Vulkan

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Vulkan
Ausbruch des Vulkans Rinjani 1994 mit Eruptionsgewitter
Eruption eines submarinen Vulkans (West Mata)

Ein Vulkan ist eine geologische Struktur, die entsteht, wenn Magma (Gesteinsschmelze) bis an die Oberfl√§che eines Planeten (z. B. der Erde) aufsteigt. Alle Begleiterscheinungen, die mit dem Aufstieg und Austritt der glutfl√ľssigen Gesteinsschmelze verbunden sind, bezeichnet man als Vulkanismus.

Der Begriff ‚ÄěVulkan‚Äú leitet sich von der italienischen Insel Vulcano ab. Diese ist eine der Liparischen Inseln im Tyrrhenischen Meer. In der r√∂mischen Mythologie galt diese Insel als die Schmiede des Vulcanus, dem r√∂mischen Gott des Feuers.

In einer Tiefe ab 100 km, in der Temperaturen zwischen 1000 und 1300 Grad Celsius herrschen, schmelzen Gesteine zu z√§hplastischem Magma, das sich in gro√üen, tropfenf√∂rmigen Magmaherden in 2 bis 50 km Tiefe sammelt. Wenn der Druck zu gro√ü wird, steigt das Magma √ľber Spalten und Kl√ľfte der Lithosph√§re auf. Magma, das auf diese Weise an die Erdoberfl√§che gelangt, wird als Lava bezeichnet.

Bei einem Vulkanausbruch werden nicht nur glutfl√ľssige, sondern auch feste oder gasf√∂rmige Stoffe freigesetzt (Vulkanismus). Die meisten Vulkane haben ann√§hernd die Form eines Kegels, dessen Hangneigung von der Z√§higkeit der Lava abh√§ngt. Die Gestalt kann aber auch unregelm√§√üig sein oder eine kuppelf√∂rmige Aufw√∂lbung bilden.

Inhaltsverzeichnis

Vulkantypen und Bezeichnungen

Schildvulkan Skjaldbrei√įur, Island
Stratovulkan Fujisan, Japan

Vulkane kann man nach ihrer äußeren Form, der Art ihres Magmenzufuhrsystems, dem Ort ihres Auftretens, der Art ihrer Tätigkeit sowie nach ihrem Zustand unterteilen.

  • Unterteilung nach dem Ort ihres Auftretens:
    • Subaerische Vulkane (Vulkane an Land oder √ľber Wasser)
    • Submarine Vulkane, Seamount, Guyot (Vulkane im Meer unter Wasser)
    • Subglaziale Vulkane (Vulkane unter einem Gletscher)
    • Extraterrestrische Vulkane (Vulkane auf anderen Himmelsk√∂rpern)
  • Unterteilung nach der Art ihrer T√§tigkeit:
    • effusive T√§tigkeit (ruhiges Ausflie√üen der Lava)
    • explosive oder ejektive T√§tigkeit
    • gemischte effusive und explosive T√§tigkeit
    • Vulkane mit besonders heftiger explosiver T√§tigkeit werden Supervulkane genannt
  • Vulkane kann man schlie√ülich auch nach ihrem Zustand oder der H√§ufigkeit ihrer Aktivit√§t einordnen in
    • aktive Vulkane (aktiver Vulkanismus)
    • inaktive oder schlafende Vulkane (kein aktiver Vulkanismus, Voraussetzungen f√ľr erneute Aktivit√§t sind jedoch gegeben)
    • erloschene Vulkane (durch fehlende Magmazufuhr keine Aktivit√§t mehr m√∂glich)

Viele Vulkane folgen allerdings nicht einem ‚Äěreinen‚Äú Ausbruchsmuster, sondern zeigen variierendes Verhalten entweder w√§hrend einer Eruption oder w√§hrend der Millionen Jahre ihrer Aktivit√§t. Ein Beispiel daf√ľr ist der √Ątna auf Sizilien.

Ein Paroxysmus (griech. ŌÄőĪŌĀőĪ [para] ‚Äď neben, őŅőĺŌÖŌā [oxys] ‚Äď scharf) ist eine Folge von sich steigernden Ausbr√ľchen eines Vulkans

Der durch die vulkanische Aktivit√§t entstandene Berg wird je nach seiner Form Vulkankegel oder Vulkandom genannt, und die √Ėffnung, aus der Lava aus der Tiefe aufsteigt, hei√üt Vulkanschlot. Die mehr oder minder breite √Ėffnung an der Spitze eines Vulkans ist der Vulkankrater. Bricht ein Schlot √ľber einer oberfl√§chennahen Magmakammer zusammen, und es bildet sich ein gro√üer Einbruchskrater, wird dieser als Caldera bezeichnet.

