzw. strombolianisch tätig sind, stehen dort auf „gelb“. Oft werden Sperrzone eingerichtet, die einen Radius zwischen 1-3 km um den Krater haben.

Bei orangen Alarm ist bereits eine Eruption im Gange, oder steht unmittelbar bevor. Sperrzonen werden erweitert und Evakuierungen vorbereitet, oder durchgeführt.

Wird der Alarmstatus „rot“ ausgerufen, dann ist eine größere Eruption mit hohem Gefahrenpotenzial im Gange. Schäden an Infrastruktur und sogar Todesopfer unter der Bevölkerung sind möglich.

Generell gilt, dass den Empfehlungen der lokalen Observatorien und Behörden Folge zu leisten ist, unabhängig von der Meinung Dritter. Vulkanbeobachter, die entgegen den Weisungen handeln begeben sich in Lebensgefahr. Unter Umständen ist bei einem Eindringen in Sperrgebieten und Evakuierungszonen mit Bestrafungen zu rechnen.

Andesit

Andesit ist ein Vulkanit mit einem Kieselsäuregehalt zwischen 52% und 65%. Häufiges Vulkangestein der Anden-Vulkane, woher der Name stammt. Andesit ist typisch für Subduktionszonen-Vulkane. Andesitische Lava hat eine mittlere Viskosität und ist noch fließfähig. Sie kann kurze Aa-Lavaströme bilden, aber auch schon Lavadome. Typischerweise wird diese Lava-Art explosiv gefördert.

Aschewolke

Aschewolken (oder allgemeiner Eruptionswolken) bestehen aus Vulkanasche und Lapilli. Sie entstehen überwiegend durch explosive Vulkanausbrüche. Explosionen fragmentieren das Magma im Förderschlot zu Partikeln unterschiedlicher Größe. Der Gasdruck katapultiert das Material aus dem Förderschlot heraus. Große Lavabrocken und die Lapilli landen in relativer Nähe zum Krater. Die feinen Partikel der Vulkanasche steigen als Wolke hoch auf. Als weiterer Antrieb für den Aufstieg der Aschewolke dient die Thermik innerhalb der Wolke. Lässt der Gasdruck in der Eruptionswolke nach, dann können diese kollabieren und pyroklastische Ströme generieren.

Aschewolken können im Extremfall bis in die Stratosphäre aufsteigen. Einmal dort angekommen, kann die Vulkanasche global verteilt werden. Ein hoher Asche-Anteil in der Atmosphäre sorgt für Atemberaubende Sonnenuntergänge. Allerdings kann die Vulkanasche auch das Klima beeinflussen. Supervulkan-Eruptionen können so viel Asche in die Atmosphäre einbringen, dass die Sonne verdunkelt wird. In der Folge kann sich das globale Klima abkühlen. Es kann sogar ein vulkanischer Winter entstehen. In Folge der Toba-Eruption wird vermutet, dass die Vulkanasche die kälteste Periode der Würm-Eiszeit auslöste.

Aschewolken können eine Gefahr für den Flugverkehr darstellen. Daher gibt es extra eingerichtete Zentren, die den Luftraum überwachen und vor der Vulkanasche in der Luft warnen. Diese Zentren werden VAACs (Volcanic Ash Advisory Centers) genannt. Zur Anwendung kommt ein Alarmsystem Namens VONA. Mittels eines Farbcodes können strukturierte Warnungen herausgegeben werden.

Im Rahmen der Eyjafjallajökull-Eruption wurden neue Grenzwerte für die Aschekonzentration in der Luft festgelegt. Bis zu 2 Mikrogramm Vulkanasche pro Kubikmeter Luft wurden als ungefährlich eingestuft. Allerdings ist es aufwendig die Aschekonzentration in der Luft festzustellen. Dazu muss man mit speziell ausgerüsteten Flugzeugen in die Aschewolken hinein fliegen und Messungen vornehmen.

In Aschewolken können spektakuläre vulkanische Blitze entstehen. Folgen mehrere vulkanische Blitze hintereinander spricht man von einem vulkanischen Gewitter.

Basalt

Basalt ist ein sehr häufig vorkommendes vulkanisches Gestein mit einem Kieselsäuregehalt kleiner als 52%  und gilt darum als basisch. Basalt ist niedrigviskos und wird meistens effusiv gefördert. Es entstehen Lavaseen, Lavafontänen und Lavaströme, die große Entfernungen zurück legen können. Wird Basalt in strombolianischen Eruptionen gefördert, bilden sich schnell Schlackenkegel. Basaltische Lavaströme erstarren gerne in Form von Basaltsäulen.

