Vulkanismus Definition Unter Vulkanismus versteht man alle geologischen Vorgänge, die mit dem Austritt fester, flüssiger oder gasförmiger Stoffe aus dem Erdinneren an die Erdoberfläche in Zusammenhang stehen. Diese Definition bezieht sich jedoch nur auf warme bis heiße Stoffe, da nicht jede normale Quelle unter Vulkanismus gefaßt werden kann. Die Förderung dieser Stoffe geht von schmelzflüssigen Magmaansammlungen, den sogenannten Vulkanherden (hot spot), aus, die in unterschiedlicher Tiefe (2 bis 50 km) gelegen sein können. Durch Abkühlung, Druckentlastung u.a. Vorgänge kommt es hier zur Entbindung der unter hohem Druck im Magma (Gesteinsschmelze, die bei der Berührung mit Luft als Lava bezeichnet wird) gelösten Gase. Die Gase dringen dann zur Oberfläche vor und können dabei Magma mitreißen. Die Austrittsstellen sind als röhrenförmige Schlote oder als lange Spalten ausgebildet. Die Schlote sind an der Öffnung oft zu Kratern erweitert. Entstehung Die Bedeutung vulkanischer Ereignisse am Aufbau der festen Erdkruste ist durch die Erkenntnisse der Plattentektonik klargeworden. Vulkanische, besonders basaltische Gesteine, bilden den wesentlichen Teil der Erdkruste. Die äußerste Erdschicht, Lithosphäre genannt, besteht aus sogenannten tektonischen Platten, welche auf einer heißen, elastischen Gesteinsschicht (Astenosphäre) schwimmen. Diese Platten bewegen sich, und so kann es passieren, daß Magma durch diese sogenannten tektonischen Plattenverschiebungen in höhere Schichten des Erdmantels gelangt. Dort wo Erdplatten in der Größe von Kontinenten auseinanderdriften kommt neues Erdmaterial in der Form von Magma an die Oberfläche. Seite: 1
Vulkantypen Man unterscheidet 2 Arten von Vulkanen: a) die explosiven Vulkane b) die effusiven Vulkane Explosive Vulkane entstehen plötzlich mit einer starken Explosion. Die dabei ausgestoßene Magma lagert sich zum Teil als steiler Wall um den Schlot, zum Teil als Lavastrom in einiger Entfernung ab. Die explosiven Vulkane bilden einen Gürtel ( Feuerring ) rings um den Pazifik, und zwar teils auf dem Festland (besonders Amerika), teils auf den Inselbögen. Effusive Vulkane sind Schichtvulkane, bei denen die Magma langsam an die Oberfläche gedrückt und langsam verteilt wird. Durch weitere Aufschichtungen entsteht langsam ein flacher Kegel. Diese Art von Vulkanen treten auf den mittelozeanischen Rücken und den zentralen ozeanischen Inseln (Hawaii, Island,...) sowie im Inneren der Kontinente auf. Seite: 2
Aufbau von Vulkanen Hierbei unterscheidet man fünf Haupttypen: a) Lavavulkane b) Lockervulkane c) Gemischte Vulkane d) Gasvulkane e) Vulkanotektonische Horste a) Lavavulkane Lavavulkane bestehen überwiegend aus Lava, die sich in verschiedenen Schichten, die meist 5-15 m dick sind, abgelagert hat. Durch lang anhaltende Vulkantätigkeit können bis zu 3000 m mächtige Folgen entstehen. Zu den Lavavulkanen gehören die Schildvulkane, die durch weit auslaufende Lava besonders flach angelegt sind. Spalten- und Flankenausbrüche tragen zu der Entstehung bei. Nur in unmittelbarer Nähe der Vulkanspalte erreicht die Lavaschicht eine Höhe von wenigen hundert Metern. Aus einem Lavasee an der Spitze des Berges fließt flüssige Lava, die dann wie ein Schild mehrere Quadratkilometer der Landoberfläche bedeckt. Daher kommt auch der Name Schildvulkan. Diese Bauform ist auch noch besonders gut auf Hawaii mit seinem berühmten Vulkan, dem Mauna Loa, ausgeprägt. Auch das indische Hochland von Dekkan wird aus riesigen Lavadecken aufgebaut. Seite: 3
