Explosiver Vulkanismus

Der hohe Gasdruck reisst feste und flüssige Lockerstoffe aus dem Förderkanal hinaus und schleudert sie hoch in die Luft. Bei allen Eruptionen sind es die hohen Drucke im Untergrund, die Ausbrüche auslösen. Trotzdem unterscheidet sich der explosive Mechanismus vom basaltischen. Deutliche Unterschiede gibt es auch in den Eruptionsprodukten.

 

Explosive Mechanismen

 

Bei explosiven Ausbrüchen bauen sich die Drucke über lange Zeit auf, um dann plötzlich zu explodieren. Sie reissen feste und flüssige Lockerstoffe aus dem Förderkanal hinaus und schleudern sie hoch in die Luft.

  • Zähflüssiges und gasiges Magma

  • Heisses Magma auf kaltes Wasser

Zähflüssiges und gasiges Magma

Das Magma tief im Erdinnern ist zähflüssig (hochviskos) und enthält Gase in hoher Konzentration. 

Höhere Viskosität – Zahlreiche Kristalle entstehen bereits in der Magmakammer, was die Viskosität erhöht. Die Temperatur des zähen Magmas ist deutlich tiefer (700 bis 800 Grad) als die von flüssigem (um 1‘200 Grad). Die derart gebildete hohe Viskosität lässt kaum noch Gase entweichen, so dass sich ein hoher Gasdruck in der Masse aufbaut. Zugleich sinkt die Wahrscheinlichkeit für dieses Magma schnell ab, in einer effusiven Förderung an die Erdoberfläche zu gelangen.

Zu hoher Druck – Schliesslich wird der aufgestaute Druck zu hoch und entlädt sich in kräftigen Explosionen. Die Eruptionswolken steigen hoch in die Atmosphäre auf und lagern sich je nach Windverhältnissen ihre Fracht weit vom Förderort entfernt ab.
 

Heisses Magma auf kaltes Wasser

Bestimmte Gemische aus Gasen, Flüssigkeiten einschliesslich Wasser und festen Partikeln können ebenfalls zu mächtigen Explosionen führen (Hydrovulkanismus). Dabei ist mit Wasser nicht der Anteil im Magma selbst gemeint, sondern derjenige aus «externen», kalten oder eisigen Quellen wie Grundwasser, Meerwasser oder Gletschereis.

  • Eis – In Island häufig sind die subglaziale Explosionen, bei denen kaltes Eis und Eiswasser auf ein sehr heisses Magma trifft und explodiert.

  • Grundwasser – Aufsteigendes Magma dringt in wassergefüllte Gesteinshohlräume (Grundwasser) ein oder umgekehrt Grundwasser kommt durch frische Brüche in Kontakt mit heissem Magma.

  • Süsswasser – Kaltes Wasser von (Krater-)Seen kommt durch frische Brüche in direkten Kontakt mit heissem Magma.

  • Niederschläge – Kaltes Niederschlagswasser füllt sich in einem See und sickert in heisses Lockermaterial ab.

  • Meerwasser – Heisses Magma fliesst unterirdisch ins kalte Meerwasser aus oder umgekehrt kaltes Meerwasser trifft auf heisse Magma.

 

Explosive Vulkane

Bei ausschliesslich explosiver Tätigkeit entstehen Stratovulkane, Stratovulkanrücken, Explosionskrater, Tuffringe, leere Vulkanschlote und Aschekrater. Als Folge von mächtigen explosiven Aktivitäten können Calderen entstehen. Doch viel häufiger beginnen Eruptionen als explosive Förderungen und wechseln nach einiger Zeit in eine effusive Phase, die lange andauern kann.

Stratovulkane

Explosive Vulkane in Kegelform bestehen meist aus einzelnen Schichten (lat. Stratum) von Lockerstoffen und Lava. Jede Schicht kann einem bestimmten Ausbruch zugeordnet werden. Mit zunehmender Anzahl Ausbrüche wächst der Stratovulkan in seine bekannte spitzkegelige Form. In manchen Fällen folgt auf eine explosive Phase eine effusive Phase.

 

Explosive Phase – Typische Stratovulkane fördern in einer ersten Phase Lockerstoffe, Gase, Asche und Wasserdampf. Mächtige Eruptionswolken steigen bis zu 30 km in die Höhe. Kräftige Explosionen begleiten solche Ausbrüche. Am Erdboden können giftige Gase zu gefährlichen Gasteppichen zusammenfinden.

 

Effusive Phase – Nach der explosiven Phase wechseln die Vulkane oft ihr Verhalten und fördern in hohen Fontänen flüssige Lava. Über die zahlreichen Ausbrüchen wachsen die Stratovulkane «aus eigener Kraft» zu hohen Kegeln heran.

 

Öræfajökull – In Eis kleiden sich die Gipfel des Öræfajökull. Darunter verbirgt sich der gleichnamige Stratovulkan Öræfajökull, der aus zahlreichen Schichten von Lava und Lockermassen aufgebaut ist. Seine höchste Erhebung ist der Hvannadalshnúkur (2110 m). Der Öræfajökull ist bekannt für seine kräftigen explosiven Ausbrüche.