Basalt-Magma entsteht durch das Schmelzen von Mantelmaterial. Der größte Teil des Erdmantels besteht aus den Mineralien aus denen Basalt besteht. Es ist somit das am Häufigsten vorkommende Gestein auf der Erde. Als Gestein setzt sich Basalt aus verschiedenen Mineralien zusammen. Hauptbestandteil ist Quarz (Siliziumdioxid) mit einem Anteil von gut 50%. Zudem sind die Silikate Pyroxen, Amphibol, Plagioklas und Olivin vertreten. Pyroxene und Amphibole enthalten relativ viel Calcium, Eisen und Magnesium. Plagioklas baut in seiner Kristallstruktur neben Calcium auch Barium, Natrium, Kalium und Ammonium ein. Olivine enthalten zusätzlich Blei, Cobalt, Mangan und Nickel. Im Basalt sind also allerhand nützliche Elemente enthalten, die wir auch als Rohstoffe brauchen. Diese kommen im Basalt in zu geringer Konzentration vor, als dass man sie direkt aus dem Basalt gewinnen könnte. Allerdings gelangen diese Elemente mit dem Basalt an die Erdoberfläche. Erosion und Umlagerungsprozesse reichern diese Mineralien in den verschiedensten Lagerstätten an.

Praktisch die gesamte ozeanische Kruste besteht aus Basalt. Basaltische Schmelze tritt an den Ozeanischen Rücken aus und bildet so den Ozeanboden. Nur eine vergleichsweise dünne Schicht der Ozeanböden ist sedimentären Ursprungs. Basaltlava tritt auch an den vielen Hot-Spot Vulkanen aus, die mitten auf Platten entstehen. Der Chemismus des Basalts unterscheidet sich je nach dem Ort, wo er entstanden, bzw. ausgetreten ist:

  • MORB (mid ocean ridge basalt, an Spreizungszonen der Mittelozeanischen Rücken zwischen zwei ozeanischen Platten)
  • CMB (continental margin basalt, an Subduktionszonen zwischen ozeanischer und kontinentaler Platte)
  • IAB (island arc basalt, an Subduktionszonen zwischen zwei ozeanischen Platten)
  • OIB (ocean island basalt, an Hot-Spots innerhalb einer Platte)

Basaltische Lava kann auch an kontinentalen Riftsystemen austreten. Beispiele hierfür sind der Kilimandscharo und Erta Alé.

Basaltsäulen

Basaltsäulen bestehen aus erstarrte Basalt-Lava. Sie bilden sich in dicken basaltischen Lavaströmen, die langsam abkühlen. Bei der langsamen Abkühlung schrumpft das Material und es bilden sich Risse senkrecht zur Abkühlungsfläche. Typischerweise ist der Querschnitt der Basaltsäulen hexagonal (sechseckig). Sind sie dicker als einen Meter, dann bilden sich Heptagonale Säulenquerschnitte heraus. Je langsamer die Lava abkühlt, desto gleichmäßiger sind die Säulen. Entstehen Basaltsäulen in senkrecht aufsteigenden magmatischen Gängen (Dykes) sind sie um 90 Grad gekippt, da die Abkühlungsfläche im Falle eines senkrechten Gangs die Längsseite der Intrusion ist. Rosettenartig angeordnete Basaltsäulen entstehen hingegen in Lavahöhlen und horizontalen Gängen.

Bims

Bims ist ein vulkanisches Gestein (Pyroklastit), das viele Poren aufweist und eine glasartige Struktur hat. Aufgrund ihres hohen Porenvolumens und ihrer geringen Dichte schwimmen die meisten Bimssteine.

Bims entsteht aus gasreichen Magmen, die explosiv gefördert werden. Die Schmelze enthält soviel Gas, dass sie regelrecht aufschäumen kann. Die Poren im Bimsstein sorgen für seine meist helle bis weiße Farbe. Es gibt allerdings auch dunkle Bimssteine. Diese enthalten weniger Poren als die Weißen und schwimmen daher seltener. Bimssteine sind schnell abgekühlt, weshalb keine (oder wenige) Kristalle wachsen konnten. Sie haben eine amorphe Struktur und werden daher als vulkanisches Glas bezeichnet. Zu dieser Gesteinsgruppe zählt auch der Obsidian.

Chemisch gesehen unterscheidet sich Bims nicht von andere Pyroklastika und kann aus den unterschiedlichsten Lava-Arten entstehen. Allerdings handelt es sich bei den meisten gasreichen Magmen um intermediären oder sauren (rhyolithischen) Schmelzen.

