Fluide

Fluide sind fließfähige Substanzen, welche sich unter dem Einfluss von Scherkräften kontinuierlich verformen und deren Schubmodul null ist. Physikalisch betrachtet sind das Gase und Flüssigkeiten. Im Zusammenhang mit dem Vulkanismus spricht man von Fluiden bei Gasen und Flüssigkeiten aus im Erdinneren, die der Gesteinsschmelze Magma entweichen. Dies sind die  magmatischen Fluiden. Manchmal wird Magma selbst als Fluid betrachtet. Magmatische Fluide können als Einschlüsse im Gestein erhalten bleiben. Die mikroskopische Analyse dieser Flüssigkeitseinschlüsse verraten dem Mineralogen einiges über die Geschichte des Gesteins. Von besonderer Bedeutung sind sie nicht nur in magmatischen Gesteinen, sondern auch in Metamorphiten. Zudem helfen Fluideinschlüsse bei der Rekonstruktion von mineralischen Lagerstätten.

Magmatische Fluide und volatile Phasen

Eines der häufigsten magmatischen Fluide ist Wasser (H2O), welches im Gestein enthalten ist. Das vulkanische Gestein Basalt kann als Magma bis zu 2% H2O enthalten. Granit und Rhyolith enthalten bis zu 6% Wasser. Besonders, wenn sich die Druck- und Temperaturbedingungen ändern, denen die Gesteinsschmelze ausgesetzt ist, können Wasser und andere volatile Phasen entweichen. Zu diesen volatilen Phasen zählen die leicht flüchtigen Komponenten Kohlendioxid CO2 und Schwefeldioxid (SO2), aber auch Schwefelwasserstoff (H2S) und Chlorwasserstoff (HCl). Alkali-Chloriden und Metallverbindungen zählen ebenfalls zu den volatilen Phasen, da sie bei den hohen PT-Bedingungen im Erdmantel in einem überkritischen Zustand vorliegen. Sie verhalten sich wie Fluide. Am Vulkan können diese Komponenten als vulkanische Gase entweichen.

Einer besonderen Bedeutung bei der Bildung von Gesteinsschmelzen spielt das Wasser. Schon relativ geringe Mengen H2O können die Schmelztemperatur von Gesteinen herabsetzen. So schmilzt Granit schon bei 650 Grad, anstelle von 1035 Grad. Das Wasser muss nicht unbedingt aus den Gesteinen entweichen. Jüngst fanden Forscher heraus, dass entlang von Subduktionszonen Unmengen Meerwasser verschwindet und wahrscheinlich in den Erdmantel abtaucht. Schon seit längerem war bekannt, dass der subduzierten ozeanische Kruste marine Sedimente aufliegen, die viel Wasser enthalten. Dieses Wasser wird im Erdmantel freigesetzt und ermöglicht das partielle Schmelzen der Gesteine dort.

Fumarole

Bei einer Fumarole handelt es sich um eine kleine Öffnung im Erdboden, aus der Wasserdampf und heiße vulkanische Gase austreten. Bei den vulkanischen Gasen handelt es sich oft um schweflige Gase wie Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff. Solche schwefligen Fumarolen werden in Italien Solfataren genannt. Die Temperatur der Fumarolen schwankt normalerweise zwischen 100 und 800 Grad Celsius. Im Extremfall können sie bis zu 1000 Grad heiß werden. Liegen die Gastemperaturen deutlich unter 100 Grad spricht man von Mofetten.

Die Gase der heißen Fumarolen sind mit Vorsicht zu genießen. Zum einen kann man sich an den Gasaustritten Verbrennungen zuziehen, zum anderen sind schweflige Gase und Chlorverbindungen gesundheitsschädlich. Besonders Augen und Lungen sollten geschützt werden, wenn man sich den Gasen aussetzt. Es gibt sogar Fumarolen deren Gase Flour enthalten. In Verbindung mit Wasserstoff und Wasser könnte Flusssäure entstehen.

An der Erdoberfläche kühlen die Fumarolen-Gase schnell ab und kondensieren. In Verbindung mit Wasser entstehen aus den Gasen Säuren. Besonders, wenn sich die Gasaustritte am Grund eines Kratersees befinden, wird das Seewasser schnell extrem sauer. Ist wenig Wasser enthalten, dann kondensieren die verschiedensten Mineralien am Rand der Fumarolen. Schwefelkristalle und Salpeter sind weit verbreitet. An manchen Vulkanen entstanden Lagerstätten, die z.T. heute noch abgebaut werden. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist der Kawah Ijen auf der indonesischen Insel Java. Die fumarolischen Gase werden am Rand eines Säuresees durch Rohre geleitet und gekühlt, so dass besonders viel Schwefel kondensiert und sich in mächtigen Bänken ablagert. Tatsächlich sind die Gase so heiß, dass sie mit blauer Flamme brennen. Auch der Schwefel entzündet sich immer wieder.

Manchmal sammelt sich in flachen Senken um Fumarolen Wasser an. Dann entstehen Mudpools (Schlammtümpel). In einigen dieser unwirtlichen Wasserbecken gibt es primitive Lebensformen die Thermophile genannt werden.

Gasaustritte und Vulkanologie

Für den Vulkanologen sind Fumarolen und Mofetten wichtig, da sie Fenster in das Innere eines vulkanisch/magmatisch aktiven Gebiets darstellen. An Fumarolen lassen sich Gasproben sammeln. Die chemische Zusammensetzung der Gase kann Hinweise über den Zustand des Vulkans liefern. Die Temperaturmessungen lassen Rückschlüsse darüber zu ob Magma aufsteigt. Wird das Gas über 500 Grad heiß, gilt ein baldiger Ausbruch als wahrscheinlich. Oft markieren Fumarolen, dass sich ein Vulkan im zwischenvulkanischem Stadium befindet. Das Vorhandensein von Mofetten deutet an, dass eine Eruption mitunter Jahrtausende her ist, oder sich erst in Jahrtausenden ereignen wird.