Wiki Vulkane und Erdbeben

Oft geht von einem aktiven Vulkan eine Wärmestrahlung aus. Die Quelle der Wärmestrahlung ist das Magma im Förderschlot, oder die bereits eruptierte Lava. Besonders heiße Gase aus Fumarolen können ebenfalls Wärme emittieren. Die Wärmeabstrahlung kann man z.B. mit Infrarot-Kameras überwachen. Oft geschieht das via Satellit. Die Leistung wird in Watt gemessen. Mittels Satelliten können Wärmequellen ab einer Leistung von 1 Megawatt erfassen.

Es gibt mehrere Projekte, in deren Rahmen die vulkanische Wärmestrahlung global überwacht wird. Sie basieren auf dem MODIS-System (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) der NASA, das Wärmestrahlung verschiedenster Quellen detektiert und auch zur Lokalisierung von Waldbränden herangezogen wird. Anstatt einer normalen Infrarotkamera wird hier ein bildgebendes Spektralradiometer benutzt. Es ist ein Schlüsselinstrument an Bord der Satelliten Terra (EOS AM) und Aqua (EOS PM).

Eine erste vulkanische Nutzung wurde unter dem Projektnamen MODVOLC angegangen. MIROVA ist ein italienisches Projekt und ist mittlerweile sehr populär geworden. Die thermisches Strahlung wird in farblich kodierte Bereiche eingeordnet, anhand derer sich das Aktivitätsniveau definieren lässt. Die Farbcodierung beginnt bei grün, geht über gelb und orange, nach rot und lila. Die folgende Tabelle verdeutlicht den Zusammenhang:

Interessant ist auch der zeitliche Verlauf der Wärmestrahlung. An diesem kann man gut den Verlauf einer Eruption abschätzen. Die Vulkanologen versuchen auch die Förderrate eines Lavastroms mit diesen Daten zu ermitteln. Dazu braucht es allerdings für jeden Vulkan einzelne Referenzwerte.

Die Methode hat den Nachteil, dass Wolken die Messungen vereiteln. Dünne Wolkenschichten liefern abgeschwächte Werte. Auch die Hangneigung kann den tatsächlichen Wert beeinflussen. Es sind immer nur Momentaufnahmen. Um einen differenzierteren Eindruck der eruptiven Tätigkeit zu bekommen, muss man mehrere Messewerte vergleichen.

Ein Xenolith ist ein Einschluss älteren Nebengesteins (Fremdgesteins) in einem Vulkanit oder Plutonit (Magmatit). Die Entstehung des Xenoliths steht mit der Bildung des Magmatits in keinem direkten Zusammenhang. Besteht der Einschluss aus einem Kristall, bezeichnet man ihn auch als Xenokristall.

Xenolithe können aus verschiedenen Gesteinsarten bestehen, darunter Basalt, Granit, Peridotit und andere. Sie werden bei Vulkaneruptionen aus tieferen Erdkrusten- oder Mantelbereichen herausgeschleudert und können unterschiedliche Größen und Formen haben.

Xenolithe sind in der Regel älter als das umgebende vulkanische Gestein und stammen aus größerer Tiefe. Sie bieten wertvolle Informationen über die geologische Geschichte der Region. Anhand der mitgeführten Xenolithe in einem magmatischen Gestein sind Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und Mineralbestand des Erdmantels und der Erdkruste möglich.

Die Untersuchung von Xenolithen ermöglicht Vulkanologen und Geologen, Einblicke in die Zusammensetzung und das geologische Umfeld des Untergrunds zu gewinnen, was zur besseren Charakterisierung von Vulkanen und zur Vorhersage zukünftiger Aktivitäten beitragen kann.

Meistens stammen die Fremdgesteinseinschlüsse aus tieferen Teilen der Erdkruste oder sogar aus dem Erdmantel. Selten kommen Xenolithe aus Sedimenten vor. Dabei handelt es sich häufig um Gesteinsfragmente, die aus den oberen Bereichen eines vulkanischen Schlotes stammen und vom aufsteigenden Magma während einer Eruption mitgerissen werden. Das ist besonders häufig der Fall, wenn ein junger Vulkan bzw. monogenetischer Schlackenkegel entsteht. Die Xenolithe finden sich dann im resultierende Gestein, normalerweise vulkanische Tuffe oder Brekzien, eingebettet wieder.

Neben Xenolithe gibt es auch die sogenannten Autolithe. Hierbei handelt es sich um ältere Fragmente von Gesteinen, die aus der gleichen Magma hervorgegangen sind wie das umschließende Gestein.

