Kieselsäure

Kieselsäuren sind auf Silicium basierende Sauerstoffsäuren mit der Summenformel SiO2 · n H2O. Im Zusammenhang mit dem Vulkanismus ist das Anhydrid der Kieselsäure wichtig. Es entsteht nach Wasserabspaltung aus der Kieselsäure und hat die Summenformel SiO2 (Siliciumdioxid), was in kristalliner Form als Quarz (Bergkristall) bekannt ist. Siliciumdioxid ist wichtiges Bestandteil zahlreicher Mineralien. Quarz kommt in vielen Gesteinen vor und ist das 2-häufigste Mineral der Erdkruste. An erster Stelle gesteinsbildender Minerale steht der Feldspat.

SiO2 ist praktisch in allen vulkanischen Gesteinen enthalten. Eine Ausnahme bilden die vulkanischen Gesteine auf Karbonat-Basis, wie man sie am Ol Doinyo Lengai in Tansania findet. Auch am deutschen Kaiserstuhl wurde diese Lava-Art gefördert. Basalt besteht zu ungefähr 50% aus Siliciumdioxid und enthält damit vergleichsweise wenig SiO2. Das Siliciumdioxid spielt in Form von Quarz nur eine untergeordnete Rolle im Basalt. Stattdessen ist Feldspat vertreten. Am anderen Ende des Spektrums liegt der Rhyolith. Er besteht zwischen 65–75 Gewichtsprozenten aus Siliciumdioxid und zählt viele Quarzkristalle zu seinem Mineralbestand.

In einer Gesteinsschmelze (Magma/Lava) ist die Konzentration von Siliciumdioxid ein wichtiges Kriterium für ihre Viskosität. Enthält eine Schmelze wenig SiO2, dann ist sie niedrigviskos, also dünnflüssig. Im Umkehrschluss enthält zähflüssige Lava viel SiO2.

Die Viskosität bestimmt mit darüber, welche Form eine Eruption annimmt. Während dünnflüssige Schmelzen meistens effusiv als Lavastrom eruptiert werden, neigen zähflüssige Schmelzen zu explosiven Eruptionen. Intermediäre Magmen, mit einer mittleren Konzentration an Siliciumdioxid, können sowohl effusiv, als auch explosiv eruptiert werden. Die Laven mit intermediären und hohem SiO2– Gehalt neigen besonders zur Dombildung. Ihre Eruptionen bergen ein besonders hohes Gefahrenpotenzial. Oft entstehen pyroklastische Ströme, die noch auf große Entfernungen Schäden anrichten können.

Komplexvulkan

Als Komplexvulkane werden Vulkangebäude bezeichnet, die sich aus mehreren vulkanischen Strukturen zusammensetzen. Typischerweise haben komplexe Vulkane mehrere Gipfel, oder mehrere gleichwertige Krater am Gipfel. Die verschiedenen Strukturen eines Komplexvulkans entstehen durch eine Verlagerung des Eruptionszentrums. Dabei kann sich auch der Chemismus der geförderten Lava ändern. Komplexvulkane können sich auf langegstreckte Störungs- und Risssystemen bilden.

In der englischsprachigen Literatur zählen zu den Komplexvulkanen auch Calderavulkane, die aus mehreren Caldera-Generationen bestehen, die sich überlappen können, oder Calderen, in denen sich neue Vulkankegel, Dome und Krater bildeten. Solche vulkanischen Strukturen würde ich als komplexe Calderavulkane bezeichnen. Zu diesen Vulkanenarten gehören die Calderen von Long-Valley und  Yellowstone in den USA.

Generell ist die Einordnung eines Vulkans nach dem Schema der Vulkanarten nicht immer klar zu definieren. Ein schönes Beispiel hierfür ist der Ätna auf Sizilien. Mal wird er als Schildvulkan bezeichnet, mal als Stratovulkan. Er zeigt aber auch Eigenschaften eines Komplexvulkans. So verlagerte sich sein Eruptionszentrum mehrmals und der aktuelle Kegel bildete sich in der Hangrutschcaldera des Valle del Bove.

