Vulkanisch durch und durch

Die Erdkruste und der oberste Teil des Erdmantels setzen sich aus grossen Platten zusammen, die durch Tiefseegräben und mittelozeanische Rücken voneinander getrennt sind. Prozesse der Plattentektonik, des Vulkanismus und ein Hot Spot spielen die Hauptrollen in der geologischen Entstehung von Island.

 

Kugelschalenmodell der Erde (vereinfacht) – Die Mächtigkeit der gesamten Lithosphäre variiert von wenigen Kilometern am mittelozeanischen Rücken bis zu 200 km auf den Kontinenten.

Kugelschalenmodell der Erde

Vereinfacht kann man den inneren Aufbau der Erde in einem Kugelschalenmodell abbilden. Danach besteht die Erde aus konzentrischen Kugelschalen, deren Materialien jeweils eine deutlich unterschiedliche Dichte und Festigkeit haben. Die äusserste Kugelschale hat die geringste Dichte und wird als Erdkruste bezeichnet. Danach folgen der äussere und innere Erdmantel und schliesslich die Kugelschalen mit den grössten Dichten, der äussere und innere Erdkern. 
Für viele vulkanische Vorgänge sind die äussersten beiden Schichten von Bedeutung. Sie werden auch unter der Bezeichnung «Lithosphäre» zusammengefasst. Beide bilden zusammen die äusserste Hülle der festen Erde und bestehen aus einzelnen Platten, die sich in Bewegung befinden (Plattentektonik).

 

Magma steigt auf

Der äussere Erdmantel besteht aus einem Gemisch von Magmaschmelze und festem Gestein. Die geschmolzenen Teile sammeln sich in vielen kleinen Zellen, die leichter sind als ihre fes­te Umgebung und sich deshalb nach oben bewegen.
Die Magmazellen gewinnen an Grösse und beginnen in Kanälen aufzusteigen. Das Magma kann verschiedene Wege einschlagen. Die seitlich abfliessende Schmelze unterstützt das Auseinanderdriften der Platten. Die heisse Masse kann an der Basis der Kruste erstarren oder sich in mächtigen Kesseln ansammeln.
Solche Kessel oder Magmareservoire enthalten praktisch nur geschmolzenes Magma. Ihr Inhalt schwankt zwischen hundert bis zu mehreren tausend Kubikkilometern. Sie kommen unter der gesamten Vulkanzone in 8 bis 10 km Tiefe vor. Die Magmaschmelze steigt direkt an die Oberfläche auf, tritt durch einen Vulkan aus oder macht in einer Magmakammer Zwischenstation. Sie liegt in der Erdkruste in 2 bis 6 km Tiefe und ist zwischen 10 und 100 km3 mächtig. Mit seismischen Messungen können unterirdische Zu- und Abflüsse von Magma nachgewiesen werden.
Entleert sich eine Magmakammer während einer Eruption innert kurzer Zeit, so kann der Vulkan in sich zusammenbrechen und eine Caldera bilden. In manchen Fällen fliesst Grundwasser in das neue Becken - ein Maar entsteht.

Leistungsfähiger Vulkan im Querschnitt – Modellhafter Querschnitt durch einen Vulkan mit einem zweistufigen Aufbau. Vulkanschlote sind die an der Erdoberfläche die sichtbaren Strukturen, die durch Magmareservoire und Magmakammern genährt werden. Ein Magmareservoir liegt in 8 bis 10 km Tiefe. Das Magma steigt in eine Magmakammer auf, die zwischen 4 und 1 km unter der Erdoberfläche liegt.

 

Plattentektonik und Vulkanismus

Über Jahrzehnte haben bedeutende Wissenschaftler eine Theorie der Entstehungsgeschichte der Erdkontinente und grossen Inseln entwickelt. Aus all diesen Bemühungen ist das Modell der Plattentektonik entstanden.
Ein früher Anlass für dieses Modell war die auffällige, oft genaue Passung der Küstenlinien auf beiden Seiten des Atlantiks. Daraus und aus unzähligen anderen Fakten ist das Modell entstanden, dass aus einem einzigen Urkontinent im Laufe der Zeit verschiedene Kontinentalplatten entstehen liess, die auseinander drifteten und in unterschiedliche Richtung wanderten. Dieses Auseinanderdriften wird auch als Seafloor Spreading bezeichnet.
Plattentektonik und Vulkanismus stehen in einem engen Zusammenhang. Bei der Entstehung von Island entscheidend waren die europäische Platte, die nach Osten driftete und die amerikanische, die nach Westen wanderte. Die aufsteigenden Magmaströme trieben die Platten an ihrer Unterseite auseinander. In der Mitte entstanden am Meeresgrund der Mittelatlantische Rücken mit unzähligen aktiven Vulkanspalten und Gräben. Zur Zeit der Entstehung Islands verliefen die Plattengrenzen und die aktive Vulkanzone praktisch deckungsgleich mit der Insel. 
In dieser Darstellung wird ständig frisches Magma produziert, das die auseinander driftenden Platten kittet. Das frische Magma führt zu einer langsamen, aber kontinuierlichen Verjüngung der Platten. Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass tatsächlich der Meeresboden nirgends älter als 200 Mio. Jahre ist. Das Alter der Erde wird aber auf rund 4.6 Milliarden Jahre geschätzt.

