Hawaii: Vulkane am laufenden Band Ein Pahoehoe-Lavastrom wird in den nächsten Sekunden eine junge Farnpflanze zerstören. Kilauea-Vulkan Hawaii, 1991 Lernziele 1.) Sie erkennen einen Schildvulkan an seiner Form und können die Merkmale der typischen Aktivität eines Schildvulkans beschreiben. 2.) Sie können den Begriff «Hot Spot» erklären. 3.) Sie sind in der Lage zu beschreiben, wie man Hot Spots als «Geschwindigkeitsmesser» für die Bewegung tektonischer Platten verwenden kann. Seite 1
Virtuelle Exkursion als Einführung / Aufgaben (Teil 1) Machen Sie sich mit dem Phänomen «Schildvulkan» vertraut und unternehmen Sie eine kurze virtuelle Exkursion auf der Insel Hawaii: a.) b.) Was ist ein Schildvulkan; wie unterscheidet er sich von einem Schicht- oder Stratovulkan? Wie kommt dieser Unterschied zustand? Material: Stromboli online => Fotoglossar (Link auf jeder Seite rechts oben) Verfolgen Sie einen typischen Lavastrom auf Hawaii von seinem Ursprung (einem Lavasee) bis zum Eintritt in den Pazifischen Ozean: Stromboli online => Expeditionen => Hawaii => Virtuelle Exkursion => Denksportaufgabe Die Hawaii-Inseln bestehen aus zum Teil aktiven, zum Teil erloschenen Vulkanen. Das Alter der Laven ist in der folgenden Graphik angegeben: Weiter im Nordwesten gibt es noch kleinere Inseln (z.b. Midway-Insel), ebenfalls vulkanischen Ursprungs, sowie untermeerische Gebirge (so genannte "Seamounts"), die die Meeresoberfläche nicht ganz erreichen. Auch dort finden Sie Altersangaben zur Lava. Welche geologischen Vorgänge könnten sich in den letzten 100 Millionen Jahren abgespielt haben, damit es zu dieser Anordnung gekommen ist? (Lösung auf der nächsten Seite...) Seite 2
Zwar könnte man sich vorstellen, dass die Magmaquelle im Lauf der Zeit immer weiter nach Südosten wandert, doch scheint sich etwas anderes abgespielt zu haben: So sehen es die Geologen heute Ein grosser Teil der Erdkruste unter dem pazifischen Ozean gehört zur Pazifischen Platte. Diese bewegt sich langsam in Richtung Nordwesten. Unter der Pazifischen Platte, im Erdmantel, gibt es mehrere Stellen, an denen aus grosser Tiefe besonders heisses Magma aufsteigt, so genannte «Hot Spots». Das Magma aus den Hot Spots kann auch die Pazifische Platte durchdringen, und es kommt zu Vulkanausbrüchen (Hot Spots gibt es übrigens auch unter anderen Platten). Die Hot Spots bleiben nach heutiger Vorstellung der Erdwissenschaftler im Gegensatz zu den Erdkrustenplatten immer am gleichen Ort. Dafür bewegte sich die pazifische Platte langsam nordwestwärts. So werden die Vulkaninseln Hawaiis wie auf einem Förderband laufend von der Magmaquelle weggetragen: Bild aus «Die Vulkane der Welt» Katia und Maurice Krafft Mondo-Verlag, Vevey 1986 (vergriffen) Nur solange sie noch nahe genug beim Hot Spot waren, blieben die Vulkane aktiv (im Wesentlichen heute nur auf Hawaii Hauptinsel). Die älteren Vulkane werden immer mehr erodiert, bis sie gar nicht mehr über den Meeresspiegel aufragen. Sie bilden dann nur noch untermeerische Erhebungen, so genannte Seamounts. Ein tragisches Schicksal ereilt die Seamounts, wenn sie bei der Subduktionszone (Kurilengraben und Aleutengraben vor das Ostküste Asiens) ankommen: Sie werden dort regelrecht verschluckt, weil die Pazifische Platte unter die Eurasische taucht (vergleiche Karte auf vorheriger Seite)! Da man heute mit Messungen der natürlichen Radioaktivität das Alter von Gesteinen bestimmen kann, ist es möglich die Geschwindigkeit der Bewegung der Pazifischen Platte zu bestimmen immer unter der Annahme, dass sich der Hot Spot selber nicht verschiebt. Darum geht es im folgenden Abschnitt: Seite 3