Typische Komplexvulkane finden sich entlang von Subduktionszonen. Schöne Beispiele sind der Pacaya in Guatemala, der japanische Vulkan Krishima, oder die Vulkane Tongario und Tarawera auf Neuseeland. Der Tarawera entstand in einer komplexen Caldera die von einer 17 km langen Störungszone gespalten wurde. Der Vulkan besteht aus 3 Gipfeln und 11 Domen. Der Kirishima nimmt eine Fläche von 20 x 30 Kilometern ein und setzt sich aus über 20 Eruptionszentren zusammen. Mehrere dieser Zentren eruptierten in den letzten Jahren, oder standen kurz vor einem Ausbruch. Anders verhält es sich beim Pacaya. Hier ist nur der Krater des Mc-Kenney-Kegels aktiv. Die Kegel Cerro Chino und Cerro Grande scheinen erloschen zu sein.

Die wenigsten Komplexvulkane fördern dünnflüssige basaltische Laven. Am häufigsten kommen intermediäre Laven vor wie basaltischer Andesit, Andesit und Dazit. Die großen komplexen Calderen entstanden durch plinianische Eruptionen und förderten Rhyolith. In Zeiten schwächerer Eruptionen können dort allerdings auch weniger saure Lava-Arten gefördert werden.

Konvergenz

Konvergenz beschreibt einen Zustand der Annäherung. Der Begriff wurde von dem lateinischen Wort convergere ‚sich annähern‘, ‚zusammenlaufen‘ abgeleitet. Im Zusammenhang mit der Erddynamik beschreibt die Konvergenz sich annähernden Erdplatten, bis hin zur Kollision von Lithosphärenplatten. Je nachdem, welche Plattenarten zusammenstoßen ergeben sich unterschiedliche Ereignisse. Im Allgemeinen spricht man von einer konvergenten Plattengrenze, wenn sich 2 Platten annähern.

Zusammenstoß von Kontinentalplatten

Stoßen 2 Kontinentalplatten zusammen kommt es zur Kollision und zur Verdickung der Erdkruste: es schieben sich Gebirge auf. Sind eine kontinentale- und eine ozeanische Platte beteiligt, dann schiebt sich die dichtere ozeanische Platte unter die Kontinentalplatte und tauch in den Erdmantel ab. Es kommt zur Subduktion und es entsteht eine Subduktionszone. Da die abtauchende Platte im Erdmantel schmilzt, handelt es sich um ein destruktives System.

Konvergieren 2 ozeanische Platten, kommt es für gewöhnlich ebenfalls zur Subduktion. In beiden Fällen können an der Subduktiosnzone Tiefseegräben entstehen. Hinter den Subduktionszonen bilden sich vulkanische Inselbögen, bzw. kontinentale Vulkanketten, weil ein Teil des geschmolzenen Materials der abtauchenden Platte aufsteigt und an Vulkanen eruptiert wird.

Das Gegenteil zur Konvergenz ist die Divergenz. Divergente Plattengrenzen finden sich an den Mittelozeanischen Rücken.

Klimatische Konvergenz

Konvergenz ist nicht nur ein Begriff aus der Plattentektonik, sondern wird in vielen anderen wissenschaftlichen Disziplinen verwendet. So beschreibt die innertropische Konvergenzzone eine wenige hundert Kilometer breite Tiefdruckrinne in Äquatornähe. In ihrem Bereich treffen die Passatwinde der nördlichen und südlichen Hemisphäre aufeinander.

Auch in der Mathematik gibt es im Zusammenhang mit Zahlenfolgen die Begriffe Konvergenz und Divergenz. Wenn eine Folge einen Grenzwert (limes) besitzt, heißt sie konvergent, ansonsten divergent.

