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Lavaförderungen
Zahlreiche Faktoren bestimmen die vulkanischen Förderleistungen. Dazu gehören die Art und Menge sowie das Fliessverhalten der geförderten Magma. Die Ausgestaltung der Umgebung kann eine Ausbreitung fördern oder behindern. Bei der Erstarrung der Laven zu Vulkaniten sind der zeitliche Faktor und die Umgebungsbedingungen wichtig.
Fliessverhalten von Laven
Eine der wichtigsten Eigenschaften von Gesteinsschmelzen ist das Verformungs- und Fliessverhalten der verschiedenen Magmen. Es ist der Kieselsäuregehalt (oder SiO2-Gehalt), der nicht nur die Art der Vulkangesteine bestimmt, sondern auch das Erscheinungsbild von ganzen Vulkanlandschaften beeinflusst. Die Aufgliederung der Gesteine in basaltische, andesitische und rhyolithische ist ein Merkmal von Zentralvulkanen wie Stratovulkane. Vulkanische Spalten liefern ausschliesslich basaltische Lava.
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Basalt – Basaltisches Magma ist dünnflüssig, gasarm und bis zu 1’250 Grad heiss. Der tiefe Kieselsäuregehalt unter 52% spricht für eine dünnflüssige Lava.
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Rhyolith – Rhyolithisches Magma dagegen ist mit 65% bis 75% das an Kieselsäure reichste Förderprodukt. Rhyolith legt in der Regel als zähe Masse nur kleine Distanzen zurück.
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Andesit (auch Islandit) – ist ein graues bis schwarzes, intermediäres Vulkangestein mit einem Anteil von 52 bis 63% Kieselsäuregehalt. Auf Island findet man Andesit nur in den vulkanischen Zonen der ozeanischen Rücken oder bei Eruptionen der Hekla. An anderen Orten auf der Erde ist er deutlich häufiger.
Auf Island kommen in erster Linie grosse Mengen an Basalten vor. Deutlich kleiner, dafür umso auffälliger, sind die bunten Rhyolithvorkommen.
Der Kieselsäuregehalt ist ein wichtiges Mass für die Unterscheidung von Basalt, Andesit und Rhyolith.
Basalte im Ablagerungsgebiet aus den Laki-Eruptionen.
Leuchtende Berge – Karge Massive aus Rhyolith leuchten bei Landmannalaugar in der Abendsonne. Die warmen Farben von rhyolithischen Landschaften sind beliebt.
Viskosität von flüssigen Stoffen
Bei der Förderung von Magma liegen verschiedene Arten von Teilchen vor, die bei einer Eruption «explosionsartig» in eine schnelle Bewegung versetzt werden. Offensichtlich gibt es nun zähflüssige und dünnflüssige Magmen. Eine häufige physikalische Grösse, die sich durch viele Themen des Vulkanismus hindurchzieht, ist die Viskosität von Flüssigkeiten und Gasen.
Beispiel volles Tram – Will ich in einem vollen Tram schnell von A zur vorderen Tür (B) gelangen, so bleibe ich überall an den Passagieren und Inneneinrichtungen hängen. Es dauert viel länger, als wenn nur wenige Passagiere an Bord wären. Drängle ich zudem, so erhöht sich der Widerstand nochmals. Der Druck im Tram wird grösser.
Übertragung auf die Physik – Ein Teilchen in einer Flüssigkeitsschicht will von A nach B. Dabei trifft das Teilchen auf viele andere Teilchen. Bei dieser Enge im Raum werden alle Teilchen beim Aufeinandertreffen kurzzeitig verformt. Die Teilchen setzen aber dieser Verformung einen Widerstand entgegen. Dieser Widerstand wird als innere Reibung oder als Viskosität einer Flüssigkeit oder eines Gases bezeichnet. Die Art des Widerstandes ist von den chemischen und physikalischen Eigenschaften eines jeden Teilchens abhängig.
