Wiki Vulkane und Erdbeben

Basalt ist ein sehr häufig vorkommendes vulkanisches Gestein mit einem Kieselsäuregehalt kleiner als 52% und gilt darum als basisch. Basalt ist niedrigviskos und wird meistens effusiv gefördert. Es entstehen Lavaseen, Lavafontänen und Lavaströme, die große Entfernungen zurücklegen können. Wird Basalt in strombolianischen Eruptionen gefördert, bilden sich schnell Schlackenkegel. Basaltische Lavaströme erstarren gerne in Form von Basaltsäulen.

Basalt-Magma entsteht durch das Schmelzen von Mantelmaterial. Der größte Teil des Erdmantels besteht aus den Mineralien, aus denen Basalt besteht. Es ist somit das am häufigsten vorkommende Gestein auf der Erde. Als Gestein setzt sich Basalt aus verschiedenen Mineralien zusammen. Hauptbestandteil ist Quarz (Siliziumdioxid) mit einem Anteil von gut 50%. Zudem sind die Silikate Pyroxen, Amphibol, Plagioklas und Olivin vertreten. Pyroxene und Amphibole enthalten relativ viel Calcium, Eisen und Magnesium. Plagioklas baut in seiner Kristallstruktur neben Calcium auch Barium, Natrium, Kalium und Ammonium ein. Olivine enthalten zusätzlich Blei, Cobalt, Mangan und Nickel. Im Basalt sind also allerhand nützliche Elemente enthalten, die wir auch als Rohstoffe brauchen. Diese kommen im Basalt in zu geringer Konzentration vor, als dass man sie direkt aus dem Basalt gewinnen könnte. Allerdings gelangen diese Elemente mit dem Basalt an die Erdoberfläche. Erosion und Umlagerungsprozesse reichern diese Mineralien in den verschiedensten Lagerstätten an.

Praktisch die gesamte ozeanische Kruste besteht aus Basalt. Basaltische Schmelze tritt an den ozeanischen Rücken aus und bildet so den Ozeanboden. Nur eine vergleichsweise dünne Schicht der Ozeanböden ist sedimentären Ursprungs. Basaltlava tritt an den vielen Hot-Spot-Vulkanen aus, die mitten auf Platten entstehen. Typische Beispiele sind hier die Vulkane Hawaiis.

Der Chemismus des Basalts unterscheidet sich je nach dem Ort, wo er entstanden, bzw. ausgetreten ist:

• • MORB (mid ocean ridge basalt, an Spreizungszonen der Mittelozeanischen Rücken zwischen zwei ozeanischen Platten)
  • CMB (continental margin basalt, an Subduktionszonen zwischen ozeanischer und kontinentaler Platte)
  • IAB (island arc basalt, an Subduktionszonen zwischen zwei ozeanischen Platten)
  • OIB (ocean island basalt, an Hot-Spots innerhalb einer Platte)

Basaltische Lava kann auch an kontinentalen Riftsystemen austreten. Beispiele hierfür sind der Kilimandscharo und Erta Alé.

Basaltsäulen bestehen aus erstarrte Basalt-Lava. Sie bilden sich in dicken basaltischen Lavaströmen. Bei der Abkühlung schrumpft das Material und es bilden sich Risse senkrecht zur Abkühlungsfläche. Erst 2018 konnte bei einem Experiment nachgewiesen werden, dass sich die Basaltsäulen bilden, wenn die Lava bereits erstarrt, aber noch sehr heiß ist. Die Forscher geben als kritischen Bereich Temperaturen zwischen 840 und 890 Grad Celsius an. Dabei scheint es egal zu sein, mit welcher Geschwindigkeit die Lava abkühlt. Früher ging man davon aus, dass Basaltsäulen nur entstehen, wenn sich die Lava langsam abkühlt.

Typischerweise ist der Querschnitt der Basaltsäulen hexagonal (sechseckig). Sind sie dicker als einen Meter, dann bilden sich Heptagonale Säulenquerschnitte heraus. Je langsamer die Lava abkühlt, desto gleichmäßiger sind die Säulen. Entstehen Basaltsäulen in senkrecht aufsteigenden magmatischen Gängen (Dykes) sind sie um 90 Grad gekippt, da die Abkühlungsfläche im Falle eines senkrechten Gangs die Längsseite der Intrusion ist. Rosettenartig angeordnete Basaltsäulen entstehen hingegen in Lavahöhlen und horizontalen Gängen.

