mini|Gunung Agung auf Bali, Indonesien Ein Vulkan ist eine geologische Struktur, die entsteht, wenn Magma (Gesteinsschmelze) bis an die Oberfläche eines Planeten (z. B. der Erde) aufsteigt. Alle Begleiterscheinungen, die mit dem Aufstieg und Austritt der glutflüssigen Gesteinsschmelze verbunden sind, bezeichnet man als Vulkanismus. Bei einem Vulkanausbruch werden nicht nur glutflüssige, sondern auch feste und gasförmige Stoffe freigesetzt.
Im Fall der Erde schmelzen Gesteine ab 100 km Tiefe bei Temperaturen zwischen 1000 und 1300 °C. Das flüssige Magma sammelt sich in großen Magmaherden in 2 bis 50 km Tiefe. Wenn der Druck zu groß wird, steigt das Magma über Spalten und Klüfte der Lithosphäre auf. Magma, das an die Erdoberfläche gelangt, wird als Lava bezeichnet.
Die meisten Vulkane haben annähernd die Form eines Kegels, dessen Hangneigung von der Viskosität der Lava abhängt. Die Gestalt kann aber auch unregelmäßig oder kuppelförmig aufgewölbt sein.
Etymologie Der Begriff „Vulkan“ leitet sich von der italienischen Insel Vulcano ab. Diese ist eine der Liparischen Inseln im Tyrrhenischen Meer. In der römischen Mythologie galt diese Insel als die Schmiede des Vulcanus, des römischen Gottes des Feuers.
Vulkantypen und Bezeichnungen miniatur|Schildvulkan Skjaldbreiður, Island miniatur|Stratovulkan Fujisan, Japan miniatur|Weinfelder Maar, Eifel miniatur|Eruption des submarinen Vulkans West Mata Vulkane kann man nach ihrer äußeren Form, der Art ihres Magmenzufuhrsystems, dem Ort ihres Auftretens, der Art ihrer Tätigkeit sowie nach ihrem Zustand unterteilen.
Unterteilung nach der äußeren Form: Schichtvulkane (auch Stratovulkane genannt) Schildvulkane Schlacken- und Aschenkegel Lavadom Maar Caldera Tafelvulkan Decken- oder Plateauvulkan (vergleiche auch Trapp und Flutbasalt) Unterteilung nach der Art des Magmenzufuhrsystems: Zentralvulkane Spaltenvulkane Unterteilung nach dem Ort ihres Auftretens: subaerische Vulkane (Vulkane an Land oder über Wasser) submarine Vulkane, Seamount, Guyot (Vulkane im Meer unter Wasser) subglaziale Vulkane (Vulkane unter einem Gletscher) extraterrestrische Vulkane (Vulkane auf anderen Himmelskörpern) Unterteilung nach der Art ihrer Tätigkeit: effusive Tätigkeit (ruhiges Ausfließen der Lava) explosive oder ejektive Tätigkeit gemischte effusive und explosive Tätigkeit Vulkane mit besonders heftiger explosiver Tätigkeit werden Supervulkane genannt Vulkane kann man schließlich auch nach ihrem Zustand oder der Häufigkeit ihrer Aktivität einordnen in aktive Vulkane (aktiver Vulkanismus) inaktive oder schlafende Vulkane (kein aktiver Vulkanismus, Voraussetzungen für erneute Aktivität sind jedoch gegeben) erloschene Vulkane (durch fehlende Magmazufuhr keine Aktivität mehr möglich)
Viele Vulkane folgen allerdings nicht einem „reinen“ Ausbruchsmuster, sondern zeigen variierendes Verhalten entweder während einer Eruption oder während der Millionen Jahre ihrer Aktivität. Ein Beispiel dafür ist der Ätna auf Sizilien.
Ein Paroxysmus (griech. παρα para „neben“, οξυς oxys „scharf“) ist eine Folge von sich steigernden Ausbrüchen eines Vulkans.
Der durch die vulkanische Aktivität entstandene Berg wird je nach seiner Form Vulkankegel oder Vulkandom genannt, und die Öffnung, aus der Lava aus der Tiefe aufsteigt, heißt Vulkanschlot. Die mehr oder minder breite Öffnung an der Spitze eines Vulkans ist der Vulkankrater. Bricht ein Schlot über einer oberflächennahen Magmakammer zusammen, und es bildet sich ein großer Einbruchskrater, wird dieser als Caldera bezeichnet.
