Wiki Vulkane und Erdbeben

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.

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 vulkanischen 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 ein saures 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 die 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.

Der Begriff Vulkanismus fasst alle Manifestationen zusammen, die im Zusammenhang mit Vulkanen stehen. Er bezieht sich insbesondere auf geologische Aktivitäten und Prozesse, die mit Aufstieg und Ausbruch von geschmolzenem Gestein (Magma/Lava) und anderen Materialien (Fluide und Gase) aus dem Inneren der Erde in Verbindung stehen, die an der Oberfläche austreten.

Vorkommen von Vulkanismus

Vulkanismus tritt vor allem an Orten entlang der Grenzen tektonischer Platten auf. Hierbei kann es sich um divergente Plattengrenzen Handel, also Stellen an denen sich die Erdkruste durch Bewegungen der tektonischen Platten öffnet, oder aber auch an konvergenten Plattengrenzen, an denen die schwerere Platte unter die leichtere abtaucht und im Erdmantel geschmolzen wird. Hinter diesen Subduktionszonen steigt Schmelze auf, die an Vulkanen austritt. Andere Austrittstellen von Lava finden sich über Hotspots, an denen ein Magmaschlauch aus dem Erdmantel aufsteigt und Schmelze bis zu den Vulkanen der Erdoberfläche führt.

Bleibt das geschmolzene Gestein, das wir Magma nennen, in der Erdkruste stecken sprechen wir von Magmatismus. Sekundäre Effekte wie postvulkanische Erscheinungen können ihren Ursprung sowohl im Magmatismus als auch im Vulkanismus finden. Bei den postvulkanischen Erscheinungen handelt es sich um Heiße Quellen, Geysiren, Schlammvulkanen und Fumarolen. Sie werden auch unter dem Begriff Postvulkanismus zusammengefasst, wobei das Vorhandensein postvulkanischer Erscheinungen nicht gleich bedeuten muss, dass der Vulkan erlischt. Oft sind diese Manifestationen auch typische Begleiterscheinungen von Vulkanausbrüchen, oder sie treten zwischen zwei Eruptionen auf.

Verschiedene Formen des Vulkanismus

Vulkanismus kann verschiedene Formen annehmen, von ruhigen Ausbrüchen, bei denen flüssige Lava aus dem Vulkan fließt (roter Vulkanismus), bis hin zu explosiven Eruptionen (grauer Vulkanismus), die Lava in Form von Asche, Gesteinsfragmenten und Gas in die Luft schleudern. Die Art der Eruption hängt von Faktoren wie der Viskosität der Lava und der Menge an Gasen ab, die im Magma eingeschlossen sind, sowie von der Kristallbildung des Magmas.

Der Vulkanismus hat einen erheblichen Einfluss auf das Klima und die Umwelt, da vulkanische Ausbrüche Asche und andere Materialien wie Aerosole in die Atmosphäre freisetzen können, die das Klima beeinflussen und die Luftqualität beeinträchtigen können.

Die Erscheinungen des Vulkanismus sind kein rein irdisches Phänomen, sondern wurde auch auf anderen Planeten unseres Sonnensystems nachgewiesen, etwa auf dem Mars oder der Venus. Auf dem Mars gibt es mit dem Olympus Mons den größten Vulkan des Sonnensystems. Auch einige Jupitermonden zeigen Anzeichen von Vulkanismus, wobei hier teilweise andere Materialien gefördert werden, als auf der Erde. Ein Beispiel hierfür ist der Kryo-Vulkanismus, bei dem gefrorenen Substanzen ausgestoßen werden.

