Vulkanismus

1

Einleitung

Vulkanismus, alle geologischen Erscheinungen, die mit dem Aufdringen von Magma in die obersten Partien der Erdkruste (siehe Erde) und dem Austritt von Lava und Gasen an der Erdoberfläche verbunden sind. Dazu gehört vor allem die Bildung von Vulkanen und vulkanischen Gesteinen (siehe Magmatite). Bleibt das Magma in größeren Tiefen (mehr als etwa fünf Kilometer) stecken, so führt dies zu den Erscheinungen des Plutonismus. Vulkanismus tritt vor allem an den aktiven Rändern von Platten auf. Zur Zeit gelten weltweit etwa 500 bis 600 Vulkane als aktiv, wobei die untermeerischen Vulkane nicht mitgezählt sind. Die Zahl der erloschenen Vulkane wird auf 10 000 geschätzt. Die Wissenschaft, die sich mit den Ursachen, Prozessen, Strukturen, Ablagerungen und morphologischen Erscheinungen des Vulkanismus beschäftigt, heißt Vulkanologie. Sie ist ein Teilgebiet der Geologie.

2

Die Bildung des Magmas

Vulkanismus ist grundsätzlich an aktive Schwächezonen der Erdkruste gebunden. Denn zur Bildung eines Magmas muss das feste Gestein aufgeschmolzen werden. Der Schmelzpunkt der Gesteine wird unter statischen Bedingungen in der Erdkruste aber nicht erreicht, obwohl die Temperatur mit der Tiefe zunimmt. Der Schmelzpunkt hängt nämlich vom Druck ab und steigt mit zunehmendem Druck, also mit zunehmender Tiefe in der Erdkruste. Beträgt der Schmelzpunkt beispielsweise an der Erdoberfläche etwas über 1 000 °C (Basaltlava hat diese Temperatur), so ist er in 100 Kilometer Tiefe auf etwa 1 500 °C angestiegen. „Schmelzpunkt” heißt dabei nicht, dass sich das gesamte Gestein verflüssigt. Zur Bildung einer beweglichen Gesteinsschmelze reicht es, wenn 2 Prozent verflüssigt sind (eine so genannte partielle Schmelze). Durch die Druckentlastung beim Aufstieg des Magmas schmilzt das Gestein weiter auf, an der Oberfläche kann eine fast vollständige Aufschmelzung erreicht sein. Der Schmelzpunkt wird entweder durch Druckverminderung erreicht, wie er durch tektonische Schwächezonen (siehe unten) verursacht wird, oder durch Temperaturerhöhung, die z. B. durch einen so genannten mantle plume erklärt wird. Diese mantle plumes sind aus dem untersten Erdmantel aufsteigende Konvektionsströme, die im Grenzbereich zwischen Mantel und Kruste zu Temperaturerhöhungen und daher zu Aufschmelzungen führen können. Oberhalb der mantle plumes können sich die so genannten Hot-spot-Vulkane bilden (siehe unten).

Eine weitere wichtige Voraussetzung für die Bildung vulkanischer Magmen ist ein sehr geringer Wassergehalt. Nur wasserarme oder -freie Silicatmagmen schmelzen bei abfallendem Druck weiter auf. Diese Verflüssigung begünstigt den weiteren Aufstieg. Wasserreichere Magmen werden bei abnehmendem Druck zäher, bleiben so in tieferen Teilen der Erdkruste stecken und bilden Plutone.