Mittelatlantischer Rücken – Über diesem mittelatlantischen Rücken liegt Island. In den Westen driftet die nordamerikanische Platte, in den Osten die eurasiatische. Der Rücken ist von Brüchen übersäht. Vulkanische Spalten liefern frisches Magma, und kitten die auseinander driftenden Platten mit neuem Meeresboden. Bild aus «Geburt eines Ozeans» (1982).

Die Natur hat einen Weg gefunden, das Problem der stetig wachsenden Platten abzuwenden. In Subduktionszonen wird die eine Platte unter die andere geschoben und in die Tiefe gedrückt. Ist die Temperatur in der Tiefe hoch genug, so wird das versunkene Material wieder eingeschmolzen und für neue vulkanische Aktivitäten oder zur Gebirgsbildung gebraucht.Direkte Hinweise auf eine solche Plattendrift geben auch die miteinander verwandte Basalte, die sich auf den umliegenden Inseln von Island wiederfinden. Solche Basalte liegen heute weit verteilt in Nordirland, Schottland, auf den Inneren Hebriden, den Färöer-Inseln, in Ost- und Westgrönland sowie auf der kanadischen Insel Baffinland.Die Magmaförderung aus dem mittelatlantischen Rücken genügte, um die auseinander driftenden Platten mit neuem  Meeresboden zu kitten. Doch für die Entstehung einer Insel wie Island brauchte es deutlich mehr vulkanische Kraft und noch viel mehr Material.

Drift-Bewegung sichtbar – Die gegenläufige Drift der beiden Platten ist im Kleinen und an Land oberhalb Reykjahlið von blossem Auge sichtbar. Was im Untergrund eine Drift-Bewegung auslöst, ergibt an der Erdoberfläche einen kleinen Graben. Würde kein Magma gefördert, das die Spalte auffüllte, so würde sich die Sohle kontinuierlich verbreitern.

 

Der Hot Spot unter Island

Neben den magmafördernden Vulkanspalten an den Plattengrenzen, liefern die vulkanischen Hot Spots Basaltlava im grossen Stil. Das sind lokal begrenzte, oft stationäre und besonders heisse Bereiche im Erdinnern, die Zugang zu riesigen Magmareservoiren haben und sich in der darüber liegenden Erdkruste in ausgeprägten vulkanischen Aktivitäten äussern.
Im Falle von Island führten Verschiebungen in den Kontinentalplatten schliesslich dazu, dass ein vulkanischer «Hot Spot» direkt unter den mittelatlantischen Rücken zu liegen kam und seine bisher eher verhaltenen Aktivitäten in grossem Masse entfalten konnte. Dem Seafloor Spreading, den Aktivitäten des Hot Spots und den damit verbundenen vulkanischen Geschehnissen ist die Entstehung von Island zu verdanken.

Kieselsäuregehalt von Vulkanförderprodukten.

Kieselsäuregehalt und Landschaftsformen

Chemische Eigenschaften der Gesteinsschmelzen – besonders deren Kieselsäuregehalt – bestimmen nicht nur die Art der Vulkangesteine, sondern können auch das Bild von ganzen Vulkanlandschaften mitgestalten. Massgebend ist das Verformungs- und Fliessverhalten der verschiedenen Magmen. Auf Island kommen in erster Linie grosse Mengen an Basalten, weniger Andesit und etwas Rhyolith vor.
Basaltisches Magma hat einen Kieselsäuregehalt von unter 52%, ist flüssig und kann als geförderte Lava weite Strecken zurücklegen. Daraus entstehen grosse Gesteinsdecken, die weite Teile des Festlandes und des Meeresgrundes bedecken können. Basalte sind die häufigsten vulkanischen Produkte und werden aus Hot Spots unter kontinentalen und ozeanischen Platten, in Spreizungszonen mittelozeanischer Rücken und aus anderen Vulkanquellen gefördert.

 

Rhyolithisches Magma dagegen ist mit 65% bis 75% das an Kieselsäure reichste Förderprodukt. Rhyolith legt als zähe Masse nur kleine Distanzen zurück. Häufig kommt es zu explosiven Ausbrüchen. In vielen Fällen bilden sich aber keine an der Oberfläche sichtbaren Vulkanschlote. Die rhyolitische Schmelze dringt unterirdisch in Kanäle und in das Nachbargestein ein. Manchmal bleibt es in den Zufuhrkanälen stecken und verstopft sie. Die warmen Farben von rhyolithischen Landschaften sind bekannt und beliebt.
Andesit ist ein graues bis schwarzes Vulkangestein mit mittlerem Kieselsäuregehalt von 52% - 63%. Als Ergussgestein kommt es auf Island in den vulkanischen Zonen der ozeanischen Rücken vor.

Farbenspiel – Karge Massive aus Rhyolith leuchten bei Landmannalaugar in der Sonne.

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