b) Lockervulkane Bei Lockervulkanen wird nur erkaltetes festes Gestein, und keine Lava ausgeworfen. Es bildet sich ein Ringwall. c) Gemischte Vulkane Gemischte Vulkane bestehen aus einer Wechselfolge von Lavaergüssen und Lockermaterial. Man nennt sie auch Schicht- oder Stratovulkane, weil diese Vulkanberge aus mehreren sich abwechselnden Schichten von Lava und Vulkanasche aufgebaut werden, die wie Zwiebelschalen den in der Mitte gelegenen Krater umschließen. Bei dieser am häufigsten vorkommenden Bauform handelt es sich um Vulkane, die meist einen kegelförmigen Aufbau haben und bis zu 3000 m erreichen können. Auf deren Gipfelkegel befindet sich ein zentraler Ausbruchsschlot. Explodiert der Gipfelkrater und stürzt in sich zusammen, so bildet sich eine oft mehrere Kilometer Durchmesser betragende Kraterwanne, die nach dem spanischen Wort für Kessel als Caldera bezeichnet wird. Auf dem Boden der Vertiefung können neue Vulkane entstehen (wie beim Vesuv). Die bekanntesten und schönsten Schichtvulkane sind der Vesuv in Italien, der Fudschijama in Japan und der Kilimandscharo in Tansania. Seite: 4
d) Gasvulkane Gasvulkane sind die Folge von reinen Gasausbrüchen. Dazu zählt man die Maare, die z.b. in der Eifel (Deutschland) vorkommen und optisch als ein fast kreisrunder See erscheinen, der meistens mit einem bewaldeten ringförmigen Wall vorwiegend nichtvulkanischer Gesteinstrümmer umgeben ist. Hierbei handelt es sich aber nicht um einen See im herkömmlichen Sinn. Schon die Bezeichnung der vorderen Eifel als Vulkaneifel läßt darauf schließen, daß der Vulkanismus die Landschaft geprägt haben muß. Tatsächlich füllen diese Seen die Trichter von ehemaligen Kratern aus, die nach explosiven Gasausbrüchen entstanden sind und deren Ringwall von ausgeworfenem Material gebildet wird. Das Grundwasser ist hier seitlich eingedrungen und hat den Vulkantrichter ausgefüllt. Die bekanntesten Maare sind das Pulvermaar, das Gemündener Maar und der Laacher See. e) Vulkanotektonische Horste Vulkanotektonische Horste entstehen wenn die hochgepreßte Magma die Deckenscholle aufwölbt. Es tritt keine Magma an die Oberfläche. Das Vorkommen von Vulkanen ist an Schwächezonen der Erdkruste gebunden, oft sind dies Gebiete geologischer Unruhe, wie etwa Plattenränder. Seite: 5
Vulkanismus an den Plattenrändern - Intraplattenvulkanismus Die Mehrzahl der aktiven Vulkane befindet sich an Subduktionszonen (Subduktion: das Abtauchen ozeanischer Krusten in den oberen Mantel als Folge von Plattenkollisionen an konvergierenden Plattenrändern). Der Name Feuerring für die aktiven Vulkanketten rings um den Pazifik kommt nicht von ungefähr. 