mini|Das Orotava-Tal auf Teneriffa, Kanarische Inseln, die Abrisskante („Amphitheater“) der Orotava-Trümmerlawine, die vor der Nordküste Teneriffas bis in 3000 m Tiefe im Meer liegt
Mit dem Ausdruck Trümmerlawine (engl.: debris avalanche), auch Geröll- oder Schuttlawine, wird in der Geologie gelegentlich ein Transport- und Ablagerungsprozess beschrieben, wenn beispielsweise große Teile eines Vulkankegels abrutschen.
Dabei handelt es sich um eine plötzliche und sehr rasche Massenbewegung einer großen Menge unzusammenhängenden und unsortierten Gesteins, mobilisiert und in Bewegung gehalten durch die Schwerkraft. Auslöser kann ein Aufstieg von Magma, eine vulkanische Eruption oder ein Erdbeben sein. Selten treten die Ereignisse ad hoc auf infolge Instabilität, Erosion oder Überladung.
Der Ausdruck Trümmerlawine wird vornehmlich bei Massenbewegungen im Zusammenhang mit vulkanischer Tätigkeit verwendet, auch als vulkanische Trümmerlawine.zum Beispiel McGuire, 1996 Nicht-vulkanische „Trümmerlawinen“ werden meist als Bergstürze bezeichnet, während der Ausdruck Gerölllawine häufig für Muren-Abgänge Verwendung findet.
Vulkanische Trümmerlawinen bewegen sich meist mit sehr hoher Geschwindigkeit (über 100 km/h) und über weite Strecken (bis mehrere Zehnerkilometer). Sie können daher sehr zerstörerisch sein. Unter Wasser ausgelöste oder ins Meer gleitende Trümmerlawinen können verheerende Tsunamis oder andere Massentransportphänomene auslösen. Es sind keine seltenen Katastrophen; Schätzungen besagen, dass 75 % aller Andenvulkane mit Höhen über 2500 m bereits einen Kollaps des Vulkangebäudes hinter sich haben.
Definition Vulkanische Trümmerlawinen werden durch einen Teil- oder Totalkollaps eines Vulkangebäudes ausgelöst. Ihre Entstehung ist, wie auch bei Laharen, nicht direkt an einen vulkanischen Ausbruch gekoppelt, obwohl vulkanische Eruptionen auch ein Auslöser sein können. Es handelt sich im Grunde um Bergstürze, die sich an einem Vulkan ereignen (vgl. Lahar und Debris Flow). Bergstürze sind unzusammenhängende und unsortierte Massen von Gestein und Erde, die in erster Linie durch die Schwerkraft mobilisiert bzw. in Bewegung gehalten werden. Die Bewegung erfolgt als Fließen, wobei die Lawine trocken oder nass sein kann. Während der Bewegung können die Komponenten stark zerkleinert werden; typischerweise bleiben jedoch auch immer größere Trümmer erhalten, die Durchmesser bis über 100 m aufweisen können. Subaerische, also an Land ausgelöste Trümmerlawinen können zudem beträchtliche Mengen an organischem Material enthalten, vor allem wenn das in Bewegung geratene Terrain bewaldet war. Das Fließverhalten einer Trümmerlawine kann sich auf ihrem Weg verändern, oder eine Trümmerlawine kann auch andere Massentransporte auslösen.
Vulkanische Trümmerlawinen weisen gegenüber nicht-vulkanischen Bergstürzen einige Besonderheiten auf. Vulkane, besonders Stratovulkane, sind aus Ablagerungen von weichen, fragmentierten, z. T. nicht lithifizierten (verfestigten) pyroklastischen Sedimenten aufgebaut, die mit massiven Lavaströmen oder auch pyroklastischen Fließablagerungen alternieren. Die Lockersedimente, aber auch die porösen vulkanischen Gesteine können beträchtliche Mengen an Wasser enthalten, meist deutlich mehr als Sedimentgesteine oder metamorphe Gesteine. Häufig sind diese Gesteine bzw. das Lockermaterial zudem durch heißes und saures Grundwasser und/oder aufsteigende aggressive Gase chemisch und mineralogisch verändert worden. Die Härte und innere Festigkeit der Gesteine können herabgesetzt werden. Es können aber auch zum Beispiel Tonminerale entstehen, die ein hohes Gleitvermögen besitzen. Weiterhin begünstigt bereits die Geometrie und der innere Aufbau eines Vulkans gravitative Transportvorgänge. Ein Vulkan überragt die Umgebung oft deutlich, die Schichten fallen vom Ort der Eruption weg mit bis zu 30° und mehr ein. Gerade Stratovulkane besitzen eine typische Wechsellagerung von Lavaströmen und pyroklastischen Sedimenten, wobei die pyroklastischen Sedimente als Gleithorizonte dienen können. Gerade Stratovulkane mit großen Volumina an Lockersedimente sind zudem besonders erosionsanfällig und neigen damit zur Instabilität. Dies betrifft auch vulkanische Inseln, deren Küstenlinie von der Meeresbrandung unablässig erodiert wird, so dass die Entstehung von Massenbewegungen begünstigt wird.
