Schwefel

Schwefel ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 16 und dem Elementsymbol S. Schwefel zählt zu den Chalkogenen. In der Erdkruste kommt Schwefel relativ häufig vor und zwar in gediegener Form, oder in anorganischen Verbindungen wie Sulfid oder Sulfat. Schwefel ist sehr reaktiv und siedet bei 444,6 °C. Seine Schmelztemperatur liegt bei 119,6 °C. Verbrennt Schwefel entsteht Schwefeldioxid, der Ausgangsstoff von Schwefelsäure. Diese ist eines der wichtigsten Stoffe der chemischen Industrie. Schwefelwasserstoff (H2S) entsteht durch Reaktion des Schwefels mit Wasserstoff. Es ist ein Gas und riecht nach faulen Eiern. In der Tat entsteht Schwefelwasserstoff bei organischen Fäulnisprozessen, ist aber auch Bestandteil vulkanischer Gase.

Schwefelgase zur Vorhersage von Vulkanausbrüchen

Schwefelgase entweichen dem Magma, wenn es sich noch im Fördersystem des Vulkans befindet. So kann die Konzentration von Schwefeldioxid in den ausgestoßenen Gaswolken Hinweise liefern, ob Magma aufsteigt. Um die ermittelten Werte richtig interpretieren zu können, ist es notwendig den Vulkan über längere Zeiträume zu beobachten. Jeder Vulkan hat einen anderen „Fingerabdruck“ und die Werte lassen sich nicht 1:1 allgemeingültig auf alle Vulkane übertragen. Generell kann davon ausgegangen werden, dass ein signifikanter Anstieg der Schwefeldioxid-Konzentration durch aufsteigendes Magma verursacht wird. Gemessen wird mit einem GOSPEC-genannten Spektrometer.

Schwefellagerstätten

Schwefel kann in der Natur unterschiedlich entstehen. Es gibt mineralische Lagerstätten, welche sich durch biochemische Reduktion von Sulfaten bildeten. Kleiner sind Lagerstätten vulkanischen Ursprungs. Hier kondensierte der Schwefel aus vulkanischen Gasen die H2S enthalten. Die wahrscheinlich bekannteste Lagerstätte vulkanischen Ursprungs findet sich am Vulkan Kawah Ijen auf der indonesischen Insel Java. Dort wird der Schwefel am Rand eines sauren Kratersees per Handarbeit gewonnen. Vulkanische Gase werden an Fumarolen in Rohren geleitet und abgekühlt. Am Ende der Rohrleitungen kondensiert der Schwefel aus den Gasen. Er tropft in seiner flüssigen Phase aus den Rohren und verfestigt sich schnell. Der Schwefel ist an manchen Fumarolen so heiß, dass er sich selbst entzündet.

Schwefelbrand

Die Zündtemperatur von Schwefel liegt bei 250 °C. Die verschiedenen Gasphasen der Sulfide fangen bei deutlich niedrigeren Temperaturen Feuer. Der Schwefelbrand erzeugt blaue Flammen, was auf hohe Temperaturen von mehr als 1200 °C hindeutet. Außer am Kawah Ijen gibt es noch andere Schwefelvorkommen an Vulkanen, doch nur selten wird von brennenden Schwefel berichtet.

Seismik

Seismik ist der Oberbegriff für sämtliche Erdbeben. Ob es sich um tektonische bedingte Erdbeben handelt, oder ob sie mit dem Vulkanismus im Zusammenhang stehen, spielt erst einmal keine Rolle.

Seismologie

Seismologie ist die Lehre von den Erdbeben und der Ausbreitung von Erdbebenwellen (seismischen Wellen) in der festen Erdkruste. Die Seismologie ist eine Teildisziplin der Geophysik. Das Wort Seismologie stammt vom griechischen Begriffen seismós ab, was Erschütterung bedeutet.

Strombolianische Eruption

Als strombolianische Eruption bezeichnete man eine Ausbruchsart, welche durch frequenten Schlacken-Auswurf gekennzeichnet ist. Es ist eine milde explosive Ausbruchsform und hat auf dem Vulkan-Explosivitäts-Index die Ordnungszahl 1-2.  Diese Eruptionsform ist nach dem Vulkan Stromboli benannt, da sie dort als erstes beobachtet und beschrieben wurde. Der Stromboli ist ein Vulkan in Italien und gehört zum Archipel der Liparischen Inseln.

Charakteristisch für strombolianische Eruptionen ist, dass sie in relativ kurzen Intervallen auftreten. Am Stromboli liegen meistens nur wenige Minuten zwischen den einzelnen Ausbrüchen.  Nur selten liegen mehrere Stunden zwischen den Explosionen. Glühende Tephra wird meistens zwischen 50 und 150 m hoch ausgeworfen. Vereinzelt gibt es Explosionen die bis zu 300 m hoch auswerfen. Neben den glühenden Lavabrocken wird auch Vulkanasche gefördert. Diese kann mehrere Hundert Meter aufsteigen. Am Stromboli hält diese Art der Tätigkeit seit Jahrtausenden an. Die strombolianische Aktivität kann sich steigern und wird oft vor größeren paroxysmalen Eruptionen beobachtet. Kommen die strombolianischen Eruptionen ohne Pause direkt hintereinander entstehen Lavafontänen.