Snæfellsjökull – Als Stratovulkan throhnt der Snæfells-jökull am einen Ende der Halbinsel Snæfellsness, bedeckt mit einer Eiskappe.

 

Stratovulkanrücken

Eine isländische Eigenart ist der Stratovulkanrücken, hier am Beispiel des Hekla. Die Lava fliesst wiederholt aus den gleichen vulkanischen Spalten und breitet sich nach beiden Seiten über weite Flächen aus. Daraus entsteht ein Rücken mit ellipsenförmigem Grundriss. In der Mitte des Rückens verläuft die breite Spalte Heklagja. Nach einer ersten explosiven Phase öffnet sich die Spalte über den ganzen Rücken. Später kann sich der Ausbruch auf einzelne bestehende oder neue Krater konzentrieren.

Hekla – In der Mitte des Rückens – etwas eingesenkt – verläuft die vulkanische Spalte Heklagja.

 

Kleine Explosionskrater

Reine Gasausbrüche verursachen kräftige Explosionen. Dabei zertrümmern sie die Schlotfüllung, lösen Teile von benachbarten Felsen ab und schleudern sie hoch hinaus. Ein solcher Schlot fördert hauptsächlich Bims und vulkanische Asche. Zurück bleibt die vorerst leere Schlotöffnung. In vielen Fällen füllen sich solche Öffnungen mit Grundwasser und lassen ein Maar entstehen. Entstehen können auch Aschekrater (Tuffringe).

 

Schlackenkegel bilden sich, wenn bei einem Ausbruch Lava mehrere hundert Meter in die Höhe geschleudert wird und dann in der Nähe der Ausbruchstelle wieder zu Boden fällt. Die einzelnen Lavabrocken sind meist erkaltet, wenn sie wieder auf dem Boden auftreffen. Im Laufe des Ausbruchs entsteht rund um die Eruptionsstelle ein Kegel aus aufgeschichteten Schlacken. Sind die Schlackestücke beim Auftreffen auf dem Boden noch nicht erkaltet, werden sie durch den Aufschlag breitgedrückt und mit anderen Schlackestücken verschweisst. Solche Schlacken nennt man Schweißschlacken. Der beim großen Ausbruch von 1973 auf Heimaey neu entstandene Kegel ist ein Beispiel für Schlackenkegel aus neuerer Zeit, ebenso die Schlackenkegel im Kraflagebiet nahe des Myvatn.
 

Maar – Hnausapollur vor Landmannalaugar ist im Rahmen einer grossen Eruption des Bárðabunga entstanden. Das Maar verfügt über unterirdische Zu- und Abflüsse. Dementsprechend kommen auch Fische im See vor. Sind bei Explosionen Eisenverbindungen im Spiel, so kann sich der schwarze Basalt rötlich färben.

 

Explosive Förderstoffe

Entsprechend dem Förderfortschritt werden die verschiedenen Stoffgruppen einer explosiven Eruption bezeichnet. Hinzu kommen ausgewählte Produkte von explosiven Förderungen.

 

 

Eruptionswolken
Besonders mächtige Wolken entstehen, wenn sich grosse Wassermengen mit den vulkanischen Gasen mischen, an Land mit Grundwasser, am Gletschergrund mit Schmelzwasser oder am Meeresboden mit Meerwasser.

Ausbruch – Die Höhe, die eine Eruptionswolke erreicht, ist vom Gasdruck im Magma und vom Wetter zum Zeitpunkt des Ausbruchs abhängig. Nach einer kürzeren oder längeren explosiven Startphase verliert die Eruptionswolke an Kraft.

Chemisch – Die Wolke von Surtsey (1967) setzte sich zusammen aus: 79 % Wasser, 5 % Schwefeldioxid, 4 % Wasserstoff, sowie kleinere Mengen von Salzsäure, Kohlenmonoxid, Neon, Argon und Fluor.

Weite Strecken zurücklegen – Gleicht sich der Gasdruck dem Luftdruck in der Höhe an, so treiben die Höhenwinde die Aschewolke über weite Strecken fort. Der Flugverkehr kann eingeschränkt oder verunmöglicht sein.

Feste Förderstoffe

Beim Zusammentreffen von heissem Magma und kaltem Wasser sowie bei konzentriert zähflüssigem Magma explodieren die Förderstoffe und werden durch die Druckkräfte in grössere bis kleinste Lockerstoffe fragmentiert > Fragmentierte Förderstoffe. Kleinste Körner werden hoch in die Lüfte gehoben (Asche), grössere fallen neben dem Eruptionsort zu Boden (Brocken).


Als Pyroklastika wird das vulkanische Gestein bezeichnet, das während eines explosiven Vulkanausbruchs als Lockerstoff (Lavafetzen, Reste von Schlotfüllungen oder Schlotwänden) gefördert wird, sich während des Ausbruchs fragmentiert und nach der Ablagerung verfestigt.