Werte – Eine hohe Viskosität steht für zähe Flüssigkeiten. Solche zähflüssigen Stoffe haben Werte um 10‘000 (Beispiel Honig). Eine tiefe Viskosität steht für dünne Flüssigkeiten mit Werten um 1 (Beispiel Wasser). Steigt die Anzahl der Teilchen in der Flüssigkeit, ohne dass sich das Volumen erhöht, so steigt auch die Dichte der Teilchen. In zähen Flüssigkeiten sind die Teilchen dichter gepackt und stärker aneinander gebunden und unbeweglicher als bei dünnflüssigen.
Übertragen auf Magma und Laven – Eine häufige Ursache für zähflüssiges und dünnflüssiges Magma ist ihre unterschiedliche Viskosität. Je dichter die Teilchen gepackt sind, desto höher die Viskosität des Magmas. Das bedeutet auch:
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Je weniger Kieselsäuregehalt (oder SiO2-Gehalt) eine Magma hat, desto weniger viskos ist die Lava.
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Je heisser die Lava ist, desto weniger Teilchen pro Volumeneinheit kommen vor, desto weniger berühren sich die Teilchen und desto dünnflüssiger ist die Lava.
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Bereits im Magma im Untergrund können sich in Magmakammern feste Kristalle bilden. Je weniger feste Kristalle ein Magma hat, desto weniger behindern sich die Teilchen gegenseitig, desto weniger viskos oder zähflüssig ist das Magma.
Alle drei Kriterien treffen auf Basaltlaven zu, die sich im Allgemeinen weiter fortbewegen können und erst später erkalten als ihr Gegenpol – die rhyolithische Lava.
Hohe - Tiefe Viskosität – Anstelle von Beispielen zur Viskosität von Magmaflüssigkeiten, eine illustrative Darstellung anhand geothermaler Quellen. Beide Bilder stammen aus dem Myvatn-Gebiet.
Beispiel oben – Bei einer Schlammquelle ist der heisse Schlamm recht dickflüssig. Dies entspricht einer hohen Teilchendichte und hohen inneren Reibungskräften. Die Quelle hat schlicht zu wenig Energie, den Schlamm weiter wegzuschleudern. Entspricht zähflüssigem Magma.
Beispiel unten – Bei einer Dampfquelle aus überhitztem Wasserdampf steigt der Dampf weit höher und weiter. Dies entspricht einer tiefen Teilchendichte und wenig inneren Reibungskräften. Die Quelle hat genug Kraft, den Wasserdampf weiter wegzubefördern. Entspricht
dünnflüssigem Magma.
Explosive Eruptionen
Heftig speien die Vulkane Lockerstoffe, Gase, Asche und Wasserdampf. Kräftige Explosionen begleiten solche Ausbrüche.
Druck als Antrieb – Der hohe Gasdruck reisst feste, flüssige und gasförmige Stoffe aus dem Förderkanal hinaus und schleudert sie hoch in die Luft. Das Magma im Erdinnern ist zähflüssig und enthält Gase in hoher Konzentration. Zahlreiche Kristalle entstehen bereits in der Magmakammer, was die Zähflüssigkeit noch erhöht. Die Temperatur des zähen Magmas ist deutlich tiefer (700 bis 800 Grad) als die von flüssigem (um 1‘200 Grad).
Temperaturunterschiede als Antrieb – Beim Zusammentreffen von heissem Magma und kaltem Wasser überhitzt das kalte Wasser und explodiert zusammen mit dem Magma. Dabei zerteilen die Explosionskräfte das Magma in grössere bis kleinste Lockerstoffe (Fragmentierung). Kleinste Körner werden hoch in die Lüfte gehoben (Asche), grössere fallen neben dem Eruptionsort zu Boden (Brocken).
Eruptionswolken – Aus vulkanischer Asche und Wasserdampf bildet sich die Eruptionswolke, die oft grosse Höhen erreicht. Gleicht sich der Gasdruck der Wolke dem Luftdruck in der Höhe an, so treiben die Höhenwinde die Wolke in ihrer Richtung über weite Strecken fort.
Vulkantypen – Zu den explosiven Vulkanen gehören die Stratovulkane und Stratovulkanrücken. Sie fördern in erster Linie zähflüssiges Magma, welches sich in der Nähe des Eruptionschlotes am Boden konzentriert. Deshalb wachsen Stratovulkane als Berge derart in die Höhe.