Magmatypen miniatur|Rhyolithfelsen am Berufjörður in Island Einen entscheidenden Einfluss auf die Ausbildung eines Vulkans hat neben dem Gas- und Wassergehalt die Zusammensetzung seines Magmas, vor allem der Gehalt an Siliciumdioxid (SiO2). Die Zusammensetzung des Magmas bestimmt die Art der Vulkantätigkeit. Je mehr SiO2 das Magma enthält, desto explosiver ist der damit verbundene Vulkanismus. Es lassen sich vier Haupttypen unterscheiden: Felsisches Magma enthält mehr als 63 % SiO2 Intermediäres Magma enthält zwischen 52 und 63 % SiO2 Mafisches Magma enthält zwischen 45 und 52 % SiO2 Ultramafisches Magma enthält weniger als 45 % SiO2
Aus den vier Magmatypen entstehen charakteristische Gesteine: Rhyolith Andesit Basalt Pikrit
Diese vier Typen können grob bestimmten geodynamischen Umfeldern zugeordnet werden: Aufschmelzen kontinentaler Kruste Subduktionszonen Mittelozeanischer Rücken, Hotspot-Vulkanismus, Rift-Vulkanismus heute nicht mehr auftretender Vulkanismus früher Phasen der Geogenese
Lavatypen mini|10 Meter hohe Lava-Fontäne auf Hawaii Vulkane können auch klassifiziert werden, indem sie nach der Farbe der austretenden Lava beschrieben werden.
Die Farbe der austretenden Lava hängt von der Temperatur ab, kann aber auch auf die chemische Zusammensetzung der Gesteinsschmelze zurückgeführt werden. Sowohl die entstehende Form des Vulkans als auch das Ausbruchsverhalten werden von der Zusammensetzung der Gesteinsschmelze entscheidend bestimmt: Rote Vulkane werden aufgrund der rot oder orangegelb glühenden, heißen Lava so bezeichnet, sie bilden Schildvulkane. Graue Vulkane besitzen eine vergleichsweise niedrige Lavatemperatur und bilden Schichtvulkane.
Maßgeblich von Vulkanen ausgelöste Ereignisse Bei der Eruption von Vulkanen können durch Vermischung vulkanischen Materials mit anderen Stoffen wie Wasser oder Luft sowie durch das abrupte Austreten von Lava weitere Prozesse ausgelöst werden. Dazu zählen unter anderem: Lahar (Schlamm- und Schuttströme) Pyroklastische Ströme (Glutlawine) Base Surge (partikelarmer Dichtestrom) Glutwolke Gletscherlauf Tsunami: Wenn bei einem Vulkanausbruch große Mengen Magma oder gar Teile der Bergflanken ins Meer stürzen, können Tsunamis ausgelöst werden. Dabei erreichen diese oft größere Höhen als die durch Seebeben erzeugten Tsunamis.
Auch können Erdbeben vor oder nach dem Ausbruch eines Vulkans auftreten, da sie sich gegenseitig beeinflussen können.
Nicht dem Vulkanismus sind andere aufsteigende Materialien zuzurechnen, die etwa für die sogenannten Schlammvulkane (besser als Schlammdiapire bezeichnet) verantwortlich sind.
Verteilung von Vulkanen miniatur|Schemazeichnung:Vulkan über Hotspot miniatur|Die bekanntesten Hotspots
Nach Vulkantyp Es gibt heute weltweit ca. 1500 aktive, d. h. in den letzten 10.000 Jahren ausgebrochene VulkaneGlobal Volcanism Program (englisch) auf der Erdoberfläche, allerdings kennt man noch nicht die Anzahl der submarinen Vulkane, von denen es vermutlich vielfach mehr gibt.vgl. die Geologin Elisabeth Cottrell vom Smithsonian Institute: „…hundreds of volcanoes on the seafloor may be erupting at any given minute.“ Zugriff: 23. Mai 2010
Davon sind 719 als Schichtvulkan, 176 als Schildvulkan, 66 als komplexer Vulkan, 86 als Caldera, 147 als einzelne Schlackenkegel, 27 als Spaltenvulkan oder Kraterreihe, 19 als Maar, 137 als submariner Vulkan und 100 als Vulkanfeld (mit teilweise mehreren hundert Einzelvulkanen) klassifiziert.Gerd Simper: Vulkanismus verstehen und erleben. Feuerland Verlag, Stuttgart 2005, ISBN 978-3-00-015117-0, S. 38