In der Evolutionsbiologie gibt es ebenfalls einen Konvergenzbegriff. Dort bezieht er sich auf Merkmale, die bei verschiedenen Arten sehr ähnlich sind, jedoch im Verlauf der Stammesgeschichte unabhängig voneinander entstanden sind.

Krater

Als Krater bezeichnet man im Allgemeinen eine trichterförmige Vertiefung im Boden, die infolge einer Explosion, oder eines Kollaps-Ereignisses entstand. Bei einem Vulkankrater handelt es sich um eine entsprechende Depression (Vertiefung) am Ende eines Förderschlots. Manche Vulkankrater beherbergen auch mehrere Förderschlote. Sie stellen das Ende des Fördersystems eines Vulkans dar, durch welches das Magma aufsteigt, bevor es eruptiert wird. Der Krater ist praktisch die Mündung des Vulkans, aus dem die Eruption erfolgt. Dabei wird nicht nur Lava in ihren unterschiedlichen Erscheinungsformen gefördert, sondern auch vulkanische Gase.

Für gewöhnlich befindet sich ein Vulkankrater am Gipfel des Vulkans. Große Vulkane können durchaus über mehrere Krater verfügen. In diesem Fall unterscheidet man zwischen Hauptkrater und Nebenkrater. Überwiegend sind es große Schildvulkane die auf ihren Flanken Schlackenkegel bilden. Sie entstehen auf Eruptionsspalten und verfügen ebenfalls über einen Krater. Sie werden oft als Parasitärkrater bezeichnet.

Vulkankrater sind einem steten Wandel unterzogen. Einerseits können sie sich durch starke Eruptionen vergrößern, anderseits können sie dadurch aber auch verfüllt werden. Das gleiche gilt für Kollaps-Ereignisse: sinkt der Magmaspiegel im Schlot, dann können seine Wände instabil werden und kollabieren. Dadurch kann sich der Krater vertiefen. Auch die Kraterwände können zusammenbrechen und den Krater verfüllen.

Größe von Vulkankratern

Vulkankrater können sich sehr voneinander unterscheiden und in ihren Dimensionen stark variieren: Die Bandbreite reicht von einigen zehner Metern, bis zu mehr als einem Kilometer Durchmesser. Wenn ein vermeintlicher Vulkankrater noch größer ist, handelt es sich meistens um eine Caldera. Ebenso groß ist die Bandbreite in Bezug auf die Tiefe eines Kraters. Typisch sind Tiefen von einigen hundert Metern.

Pitkrater und andere Sonderformen

Bei einem Pitkrater (Schachtkrater) handelt es sich um einen Vulkankrater mit sehr steil (fast senkrecht) abfallenden Wänden. Sie entstehen normalerweise durch Kollapsereignisse, wenn der Boden des Kraters einsackt, nachdem das Magma im Schlot abgeflossen ist. Sie können sich wieder mit Lava füllen und stehen oft im Zusammenhang mit Lavaseen. Typische Pitkrater haben Durchmesser zwischen 100-300 m. Werden sie größer als 1500 m spricht man ehr von einer Caldera.

Maare sind Sprengtrichter und entstehen durch phreatomagmatische Eruptionen. Im Gegensatz zu einem klassischen Vulkankrater, bei dem es sich um eine positive Geländeform handelt, sind Maare Depressionen im Boden. Sie sind von einem Ringwall umgeben, der aus dem ausgesprengten Bodenmaterial besteht. Maare sind typisch für die Vulkaneifel und haben somit einen Bezug zu Deutschland.

Pseudokrater entstehen ebenfalls durch Dampfexplosionen, wenn ein Lavastrom über ein größeres Wasservorkommen fließt. Oft entstehen so auch kleine Schlackenkegel, wie es am Myvatn auf Island der Fall war.

Kratersee

Ein Kratersee füllt einen Krater mit Wasser. Im Kontext dieser Seite stehen Kraterseen in den Kratern von Vulkanen im Fokus, allerdings können sich auch andere Krater mit Wasser füllen, z.B. solche, die von einem Meteoriteneinschlag stammt. Im Zusammenhang mit Vulkanen kann sich ein Kratersee in einem Krater, einer Caldera, oder einem Maar bilden.