Magmatypen

Einen entscheidenden Einfluss auf die Ausbildung eines Vulkans hat neben dem Gas- und Wassergehalt die Zusammensetzung seines Magmas, vor allem der Gehalt an Siliciumdioxid (SiO2). Die Zusammensetzung des Magmas bestimmt die Art der Vulkantätigkeit. Je mehr SiO2 das Magma enthält, desto explosiver ist der damit verbundene Vulkanismus. Es lassen sich vier Haupttypen unterscheiden:

  • felsisches Magma enth√§lt mehr als 63 % SiO2
  • intermedi√§res Magma enth√§lt zwischen 52 und 63 % SiO2
  • mafisches Magma enth√§lt zwischen 45 und 52 % SiO2
  • ultramafisches Magma enth√§lt weniger als 45 % SiO2

Aus den vier Magmatypen entstehen charakteristische Gesteine:

Diese vier Typen können grob bestimmten geodynamischen Umfeldern zugeordnet werden:

Lavatypen

Nephelin-Säulenbasalt am Otzberg

Eine andere M√∂glichkeit, Vulkane zu klassifizieren, ist, sie nach der Farbe der austretenden Lava zu beschreiben, die von der Temperatur abh√§ngt. Diese ist direkt auf die Zusammensetzung der Gesteinschmelze zur√ľckzuf√ľhren, die sowohl die entstehende Form des Vulkans als auch das Ausbruchsverhalten entscheidend bestimmt:

  • Rote Vulkane werden aufgrund der rot oder orangegelb gl√ľhenden, hei√üen Lava so bezeichnet, sie bilden Schildvulkane.
  • Graue Vulkane besitzen eine vergleichsweise niedrige Lavatemperatur und bilden Schichtvulkane.

Maßgeblich von Vulkanen ausgelöste Ereignisse

Bei der Eruption von Vulkanen können durch Vermischung vulkanischen Materials mit anderen Stoffen wie Wasser oder Luft sowie durch das abrupte Austreten von Lava weitere Prozesse ausgelöst werden. Dazu zählen unter anderem:

Auch können Erdbeben vor oder nach dem Ausbruch eines Vulkans auftreten, da sie sich gegenseitig beeinflussen können.

Verteilung von Vulkanen

Schemazeichnung:Vulkan √ľber Hotspot
Die bekanntesten Hotspots

nach Vulkantyp

Es gibt heute weltweit ca. 1500 aktive, d.h. in den letzten 10.000 Jahren ausgebrochene Vulkane[2]auf der Erdoberfläche, allerdings kennt man noch nicht die Anzahl der submarinen Vulkane, die eine Vielzahl von diesen darstellen. [3]

Davon sind 719 als Schichtvulkan, 176 als Schildvulkan, 66 als komplexer Vulkan, 86 als Caldera, 147 als einzelne Schlackenkegel, 27 als Spaltenvulkan oder Kraterreihe, 19 als Maar, 137 als submariner Vulkan und 100 als Vulkanfeld (mit teilweise mehreren hundert Einzelvulkanen) klassifiziert.[4]

nach Geographie

Die geographische Verteilung kann man mit Hilfe der Erkenntnisse der Plattentektonik verstehen:

  • Vulkane √ľber Subduktionszonen sind die sichtbarsten Vulkane. Sie treten bei Plattenkollisionen auf, an denen mindestens eine ozeanische Lithosph√§renplatte beteiligt ist. Hier wird die ozeanische Kruste in den Mantel hinein bef√∂rdert (subduziert), sofern ihre altersabh√§ngige Dichte einen hinreichend hohen Wert erreicht hat. Die abtauchende ozeanische Kruste wird in der Tiefe teilweise aufgeschmolzen, da es aufgrund der hohen Wassergehalte in bestimmten Mineralen zu einer Erniedrigung der Solidus (Temperatur des Schmelzbeginns) kommt. Die entstandene Magma steigt auf, da es eine geringere Dichte hat als das umgebende Gestein, und n√§hrt den Vulkanismus an der Oberfl√§che. Die entstehenden Vulkane werden aufgrund ihres lagigen Aufbaus als Schichtvulkane oder Stratovulkane bezeichnet.
  • Vulkane √ľber ‚ÄěHotspots‚Äú sind selten, da es weltweit zurzeit nur etwa 40 eindeutig bestimmte ‚ÄěHotspots‚Äú gibt. Ein ‚ÄěHotspot‚Äú ist ein √ľber geologische Zeitr√§ume als nahezu ortsfest anzusehender Aufschmelzungsbereich im Erdmantel unter der Lithosph√§re. Die Lithosph√§renplatten schieben sich durch plattentektonische Mechanismen w√§hrend langer Zeitr√§ume √ľber einen ‚ÄěHotspot‚Äú hinweg. Es bilden sich perlenschnurartig hintereinander neue Vulkane, so als w√ľrden sie sich durch die Kruste hindurchschwei√üen. Bekanntestes Beispiel sind die Hawaii-Inseln: die gr√∂√üte Insel Hawai Ľi, die als j√ľngste Vulkaninsel √ľber dem ‚ÄěHotspot‚Äú liegt, ist erst 400.000 Jahre alt, w√§hrend die √§lteste der 6 Vulkaninseln Kaua Ľi im Nordwesten bereits vor etwa 5,1 Millionen Jahren entstanden ist. Beispiele f√ľr diese seltene Art des Vulkanismus in Europa finden sich in der Ost- und Westeifel (Vulkaneifel), dem Siebengebirge und in der Auvergne. Auch unter Island befindet sich ein derartiger Hotspot.[5]