65% der, in den letzten 10.000 Jahren, aktiven Vulkane, liegen im Bereich des pazifischen Feuerrings. Dieser Gürtel zieht sich von Chile über Mittelamerika, den Westrand von Nordamerika, Japan bis Neuseeland. Die Andesite, welche die für die Subduktionszonen charakteristische Form des Vulkangesteins darstellen, sind die komplexeste Magmengruppe mit der sich die Wissenschaft heute befaßt. Es gibt hier nicht nur verschiedene Mechanismen zur Magmenentstehung, sondern auch verschiedene Arten von Ausgangsgesteinen. So wird der meiste Teil des Wassers der abtauchenden ozeanischen Lithosphäre wieder ausgeschwitzt und löst beim Aufstieg die Magmenentstehung aus, die für die Bildung der Vulkane beispielsweise des zirkumpazifischen Feuerrings verantwortlich ist. Somit vollzieht sich in den Subduktionszonen ein gewaltiger geologischer Kreislauf. Die abtauchende Erdkruste enthält so viel Wasser, daß die gesamte Wassermenge der Ozeane in ca. 500 Mio. Jahren wieder dem Erdinneren zugeführt wird. Dieser Zyklus schließt sich mit der Erosion der Vulkane, die somit wieder mitsamt der subduzierten Kruste bis ca. 700 km in den Erdmantel abtauchen, um wieder als neues Material ausgegeben zu werden. Intraplattenvulkane sind all jene kontinentalen und ozeanischen Vulkane, die nicht an Plattenrändern entstanden sind. Hier ist die Menge des aufsteigenden Magmas geringer, außerdem sind sie leichter zugänglich und deshalb besonders gut untersucht. Vulkane an Subduktionszonen sind gegenüber anderen von höherer Explosivität, da das von ihnen geförderte Magma wasserreicher ist und leichter zur Bildung von Gaskammern einlädt. Bei Intraplattenvulkanen müssen auch exogene Faktoren berücksichtigt werden (Wasserspeicher in nahen Sedimentschichten oder Klüfte in der Umgebung des aufsteigenden Magmas). Somit sind viele der Explosionen einfache Wasserdampferuptionen. Vorkommen von Vulkanen Vulkane der Erde Seite: 6
Auf der Karte ist die geographische Verbreitung der Vulkane auf der Erde dargestellt. (siehe auch Seite 2) Die Karte läßt klar umrissene Gebiete mit besonders starkem Vulkanismus erkennen. Die größte Vulkangruppe zieht sich wie ein Feuerring um den Pazifischen Ozean. Im Bereich der ostasiatischen Inselbögen, über die Aleuten und Süd-Alaska entlang der Westküste Nord- und Mittelamerikas bis zu den chilenischen Anden erstrecken sich etwa 60 % aller Vulkane der Erde. Dieser Gürtel aktiver Vulkane wird deshalb auch der Zirkumpazifische Feuergürtel genannt. Ein weiterer Vulkanbogen folgt den indonesischen Inseln und reicht bis nach Neuseeland. Nur 25 % aller Vulkane liegen außerhalb des pazifischen Bereichs und bilden einen Gürtel, der sich von den Kanarischen Inseln über Italien, die Osttürkei, bis in den Bereich des Himalaya-Gebirges erstreckt, um dann bei der Insel Sumatra auf den indonesischen Inselbogen zu stoßen. Von diesem Eurasischen Gürtel zweigt noch eine Vulkanreihe nach Afrika ab, die nach Süden entlang des Roten Meeres bis in das Ostafrikanische Seenhochland um den Victoria See reicht. Weitere aktive Vulkane liegen inmitten der Weltmeere, wie auf Hawaii und Island. Es fällt auf, daß effusive Tätigkeit überwiegend im Bereich der Weltmeere auftritt. Seite: 7
Besonders im Atlantischen Ozean erstreckt sich ein Vulkanband von Island im Norden über die Azoren bis auf die südliche Halbkugel. Im Bereich der Landmassen finden wir Effusivtätigkeit nur in Afrika. Explosive Ausbruchsformen - dazu gehören auch die gemischten Ausbrüche - sind auf die Randbereiche der Kontinente konzentriert, sowie auf die dort angrenzenden Inselketten. In Europa gibt es zwei Gebiete mit aktiven Vulkanen. Im Mittelmeerraum gibt es explosiven Vulkanismus, auf Island herrscht die effusive Tätigkeit vor. klassischer Vulkanausbruch: Vulkanische Begleiterscheinungen Seite: 8