Der größte irdische Vulkan ist der Mauna Loa auf Hawaii. Genau wie sein außerirdisches Pendant auf dem Mars handelt es sich um einen Schildvulkan der basaltische Lava fördert, die meistens ruhig in Form von Lavaströmen austritt. Im Falle solcher rein effusiver Eruptionen sprechen wir vom gutmütigen „roten Vulkanismus“.  Bei den gefährlichsten Vulkanen der Welt handelt es sich um dombildende Vulkane. Bei einem Lavadom handelt es sich im Prinzip um einen extrem zähen Lavastrom, der den Förderschlot verstopft, weswegen sich im Inneren des Vulkans ein hoher Druck bilden kann, der sich in starken Explosionen entlädt und den Lavadom zum kollabieren bringt. In der Folge entstehen pyroklastische Dichteströme, die alles auf ihrem Weg zerstören. Ein typischer Vertreter dieser Vulkanart ist der Merapi auf der indonesischen Insel Java.

Der Wissenschaftler, der sich mit dem Vulkanismus beschäftigt, wird Vulkanologe genannt. Die Lehre von den Vulkanen und des Vulkanismus wird unter dem Begriff Vulkanologie zusammengefasst.

Bei einem Vulkanit handelt es sich um ein Gestein vulkanischer Herkunft, das durch Erstarrung von Lava, oder durch Verfestigung von Tephra entstanden ist. Vulkanite werden oft als vulkanisches Gestein, Ergussgestein, Eruptivgestein, Effusivgestein oder Extrusivgestein bezeichnet, wobei diese Einordnungen schon weiter differenziert sind.

Zusammen mit den Plutoniten bilden die Vulkanite die Gruppe der Magmatischen Gesteine.

Zusammensetzung von Vulkaniten

Vulkanische Gesteine weisen eine vielfältige chemische- und mineralische Zusammensetzung auf. Sie ist oft typisch für ein bestimmtes Entstehungsszenario des Vulkanits. Die wissenschaftliche Analyse eines Vulkanits kann dem Vulkanologen/Mineralogen wichtige Hinweise auf dessen Herkunft und Entstehungsgeschichte liefern.

Ein wichtiger Bestandteil von Vulkaniten ist die Kieselsäure (SiO2). Sie bestimmt die Fließfähigkeit einer Schmelze und ist ein wichtiges Kriterium dafür, ob ein Extrusiv-, Effusiv-, oder Eruptivgestein entsteht. Vulkanische Gesteine die viel SiO2 enthalten werden als „sauer“ bezeichnet. Ist wenig Kieselsäure enthalten, dann werden die Vulkanite als „basisch“ klassifiziert. Weitere häufig vorkommende chemische Bestandteile sind Eisen, Kalium, Kalzium, Magnesium und Natrium. Aus der Schmelze kristallisieren unterschiedliche Mineralien aus. Sie kommen in den Vulkaniten in unterschiedlichen Kombinationen vor. Typische Mineralien in Vulkanite sind: Quarz, Feldspat, Foide, Pyroxene, Olivin, Amphibole und Magnetit. Die Klassifizierung von Vulkaniten anhand des Mineralbestands wird im allgemeinen mit Hilfe des Streckeisendiagramms durchgeführt.

Klassifiziert man die Vulkanite nach ihrem Mineralienbestand und dem Chemismus, kommt man zur folgenden (beispielhaften) Sortierung:

• Andesit ist ein intermediärer Vulkanit mit mittlerem SiO₂-Gehalt. Erstarrt die Ausgangsschmelze in der Erdkruste entsteht ein plutonischer Diorit.
• Basalt enthält relativ wenig Kieselsäure und wird daher als basischer Vulkanit klassifiziert. Er setzt sich aus silikatischen Mineralien zusammen, die reich an Kalzium, Eisen und Magnesium sind. Sein plutonischer Pendant ist der Gabbro.
• Dacit (auch Dazit) ist ein intermediärer bis saurer Vulkanit und wird oft als felsisch bezeichnet. Das plutonische Äquivalent ist der Granodiorit.
• Phonolith (auch Klangstein genannt) enthält viel Alkalifeldspat, oder Foide, während Quarz als Mineral praktisch nicht vorkommt. Beim Anschlagen erzeugt es einen besonderen Klang.
• Rhyolith ist der Vulkanit mit dem höchsten Gehalt (65-75%) an Kieselsäure. Das macht den Rhyolith hochviskos und gasreich. Rhyolithisches Magma bildet Dome und sorgt für Eruptionen mit hoher Explosivität. Das plutonische Pendant ist der Granit.
• Tephrit ist ein Ergussgestein, das reich an Feldspatvertretern und Plagioklasen ist, es kommen auch Pyroxene und Amphibole vor.
• Trachyt hat einen SiO2-Gehalt von 58-69% und zählt zu den sauren Vulkaniten. Im Mineralbestand von Trachyt überwiegen Alkalifeldspat und natriumreiche Plagioklase.

