Viskosität

Die Viskosität ist ein Maß für die Zähigkeit von Fluiden (Flüssigkeiten, Gas). Im Zusammenhang mit der Vulkanologie gibt die Viskosität die Zähigkeit von Lava (oder Magma) an. Ist die Lava niedrigviskos, dann ist sie dünnflüssig und fließt schnell. Ist sie hochviskos, dann ist die Lava zähflüssig und Lavaströme fließen langsam. Im Extremfall bilden sich Lavadome.

Die Viskosität des Magmas hat maßgeblichen Einfluss darauf, ob ein Vulkan explosiv, oder effusiv eruptiert. Ein weiterer entscheidender Faktor dafür ist der Gasgehalt der Schmelze. Es gelten die Faustregeln:

  • Je dünnflüssiger das Magma ist, desto weniger Gas kann sich ansammeln. Die resultierenden Eruptionen sind meistens effusiv. Es werden Lavaseen und Lavaströme gefördert. Ist in einer niedrigviskosen schmelze viel Gas enthalten, kommt es zur Bildung von Lavafontänen.
  •  Hat das Magma eine moderate bis hohe Viskosität und ist relativ gasarm, dann treten Lavadome aus. Es können auch kurze hochviskose Lavaströme entstehen. Es werden pyroklastische Ströme generiert, wenn Teile eines Doms kollabieren. Ein Lavadom verstopft den Förderschlot, daher kann sich unter ihm ein hoher Gasdruck aufbauen.
  • Je zähflüssiger das Magma ist, desto mehr Gas kann sich ansammeln. Die Wahrscheinlichkeit einer explosiven Eruption steigt. Es werden hoch aufsteigende Aschewolken gefördert.

Die Viskosität von Lava hängt von verschiedenen Faktoren ab: Temperatur, Chemismus und Rheologie, bzw. dem Grad der Kristallisation. Je mehr Kristalle eine Schmelze enthält, desto  zähflüssig wird sie. Kristalle bilden sich mit der Temperaturabnahme des Magmas. Die Kristallisation kann schon in der Magmakammer beginnen und schreitet nach der Eruption der Lava schnell fort und dauerst so lange bis sie komplett erstarrt ist. Wie schnell letztendlich ein Lavastrom fließt ist auch von der Hangneigung des Vulkans abhängig.


Der Kehrwert der Viskosität ist die Fluidität, also die Fließfähigkeit eines Fluids.

VONA

VONA ist ein Begriff aus dem Englischen und steht für “Volcano Observatory Notice for Aviation“. Es ist ein Alarmsystem für den Flugverkehr, welches Piloten und Fluglotsen vor Aschewolken warnt. Es wurde von der ICAO und der UN entwickelt. Es basiert auf 4 Farbcodes, ähnlich einer Ampel, die Piloten und Fluglotsen schnell klar machen, ob von einem Vulkan eine Gefährdung für den Flugverkehr ausgeht.

Grün Der Vulkan befindet sich in einem normalen, nicht ausbrechenden Zustand.
Oder nach einem Wechsel von einer höheren Ebene:
Die vulkanische Aktivität wurde als beendet angesehen und der Vulkan kehrte in seinen normalen, nicht eruptiven Zustand zurück.
Gelb Der Vulkan zeigt Anzeichen erhöhter Unruhe über den bekannten Hintergrundwerten.
Oder nach einem Wechsel von einer höheren Ebene:
Die vulkanische Aktivität hat erheblich abgenommen, wird jedoch weiterhin genau auf einen möglichen erneuten Anstieg hin überwacht.
Orange Vulkan zeigt erhöhte Unruhe mit erhöhter Wahrscheinlichkeit eines Ausbruchs.
Oder,
Der Vulkanausbruch ist ohne oder mit geringer Aschemission im Gange.
[wenn möglich Aschenwolkenhöhe angeben]
Rot Es wird vorausgesagt, dass die Eruption unmittelbar bevorsteht und dass Asche in die Atmosphäre freigesetzt wird.
Oder,
Eruption ist im Gange mit erheblichen Emissionen von Asche in die Atmosphäre.
[wenn möglich Aschenwolkenhöhe angeben]

Die Farbcodes geben die Bedingungen an einem Vulkans wieder und beschreiben nicht die Gefahren, die von der treibenden Asche vor dem Wind ausgehen. Alle erkennbaren Aschewolken gelten als hochgefährlich und sollten vermieden werden. Benutzer müssen sich darüber hinaus bewusst sein, dass der Luftfahrtfarbcode nicht extrapoliert werden sollte, um die am Boden auftretenden Gefahren darzustellen, die sehr unterschiedlich sein können.