Der Name Xenolith wurde erstmals 1840 vom finnischen Mineralogen- und Geologen Nils Gustaf Nordenskiöld benutzt und geht auf das griechische Wort „xenos“ zurück, das soviel wie „fremd“ bedeutet.

Fast am Ende des Wikis über Vulkane und Erdbeben angekommen, möchte ich etwas über Vulkan-Zen schreiben. Zen ist eine Lehre des Buddhismus, die ihren Ursprung in China hat und später nach Japan exportiert wurde. Zen hat jedoch auch indische Wurzeln, da der Begriff „Zen“ vom chinesischen Wort „Chan“ abstammt, das wiederum eine Ableitung des Sanskrit-Wortes „Dhyana“ ist, was „Meditation“ oder „Geistessammlung“ bedeutet. Ein Ziel des Zen ist es, eine fokussierte Geisteshaltung zu erreichen und nach innerer Perfektion zu streben. Diese Perfektion entspricht jedoch nicht einem Idealbild, sondern liegt vielmehr darin, die Gegenwart mit voller Präsenz und Akzeptanz zu erleben. Und wo ginge das besser als an einem Vulkan?

Nirgendwo sonst auf unserem Planeten liegen Schöpfung und Zerstörung, Sein und Untergang so nah beieinander wie an einem Vulkan. Wer einen Vulkanausbruch erlebt, dem wird klar, dass er als Mensch den Kräften des Erdinneren nichts entgegensetzen kann. Gleiches gilt für Erdbeben. Wer solchen Ereignissen ausgesetzt ist, muss auf den gegenwärtigen Augenblick fokussiert sein und ihn annehmen und akzeptieren. Im Gegensatz zu Vulkanausbrüchen, bei denen neues Land entstehen kann und wichtige Stoffe an die Erdoberfläche gelangen, scheinen Erdbeben keinen schöpferischen Akt zu beinhalten. Doch das stimmt nur oberflächlich betrachtet. Erdbeben sind ein Ausdruck der Erddynamik, und ohne diese wäre die Erde sehr wahrscheinlich leblos.

Vulkane und Erdbeben symbolisieren Veränderung und Wandel. Schon vor Jahren schrieb ich, dass wir an Vulkanen „Geologie im Zeitraffer“ erleben. Der Vulkan kann uns lehren, loszulassen und offen für neue Erfahrungen und Lebensumstände zu sein. Veränderung und Transformation sind natürliche und unausweichliche Aspekte des Lebens und eine wichtige Lehre im Zen.

Vulkanausbrüche sind einzigartig und niemals exakt gleich. Als Vulkanfotograf ist man natürlich auch auf der Suche nach dem perfekten Bild, nach einer besonders ästhetischen Eruption, bei der die Leuchtspuren glühender Tephra gleichmäßig verteilt sind und sich eine insgesamt harmonische Bildkomposition ergibt. Dabei ist einem jedoch bewusst, dass Perfektion niemals erreicht werden kann. So ist das Streben danach das eigentliche Ziel des Lebens. Oder einfacher ausgedrückt: Der Weg ist das Ziel!

Bei einem Zentralvulkanen handelt es sich meistens um einen großen Calderavulkan, der das Zentrum eines Vulkansystems darstellt. Der Zentralvulkan wird von einem vertikalen Fördersystem gespeist, das von einem Magmenreservoir unter dem Zentralvulkan aufsteigt. Bei den anderen Vulkanen des Systems handelt es sich häufig um monogenetische Schlackenkegel und Maare, oder um Spaltenvulkane. Die Vulkan des Systems haben für gewöhnlich keine eigenen großen Magmenreservoirs, sondern werden von magmatischen Gängen gespeist, die von dem Magmenreservoir unter dem Zentralvulkan seitwärts abgehen.

Zentralvulkane spielen vor allem beim Vulkanismus auf Island eine große Rolle. Die meisten Zentralvulkane sind dort von Gletschern bedeckte Calderen, von denen Spaltensysteme ausgehen, die über 100 km lang sein können. Sie liegen auf den Spreizungszonen des Mittelatlantischen Rückens der auf Island zutage tritt. Es werden überwiegend mafische basaltische Magmen gefördert, die reich an Magnesium und Eisen sind. Es können auch weiter entwickelte Magmen gefördert werden, die im Zuge der magmatischen Differentiation aus einer primär basaltischen Schmelze stammen.