Meiste Lockerstoffe – Von den isländischen Vulkanen fördert der Hekla die meisten Lockerstoffe, gefolgt von Katla und Grímsvötn. Meist zeigen solche Förderungen während einer Episode gemischte Eruptionen, zuerst explosiv, dann effusiv.
Reine Explosionskrater hinterlassen fast nur offene Schlote ohne jeglichen weiteren Vulkanbau.
Stratovulkanrücken – Weit in der Ferne thront der Hekla, Islands mächtigster Vulkanrücken.
Explosionskrater – Der kleine Explosionskrater Víti ist heute ein Maar unmittelbar neben dem Öskjuvatn. Beide gehören zum Vulkansystem der Askja.
Vulkanspalten und Kraterreihen wie Lakagigar fördern ihr basaltisches Magma in effusiven Förderungen.
Effusive Eruptionen
Die Effusion bedeutet ein mehr oder minder ruhiges Ausfliessen von dünnflüssigen Laven, die wenige Gase und Kristalle enthalten. Die Laven sind meist von basaltischer Zusammensetzung.
Heisser und flüssiger – Die effusiven Ausbrüche produzieren flüssige und halbflüssige Laven. Bei diesen Vorgängen wird das Magma mit deutlich weniger Gasen durchsetzt. Es ist viel heisser und flüssiger als bei explosiven Eruptionen.
Steigender Druck – In einer Tiefe um 100 km unter der Erdoberfläche herrschen Temperaturen von 1‘000 bis 1‘300 °C. Das schmelzende Gestein dehnt sich aus. Die Gase erhöhen mit der Zeit den Druck innerhalb der flüssigen Masse; das Magma steigt auf. Überschreitet der Druck einen kritischen Punkt, bricht der Vulkan aus.
Druck als Antrieb – Bei relativ niedrigen Drucken entstehen kleine Lavafontänen und Lavaströme, oder auch Lavaseen. Steigt der Druck im Aufstieg zur Erdoberfläche aber deutlich an, wie das bei den Laki-Eruptionen der Fall war, entstehen riesige Lavafontänen oder gar mächtige Lavavorhänge bis 1‘000 m Höhe über der Erdoberfläche.
Vulkantypen – Reine effusive Tätigkeit zeigen Schildvulkane, Lavvaringwälle sowie vulkanische Spalten einschliesslich Kraterreihen.
Gemischte Eruptionen
Eine häufige Eigenschaft von isländischen Zentralvulkanen wie Stratovulkanen sind gemischte Erutpionen aus explosiver und effusiver Tätigkeit in derselben Episode. Meist startet ein Stratovulkan mit einer explosiven Phase und wirft vulkanische Asche weit in die Höhe. Nach einigen Tagen oder Wochen wechselt die Eruption in die zweite, effusive Phase.
Vulkantypen – Hierzu gehören die meisten Eruptionen von Stratovulkanen und Stratovulkanrücken wie Hekla. Bei älteren Vulkanen, die schon viele Ausbrüche hinter sich haben und heute als Basaltmassive auftreten, waren solche Eruptionsabfolgen ähnlich häufig.
Als Stratovulkan throhnt der Snæfellsjökull am einen Ende der Halbinsel Snæfellsness, bedeckt mit einer Eiskappe.
Intrusionen
Bei einer Intrusion wird fliessfähiges, meist zähflüssiges Magma unter hohen Drucken aus der Umgebung in ein bereits bestehendes, kaltes und festes Gestein hineingepresst. Es entstehen somit keine eigentlichen Vulkane, doch Magma wird gefördert. Je nach Tiefe wird unterschieden in:
Tiefengesteine – Erstarren von Magma in grosser Tiefe.
Ganggesteine – Das Magma ist in Spalten bis relativ nahe der Erdoberfläche aufgedrungen und dort in plattigen Gesteinskörpern erstarrt. Sie sind wenige Zentimeter bis wenige hundert Meter breit, aber können viele Kilometer lang sein.