Nach Geographie Die geographische Verteilung kann man mit Hilfe der Erkenntnisse der Plattentektonik verstehen: Vulkane der Spreizungszonen liegen mit wenigen Ausnahmen auf dem Meeresgrund, wo die Erdplatten auseinanderdriften. Das dort vorkommende Magma ist basaltisch und verarmt an Elementen, die sich schlecht in Kristallgitter integrieren lassen (inkompatible Elemente). Hierzu gehören hauptsächlich rote Vulkane oder Schildvulkane. Vulkane über Subduktionszonen sind die sichtbarsten Vulkane. Sie treten bei Plattenkollisionen auf, an denen mindestens eine ozeanische Lithosphärenplatte beteiligt ist. Hier wird die ozeanische Kruste in den Mantel hinein befördert (subduziert), sofern ihre altersabhängige Dichte einen hinreichend hohen Wert erreicht hat. Die abtauchende ozeanische Kruste wird in der Tiefe teilweise aufgeschmolzen, da es aufgrund der hohen Wassergehalte in bestimmten Mineralen zu einer Erniedrigung der Solidus (Temperatur des Schmelzbeginns) kommt. Das entstandene Magma steigt auf, da es eine geringere Dichte hat als das umgebende Gestein, und nährt den Vulkanismus an der Oberfläche. Die entstehenden Vulkane werden aufgrund ihres lagigen Aufbaus als Schichtvulkane oder Stratovulkane bezeichnet. Vulkane über „Hotspots“ sind selten, da es weltweit zurzeit nur etwa 40 eindeutig bestimmte „Hotspots“ gibt. Ein „Hotspot“ ist ein über geologische Zeiträume als nahezu ortsfest anzusehender Aufschmelzungsbereich im Erdmantel unter der Lithosphäre. Die Lithosphärenplatten schieben sich durch plattentektonische Mechanismen während langer Zeiträume über einen „Hotspot“ hinweg. Es bilden sich perlenschnurartig hintereinander neue Vulkane, so als würden sie sich durch die Kruste hindurchschweißen. Bekanntestes Beispiel sind die Hawaii-Inseln: die größte Insel Hawaiʻi, die als jüngste Vulkaninsel über dem „Hotspot“ liegt, ist erst 400.000 Jahre alt, während die älteste der sechs Vulkaninseln Kauaʻi im Nordwesten bereits vor etwa 5,1 Millionen Jahren entstanden ist. Beispiele für diese seltene Art des Vulkanismus in Europa finden sich in der Ost- und Westeifel (Vulkaneifel), dem Siebengebirge und in der Auvergne. Auch unter Island befindet sich ein derartiger Hotspot.vgl. Hans-Ulrich Schmincke, Vulkanismus. Darmstadt 2000, S. 85
Im Sonnensystem Vulkanismus ist ein für terrestrische Himmelskörper normales Phänomen. Auf vielen Welten des Sonnensystems finden sich Spuren erloschenen Vulkanismus, wie beispielsweise auf dem Erdmond oder dem Mars. Auf der in Masse, Größe und innerem Aufbau sehr erdähnlichen Venus finden sich nur wenige Hinweise auf derzeit aktiven Vulkanismus und keinerlei Anzeichen für eine Plattentektonik. Vulkanisch aktivste Welt des Sonnensystems ist der Jupitermond Io. Die Existenz von Kryovulkanen wurde auf mehreren Eismonden (dem Saturnmond Enceladus, dem Neptunmond Triton und dem Plutomond Charon) sowie dem Zwergplaneten CeresEisvulkan-auf-Zwergplanet-Ceres-entdeckt. n-tv wissen, 1. September 2016. nachgewiesen. 2022 wurde auf dem Zwergplaneten Pluto ebenfalls ein gigantischer Eisvulkan entdeckt. Ebenso werden sie auf dem Jupitermond Europa und dem Saturnmond Titan vermutet.
Vorhersage von Vulkanausbrüchen
miniatur|Entstehung von Vulkanen an Plattengrenzen miniatur|Ausbruch eines Vulkans miniatur|hochkant=0.9|Eruption am Stromboli Ob ein Vulkan endgültig erloschen ist oder vielleicht wieder aktiv werden kann, interessiert besonders die Menschen, die in der Umgebung eines Vulkans leben. In jedem Fall hat ein Vulkanausbruch weitreichende Konsequenzen, denn über das persönliche Schicksal hinaus werden Infrastruktur und Wirtschaft der betroffenen Region nachhaltig beeinflusst. Daher ist es das vorrangige Forschungsziel, Vulkanausbrüche möglichst präzise vorhersagen zu können. Fehlprognosen wären allein unter Kostengesichtspunkten verheerend (Evakuierung Tausender von Menschen, Stilllegung des gesamten Wirtschaftslebens u. v. m.).
Trotz gewisser Gemeinsamkeiten gleicht kein Vulkan in seinem Ausbruchsverhalten dem anderen. Demnach sind Beobachtungen über Ruhephasen oder seismische Aktivitäten eines Vulkans kaum auf einen anderen übertragbar.
Bei der Überwachung von Vulkanen stehen generell fünf Überwachungsmethoden zur Verfügung, die je nach Vulkan-Charakteristik in unterschiedlicher Kombination eingesetzt werden: die Aufzeichnung seismischer Aktivität, die geodätische Überwachung der Topographie, die Messung gravimetrischer und magnetometrischer Veränderungen, die Erfassung von oberflächennahen Temperaturerhöhungen und die chemische Analyse aufsteigender vulkanischer Gase.
Aufzeichnung seismischer Aktivität, vulkanischer Tremor