im Sonnensystem

Vulkanismus ist ein f√ľr terrestrische Himmelsk√∂rper normales Ph√§nomen. Auf vielen Welten des Sonnensystems finden sich Spuren erloschenen Vulkanismus, wie beispielsweise auf dem Erdmond oder dem Mars. Vulkanisch aktivste Welt des Sonnensystems ist der Jupitermond Io. Auf dem Saturnmond Enceladus wie auch dem Neptunmond Triton wurde Kryovulkanismus beobachtet.

Dagegen finden sich auf der in Masse, Gr√∂√üe und innerem Aufbau sehr erd√§hnlichen Venus nur wenige Hinweise f√ľr derzeit aktiven Vulkanismus und keinerlei Anzeichen f√ľr eine Plattentektonik.

Vorhersage von Vulkanausbr√ľchen

Entstehung von Vulkanen an Plattengrenzen
Ausbruch eines Vulkans
Eruption am Stromboli

Ob ein Vulkan endg√ľltig erloschen ist oder vielleicht wieder aktiv werden kann, interessiert besonders die Menschen, die in der Umgebung eines Vulkans leben. In jedem Fall hat ein Vulkanausbruch weitreichende Konsequenzen, denn √ľber das pers√∂nliche Schicksal hinaus werden Infrastruktur und Wirtschaft der betroffenen Region nachhaltig beeinflusst. Daher ist es das vorrangige Forschungsziel, Vulkanausbr√ľche m√∂glichst pr√§zise vorhersagen zu k√∂nnen. Fehlprognosen w√§ren allein unter Kostengesichtspunkten verheerend (Evakuierung Tausender von Menschen, Stilllegung des gesamten Wirtschaftslebens u.v.m.).

Trotz gewisser Gemeinsamkeiten gleicht kein Vulkan in seinem Ausbruchsverhalten dem anderen. Demnach sind Beobachtungen √ľber Ruhephasen oder seismische Aktivit√§ten eines Vulkans kaum auf einen anderen √ľbertragbar.

Bei der √úberwachung von Vulkanen stehen generell f√ľnf √úberwachungsmethoden zur Verf√ľgung, die je nach Vulkan-Charakteristik in unterschiedlicher Kombination eingesetzt werden: die Aufzeichnung seismischer Aktivit√§t, die geod√§tische √úberwachung der Topographie, die Messung gravimetrischer und magnetometrischer Ver√§nderungen, die Erfassung von oberfl√§chennahen Temperaturerh√∂hungen und die chemische Analyse aufsteigender vulkanischer Gase.

Aufzeichnung seismischer Aktivität, vulkanischer Tremor

Ein Eruptionsprozess wird zun√§chst vom Aufstieg des Magmas eingeleitet. Wenn das Magma auf vorgezeichneten oder neuen Bruchlinien, Spalten oder Rissen zur Erdoberfl√§che emporsteigt, entstehen durch Spannungen im Umgebungsgestein und durch Entgasungsprozesse des Magmas charakteristische seismische Signale. Gestein zerbricht dabei und Risse beginnen zu vibrieren. Die Zerst√∂rung von Gestein l√∂st Erdbeben mit hoher Frequenz aus, die Bewegung der Risse dagegen f√ľhrt zu niedrig frequenten Beben, dem so genannten vulkanischen Tremor.