3

Vulkanismus und Plattentektonik

Die tektonischen Schwächezonen fallen zumeist mit den Grenzen von Platten zusammen. Dabei sind drei verschiedene Arten von Plattengrenzen mit je unterschiedlichem Vulkanismus zu unterscheiden: Zum einen divergierende (sich spreizende) Plattengrenzen der Mittelozeanischen Rücken. Hier wird durch den Vulkanismus neue ozeanische Kruste gebildet, und die Platten driften auseinander. In Spalteneruptionen wird hier vor allem Basalt (zu den vulkanischen Gesteinen siehe unten) gefördert. Die gesamten heutigen Ozeanböden sind auf diese Weise in den letzten 200 Millionen Jahren entstanden. Zum anderen handelt es sich um konvergierende Plattengrenzen, bei denen eine Platte entlang einer Subduktionszone unter die andere abtaucht. Hier werden zwei Arten unterschieden, je nachdem ob ein Plattenrand mit ozeanischer Kruste unter eine ebenfalls ozeanische Kruste abtaucht oder unter eine kontinentale Kruste des gegenüberliegenden Plattenrandes.

Dabei werden Teile der ozeanischen oder kontinentalen Kruste in der Tiefe aufgeschmolzen, das intermediäre oder saure Magma (siehe unten im Abschnitt „Entstehung der verschiedenen Laven und Förderprodukte”) steigt in der Nähe der Subduktionszone an die Oberfläche. So entstehen die typischen Vulkanketten. Häufigster Vulkantyp ist der Stratovulkan (siehe unten). Den Küstenbereichen solcher Kollisionszonen sind Tiefseegräben vorgelagert. Bei einer Ozean-Kontinent-Subduktion ist der Vulkanismus mit Gebirgsbildung verbunden. Dabei entstehen in der Regel lange Gebirgsketten, wie z. B. die Anden in Südamerika und die Kordilleren in Nordamerika, zu denen die Kaskadenkette und die Rocky Mountains gehören. Bei Ozean-Ozean-Subduktionen entstehen typische Inselbögen mit Vulkanen, wie die Alëuten, die Kurilen, Japan oder die Philippinen.

Von den derzeit etwa 500 bis 600 aktiven Vulkanen der Festländer liegen 85 Prozent an konvergierenden Plattengrenzen, 15 Prozent an divergierenden Plattengrenzen und etwa 5 Prozent innerhalb von Platten (Hot-spot-Vulkane). Etwa zwei Drittel der aktiven Oberflächenvulkane befinden sich rings um den Pazifischen Ozean. Den so gebildeten Ring nennt man den Ring of Fire oder auch den zirkumpazifischen Gürtel. Er zeichnet Subduktionszonen nach und verläuft über die Anden, die Kordilleren, die Alëuten, Kamtschatka im Osten Sibiriens, die Kurilen, Japan, die Philippinen, Celebes, Neuguinea, die Salomonen, Neukaledonien und Neuseeland.

4

Die Förderung der vulkanischen Magmen

Die Magmen entstehen in der zähflüssigen Asthenoshäre (siehe Erde) in Tiefen von 75 bis 250 Kilometern. In Schloten oder Spalten dringen sie nach oben in die Erdkruste. Während des Aufstiegs verändert sich das Magma, es verliert Bestandteile, nimmt aber auch Stoffe aus dem Nebengestein auf. Durch den abnehmenden Druck werden Gase frei, in erster Linie Wasserdampf, ferner Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Schwefel und Chlor. Das Magma sammelt sich in relativ geringer Tiefe in einer so genannten Magmakammer. In Hawaii besitzt die Magmakammer eine Tiefe von zwei Kilometern, beim Vesuv von fünf bis sechs Kilometern. Steigt in der Magmakammer der Druck über eine gewisse Schwelle an, so steigt das Magma weiter auf, fließt als Lava aus oder wird herausgeschleudert und baut im Lauf der Zeit den Vulkan auf. Der Förderschlot endet im Krater, der nach dem Ausbruch als extrem steilwandige und tiefe Öffnung zurückbleibt. Der Krater des Ätna beispielsweise besitzt einen Durchmesser von 300 Metern und eine Tiefe von über 800 Metern. Seine Kraterwände fallen nahezu senkrecht ab. Der Krater ist nicht mit der Caldera zu verwechseln (siehe unten).