Grund für die Entwicklung eines universellen Warnsystems vor Vulkanasche in der Luft, waren zahlreiche Fälle von Flugzeugen, die in vulkanische Aschewolken flogen, wodurch lebensbedrohliche Situationen entstanden. Teilweise wurden die Maschinen beschädigt.

British-Airways-Flug 9

Es kam bereits zu einem Beinahe-Absturz eines Flugzeuges, das über dem indonesischen Vulkan Gunung Galunggung  in einer Aschewolke geriet: Eine britische 747-200 geriet in 11300 m Höhe in eine Aschenwolke. Die Cockpitscheibe wurde zerkratzt und stumpf. Es wurde Elmsfeuer beobachtet, dass durch elektrische Entladungen entstand. Nach und nach gingen die Triebwerke aus. Das Flugzeug befand sich im Gleitflug. Erst auf einer Höhe von 4100 m gelang es den Piloten die Triebwerke wieder zu starten und das Flugzeug in Jakarta zu landen.

Eyjafjallajökull-Eruption und der Flugverkehr

Im Jahr 2011 brach der isländischen Gletschervulkan Eyjafjallajökull aus. In der 2. Eruptionsphase generierten phreatomagmatische Eruptionen große Aschewolken. Luftströmungen verfrachteten die Asche bis nach Zentraleuropa. Es kam zur tagelangen Sperrung des Luftraums und zu einem Chaos an den Flughäfen. Seitdem reagieren Luftfahrtbehörden besonders nervös, sobald Aschewolken unterwegs sind. Es wurden neue Grenzwerte festgelegt, ab welcher Aschekonzentration in der Luft Flugverbote erteilt werden.

Vulcanianische Eruption

Vulcanianische Eruptionen sind explosive Vulkanausbrüche mit einem VEI 3. Die Einteilungen sind nicht genau definiert und werden von Autor zu Autor unterschiedlich gehandhabt. Vulcanianische Ausbrüche sind auf jeden Fall stärker als strombolianische Eruptionen und deutlich schwächer als plinianische Ausbrüche. Sie werden als moderat bis stark beschrieben. Die eruptierte Vulkanasche steigt zwischen 3 und 15 km hoch auf. Es werden zwischen 10 und 100 Millionen Kubikmeter Tephra gefördert. Oft erreichen phreatomagmatische Eruptionen diese Größe, die durch den Kontakt von Magma mit Wasser verstärkt werden.

Diese Eruptionsart wurde nach dem Inselvulkan Vulcano benannt und stellt die für diesen Vulkan typische Ausbruchsform dar. Vulcano ist eine der Liparischen Inseln, nördlich von Sizilien (Italien) gelegen. Giuseppe Mercalli prägte den Begriff vulcanianische Eruption, als er die Ausbrüche von Vulcano beobachtete, die sich zwischen 1888 und 1890 manifestierten. Mercalli verglich die Ausbrüche mit Kanonenfeuer in unregelmäßigen Abständen. “Die explosive Natur der Eruptionen beruhe auf einem (gegenüber Basalt) erhöhten Kieselsäuregehalt der Lava”, so Mercalli. Vulkane, die vulcanianische Eruptionen erzeugen, fördern meistens andesitischen Basalt, oder basaltischen Andesit. Ein erhöhter Gehalt an Wasser in der Lava kann für die starken Explosionen ebenso verantwortlich sein.

Oft ist der Förderschlot von sich abkühlender Tephra verstopft, wodurch sich ein hoher Gasdruck im Schlot aufbauen kann. Diese Schlotfüllung wird bei der vulcanianischen Eruption mit aus geschleudert. Daher sind diese Eruptionen gefährlich, zumindest wenn man sich in Kraternähe aufhält. Dort geht ein dichter Teppich aus vulkanischen Bomben bis hin zu großen Blöcken nieder.

Vulcanianische Eruptionen kommen häufig an Vulkanen wie Anak Krakatau, Sakurajima, oder Colima vor. Diese Vulkane sind auch für vulkanische Blitze bekannt, welche in den Eruptionswolken entstehen können.