Um Tiefe und Herd der vulkanischen Beben zu ermitteln, wird in der Regel ein Netz von √§u√üerst empfindlichen Seismometern rund um den Vulkan eingerichtet. Denn gerade die schwachen Erdbeben, die eine St√§rke von weniger als 1 haben, sind h√§ufig Anzeichen daf√ľr, dass ein Vulkan aktiv wird. Zum Beispiel wurden am betroffenen S√ľdwesthang des √Ątna in den 12 Stunden vor dem 1981er Ausbruch etwa 2.800 kleinere Erdst√∂√üe durch die vor Ort installierten Seismometer als Tremor registriert. √úber ein automatisches √úbertragungssystem wurden die Daten direkt zum Istituto Internazionale di Vulcanologia in Catania weitergeleitet. Mit Hilfe moderner Technik werden Ver√§nderungen der seismischen Aktivit√§t heute in Echtzeit ermittelt. Strukturen und Vorg√§nge unter der Erdoberfl√§che k√∂nnen damit unmittelbar und exakt dargestellt und analysiert werden.

Geodätische Überwachung

Dringt Magma aus der Tiefe nach oben, so k√∂nnen in bestimmten Bereichen des Vulkans Deformationen der Erdoberfl√§che in Form von Aufbeulungen, Absenkungen, Neigungen, Buckeln und Rissen entstehen. Diese Deformationen k√∂nnen mit meist in Bohrl√∂chern des Gesteins fest installierten Neigungsmessern (Klinometern) und Dehnungsmessern (Extensiometern) vor Ort gemessen werden. Diese Ph√§nomene k√∂nnen aber auch schon mit einfachen Mitteln wie zum Beispiel mit einem Bandma√ü oder durch aufgespr√ľhte Linien erkannt werden.

Anfang August 1982 hatten Geologen im Kraterboden des Mount St. Helens viele schmale Bodenrisse entdeckt und sie mit Farblinien markiert. Zwei Tage sp√§ter bereits waren die Linien deutlich gekr√ľmmt, was eine Ver√§nderung der Risse durch aufsteigendes Magma anzeigte. Wenige Tage sp√§ter kam es zu einer heftigen Eruption des Vulkans. Im Oktober 2004 wurde am Mount St. Helens eine Aufbeulung einer Vulkanflanke von mehr als 100 m beobachtet, die auch mit blo√üem Auge sichtbar war.

Eine komplexere und exaktere Methode zur Erfassung morphologischer Ver√§nderungen ist zum Beispiel die Messung horizontaler Entfernungen mit Elektronischer Distanzmessung (EDM). Ein EDM kann elektromagnetische Signale senden und empfangen. Die Wellenphase verschiebt sich dabei in Abh√§ngigkeit von der Entfernung zwischen EDM und reflektierendem Objekt und gibt damit das Ausma√ü der entstandenen Verschiebung an. EDMs haben Reichweiten bis zu 50 km und hohe Messgenauigkeiten von wenigen Millimetern. Oberfl√§chenver√§nderungen vor allem gr√∂√üerer Gebiete und abgelegener Vulkane werden mit Hilfe von satellitengest√ľtzten geod√§tischen Messverfahren beobachtet.

Da sich in Folge von Deformationen des Geländes auch Grundwasser- und Oberflächenwasserstände relativ zueinander verändern können, werden oft Grundwassermessstellen eingerichtet und in gewässernahen Gebieten Fluss- und Seewasserpegel installiert. Man setzt inzwischen auch Satellitenbilder zur Überwachung von Vulkanen und deren Verformung bzw. Aufwölbung ein.[6]

Messung gravimetrischer und magnetometrischer Veränderungen

Dringen heiße Gesteinsschmelzen in oberflächennahe Erdschichten, so werden lokale Veränderungen im Schwerefeld beobachtet. Diese örtlichen Veränderungen werden durch Dichteunterschiede zwischen Magma und Umgebungsgestein verursacht. Solche so genannten mikrogravimetrischen Anomalien lassen sich mit Hilfe von hoch empfindlichen Gravimetern entdecken, die an aktiven Vulkanen zum Einsatz kommen.

Beim Magma-Aufstieg k√∂nnen auch lokale √Ąnderungen des Magnetfeldes registriert werden, die durch thermische Einwirkungen verursacht werden. Bereits 1981 wurden am S√ľdhang des √Ątna und in etwa 20 km Entfernung zum √Ątna zwei magnetometrische Stationen mit automatischer Daten-Fern√ľbertragung in Betrieb genommen.