a) Fumarolen Als Fumarolen bezeichnet man Öffnungen, aus denen vulkanische Gase an die Oberfläche dringen. Sie befinden sich im Vulkankrater, an den äußeren Hängen des Kraters, oder im direkten Umfeld eines Vulkankegels. Die Temperaturen von fumarolischen Gasen variieren von ca. 1.000 C bis zu unter 100 C. Fumarolen mit besonders hohen Temperaturen enthalten relativ große Anteile an Salzsäure, Flußsäure und freien Hydrogenen, wobei Fumarolen mit niedrigeren Temperaturen (< 650 C) einen größeren Anteil an Schwefelgas enthalten. Bei allen Fumarolen, egal welcher Temperatur, besteht das Gas jedoch größtenteils aus überhitztem Wasser, also Dampf. Verändert sich die Gaszusammensetzung, nimmt die Aktivität oder die Temperatur der Fumarolen zu, oder erscheinen neue Fumarolen, so kündigt sich möglicherweise ein Vulkanausbruch an. b) Heiße Quellen Heiße Quellen treten sehr oft zusammen mit Fumarolen auf, allerdings sind nicht alle heißen Quellen vulkanischen Ursprungs. c) Geysire Das Wort Geysir kommt aus Island und bedeutet wild strömend. In Island befindet sich auch die Springquelle, die allen anderen ihren Namen gegeben hat: Der große Geysir. Geysire sind Grundwasserphänomene, die ihr Wasser auf die gleiche Art erwärmen wie heiße Quellen. Viele kommen in direkter Nachbarschaft zu Vulkanen oder jungen vulkanischen Gesteinen vor. Die bedeutendsten Geysirbecken liegen im Hochland von Island, auf der Nordinsel von Neuseeland, in Indonesien, Chile und im Yellowstone N.P., wo es alleine 200 Geysire gibt. Die Anzahl der Geysire schwankt ständig, da immer einige inaktiv werden und andere, neue, hinzukommen. Einige Geysire spritzen ihr Wasser nur wenige Zentimeter in die Luft, während andere 100 m hohe Fontänen erzeugen. Seite: 9
Der größte Geysir, der jemals beobachtet wurde, war der Waimangu in Neuseeland. In seiner kurzen aktiven Phase von 1899-1904 schleuderte er große Fontänen aus Dampf, schlammigem Wasser und Gesteinsfragmenten bis in eine Höhe von 450 m. Die Ruheperioden einzelner Geysire schwanken zwischen einigen Minuten bis zu mehreren Monaten. Einige Geysire brechen sehr regelmäßig aus, manche wiederum in völlig unregelmäßigen Zeitabständen. Querschnitt durch einen Geysir: Seite: 10
Gefahren und Vorhersagen von Vulkanausbrüchen a) Vulkankatastrophen In den letzten 400 Jahren sind mehr als 250.000 Menschen bei Vulkaneruptionen ums Leben gekommen. Wegen der zunehmenden Bevölkerungsdichte auf unserem Planeten wachsen die Gefahren durch Vulkaneruptionen ständig, so daß drastische Schritte zur Untersuchung und Überwachung aktiver bedrohlicher Vulkane getroffen werden müssen, die zudem überwiegend in Entwicklungsländern liegen. Die unmittelbaren Gefahren von Eruptionen sind Aschenfälle, ausströmende Gase, Druckwellen, Schlammströme und Lavaströme. Die größten und gefährlichsten Eruptionen treten in Vulkanen auf, in denen Eruptionsperioden durch jahrhundertelange Ruhepausen voneinander getrennt sind. Die von diesen Vulkanen ausgehenden Gefahren werden bei der Besiedlung ihrer Umgebung daher meist übersehen. Rings um den Vesuv, dem berühmten Vulkan in der Nähe von Neapel, wohnen über eine Million Menschen in einer hochgefährdeten Zone, in der in den letzten Jahren erhöhte Erdbebentätigkeit und Anschwellen