Vulkan

Ein Vulkan ist eine geologische Struktur, die sich um eine Öffnung in der Erdkruste bildet. Die Öffnung wird Schlot genannt und ist das zentrale Element des Vulkans. Aus dem Schlot entweichen Lava und Gase aus dem Erdinneren.

Orte der Vulkanentstehung

Die Vulkane der Erde entstehen entlang der kontinentalen Nahtstellen und sind Produkte der Erddynamik. Die Erdkruste ist in 17 große und mehrere kleine tektonische Platten zerbrochen, die auf der heißeren Schicht plastischer Gesteine des oberen Erdmantels schwimmen. Unter bestimmten Bedingungen kann das plastische Gestein Schmelzen. Entlang von Rissen und Spalten steigt es aus dem oberen Erdmantel auf. Daher findet man Vulkane auf der Erde im Allgemeinen dort, wo die tektonischen Platten divergieren oder konvergieren.

An Land gibt es ca. 1900 Vulkane die als potenziell aktiv eingestuft werden. Die meisten Vulkane sind allerdings unter Wasser zu finden. Entlang der mittelozeanischen Rücken, wie dem Mittelatlantischen Rücken, dringt Magma empor und schließt die Lücken, die Aufgrund der Kontinentaldrift entstehen.

Vulkane können sich auch dort bilden, wo sich die kontinentalen Platten ausdehnen und ausdünnen, wie es z.B. am Ostafrikanischen Graben, oder am Oberrheingraben der Fall ist. Diese Art von Vulkanismus nennt man Rift-Vulkanismus.

Am Pazifischen Feuerring bilden sich Vulkane hinter den konvergenten Plattengrenzen der Subduktionszonen. Dort taucht ozeanische Kruste bis in den Erdmantel ab und wird teilweise geschmolzen. Ein Teil der Schmelze steigt als Magma auf und bildet die Vulkane der ozeanischen Inselbögen. 90% aller oberirdischen Vulkane befinden sich entlang des Pazifischen Feuergürtels.

Vulkanismus abseits der Plattengrenzen kommt in der Regel durch Mantelplumes zustande. Das Magma steigt von der 3000 km tief gelegenen Grenze zwischen Erdkern und Erdmantel auf. In schmalen Schläuchen bahnt es sich seinen Weg durch den Erdmantel. Die Schmelze brennt sich wie ein Schweißbrenner durch die wandernde Erdplatten und lässt so eine Kette von Vulkanen entstehen.

An einer Art von Plattengrenze entstehen normalerweise keine Vulkane: Entlang von horizontal verschiebenden Blattverschiebungen. Ein Beispiel hierfür ist die San-Andreas Störung in Kalifornien.

Vulkan Spotter

Ein Vulkan Spotter (engl. volcano spotter) ist ein Vulkanbeobachter. Der englische Begriff Spotter beschreibt eine Person, die sich mit dem gezielten Beobachten von Phänomenen oder Objekten beschäftigt. Die Beobachtungstätigkeit wird im englischen Spotting genannt.

Vulkanasche

Vulkanasche besteht aus fragmentierter Lava mit Korngrößen kleiner als 2 mm. Im Endeffekt ist es nichts anderes als Sand aus Vulkangestein. Mit dem Verbrennungsprodukt Asche hat es nichts zu tun. Allerdings glaubte man früher, dass unter Vulkanen Kohlefeuer brennen und nahm an, dass die Eruptionswolken aus Asche verbrannter Kohle bestehen. Daher stammt der irreführende Begriff Vulkanasche.

Die Fragmentation der Vulkanasche wird durch Explosionen verursacht: große Gasblasen steigen durch die zähe Schmelze im Förderschlot auf und platzen an der Oberfläche. Die so erzeugten Explosionen zerreißen die Lava und lassen unterschiedlich große Fragmente entstehen. Die kleinsten von ihnen werden unter dem Begriff Asche zusammengefasst. Die übergeordnete Gruppe aller vulkanischer Lockerstoffe heißt Tephra.