Vulkanschlote – Ähnliche Strukturen bilden alte, erstarrte Vulkaneschlote. Ebenso wie die Intrusionen, hatten sie die lange Zeit seit der letzten Eruption nutzen und relativ grosse Kristalle bilden können.
Einsicht in Förderkomplexe – An die Erdoberfläche kommen in erster Linie Vulkanschlote und Ganggesteine, sofern die Verwitterung und Erosion sie freigelegt hat.
Zusammensetzung – Die geförderten Gesteine sind entweder unverändert an die Erdoberfläche gefördert worden (auch «ungespalten») oder haben sich auf ihrem Weg an die Erdoberfläche deutlich verändert (auch «zwiegespalten»).
Zähes Gestein drang vom Grunde her in riesigen Mengen in die umliegenden Felsen, wölbte sie auf und durchmischte sich. Das Austurhorn in der Bucht Lónsvík in den Ostfjorden ist ein Intrusivkomplex, der im Neogen entstanden ist.
Vulkansysteme auf Island (Jakobsson 1979, ergänzt).
1) Vulkansysteme
2) Aktive Vulkanzonen
Vulkanische Systeme
Bei genauer Betrachtung können die vulkanischen Aktivitäten und Erscheinungen Islands in rund 30 vulkanische Systeme gegliedert werden, die in Bau und Funktion je eine Einheit bilden. Getreu dem Titel «Past Highlights» wurde auch die Karte nebenan nicht aktualisiert.
Zentralvulkane liegen über einer Magmakammer und bauten sich über mehrere Eruptionen auf. Die Förderorte eines vulkanischen Systems liegen jeweils nahe beieinander. Dazu gehören Stratovulkane, ein Zentralvulkan mit Caldera, vulkanische Spalten in Reihen. Gefördert wird die gesamte Palette von Basalten bis Rhyolithen. Ein vulkanisches System bildet eine Gruppe von solchen Vulkanen, die untereinander über Förderkanäle verbunden sind.
Systemumfang – Die meisten Vulkansysteme bestehen aus einem vulkanischen Zentrum. Das können ein Tafelvulkan, ein Stratovulkan, eine Caldera, ein Schildvulkan, ein Stratovulkanrücken oder eine submarine Form sein. Mit Vorteil liegen diese Zentraleinheiten direkt über einer mächtigen Magmaquelle. Entlang der Riftzonen gehören bestimmte Kraterreihen und Scharen von vulkanischen Spalten dazu. Die Spalten treten in Schwärmen von 40 bis 100 km Länge und 10 bis 30 km Breite auf.
Lavaströme, vulkanische Platten und Plateaus sind die Förderprodukte, die entfernt von den vulkanischen Zentren liegen.
Askja – Einblick in das vulkanische System der Askja innerhalb des Dyngjufjöll-Gebirges (1500 m) im nordöstlichen Hochland. Von zentraler Bedeutung innerhalb dieses Systems ist der Askja-Vulkan, das sind eigentlich drei riesige Calderen. Eine davon stammt aus dem Jahre 1875 und bildet heute das Maar
Öskjuvatn (siehe Bild). Zusammen mit einem Spaltenschwarm bedeckt das Vulkansystem eine Fläche von 45 km2. Am nördlichen Seerand liegt der kleine Explosionskrater Viti. Die Askja ist Teil des viel grösseren Systems Dyngjufjöll, das besonders während des Pleistozän zu einem mächtigen Gebirge herangewachsen war.
Vulkanische Systeme
Vulkansysteme
Bárðarbunga
Eyjafjallajökull
Beschreibung
Subglazialer Zentralvulkan Bárðarbunga mit Caldera und Spaltensystem, alles unter dem Vatnajökull. Dazu gehören auch Loki-Fögrufjöll (Hamarinn) als zweiter Zentralvulkan, Schildvulkan Trölladyngja, Spaltensystem Veiðivötn, Kraterreihe Vatnaöldur, Maar Ljótipollur, Lavafelder Þjórsárhraun und Holuhraun.
Subglazialer Zentralvulkan Eyjafjallajökull (Form unklar, «längliches Vulkangebilde») mit eigener Magmakammer, Caldera und Spaltensystem.