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.

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.

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 VAAC (Volcanic Ash Advisory Centers) genannt.

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.

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.

Deformation

Von Deformation (Bodendeformation) spricht man, wenn sich die Hangneigung eines Vulkans ändert. Wird der Vulkanhang steiler, dann dringt meistens Magma in das Gestein unter einem Vulkan ein. Oft bildet sich dabei ein Magmakörper (Magmakammer) und der Vulkan bläht sich auf. Der Vulkanologe bezeichnet diesen Vorgang als Inflation. Fließt das Magma ab, dann verringert sich die Hangneigung des Vulkans und man spricht von Deflation.

Als Messinstrumente werden überwiegend Inklinometer und GPS-Stationen eingesetzt. Letztere kommen immer häufiger vor. Mittels dem Satelliten gestützten Systems können kleinste Bodenbewegungen genau erfasst werden. Relativ neu ist die Interferometrie: Mittels Radarwellen, die von Satelliten ausgesendet werden,  kann man mit mehreren Vergleichsaufnahmen feststellen, ob sich der Boden bewegt. Dabei werden minimale Höhenschwankungen registriert. Das klassische Inklinometer ist ein Neigungsmesser, mit dem der Neigungswinkel des Vulkanhangs bestimmt wird. Aufgrund der verwendeten Mechanik sind der Auflösung Grenzen gesetzt. Dennoch können sie Winkeländerung im Bereich von tausendstel Grad erfassen.

Die Hangneigung wird meistens als Radiant (Bogenwinkel) mit der Maßeinheit rad angegeben. Änderungen in der Hangneigung aufgrund von Bodendeformationen bewegen sich typischerweise im µ-rad Bereich. Auf der Länge eines Vulkanhangs gesehen, stellen selbst solche minimalen Winkeländerungen eine vertikale Höhenänderung von mehreren Zentimetern dar.

Typischerweise werden vulkanotektonische Erdbeben registriert, wenn sich Bodendeformationen ereignen. Diese besondere Erdbebenart kommt vor, wenn Magma in das Gestein eindringt und dieses bricht. Beim Monitoring von Vulkanen stellen Bodendeformationen mit gleichzeitigem Auftreten vulkanotektonischer Erdbeben ein relativ sicheres Indiz dar, dass Magma aufsteigt.

D-I-Ereignisse am Kilauea

Am Kilauea auf Hawaii wechseln sich häufig Deflation und Inflation ab. Die Zyklen zwischen einem Trendwechsel liegen zwischen 6 Stunden und 2-3 Tagen. D-I-Ereignisse (D-I-Events) entstehen am Kilauea dadurch, dass Magma aufsteigt und sich im obersten Magmenreservoir unter dem Halema’uma’u-Krater ansammelt. Wird der Druck zu groß, fließt das Magma über das Ostrift in Richtung Pu’u ‚O’o-Krater unterirdisch ab. Brodeln Lavaseen in den Kratern, spiegeln sich diese Ereignisse in ihren Pegeln wieder. Es können auch Lavaströme aktiv sein. Der Lava-Ausfluss ändert seine Stärke im Rhythmus der DI-Ereignisse. Dieses Beispiel veranschaulicht, was im Inneren eines Vulkans passiert, wenn die verschiedenen Arten von Bodendeformation registriert werden.

Dom

Unter einem Dom versteht man in der Vulkanologie eine Staukuppel aus Lava, die sich über einem Förderschlot bildet. Der Dom (auch Lavadom genannt) ist im Prinzip ein Lavastrom aus hochviskoser Lava. Bei der Lava handelt es sich meistens um Andesit, oder Rhyolith. Ein Dom besteht also aus sauren Magmen.

Ein Lavadom kann dabei so groß werden, dass er einen ganzen Krater ausfüllt. Wird die Flanke des Doms zu steil, dann kann sie kollabieren. Ein Domkollaps erzeugt für gewöhnlich pyroklastische Ströme. Dazu reicht es, wenn ein relativ kleiner Teil des Doms kollabiert. Man spricht dann von einem partiellen Domkollaps. Alternativ entstehen Schuttlawinen. Eine anfängliche Schuttlawine kann sich auch noch in einem pyroklastischen Strom verwandeln, wenn große Lavabrocken zu Tal kullern: wenn diese auf ihrem Weg weiter fragmentieren kann sich Gas freisetzen, welches explosionsartig entweicht. Es bildest sich ein Wolken-förmiges Asche-Gas-Gemisch, das große Lavabrocken enthalten kann und auf einem heißen Gaskissen hangabwärts rast. Das Gaskissen reduziert die Reibung zum Boden, ähnlich wie bei einem Luftkissenboot.

Es gibt verschiedenen Arten von Lavadomen. Ein bestimmender Faktor ist die Viskosität des Magmas. Bei andesitscher Lava können sich flache Dome bilden, von denen kurze Lavaströme ausgehen. Oft sitzen diese Dome wie ein Pfannekuchen im Krater. Steile Dome aus mächtigen Blöcken bilden sich bei hoch viskosem Rhyolith. Die Blöcke können dabei gut und gerne Hundert Meter hoch werden. Gelegentlich schieben sich die Blöcke wie ein Turm aus dem eigentlichen Dom.

Der Dom verstopft quasi den Förderschlot. Darunter staut sich Gas an und der Druck im Fördersystem steigt bedenklich. Wird der Druck zu groß kann der Dom, oder die Vulkanflanke gesprengt werden. Die Folge sind hoch aufsteigende Aschewolken und katastrophale pyroklastische Ströme. Es kann auch zu zerstörerischen Druckwellen kommen.

Manchmal bilden sich zentrale Schlote im Dom, über denen zumindest ein Teil des Gasdrucks abgebaut werden kann. Es kommt dann zu schwachen-moderaten explosiven Eruptionen, bei denen glühende Tephra und Vulkanasche gefördert werden.