Vulkanasche entsteht vornehmlich bei explosiven Eruptionen. Ob ein Vulkan explosiv, oder effusiv ausbricht, hängt maßgeblich vom Chemismus des Magmas ab, sowie von seiner Temperatur. Entscheidend ist auch der Gasgehalt des Magmas. Vulkanasche kann aber auch bei sekundären Explosionen entstehen, etwa, wenn ein Lavastrom ins Meer fließt und durch den Kontakt der Schmelze mit Wasser Dampfexplosionen generiert werden. Zudem kann Asche passiv ausgestoßen werden, wenn es zu Kollaps-Ereignissen kommt. Dann wird alte, bereits erstarrte Lava fragmentiert. Solange wärme und etwas Gas vorhanden sind, steigt diese Vulkanasche ebenfalls auf.

Überwiegend eruptieren Vulkane explosiv, die eine saure Magma fördern. Diese enthält mehr als 65% Siliziumdioxid. In seiner reinen mineralischen Form bildet Siliziumdioxid Quarz. Somit wären wir wieder beim Sand, der häufig aus Quarz besteht. Am Strand sind die Quarzkörner erosiv gerundet und weisen meistens keine scharfen Kanten auf. Anders sieht es bei den Körnern der Vulkanasche aus: diese sind oft scharfkantig. Geraten sie in Augen, oder Lungen können sie diese reizen und schädigen. Daher sollte man sich mit Atemmaske und Brille schützen, wenn man in eine Aschewolke gerät.

Spätestens seit der Eruption des Eyjafjallajökull auf Island weiß man, dass Vulkanasche eine Gefahr für den Flugverkehr darstellt. Gerät ein Flugzeug in eine Aschewolke, kann es ernsthaft beschädigt werden. Durch die Geschwindigkeit des Flugzeuges entsteht eine Wirkung wie in einem Sandstrahler. Die Oberfläche des Flugzeugs wird abgeschmirgelt. Die Cockpitscheiben können stumpf und undurchsichtig werden. Zudem können die Lavapartikel die Turbine schädigen. Die hohen Temperaturen im Triebwerk schmelzen die Lava und es entstehen Schmelztröpfchen. Erstarren diese, können bewegliche Teile verklebt und verstopft werden.

Vulkanologe

Ein Vulkanologe ist ein Forscher, der sich auf das Studium und die Beobachtung von Vulkanen und ihren begleitenden Phänomenen spezialisiert hat. Er, oder Sie hat es sich zur Aufgabe gestellt Forschung zu betreiben mit dem Ziel Vulkanausbrüche vorherzusagen, Gefahren-Karten zu erstellen und die Mechanismen zu Entschlüsseln die für den Vulkanismus verantwortlich sind. Relativ neu ist das Betätigungsfeld ausserirdischen Vulkanismus auf die Spur zu kommen.

Vulkanologe werden

In einigen Ländern ist die Vulkanologie ein Studienfach. In Deutschland allerdings nicht, daher ist der Begriff nicht rechtlich geschützt. Viele Vulkanologen stammen aus angrenzenden Wissenschaftszweigen wie Geologie, Geophysik, Geochemie, Mineralogie. Um ein studierter Vulkanologe zu werden, muss man eines dieser Fächer studieren. Während des Studiums empfehlen sich Praktika in einem Vulkanologischen Observatorium, oder ähnlichen Forschungseinrichtungen. Observatorien sucht man in Deutschland vergebens. Nächstgelegenen VOs finden sich in Italien, entweder in Neapel, oder in Catania. Das HVO auf Hawaii ist ebenfalls bei Praktikanten aus aller Welt beliebt. Deutsche Forschungseinrichtungen, die sich auch mit Vulkanologie beschäftigen sind das GFZ Potsdam und Geomar Kiel.

Berühmte Vulkanologen

Katia und Maurice Krafft waren französisches Geowissenschaftler und zugleich ein Ehepaar, dass sich dem Vulkanismus verschrieben hatte. Als Fotografen und Filmemacher dokumentierten sie gut 150 Vulkanausbrüche und wurden mit ihren Aufnahmen international bekannt. In Fachkreisen schätzte man sie insbesondere wegen ihren Forschungsarbeiten. Das Paar fand 1991 den Tod, als sie pyroklastische Ströme am japanischen Vulkan Unzen dokumentierten. Mit ihnen starben 41 andere Wissenschaftler und Journalisten. Unter ihnen befand sich der amerikanische Vulkanologe Harry Glicken. Er begann seine Karriere als Assistent von David A. Johnston, der bei der Mount St. Helens-Eruption 1981 ebenfalls Opfer eines pyroklastischen Stroms wurde. Johnston befand sich auf einem Beobachtungsposten in 10 km Entfernung vom Vulkan und konnte noch den Spruch “„Vancouver! Vancouver! This is it!“” funken, bevor er von der Glutwolke erwischt wurde. Harry Glicken überlebte diesen Tag nur aufgrund eines auswertigen Termins.

