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. Dieser entsteht durch autoklastische Fragmentierung (Autobrekkzierung) während der Abkühlung von SiO2-armer Lava.

Der Ausdruck „Aa“ stammt aus dem Polynesischen: es soll der Schmerzenslaut sein, den die polynesischen Ureinwohner Hawaiis beim Begehen der Lava ausgerufen haben. Tatsächlich sind frische Aa-Lavaströme nur sehr schwer zu begehen, da sie lose aufgeschütteten Schutthalden gleichen. Auf jeden fall sollte man bei dem Versuch sie zu begehen robuste Lederstiefel unn Lederhandschuhe tragen.

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. Dann bewegen sie sich oft nur wenige Meter in der Stunde.

Vorkommen von A’a-Lavaströmen

Aa-LavaAa-Lavaströme sind weit verbreitet und kommen an den meisten effusiv tätigen Vulkanen vor. Ausgeprägte Felder aus Aa-Lava gibt es am Ätna auf Sizilien. Sie können mehrere Kilometer breit sein und sich fast über den gesamten Hang erstrecken. Ich filmte dort schon öfters aktive Aa-Lavaströme und querte auch welche, die sich noch leicht bewegten. Der Kraft eines Aa-Lavastroms kann nur wenig widerstehen: an ihrer Front werden sie oft über 10 m mächtig. Wenn große Lavabrocken abbrechen kullern diese hinab und könne kleine Schuttlawinen auslösen. Die Bruchstelle im Lavastrom verheilt schnell, indem rotglühende Lava hervorquillt einen neuen Brocken bildet und schnell abkühlt.

Auf Island sind Aa-Lavaströme ebenfalls weit verbreitet. Sie heißt dort „apalhraun“.  Während der Bardarbunga-Eruption 2014 entstand ein 83 Quadratkilometer großes Lavafeld, dass überwiegend aus Aa-Lava besteht. Während der Eyjafjalla-Fimmvöruháls-Eruption konnte ich ebenfalls Aa Lavaströme filmen. Am Pico do Fogo riss ein Aa-Lavastrom ein Haus von seinen Fundamenten und schleppte es einige Zehner Meter weit. Ein ganzes Dorf wurde von der Lava niedergemacht.

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. Je näher der Vulkan am Äquator liegt. desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich das Aerosol weltweit verteilt. Andersherum gesagt, ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Eruption nahe des Polarkreises globale Auswirkungen auf das Klima hat gering.

Globaler Temperaturrückgang durch Eruptionen

Einer der ersten wissenschaftlich geführten Nachweise, dass Aerosole, die durch Vulkanausbrüche in die Atmosphäre gelangen, einen globalen Temperaturrückgang hervorrufen können, ereignete sich 1982. Damals eruptierte der mexikanische Vulkan El Chichón. Bis dato war es eine der größten Eruptionen des 20. Jahrhunderts. Der gut 900 m hoch Dom im Krater des Vulkans kollabierte. Eine Aschewolke stieg ca. 29.000 m hoch auf und verteilte seine Aerosol global. Im Folgejahr lag die Durchschnittstemperatur um 0,2 Grad unter dem langjährigen Mittel. Klimatologen gehen davon aus, dass das Klimaphänomen El Nino in diesem Jahr abgeschwächt wurde.

Noch deutlicher war der Temperaturrückgang nach der Pinatubo-Eruption im Jahr 1991. Im folgenden Jahr reduzierte sich die globale Durchschnittstemperatur um 0,5 Grad. Über den Temperaturrückgang entscheidet nicht nur die Größe der Eruption, sondern auch die Gas-Zusammensetzung der Eruptionswolke, in der sich die Aerosole bilden. Entscheiden ist der Anteil der Schwefelsäureteilchen in der Eruptionswolke. Vorteilhaft ist auch eine möglichste feinkörnige Fragmentierung der Aschepartikel. Natürlich muss die Aschewolke bis in die Stratosphäre vordringen, damit sich die Partikel mit dem Jetstream global verteilen können.

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-Dünnschliff vom Redoubt (Alaska) im polarisierten Licht. © USGS

Andesit ist ein Vulkanit mit einem Kieselsäuregehalt zwischen 52% und 65%. Meistens ist Andesit von dunkelgrauer Färbung, aber es gibt auch hellgraue Varietäten. Er ist ein häufiges Vulkangestein der südamerikanischen Anden, auf die sich der Name bezieht. Generell ist Andesit typisch für Subduktionszonen-Vulkane und ebenfalls ein typischer Vulkanit vulkanischer Inselbögen. Er kommt aber auch gehäuft entlang ozeanischer Rücken vor und wurde von einigen isländischen Vulkanen eruptiert. Andesitische Lava hat eine mittlere Viskosität und ist noch fließfähig. Sie kann kurze Aa-Lavaströme bilden, aber auch schon Lavadome. Oft wird diese Lava-Art explosiv gefördert, oder ist Bestandteil pyroklastischer Ströme.