Aufgaben (Teil 2) Unterrichtseinheit «Vulkanismus» Thema «Hawaii: Vulkane am laufenden Band» c.) Bestimmen Sie die Geschwindigkeit der Bewegung der pazifischen Platte unter der Annahme, dass der Hot Spot stationär ist. Die Zahlen bei den Inseln geben das Alter von Lavaproben an (bestimmt mit der Methode der radiometrischen Altersbestimmung). Gestalten Sie dazu ein Diagramm: X-Achse Distanz vom Hot Spot (heute unter Hawaii Hauptinsel); Y-Achse Alter der Lavaproben. Eine ungefähr durch die Punkte gelegte, "ausgeglichene" Gerade veranschaulicht dann die mittlere Geschwindigkeit (z.b. pro 10 Millionen Jahre so viele km => pro Jahr so viele cm). d.) e.) Versuchen Sie zu beurteilen, ob die Driftgeschwindigkeit in etwa konstant blieb, oder ob es klar erkennbare Beschleunigungen oder Verzögerungen gab! Woher kommen wohl die kleinen Abweichungen der Punkte von der Linie? Zum Schluss geht es um einen Vergleich: Auch die Yellowstone-Caldera mit ihren berühmten Geysiren befindet sich auf einem Hot Spot, wobei dieser nicht unter ozeanischer sondern unter kontinentaler Kruste liegt: Stromboli online => Expeditionen => Yellowstone Caldera (Sie können hier auch herausfinden, wie Geysire funktionieren und ihre Ausbrüche auf Videoclips sehen). Aber nun zur Frage: Wie schnell bewegt sich die nordamerikanische Platte über den Hot Spot? Vergleichen Sie mit der Platte bei Hawaii! Stromboli online => Expeditionen => Yellowstone Caldera => Der Hotspot Hinweise: Die kleine Karte ist etwa 1000 Kilometer breit; bei der grossen ist der Massstab links unten angegeben). Seite 4
Die Lösungen... Befinden sich auf der nächsten Seite... Unterrichtseinheit «Vulkanismus» Thema «Hawaii: Vulkane am laufenden Band» Seite 5
Lösungen Aufgabe a) Schildvulkane bilden viel weniger steile Kegel als Stratovulkane, weil dünnflüssige Laven aus Basalt sehr weit fliessen. Demgegenüber sind die Lavaströme von Schichtvulkanen zähflüssiger; oft wird auch Tephra anstelle von Lavaströmen ausgestossen. So bilden sich steilere Vulkankegel. Aufgabe c) In 10 Millionen Jahren wird eine Entfernung von 800 Kilometern vom Hot Spot erreicht; das ergibt eine jährliche Verschiebung von 8 cm. Aufgabe d) Die Bewegung verlief wahrscheinlich etwa gleichförmig (kein klarer Trend zu schnellerer oder langsamerer Bewegung). Die Abweichungen der Punkte von einer Geraden kommen daher, dass ein Vulkan auf einer Insel während längerer Zeit aktiv bleibt, so dass dort also Laven verschiedenen Alters vorkommen. Zudem haben die Altersbestimmungen auch eine gewisse Ungenauigkeit. Aufgabe e) Die Bewegung über den Hot Spot ist mit rund 4 cm rund halb so schnell wie bei Hawaii. Copyright Alle Materialien dieser Unterrichtseinheit stehen für den nicht kommerziellen Gebrauch im Unterricht frei zur Verfügung. Die Materialien dürfen ohne Zustimmung der Text- und Bildautoren J. Alean und M. Fulle hingegen nicht anderswo auf dem Web angeboten oder zu kommerziellen Zwecken weiter verwendet werden. http://www.stromboli.net Seite 6