des Bodens möglicherweise eine größere Eruption ankündigen. b) Hauptgefahren Extrem heiße Gase und Partikel können als Dichteströme die Hänge eines Vulkans mit Geschwindigkeiten von Zehn bis Hundert Metern pro Sekunde hinabrasen, innerhalb von Minuten Hunderte von Quadratkilometern überdecken und so ganze Städte überfluten. Diese Ströme sind wegen ihres plötzlichen Auftretens und ihrer hohen Geschwindigkeit besonders gefährlich c) Prognose und Vorhersage Zu den wichtigsten Zielen vulkanologischer Forschung gehört es seit jeher, Methoden zu entwickeln, mit denen man Eruptionen vorhersagen kann. Dies ist vor allem in dicht besiedelten Gebieten wichtig, damit diese rechtzeitig evakuiert werden können. Aber auch für den Vulkanologen ist es hilfreich zu wissen, wann eine Eruption bevorsteht, um Meßkampagnen durchführen zu können, deren Ergebnisse wiederum der Entwicklung von Vorhersagekriterien zugutekommen. Ein Vulkanausbruch ist das Resultat einer Vielzahl von Faktoren, ähnlich wie das Wetter oder wie Erdbeben; einigermaßen verläßliche Vorhersagen lassen sich nur in gut untersuchten Vulkanen machen. Seite: 11
d) Methoden von Vorhersagen Potentielle Gefahren eines aktiven Vulkans können durch geologische Untersuchungen der vulkanischen Vorgeschichte eines Vulkans abgeschätzt werden. Anhand dieser Daten kann man Art, Größe und Wahrscheinlichkeit zukünftiger Aktivität vorhersagen, jedoch nicht den genauen Zeitpunkt zukünftiger Eruptionen. Dieser kann nur auf der Grundlage ständiger Überwachungen abgeschätzt werden. Die Wissenschaft von der Vorhersage von Vulkaneruptionen hat sich in den vergangenen 25 Jahren enorm entwickelt. Die genauesten zur Zeit verfügbaren Methoden sind die Analyse von Erdbeben und Aufbeulungen der Erdkruste über einer Magmakammer sowie die Messung der Temperatur und Gasemissionen eines Vulkans. 13 000 Jahre alter Blattaufdruck auf einem Lavastück: Seite: 12
Vulkanismus in Österreich Obwohl es in Österreich derzeit keinen aktiven Vulkanismus gibt, kennt man zahlreiche Zeugnisse früherer vulkanischer Ereignisse sowie postvulkanischer Erscheinungen. In den Hohen Tauern sind zahlreiche Berge (unter ihnen auch der Großglockner) zumindest teilweise aus vulkanischem Material aufgebaut. Dieses hat sich in der Jurazeit gebildet, ist aber heute bereits stark verändert. Viel jüngere Vorkommen von vulkanischen Gesteinen findet man im Südosten Österreichs (Alter ca. 4-17 Mio. Jahre). Bekannte Vorkommen, die auch eine wirtschaftliche Bedeutung haben, liegen bei Güssing, Feldbach, Bad Gleichenberg, Riegersburg und einigen anderen Orten. Die Bedeutung liegt in der Verwendbarkeit für Straßenschotter und als Bodenunterlage für den Weinanbau. Zu den postvulkanischen Erscheinungen gehören zahlreiche Thermalquellen, die um Bad Vöslau, Baden, Loipersdorf, u.s.w. therapeutisch genutzt werden. Vulkanische Kräfte können also nicht nur zerstörend wirken, sondern auch für den Menschen besonders nutzbringend sein. Seite: 13
Quellennachweis: Literatur: Biologiebuch 5. Klasse E. Dorner Bertelsmann LEXIKOTHEK Vulkane und Vulkanismus H. Rast Vulkane und ihre Tätigkeit A. Rittmann Links: http://www.wort-und-wissen.de http://www.fs-geographie.de http://senckenberg.uni-frankfurt.de http://www.geo.de http://www.ifg.tu-clausthal.de/volcanoes.html Seite: 14