Andesitische Schmelze wird typischerweise mit Temperaturen zwischen 950 und 1000 Grad Celsius eruptiert. Bei Abkühlung kristallisieren bis zu 20% Quarzmineralien aus. Es bilden sich auch Feldspat, Pyroxen, Amphibol und Biotit. Anstelle von Quarz können auf Foide kristallisieren. Dann kann sich im Andesit auch Olivin bilden. Ferner können auch Granate im Mineralbestand eines Andesit vorkommen. Andesite kommen oft vergesellschaftet mit alkalischen Basalten vor, oder mit Dacit und Rhyolith.

Welche Vulkane eruptierten andesitische Lava?

Andesit vermutet man typischerweise an Stratovulkanen der Subduktionszonen, wie den Anden, dem indonesischen Sundabogen, oder am Alaska-Aleuten-Bogen. Es gibt aber auch Vulkane in Europa, die Andesit fördern, oder gefördert haben. Der isländische Vulkan Hekla ist ein Vulkan, der bei seinen jüngsten Ausbrüchen überwiegend Andesit förderte. Auch von den Vulkanen Stromboli und Vulcano sind basaltische Andesite bekannt. Tatsächlich fördert auch der Ätna überwiegend Mischlaven, die näher am Andesit sind, als am Basalt.

Woher der Name Andesit stammt

Die Vermutung liegt nahe, dass der große Südamerikaforscher Alexander von Humbolt dem Vulkanit seinen Namen gab, da er es auf seinen Forschungsreisen in den Anden entdeckte. Doch dem war nicht so. Im Gegenteil: Humbolt lehnte den Vorschlag ab, als er von Leopold von Buch im Jahre 1835 unterbreitet wurden. Der Naturforscher untersuchte neu entdeckte Vulkanite der Liparischen Inseln und schloss aus zuvor Veröffentlichten Beschreibungen, dass es sich um das Gestein handelt, dass in den Anden häufig vorkommt. Erst 1861 wurde der Name Andesit von Justus Roth in die Gesteinsnomenklatur endgültig eingeführt.

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.

Aschewolke legte Flugverkehr lahm

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.

Asthenosphäre

Die Asthenosphäre ist eine ca. 200 km mächtige Schicht im oberen Erdmantel. Sie steht in direktem Kontakt zur Lithosphäre (Erdkruste) und stellt praktisch eine Grenzschicht dar. Seismologisch betrachtet ist die Asthenosphäre eine Low Velocity Zone, in der sich die Geschwindigkeit von Erdbebenwellen deutlich verlangsamt. Daher gehen Geophysiker davon aus, dass das Gestein der Asthenosphäre plastisch verformbar ist.

Die Asthenosphäre ist die Schicht im Erdinneren, in der sehr wahrscheinlich die meisten Magmen entstehen, die an Vulkanen, oder den Mittelozeanischen Rücken gefördert werden. Die Magmen entstehen durch partielles Schmelzen.

Mineralogisch betrachtet unterscheidet sich das Gestein der Asthenosphäre nicht von den anderen Gesteinen im oberen Erdmantel. Es setzt sich überwiegend aus Olivin, Pyroxen, Spinell und Granat zusammen. Der Gehalt an Siliziumdioxid nimmt mit der Tiefe ab, sodass sich in tieferen Bereichen mehr basaltische Gesteine finden und in der oberen Asthenosphäre mehr saure Gesteine wie Andesit und Rhyolith.

Temperaturen der Asthenosphäre

Die Temperaturen in der Asthenosphäre sind größer als 500 Grad Celsius, aber dennoch niedriger als die normale Schmelztemperatur der meisten Mineral. Trotzdem gehen wissenschaftliche Modelle davon aus, dass es eine Art Schmierschicht gibt, in der ein Teil der Mineralien geschmolzen sind. Diese Schmierschicht ermöglicht die Kontinentaldrift. Die tektonische Platten gleiten auf den oberen Teil der Asthenosphäre und bewegen sich pro Jahr mit Geschwindigkeiten von 2-20 cm. Wasser, dass durch die Subduktion ins Erdinnere gelangt, könnte dafür verantwortlich sein, dass die Schmelztemperatur der Mineralien erniedrigt wird. Aluminiumhaltiges Orthopyroxen ist ebenfalls in der Lage Wasser zu binden und es bei zunehmenden Tiefendruck abgeben. Man geht davon aus, dass zwischen 1-5% der Gesteine der Asthenosphäre geschmolzen sind.

Das die Asthenosphäre plastisch verformbar ist, ergibt sich auch aus der postglazialen Anhebung tektonische Platten. Durch die Eis-Last während der Eiszeit, wurden einige Gesteinsplatte des Nordens in die Asthenosphäre eingedrückt. Ähnlich einem Schiff, dessen Ladung gelöscht wird, steigen die Platten noch heute auf.