Das Wasser eines Sees in einem Vulkankrater stammt überwiegend vom Niederschlag. Ein Teil des Wassers kann aber auch hydrothermalen Ursprungs sein. Die meisten dieser Kraterseen sind rund und haben keinen Abfluss. Sammelt sich Wasser in einer Caldera, oder einem Maar, kann es sich auch um Grundwasser handeln. Besonders bei Seen in Calderen können aber auch Bäche und Flüsse den See speisen.

Seen in Vulkankratern stehen meistens unter dem Einfluss postvulkanischer Erscheinungen. Fumarolen lassen vulkanische Gase aufsteigen, die das Wasser sauer machen und einen entsprechenden Cocktail magmatischer Fluide transportieren. Meistens ist das Wasser in den Kratern aktiver Vulkane verfärbt. Typisch sind graues-, oder türkisfarbenes Wasser. Leben ist in diesem Wasser unmöglich, sieht man einmal von spezialisierten Bakterien ab.

Das Wasser eines Kratersees kann einen so sauren pH-Wert haben, dass häufig von Säureseen gesprochen wird. Typische Beispiele sind die Seen in den Kratern der Vulkane Kawah Ijen, Póas, oder Maly Semjatschik. Die in den Seen gelösten Gase stellen ein besonderes Risiko dar: werden sie freigesetzt, kann es zur Katastrophe kommen. Im Afrikanischen Nyos-See sammelte sich soviel Kohlendioxid an, dass durch ein Erdbeben eine gigantische Wolke des geruchlosen Gases zu Tal floss. Tausende Menschen erstickten.

In einigen der bekanntesten und größten Calderen der Welt bildeten sich Seen. Bekannt ist der Lake Taupo auf Neuseeland, oder der Lake Yellowstone in der gleichnamigen Caldera. Auf den Philippinen bildete sich ein See in der Taal-Caldera. Diese Seen gehören häufig zu den größten Binnengewässern der entsprechenden Regionen.

Maar-Seen zählen zu den bekanntesten Seen in Kratern. Diese finden sich vor allem in der Vulkaneifel. Der berühmteste dieser Seen ist der Lacher See, welcher sich aber in der Tat in einer Caldera bildete.

Phreatische Eruptionen

Nicht selten bedingen Kraterseen phreatische Eruptionen. Diese entstehen, wenn Magma aufsteigt und das Wasser im Untergrund erhitzt. Dieser Vorgang kann dann zu Dampfexplosionen führen. Kommt Magma direkt in Kontakt mit dem Wasser, dann entstehen Phreatomagmatische Explosionen. Sie Eruptionswolken bestehen nicht nur aus Dampf, sondern enthalten frische Vulkanasche.

Gelegentlich füllen sich Kraterseen so weit, dass sie überlaufen, oder das eine Kraterwand kollabiert. In diesen Fällen drohen Sturzfluten und Lahare. Solche Schlammströme kommen häufiger am Ruapehu auf Neuseeland vor.

Vorhersage von Vulkanausbrüchen anhand des Wassers

Änderungen im Seewasser können Indikatoren eines bevorstehenden Vulkanausbruchs sein. Daher werden die verschiedensten Parameter eines Kratersees von den Vulkanologen genaustens beobachtet. ändert sich die Farbe eines Kratersees, dann deutet dies auf eine Änderung des Chemismus hin. Dieser wird maßgeblich von aufsteigenden vulkanischen Gasen geprägt. Die Analyse der Gase/des Wassers sagt dem Geowissenschaftler, ob Magma aufsteigen könnte. Die Wassertemperatur ist ein weitere Indikator. Steigt diese, ist das sehr wahrscheinlich mit Magmenaufstieg gekoppelt. Die Höhe des Wasserstandes lässt ebenfalls entsprechende Rückschlüsse zu.