Als Tephra oder Tuffsteine (= lat. poröser Stein) sind die vulkanischen Lockerstoffe gemeint, die aus solch fragmentierter Lava entstanden sind. Der hohe Gasdruck im Schlot zerfetzt das Magma in feine Vulkanasche und grössere Pyroklasten.

 

Korngrösse – Die Tephra wird nach ihrer Korngrösse klassifiziert in Asche (Durchmesser kleiner als 2 mm), Lapilli (2 bis 64 mm) und Bomben bzw. Blöcke (grösser als 64 mm). Die beiden letztgenannten unterscheiden sich in ihrer Form: Die Bomben erhalten während ihres Auswurfes eine gerundete oder spindelförmige Form. Blöcke sind dagegen nicht gerundete Pyroklasten.

 
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Eruptionswolke – Während unserer Zeit in Island kam es zu keiner vulkanischen Eruption. Deshalb kein Bild einer Vulkanwolke. Folgen Sie diesem Link: Eruptionswolke des Eyjafjallajökull am 17. April 2010. Bild © Henrik Thorburn, Island.

 

Vulkanische Asche

Fein zerriebene Lava mit Korngrössen unter 2 mm Durchmesser wird als vulkanische Asche bezeichnet. Sie ist häufiger Bestandteil von Eruptionswolken.

 

Vorkommen – Vulkanische Asche kommt im Fördergebiet als Grund vor, aber auch abgetragen und abgelagert als schwarzer Sandstrand am Meer.

Temperaturen – Der grösste Teil der Vulkanasche, die bei einem explosiven Ausbruch gefördert wird, ist in der Erde relativ kühl und glüht nicht mehr. Oft ist sie kälter als 800 Grad und bereits im Förderschlot erstarrt.

Asche in Eis konserviert – Landet die Asche auf einem Gletscher und schliessen die nächsten Schneefälle die Partikel ein, dann wird die Asche im Eis konserviert. Die langsam vorwärts schiebende Gletscherzunge transportiert die Asche über die ganze Länge des Eispanzers. Erst wenn das Eis schmilzt, kommt die Asche am Ende der Gletscherzunge wieder frei.

 

Wiedererkennung – In manchen Fällen ist die Art der abgelagerten Asche für einen bestimmten Ausbruch typisch. Die Aschehorizonte in den Sedimenten und Böden helfen, die geologischen und archäologischen Ereignisse zeitlich einzuordnen.

 

Wetteränderungen – Aschewolken können kurzfristig weiträumige Wetteränderungen hervorrufen. Der gigantische Ausbruch des Laki im Jahr 1783 blockierte das Sonnenlicht über Monate. Kondensieren die Wolken, so sind heftige, mit Asche vermischte Regen- und Schneeschauer zu erwarten.

 

Andere Gefahren – Kondensieren Aschewolken, so sind heftige, mit Asche vermischte Regen- und Schneeschauer zu erwarten. Sammeln sich die vulkanischen Gase am Boden, so können für Mensch und Tier gefährliche Gasteppiche entstehen.

Offene Asche – Die schwarze Asche bedeckt weite Teile um die Laki-Kraterreihe. Die schnell versickernden Regenfälle lassen nur wenige Polsterpflanzen gedeihen. Eine geschlossene Pflanzendecke fehlt weitgehend.

Schwarz und rau ist der Kies-, Sand- und Aschestrand vor Dyrhólaey. Liegt im Hinterland schwarzer Basalt - auch als Asche – dann ist der Sandstrand schwarz.

Asche in Eis – Erst an der Gletscherfront trennen sich Eis und Asche wieder. Die Asche lagert sich auf dem Sander ab oder fliesst zusammen mit dem Schmelzwasser ins Meer.

 

Poröser Bimsstein

 

Der Bims ist ein poröses, blasig aufgelockertes Vulkangestein, das in seiner chemischen Zusammensetzung dem Obsidian entspricht. Im Vergleich zum Obsidian ist Bims federleicht. Dies kommt von den zahlreichen Poren, die einen wesentlichen Teil des Gesteinsvolumens ausmachen. Verbreitet ist der grau bis weiss gefärbte rhyolithische Bimsstein, seltener der schwarze, basaltische.

 

Entstehung – Explodieren die Gase in den Schloten, so reissen die Kräfte das zähflüssige Magma in die Luft. Die Poren entstehen durch ein plötzliches Entweichen der Gase. Wie bei einem Schwamm ist die Gesteinsmasse von unzähligen, unregelmässig geformten Poren durchsetzt.

 

Auf Wasser schwimmen – Die Poren können bis 85 % des Volumens ausmachen. Die Dichte ist kleiner als die von Wasser, so dass Bims in Wasser schwimmt.

Gase am Boden, so können für Mensch und Tier gefährliche Gasteppiche entstehen.

Bims – Winde verbreiten die federleichten, kleinen Bimsfetzen im Vikursandur wie Sand in der Wüste. Entstanden sind sie bei explosiven Ausbrüchen aus rhyolitischem Magma.