Prof. Stanley N. Williams stammt ebenfalls aus den USA und überlebte einen Ausbruch des kolumbianischen Vulkans Galeras schwer verletzt. Im Rahmen eines Fachkongresses führte Williams eine Gruppe Vulkanologen in den Krater des Vulkans Galeras, als dieser plötzlich ausbrach. 6 Forscher und 3 Touristen starben. Das war 1993. Williams schilderte seine Erfahrungen in einem Buch.

Der wohl bekannteste Vulkanologe Deutschlands ist Prof. Hans-Ulrich Schmincke. Er lehrte u.a. an der Ruhruniversität Bochum. Ab 1990 war er Leiter des IFM Geomar. Zwischen 1983 und 1991 war Schmincke Generalsekretär der internationalen Vulkanologen-Vereinigung. Seit 2003 befindet er sich im Ruhestand. Vielen Vulkanfans dürfte Dr. Boris Behncke vom INGV Catania bekannt sein. Der deutsche Vulkanologe taucht in zahlreichen Fernsehdokumentation über den Ätna auf. Er begann sein Geologie-Studium an der RUB unter Prof. Schmincke.

Vulkanologie

Als Vulkanologie wird die Lehre von den Vulkanen bezeichnet. Als Teilgebiet der Geologie ist sie eine junge Wissenschaft, die zugleich sehr komplex ist. Eine Hauptaufgabe der Vulkanologie ist es Vulkane zu erforschen, mit dem Ziel, Vulkanausbrüche vorherzusagen und Gefahrenkarten zu erstellen. Obwohl die Erforschung der Vulkane und des Vulkanismus in den letzten Jahren große Fortschritte machte, ist es nur bedingt möglich eine Eruption längerfristig vorherzusagen. Zu viele unbestimmbare Faktoren scheinen zu beeinflussen, ob ein Vulkan nun ausbricht oder nicht. Oft gelingt es den Vulkanologen nur zu sagen, dass der Vulkan bereit ist zu einer Eruption. Ob- und wann genau der Ausbruch einsetzen wird, ist für gewöhnlich nur wenige Stunden vor der Eruption zu sagen. Manchmal erfolgen Eruptionen auch ohne jegliche Vorwarnung.

Teilgebiete der Vulkanologie

Die Physikalischen Vulkanologie befasst sich mit den physikalischen Vorgängen des Vulkanismus. Um dem Vulkan den Puls zu fühlen, werden oft technische Geräte eingesetzt, die auf physikalische Prinzipien beruhen. Hierzu zählen etwas Seismografen, die Erdbebenwellen erfassen.

Die Experimentelle Vulkanologie ist ein relativ neues Betätigungsfeld. Mit Hilfe von Experimenten werden die Vorgänge in einem Vulkan simuliert und künstliche Eruptionen von Model-Vulkanen ausgelöst. So gibt es an der Universität München ein Labor, in dem Eruptionen in einer Art Kanone simuliert werden. In Norditalien beschäftigte man sich mit der Untersuchung pyroklastischer Ströme und simulierte welche auf einem Freigelände. Meiner Meinung nach weist die Experimentelle Vulkanologie einen Schwachpunkt auf: Die Versuche werden mit bereits eruptierter Lava durchgeführt, der ja schon ein großer Teil der Fluide/Gase fehlen, die noch im Magma enthalten sind.

Vulkanologische Observatorien

Die Vulkanologen verreichten ihre Arbeit oft an Universitäten, oder in Vulkanologische Observatorien. Dort laufen alle Messwerte zusammen, die an einem Vulkan gesammelt werden. Zur Vulkan-Beobachtung (Monitoring) werden zahlreiche Messinstrumente eingesetzt und Lava- und Gasproben untersucht. Das älteste Observatorium der Welt ist das Vesuv-Observatorium in Neapel. Hauch das HVO am Kilauea auf Hawaii blickt auf eine lange Tradition zurück.