Zentralvulkane auf Island

Typische Beispiele von Zentralvulkanen sind isländische Calderavulkanen, von denen einige für sehr bekannte und spektakuläre Eruptionen verantwortlich sind. Jüngstes Beispiel ist die Eruption des Bardarbunga im Jahr 2014. Vom Zentralvulkan am nordwestlichen Rand des Vatnajökulls ging ein magmatischer Gang aus, der sich unterirdisch Richtung Norden vorarbeitete. Einige Kilometer außerhalb des vergletscherten Gebiets öffnete sich eine Eruptionsspalte, die ein großes Lavafeld entstehen ließ. Die sogenannte Holuhraun-Eruption stellte einen der größten Ausbrüche auf Island dar, seitdem die Insel besiedelt ist.

Ein weiteres Beispiel ist die Laki-Eruption, die sich im 18. Jahrhundert bis in den Alpenraum auswirkte. Im Jahre 1786 entstand ein gewaltiges Lavafeld. Bei der Eruption wurde soviel Schwefeldioxid ausgestoßen, dass es im Alpenraum zu einen Jahr ohne Sommer kam. Es kam zu Missernten und Hungersnöten. Auf Island starben Tausende Menschen und Tiere an den direkten Auswirkungen der Eruption. Auf der Eruptionsspalte sind heute zahlreiche Schlackenkegel zu bewundern. Der zugehörige Zentralvulkan ist der Grimsvötn, der im südwestlichen Bereich des Vatnajökulls liegt.

Zonierte Kristalle in magmatischen Gesteinen liefern Vulkanologen Daten über das Wachstum von Mineralien im Magma. Ähnlich wie die Jahresringe in Baumstämmen, zeigen unterschiedliche Zonen in Kristallen, wie schnell diese Gewachsen sind oder abgebaut wurden. Wissenschaftler können an den Zonen ablesen, unter welchen Bedingungen ein Mineral wuchs.

Es werden zwischen primärer/prograder und sekundärer/retrograder Zonierung unterschieden. Erstgenannte Zonierungen entstehen während des Wachstums des Kristalls in der Schmelze. Retrograde Zonierung ist das Produkt einer sich abkühlenden und erstarrenden Schmelze, aufgrund diffusiven Stofftransports.

Zonierungen zeigen sich als Muster von Bereichen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung im Kristall. In der Mineralogie werden Zonierungen in Kristallen als nichteinheitliche Verteilung der Kationen in der Atomstruktur beschrieben. Nicht so häufig sind Änderungen der Anionen.

Zonierungen können konzentrisch auftreten, oder sektoriell. Häufig sind unterschiedliche Zonen an Farbänderungen zu erkennen. Damit ein Kristall wachsen kann, benötigt es einen kontinuierlichen Nachschub an Elementen, die in seinem Kristallgitter eingebaut werden. Im Laufe der Zeit ändern sich Chemismus, Druck- und Temperaturbedingungen in einer Gesteinsschmelze: dem Mineral stehen nicht immer alle benötigten Elemente in ausreichenden Mengen zur Verfügung. Daher wächst der Kristall nicht immer gleichmäßig, oder er baut unterschiedliche Elemente in seinem Kristallgitter ein.

Typische zonierte Mineralien magmatischer Gesteine sind Feldspat, Amphibol und Pyroxen.

Die Kristallzonen magmatischer Gesteine lassen Rückschlüsse über Aufstiegsgeschwindigkeit von Magmen zu. In der Vulkanologie ist es wichtig abzuschätzen, wie schnell Magma vor einer Eruption aufsteigen kann. Das liefert Hinweise auf die Vorwarnzeit vor einer Eruption.

Magmenaufstieg am Chaiten

Im Fall des Vulkans Chaiten (Chile) fanden Forscher der TU München heraus, dass das Magma in nur 4 Stunden vom oberen Erdmantel aus aufgestiegen war. Das Magma erreichte eine Geschwindigkeit von 1 m/s. Professor Dingwell und sein Team untersuchten Lava-Proben vom initialen Ausbruch im Mai 2008. Der Chaiten brach praktisch ohne Vorwarnung aus und beendete damit seinen 9000 Jahre dauernden Schlaf. Er erzeugte eine plinianische Eruption mit hoch aufsteigender Aschewolke. Die Druckwellen der Explosionen zerstörte die Wälder am Vulkanhang: Bäume knickten wie Streichhölzer um. Lahare zerstörten die Küstenstadt Chaiten.