Der Begriff beschreibt ursprünglich nur den Transport- und Ablagerungsprozess (vgl. Lawine), nicht aber die Ablagerung. Einige Autoren bezeichnen daher konsequent die Ablagerungen als debris avalanche deposits (Trümmerlawinenablagerungen). Trotzdem hat sich in vielen Publikationen der Begriff inzwischen auch für die aus diesem Prozess entstandenen Ablagerungen eingebürgert.
Vulkanische Trümmerlawinen wurden erst vor kurzem als eigenes vulkanisches Transport- und Ablagerungsphänomen erkannt. Zwar kannte man die Ablagerungen schon wesentlich früher, sie wurden jedoch als Ablagerungen von Laharen, ultrastarken vulkanischen Eruptionen oder auch von pyroklastischen Dichteströmen, Lavaströmen oder auch als Moränen fehlinterpretiert. Vor allem die Ähnlichkeiten in der Textur und der internen Struktur der Ablagerungen sowie der Morphologie der Ablagerungsoberfläche verleiteten zu diesen Fehlinterpretationen. Die Entdeckung von submarinen Trümmerlawinen am Fuße von Vulkaninseln und deren katastrophalen Folgen für die nähere und weitere Umgebung der Inseln hat das Interesse an diesem Phänomen auch in den Nicht-Fachmedien enorm gesteigert.
Entstehung Vulkanische Trümmerlawinen können direkt durch das Instabilwerden der Flanken eines Vulkans oder durch Erdbeben ausgelöst werden. Eine Trümmerlawine kann aber auch durch einen Ausbruch mittelbar (Erdbeben und Veränderung der Hangneigung durch aufsteigendes Magma) oder unmittelbar (durch eine phreatische, phreatomagmatische oder magmatische Explosion) ausgelöst werden. Sie enthalten jedoch im letzteren Fall überwiegend kein juveniles Material, d. h. Pyroklasten des auslösenden Ausbruchs, sondern nur vulkanisches „Altgestein“ von früheren Ausbrüchen.
Nach den Ursachen für den Abgang der Trümmerlawnen werden drei Typen unterschieden: Besymjanny-Typ (magmatische Explosionen gehen dem Abgang der Lawine voraus), Bandai-Typ (phreatische Explosionen gehen dem Abgang der Lawine voraus), Unzen-Typ (der Abgang wird durch ein Erdbeben ausgelöst).
In einigen Fällen kann der Abgang einer Trümmerlawine den Abgang einer weiteren Lawine auslösen.
Trümmerlawinen ereignen sich normalerweise bzw. zunächst unter Wasser-untersättigten Bedingungen (im Gegensatz zum Wasser-gesättigten Lahar). Das Wasser in den Porenräumen spielt daher zunächst keine große Rolle beim Transport. Insgesamt verhält sich der Transport- und Ablagerungskörper einer Trümmerlawine jedoch ähnlich wie eine zähflüssige Masse oder Brei. Durch Aufnahme von Wasser und Ton, aber auch durch die Zerkleinerung der Komponenten der Matrix und die Mobilisierung von Porenwasser (evtl. auch durch Schmelzen von enthaltenem Eis) kann sich eine Trümmerlawine während des Transports in einen Lahar verwandeln. Submarin kann sich eine Trümmerlawine durch die Aufnahme von Sediment auch in einen Debris Flow verändern.
Typisch für das Liefergebiet bzw. dem Ausgangsgebiet einer vulkanischen Trümmerlawine ist das Amphitheater, eine halbrunde Abrissstruktur. Die Tiefe, die Weite und die Höhe eines Amphitheaters sind variabel, je nach dem Volumen der Trümmerlawine. Es kann sogar den (früheren) Gipfel bzw. den zentralen Schlot mit einschließen. Im Extremfall kann sogar fast ein gesamtes Vulkangebäude bzw. -insel kollabieren, wie es etwa 1888 mit der Ritter-Insel nordöstlich von Papua-Neuguinea geschah.siehe Silver et al. 2005
Ablagerungen einer vulkanischen Trümmerlawine Die Ablagerungen einer Trümmerlawine sind in der Regel viel länger als breit. In der Vertikalen lässt sich über den verhältnismäßig engen Rutschbereich mit wenigen Ablagerungen und den eigentlichen Ablagerungsbereich unterteilen. Die eigentliche Auslauffläche ist typischerweise lobat bzw. Lobus-artig ausgebildet. Im Unterschied zu den Ablagerungen eines Debris Flow sind die Ablagerungen einer Trümmerlawine wesentlich dicker, dafür ist die Fließweite in der Regel geringer.