Bimssteinteppich

Wird der Bimsstein submarin gefördert, oder von einem Inselvulkan ausgestoßen, dann können große Bimssteinteppiche auf dem Wasser entstehen. Sie stellen eine Gefahr für den Schiffsverkehr dar. Solche Bimsteppiche entstehen häufiger im Südpazifik bei den vulkanischen Inselbögen von Fiji, Tonga und Samoa. Bimsteppiche können auch auf Süßwasserseen entstehen, wie auf dem Lago Puyehue in Chile.

Industrielle Nutzung von Bimsstein

Bims wird industriell genutzt, etwa zur Herstellung von Leichtbetonsteinen, oder als Schleifmittel. Es findet auch in der Landwirtschaft Verwendung. Dort wird Bims in Böden eingearbeitet, um diese aufzulockern. Bimssteine können Wasser filtern, oder werden als Hornhautentferner eingesetzt. Auch die Kosmetikindustrie bedient sich der Bimssteine. Mit Bims werden Jeanshosen auf alt getrimmt (stone washed).

Ein bekanntes Vorkommen von Bimssteinen liegt auf der Insel Lipari (Sizilien), wo es lange Zeit abgebaut wurde. Die Bimsgruben von Lipari stehen inzwischen unter Schutz der Unesco. Bei vielen sehr starken Eruptionen wurde Bims gefördert und bildete mächtige Schichten. So findet man Bims am Krakatau, oder am Tambora in Indonesien. Gelangt Bims ins Meer, können mächtige Flöße aus schwimmenden Bimssteinen entstehen.

Um auf Bimssteine zu stoßen, muss man nicht sehr weit fahren: bei der Laacher See Eruption in der Vulkaneifel wurde eine ordentliche Bimsschicht abgelagert. Mit etwas Glück entdeckt man in den Bimssteinen blaue Hauyn-Minerale.

Caldera

Bei einer Caldera handelt es sich um eine große kesselförmige Depression im Erdboden, die vulkanischen Ursprungs ist. Die Absenkung einer Caldera misst mehrere Kilometer im Durchmesser und kann mehr als 1000 m tief sein. Calderen entstehen durch große Eruptionen, bei denen sich eine Magmenkörper im Untergrund weitestgehend leert. In dem so entstandenen Hohlraum sackt ein Teil des Vulkans ein. Daher nennt man eine Caldera auch Einsturzkrater. Es gibt auch Vulkane die nur aus einer Caldera bestehen. Dies sind dann reine Caldera-Vulkane. In einer Caldera kann ein neuer Vulkankegel heranwachsen. Das sind dann Intra-Caldera-Vulkane.

Calderen an Schildvulkanen

Große Schildvulkane haben an ihren Gipfeln häufig Calderen, mit einen Durchmesser zwischen 3 und 5 km, wobei es auch größere Calderen gibt. Diese Calderen bilden sich für gewöhnlich während großer effusiver Eruptionen, bei denen mächtige Lavafelder entstehen. Die Calderabildung vollzieht sich relativ langsam, so dass der Boden mehr absackt als einstürzt. Beispiele solcher Calderen finden sich auf den Vulkanen Hawaiis: Sowohl Mauna Loa, als auch der Kilauea verfügen über entsprechende Einsturzkrater. Auch die großen isländischen Zentralvulkane verfügen über effusiv gebildete Calderen. Ein schönes Beispiel für das Absacken einer Caldera lieferte der Vulkan Bardabunga. Im Jahr 2014 fand dort eine der größten effusiven Eruptionen der letzten Jahrhunderte statt. In der Folge sackte der Boden der subglazialen Caldera um gut 100 m ab. Seit dem Ende der Eruption hebt sich der Boden wieder leicht an. Neues Magma strömt in das Reservoir unter dem Vulkan. Schildvulkan-Calderen sind typisch für Vulkane über einen Hotspot, oder finden sich an einem Riftsystem.