Erfassung von Temperaturerhöhungen

Der Aufstieg des etwa 1.100 bis 1.400 ¬įC hei√üen Magmas aus einer Magmakammer oder direkt aus dem oberen Erdmantel geht in erster Linie mit einer lokalen Temperaturerh√∂hung des Nebengesteins einher. Mit Hilfe ortsfester Stationen zur Temperaturmessung und durch Infrarot-Aufnahmen von Satelliten aus k√∂nnen solche thermischen Aufheizungen festgestellt werden, die durch oberfl√§chennahe Stauung aufgedrungener Schmelzen entstehen.

Analyse aufsteigender Gase

Eruptive Gase sind die Haupttriebkraft der vulkanischen Aktivit√§t. √Ąnderungen ihrer Menge, ihrer Temperatur und ihrer chemischen Zusammensetzung sind f√ľr die Vorhersage eines Vulkanausbruchs von grundlegender Bedeutung. Generell sind die Schwankungen im Chemismus der Gase umso h√∂her, je hei√üer die Gase sind und je reger die vulkanische Aktivit√§t ist. Bei hohem Gasaussto√ü l√§sst sich die Konzentration gewisser Gase mit Hilfe ihres Absorptionsspektrums im sichtbaren Licht auch durch Fernerkundung bestimmen. Die geochemische √úberwachung erstreckt sich auch auf die Beobachtung von Grundwasser und von Quellen. Denn unterirdisches Wasser wird oft von vulkanischen Gasen kontaminiert, die dem Magma entweichen und sich im Boden ausbreiten. Eine besondere Rolle spielen dabei Helium und Radon. Beide Gase entstammen dem Erdmantel. Steigt eine Magmakammer auf, so erh√∂hen sich auch die Gehalte dieser Gase. So hat man zum Beispiel nach der Erdbebenkrise auf der griechischen Insel Nisyros (1996) begonnen, die Gase und andere Faktoren genau zu √ľberwachen, da man bef√ľrchtete, es k√∂nne ein Vulkanausbruch bevorstehen. Im Rahmen des EU-Programms Geowarn haben sich europ√§ische Universit√§ten zusammengeschlossen und beobachten Nisyros, den Vesuv und andere potentiell gef√§hrliche Vulkane in Europa.

Vulkan Arenal, Costa Rica
Vulkan Kilimanjaro, Tansania/Kenia
Vulkan Teide, Teneriffa (Spanien).

Im Rahmen der internationalen Dekade zur ‚ÄěSchadensminimierung bei Naturkatastrophen 1990‚Äď2000‚Äú wurden 15 Vulkane weltweit als Forschungsobjekte ausgew√§hlt und kontinuierlich √ľberwacht, darunter auch der Vesuv und der √Ątna.

Trotz der Vielzahl der Fr√ľhwarnsysteme und vieler neuer Erkenntnisse auf diesem Gebiet wird sich bei Vulkanausbr√ľchen eine gewisse Unberechenbarkeit nie ganz ausschalten lassen. Parallel zur Vorhersage gef√§hrlicher Eruptionen sind Schutzma√ünahmen, Risiko- und Handlungspl√§ne, Aufkl√§rung der betroffenen Bev√∂lkerung und gesetzliche Regelungen f√ľr den Ernstfall notwendig. Zus√§tzlich k√∂nnte es sich lohnen, auch die Natur einer gef√§hrdeten Region genau zu beobachten. Oft reagieren Tiere sensibler und verlassen ein gef√§hrdetes Gebiet weit vor einem Vulkanausbruch.

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Wiktionary Wiktionary: Vulkan ‚Äď Bedeutungserkl√§rungen, Wortherkunft, Synonyme, √úbersetzungen
 Commons: Vulkan ‚Äď Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

Vulkane der Welt

Vulkan√ľberwachung

Einzelnachweise

  1. ‚ÜĎ nach Simkin und Siebert, 1994
  2. ‚ÜĎ Global Volcanism Program (englisch)
  3. ‚ÜĎ vgl. die Geologin Elisabeth Cottrell vom Smithsonian Institute: "...hundreds of volcanoes on the seafloor may be erupting at any given minute." [1] Zugriff: 23. Mai 2010
  4. ‚ÜĎ Gerd Simper: Vulkanismus verstehen und erleben. Feuerland Verlag, Stuttgart 2005, ISBN 978-3-000-15117-0, S.38
  5. ‚ÜĎ vgl. H.-U. Schmincke, Vulkanismus. Darmstadt 2000, S. 85
  6. ‚ÜĎ vgl. Zur Satelliten√ľberwachung des Vulkans Katla, engl., abgerufen 28. Februar 2010

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