Die Ablagerung einer Trümmerlawine ist durch zwei Fazies charakterisiert, die Blockfazies und die Matrixfazies. Die Blöcke bestehen aus zerbrochenen und deformierten Gesteinsblöcken des Liefervulkan. Die Größenordnung variiert von mehreren hundert Metern im Durchmesser (oder gar über einen Kilometer)Masson et al. 2002: S. 1 bis zu weniger als ein Meter im Durchmesser. Sehr charakteristisch sind interne Brüche, die in der Fachsprache als Jigsaw-Brüche (etwa ‚Puzzlespiel-Brüche‘) bezeichnet werden. Die „Matrix“ besteht aus einer Mischung kleiner Gesteinskomponenten aus unterschiedlichen Teilen des Liefervulkans. Gelegentlich sind auch Fragmente von Paläoböden und Pflanzen mit eingeschlossen. In diesem Zusammenhang bedeutet Matrix einfach das etwas feinere Sediment zwischen den größeren Blöcken. Eine exakte Definition der Korngröße gibt es in diesem Fall nicht.
Charakteristische geomorphologische Strukturen im Ablagerungsgebiet der Lawine sind kleine Hügelchen (engl. hummocks) an der Oberfläche der Ablagerung. Die Form der Hügelchen ist variabel, manchmal ist auch eine parallele Anordnung der Hügelchen beobachtet worden. Es besteht aber kein genereller Trend in der Anordnung der Hügelchen. Die Ablagerung selber ist häufig flankiert von Längsablagerungen in Form von Hügeln (engl. levees) entlang den Rändern der Trümmerlawine. Sie sind hauptsächlich im mittleren Abschnitt (in Längserstreckung) zu finden und können die Oberfläche der Ablagerung um bis zu 40 m überragen. In den randlichen (distalen) Teilen der Trümmerlawine kann stattdessen ein randliches Kliff (engl. marginal cliff) erhalten sein. Auch die Stirn der Trümmerlawine ist häufig als Kliff ausgebildet (eng. distal cliff). Im Fall einer allerdings nicht-vulkanischen Trümmerlawine war das Kliff an der Stirn ca. 20 m hoch.
Transportweiten Die Transportweite einer Trümmerlawine ist abhängig von der Kollapshöhe über der Ablagerung. Die größte bisher beobachtete Transportweite einer subaerischen vulkanischen Trümmerlawine betrug mindestens 45 km, submarin sind bis 130 km nachgewiesen. Die meisten Trümmerlawinen kommen jedoch weit vorher zur Ruhe. Aus der Maximumkollapshöhe und der maximalen Transportweite lässt sich ein Verhältnis berechnen. Es liegt generell zwischen 0,2 und 0,06 und ist im Durchschnitt niedriger als für nicht-vulkanische Trümmerlawinen, d. h. bei gleicher Ausgangshöhe laufen vulkanische Trümmerlawinen weiter. Erklärt wird dies damit, dass vulkanisches Gestein durch hydrothermales Wasser verändert sein kann.
Einordnung in den Bereich Massentransport Wie bereits in der Definition erwähnt, ist das Äquivalent im nicht-vulkanischen Bereich der Bergsturz. Im engl. Sprachraum wird der Begriff debris avalanche gelegentlich auch im nicht-vulkanischen Bereich benutzt. Allerdings werden auch hier Begriffe wie rock avalanche, land slide i. w. S. häufiger benutzt. Selten findet sich der eigentlich eindeutigere Begriff vulkanische Trümmerlawine (engl. volcanic debris avalanche). Bergsturz und (vulkanische) Trümmerlawine unterscheiden sich nicht nur durch die Komponenten, sondern auch häufig durch die Transportweite im Verhältnis zur Abrisshöhe. Beide sind im Prinzip „trocken“, zumindest Wasser-untersättigt, d. h. das Wasser spielt für den Transport keine große Rolle. Durch weitere Aufnahme von Schlamm und Wasser kann aus der Trümmerlawine aber ein Lahar werden. Das Äquivalent dazu im nicht-vulkanischen Bereich ist ein Schuttstrom (Debris Flow).