Die geförderte Tephra fällt zum großen Teil in den Krater zurück, oder landet auf der Außenflanke des selbigen. So wachsen schnell Schlackenkegel, die relativ instabil sind. Die Kraterregion von Vulkanen, die strombolianisch eruptieren ändern sich schnell. teilweise gehen die Änderungen mit Kollaps-Ereignissen einher.

Entstehung strombolianischer Eruptionen

Voraussetzung für strombolianische Eruptionen ist ein Magma, welches eine moderate Viskosität aufweist. Oft sind das andesitische Basalte, oder basaltischer Andesit. In der Schmelze bilden sich bereits Kristalle wie Olivin, Pyroxen und Amphibol. Als Motor hinter den strombolianischen Eruptionen vermutet man den Prozess der Zwei-Phasen-Konvektion: das Magma steigt im Förderschlot auf, bis der Gasdruck im Magma größer wird, als der Druck des auflastenden Materials.  Dann entweicht das Gas aus dem Magma und sammelt sich in großen Blasen, die im Förderschlot aufsteigen. An der Schlot-Öffnung platzen diese und schleudern das Material explosionsartig heraus. Durch die Entgasung des Magma ändert sich die Dichte des Schmelze und diese sinkt wieder im Förderschlot ab. Es erwärmt sich erneut und beginnt wieder aufzusteigen. So soll ein Kreislauf entstehen. Allerdings ist das Konzept nicht zu Ende gedacht. Wie reichert sich das entgaste Magma wieder mit neuen Gasen an? Was passiert mit der entgasten Schmelze? Diese muss durch nachströmendes Material doch weiter im Förderschlot aufsteigen, bis sie ausgestoßen wird. Die Förderschlote, welche strombolianisch eruptieren sind für gewöhnlich nicht offen, sondern mit Lava-Fragmenten gefüllt, welche an der Oberfläche des Schlotes bereits erkaltet sind.

Subduktion und Subduktionszonen

Subduktion findet entlang von konvergenten (zusammenstoßenden) Plattengrenzen statt. Sie beschreibt das Abtauchen einer tektonischen Platte (Ozeanische Platte, Kontinentalplatte) in den Erdmantel. Dort wird die subduzierte Platte zumindest teilweise aufgeschmolzen. Es entsteht Magma. Ein Teil des Magmas steigt hinter der Subduktionszone auf und wird an Vulkanen eruptiert. Es ist immer Ozeanboden der abtaucht. Dieser transportiert viele Wasser in den Erdmantel. Das Wasser beeinflusst chemische Reaktionen und reduziert den Schmelzpunkt von Gesteinen. Der Ozeanboden ist dichter und somit schwerer als kontinentales Festland. Dieses schwimmt wie ein Eisberg obenauf.

Subduktionszone

Der Bereich der Plattengrenzen, an dem die Subduktion statt findet, wird Subduktionszone genannt. Je nach Größe der beteiligten Platten, können Subduktionszonen viele Tausend Kilometer lang sein. Sie bilden die Tiefseegräben der Ozeane. Der tiefste Punkt der Erde ist der Marianen-Graben mit einer Tiefe von gut 11.000 Metern. Entlang von Subduktionszonen bilden sich zahlreiche Erdbeben. Hier ereigneten sich einige der katastrophalsten Beben der Geschichte. Beispiele sind das Sumatra-Erdbeben von 2004 und das Tōhoku-Erdbeben von 2011. Beide Erdbeben lösten verheerende Tsunamis aus, die Tausenden Menschen das Leben kosteten.

Eine der gefährlichsten Subduktionszonen der Welt bildet den Sunda-Bogen. Dieser ist 6000 km lang und entstand durch die Subduktion der Indo-Australischen Platte unter die Sunda- und Burma Platten. An dieser Subduktionszone ereignete sich das Sumatra-Erdbeben. Sie zeichnet sich auch für so bekannte Vulkane wie Toba, Krakatau, Merapi, Bromo, oder Rinjani (Samalas) und Tambora verantwortlich.

Am Japan-Graben manifestierte sich das Tōhoku-Erdbeben. Dort wird die Pazifische Platte unter die philippinische Platte subduziert. Ein der Folgen entstehen hinter der Subduktionszone viele Vulkane des japanischen Archipels. Die meisten Subduktionzonen-Vulkane bilden sich in gut 150 km Entfernung hinter einem Tiefseegraben. Im falle des Japan-Grabens gibt es auch kleine submarine Mini-Vulkane vor dem Tiefseegraben. Diese werden Petit-Spots genannt und sind nur gut 50 m hoch.