Gefüge vulkanischer Gesteine

Ein wichtiges Charakteristika vulkanischer Gesteine ist ihr Gefüge. Vulkanite sind typischer Weise feinkörnig und können Poren enthalten, die aus kleinen Gasblasen entstanden. In einer feinkörnigen Matrix können größere Einsprenglinge eingebettet sein. Diese entstanden häufig schon durch Kristallisation in einer Magmenkammer. Wenn ein vulkanisches Gestein sehr schnell abkühlt, kann es sogar eine glasige Struktur annehmen. Erstarrt ein Lavastrom, dann kann man im Gefüge Fließtexturen erkennen: längliche Mineralien werden parallel zur Fließrichtung des Stroms eingeregelt.

Typische Vulkanite nach dem Gefüge klassifiziert sind:

• Bims ist ein helles Vulkangestein mit einem sehr hohe Porenanteil. Es entsteht aus einer gasreichen Schmelze, die explosiv gefördert wurde und schnell abgekühlt ist. Oft schwimmt Bimsstein auf dem Wasser.
• Ignimbrit (Feuerregen) entsteht aus Ablagerungen von pyroklastischen Dichteströmen. Sie werden wie Tephra locker abgelagert, können aber später zu einer festen Gesteinsschicht verbacken. Ignimbrite können viel Bims enthalten und mächtige Schichten bilden.
• Tuffit besteht zu 25 bis 75 % aus Pyroklasten. Es ist also ein vulkanisches Gestein, dessen Lava explosiv gefördert wurde.
• Obsidian ist ein vulkanisches Glas. Es ist opak und entsteht aus einer gasarmen Schmelze, die sehr schnell abgekühlt ist.

Vorkommen vulkanischer Gesteine

Vulkanite findet man in vulkanisch aktiven Zonen, oder in Gebieten, in denen früher Vulkane aktiv waren. Sie kommen im großen Stil entlang der divergenten Plattengrenzen der Mittelozeanischen Rücken vor. Dort bilden sie ganze submarine Gebirge aus Basaltlava. Die Insel Island besteht zum größten Teil aus vulkanischen Gesteinen und bildet ein Teil des Mittelatlantischen Rückens ab, die hier über Wasser angehoben wurde. Auch kontinentaler Riftvulkanismus bringt meistens Basalte hervor. Antagonisten zu den Mittelozeanischen Rücken sind die konvergenten Subduktionszonen. Hinter den Krematorien ozeanischer Erdkruste befinden sich Vulkangürtel, die sich entweder in Inselbögen manifestieren, oder in Küstengebirgen wie den Anden bilden. Dort entstehen Vulkanite aus intermediären bis sauren Laven. Die Vulkanite an Hotspot-Vulkanen können entweder basisch, oder felsisch sein. Letztere Vulkanite bilden sich an kontinentalen Hotspots. Vulkanite aus Basalt findet man hingegen an ozeanischen Hotspots.

(Quellen: WIKIPEDIA, mineralienatlas.de, vulkane.net)

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.

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.

Ein Vulkanspotter (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.
Oftmals verschwinden die Grenzen zwischen professionellen Spottern und Hobbyspottern. Die wohl bekanntesten Vulkanspotter waren Katja und Maurice Krafft. Bei dem französischen Ehepaar handelte es sich um Geowissenschaftler und Fotografen, das vor allem durch ihre Vulkanfilme und Bücher bekannt geworden ist.