Warum brechen Vulkane aus – und warum tun sie das nicht ständig?

 

Es ist wohl keine Frage: Vulkanausbrüche sicher vorhersagen zu können, wäre großartig!

Immerhin leben etwa 10% der Menschheit in der Nähe „aktiver“ Vulkane  – dies sind laut geologischer Definition diejenigen Vulkane, die innerhalb der letzten 10.000 Jahre ausgebrochen sind.

Um Vulkanausbrüche vorhersagen zu können, müssen wir verstehen, warum Vulkane überhaupt ausbrechen  – aber auch warum sie dies nicht ständig tun.

Der Vulkan Teide auf Teneriffa ist der dritthöchste Vulkan der Erde. Es ist ein typischer Schichtvulkan. 

(Foto: privat)

Wie viele Vulkanausbrüche gibt es eigentlich?

Jedes Jahr brechen etwa 50-60 Vulkane aus. Allerdings gibt es auf der Erde etwa 1500-1600 aktive große und „polygene“ (das heißt mehrfach ausbrechende) Vulkane. Da viele Vulkane über Zeiträume von mehreren Millionen Jahren hinweg aktiv sind, gibt es zusätzlich mindestens noch einmal so viele Vulkane, die nicht wirklich erloschen sind, sondern nur zufällig innerhalb der letzten 10.000 Jahre nicht ausgebrochen sind, oder wo dies nicht bekannt ist. Weiterhin gibt es auch „monogene“ (nur einmal ausbrechende) Vulkane, die in Vulkangebieten neu entstehen können.

Und dann gibt es noch unzählige Vulkane auf dem Meeresboden, besonders an den Mittelozeanischen Rücken. Diese fallen uns nur auf, wenn sie – wie bei den Azoren oder Island  – über die Meeresoberfläche hinauf ragen und Inseln bilden. Ansonsten sind sie für uns glücklicherweise auch nicht gefährlich.

Tatsächlich ist es jedoch so, dass es unter großen Teilen der Erdoberfläche enorme Mengen geschmolzenen Gesteins gibt, das Magma genannt wird.

Warum sind Vulkanausbrüche dann nicht noch viel häufiger?

Wann bricht ein Vulkan aus?

Ein Vulkanausbruch findet statt, wenn ein mit Magma gefüllter Bruch im Gestein, als „Gang“ bezeichnet, die Erdoberfläche erreicht. Unruheperioden in Vulkanen (Zeiträume mit Anschwellen des Bodens, Erdbeben und Magmabewegung) sind wesentlich häufiger als Ausbrüche.

Wenn alle Gänge, die von „Magmakammern“ (Magmaansammlungen im Untergrund) ausgehen, die Oberfläche erreichen würden, wären Vulkanausbrüche wohl 4-10 mal häufiger als sie es tatsächlich sind.

Die meisten Gänge werden allerdings gestoppt und erreichen die Oberfläche nicht – es findet kein Vulkanausbruch statt. Dies zeigen auch geologische Studien erloschener Vulkane, wie im Bild zu sehen ist.

Auf dem Weg zur Erdoberfläche wurde dieser magmatische Gang an der Grenze zwischen einer Tuffschicht und einem älteren Lavastrom gestoppt (Gangspitze eingekreist). Er hat daher nicht zu einem Vulkanausbruch geführt. 

Wodurch wird das Magma oft aufgehalten?

Also ist die Frage letztlich, wodurch die Gänge auf ihrem Weg gestoppt werden. Warum also breitet sich ein mit Magma gefüllter Bruch nicht immer von „seiner“ Magmakammer bis zur Erdoberfläche hin aus?

Das Innere eines Vulkans besteht meist aus vielen Gesteinsschichten mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften. Manche sind weich und biegsam, andere hingegeben steif, hart und fest.

Dadurch sind Vulkane ganz ähnlich aufgebaut wie Verbundwerkstoffe, die in der Industrie vielfach in Flugzeugen, Raumfähren, Fahrzeugen, Schiffen und Sportartikeln wie Skiern verwendet werden. Dies deswegen, weil es für Brüche schwierig ist, sich durch Materialien mit stark wechselnden mechanischen Eigenschaften auszubreiten.

Wenn ein Bruch bei seiner Ausbreitung eine Grenzfläche zwischen zwei Schichten mit sehr unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften erreicht, ändert er häufig seinen Weg oder wird gestoppt.

In Hinblick auf die Ausbreitung von Brüchen – dem Transport von Magma durch Gänge an die Erdoberfläche – verhalten sich viele Vulkane also wie Verbundwerkstoffe und besonders deutlich geschichtete Vulkane heißen auf Englisch sogar “composite volcanoes” – in Analogie zu den Verbundwerkstoffen, die “composite materials” heißen.

 

Wie werden diese Prozesse erforscht?

Um Vulkanausbrüche besser vorhersagen zu können, müssen Geologen also genauer verstehen, wie die Prozesse funktionieren, die Magma aus der Tiefe zur Erdoberfläche befördern – oder eben nicht. Diese Forschung ist Teil des Fachgebiets „Vulkantektonik“.

Vulkantektoniker arbeiten eng mit anderen Vulkanologen, die sich eher mit dem Chemismus der Magmen oder vulkanischen Gasen beschäftigen. Sie sammeln jedoch gezielt Daten zur Struktur erloschener und aktiver Vulkane. Diese werden mithilfe von grundlegenden Überlegungen, Berechnungen und Computermodellen weiter ausgewertet. Dadurch wird das Verständnis der Prozesse immer besser – und dadurch Risikoabschätzungen sowie Vorhersagen von Vulkanausbrüchen genauer.   

Geländearbeit an magmatischen Gängen auf Teneriffa (als Maßstab mein Kollege Ágúst Gudmundsson)

Die Grundlage für diesen Beitrag bilden zahlreiche wissenschaftliche Artikel, insbesondere aus meiner langjährigen Zusammenarbeit mit Ágúst Gudmundsson und Valerio Acocella

siehe auch über meine Forschung

 

Möchtest Du mehr über Vulkane wissen?

Welche Vulkantypen gibt es? Wie entstehen Vulkane überhaupt, wie Magmakammern? Wie sind Vulkane in ihrem Inneren aufgebaut? Durch welche physikalischen Prozesse genau werden Gänge gestoppt? Warum brechen manche Vulkane viel häufiger aus als andere? Welche Vulkane sind am gefährlichsten? 

Was interessiert Dich am meisten? Schreib’s in die Kommentare!

Die Fragen werde ich nach und nach in neuen Beiträgen beantworten.

 

Der Vulkan Eldborg in West-Island ist ein typischer Schweißschlackenkegel (auch Lavaring genannt).

Komm mit mir nach Island und erlebe Vulkane und die ganze faszinierende Geologie dieses Landes!

Im August 2019 biete ich zwei kombinierbare einwöchige Exkursionen für Laien an