Stratovulkan und Caldera

Calderen an Stratovulkanen sind für gewöhnlich Zeugnisse katastrophaler explosiver Eruptionen, die den Kollaps des Gipfelbereichs zur Folge haben. Nicht selten wird der Gipfel weggesprengt, was starke Hangrutsche verursacht. Diese Calderen werden auch Explosions-Calderen genannt. Bei starken explosiven Eruptionen entleert sich das Magmenreservoir oft innerhalb weniger Tage und es kommt zu einem (partiellen) Einsturz des Vulkangebäudes in das entleerte Reservoir. Bei den Eruptionen und Kollaps-Ereignissen entstehen nicht nur plinianische Eruptionen, sondern es bilden sich auch pyroklastische Ströme. Sie können Durchmesser bis zu 20 km haben. Beispiele solcher Calderen bieten die Vulkane Tambora und Santorin. Auch die bekannten Vulkane Vesuv und Merapi bildeten sich in Calderen. Stratovulkane mit Explosions-Calderen gibt es meistens entlang von Subduktionszonen.

Caldera-Vulkane

Reine Caldera-Vulkane sind so riesig, dass man sie meistens nur auf Luftbildern, oder Satellitenaufnahmen sieht. Sie haben Durchmesser von bis zu 60 km und bilden große Becken aus. Oft sind sie teilweise mit Wasser gefüllt, so dass Seen entstehen. Sehr wahrscheinlich hatten diese Vulkane niemals einen klassischen Vulkanberg, sondern bestanden immer nur aus der Depression im Erdboden. Sie entstehen bei sogenannten Supervulkan-Eruptionen mit einem VEI 7-8. In ihrem Umfeld sind mächtige Ignimbrit-Schichten und Tuffe abgelagert. Supervulkaneruptionen gehören zu den stärksten Manifestationen der Erdgewalten, welche ein Planet zu bieten hat. Der Yellowstone-Vulkan gehört zu diesen Calderen, genauso die Toba-Caldera auf Sumatra. Caldera-Vulkane entstehen häufig inmitten von Landmassen und großen Inseln. Daher sind sie mit dem Intraplatten-Vulkanismus assoziiert. Es scheint zur Interaktion zwischen Ausläufern von Subduktionszonen mit Mantelplumes zu kommen. wissenschaftlich ist der Zusammenhang nicht ganz geklärt.

Dampfring

Dampfringe (engl= poloidal vortex rings) an Vulkanen sehen so aus, wie die Rauchringe, die ein geübter Raucher mit dem Mund formen kann. Als Paradebeispiel eines Rauchring-Rauchers fällt mir da Gandalf aus dem Herr der Ringe ein. Ein bekannter vulkanischer Dampfring-Erzeuger ist der Ätna auf Sizilien. Zwischen 1999 und 2002 erzeugte er die Dampfringe häufig, heute kommen sie nur selten vor. Die Dampfringe bestehen überwiegend aus Wasserdampf. Sie steigen senkrecht auf und wer genau hinschaut, der sieht, dass der Dampf im Ring rotiert. Bis vor Kurzem hatte man nur eine ungefähre Vorstellung davon, wie Dampfringe an Vulkanen entstehen.

Länger bekannt ist der physikalische Effekt, der zur Bildung von Dampfringen führt: Sie entstehen, wenn ein Fluid (Dampf) aus einem umschlossenen Raum, durch eine enge Öffnung gedrückt wird. Und das impulsartig, oder sogar explosiv. Dadurch kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen dem äußeren Teilen des Fluids und den Rändern der Öffnung. Es entstehen ringförmig Wirbel, die senkrecht zur Bewegungsachse des Fluids rotieren.

Die Voraussetzungen, dass an einem Vulkan Dampfringe entstehen sind komplexer und wurden von Forschern am Modell nachvollzogen.

Wenn das Magma durch den Schlot aufsteigt, sinkt der Umgebungsdruck, so dass gelöste Gase als Blasen austreten können. Ist das Magma niedrig viskos genug, dann können die Blasen zu Taschen verschmelzen in denen das Gas unter Druck steht. Wenn sie sich der Schlotöffnung nähern, können diese Gasblasen heftig unter Druck geraten und explodieren und heißen Dampf nach oben treiben, manchmal mit nahezu Überschallgeschwindigkeit.

Im simulierten Vulkan interagierte der aus dem Schlot austretende Dampf mit den felsigen Seiten, so dass der Gasball um die Kanten herum aufrollt. Dann, wenn der aufgerollte Dampfring auf die kalte Atmosphäre trifft, kühlt er, verlangsamt, kondensiert und wird sichtbar, ähnlich wie die Kondensstreifen von Flugzeugen.
Entscheidend für die Herstellung von Ringen ist, dass ein vulkanischer Schlot ziemlich kreisförmig sein muss und die Seiten der Öffnung die gleiche Höhe haben müssen. Wenn der Schlot zu unregelmäßig geformt oder aufgebrochen ist, kann kein vernünftiger Ring entstehen.