Vorkommen von Basaltsäulen

Basaltsäulen bilden sich häufiger als man meinen mag, allerdings sind sie nicht immer gut aufgeschlossen. Auf Island gibt es dank der vielen Flüsse zahlreiche Aufschlüsse mit Basaltsäulen, denn die reißenden Flüsse erodieren tiefe Schluchten und zerschneiden so die Lavaströme. Das Foto oben entstand allerdings auf Sizilien und zeigt Basaltsäulen der Alcantara-Schlucht. Der hier sichtbare Lavastrom aus Basalt wurde vom Ur-Ätna eruptiert. Basaltsälen gibt es auch in Deutschland zu bewundern, etwa bei Mendig am Laacher-See-Vulkan. Hier waren die Lavaströme so mächtig, dass sie als Baumaterial im großen Stil abgebaut wurden. Teilweise im Untertage-Betrieb, so dass gewaltige Kavernen zurück blieben. Diese Lavakeller sind heute noch zu besichtigen.

Basaltsäulen der Superlative: Giant’s Causeway

Die wahrscheinlich berühmtesten Basaltsäulen der Welt sind in Irland zu finden und bilden dort den Giant’s Causeway. Die „Straße der Riesen“ liegt an der Nordküste der Insel und ist seit 1986 als UNESCO-Weltkulturstätte geschützt. Der Giant’s Causeway besteht aus gut 40.000 gleichmäßig geformten Basaltsäulen, deren Alter etwa 60 Millionen Jahre beträgt. Gut die Hälfte der Säulen hat einen sechseckigen Querschnitt, es treten jedoch auch Basaltsäulen mit bis zu acht Ecken auf.

Bims ist ein vulkanisches Gestein (Pyroklastit), das viele Poren aufweist und eine glasartige Struktur hat. Aufgrund ihres hohen Porenvolumens und ihrer geringen Dichte schwimmen die meisten Bimssteine.

Bims entsteht aus gasreichen Magmen, die explosiv gefördert werden. Die Schmelze enthält soviel Gas, dass sie regelrecht aufschäumen kann. Die Poren im Bimsstein sorgen für seine meist helle bis weiße Farbe. Es gibt allerdings auch dunkle Bimssteine. Diese enthalten weniger Poren als die Weißen und schwimmen daher seltener. Bimssteine sind schnell abgekühlt, weshalb keine (oder wenige) Kristalle wachsen konnten. Sie haben eine amorphe Struktur und werden daher als vulkanisches Glas bezeichnet. Zu dieser Gesteinsgruppe zählt auch der Obsidian.

Chemisch gesehen unterscheidet sich Bims nicht von andere Pyroklastika und kann aus den unterschiedlichsten Lava-Arten entstehen. Allerdings handelt es sich bei den meisten gasreichen Magmen um intermediären oder sauren (rhyolithischen) Schmelzen.

Bimssteinteppich

Wird der Bims submarin gefördert, oder von einem Inselvulkan ausgestoßen, dann können große Bimssteinteppiche auf dem Wasser entstehen. Sie stellen eine Gefahr für den Schiffsverkehr dar. Solche Bimsteppiche entstehen häufiger im Südpazifik bei den vulkanischen Inselbögen von Fiji, Tonga und Samoa. Bimsteppiche können auch auf Süßwasserseen entstehen, wie auf dem Lago Puyehue in Chile.

Industrielle Nutzung von Bims

Bims wird industriell genutzt, etwa zur Herstellung von Leichtbetonsteinen, oder als Schleifmittel. Es findet auch in der Landwirtschaft Verwendung. Dort wird Bims in Böden eingearbeitet, um diese aufzulockern. Bimssteine können Wasser filtern, oder werden als Hornhautentferner eingesetzt. Auch die Kosmetikindustrie bedient sich der Bimssteine. Mit Bims werden Jeanshosen auf alt getrimmt (stone washed).

Ein bekanntes Vorkommen von Bimssteinen liegt auf der Insel Lipari (Sizilien), wo es lange Zeit abgebaut wurde. Die Bimsgruben von Lipari stehen inzwischen unter Schutz der Unesco. Bei vielen sehr starken Eruptionen wurde Bims gefördert und bildete mächtige Schichten. So findet man Bims am Krakatau, oder am Tambora in Indonesien. Gelangt Bims ins Meer, können mächtige Flöße aus schwimmenden Bimssteinen entstehen.

Um auf Bimssteine zu stoßen, muss man nicht sehr weit fahren: bei der Laacher See Eruption in der Vulkaneifel wurde eine ordentliche Bimsschicht abgelagert. Mit etwas Glück entdeckt man in den Bimssteinen blaue Hauyn-Minerale.

Blattverschiebungen sind tektonische Störungszonen, welche sich oft im Inneren von Kontinentalplatten finden. Sie können aber auch entlang kontinentaler Plattengrenzen auftreten. Dann werden sie Transformstörungen genannt und können mehrere Tausend Kilometer lang werden. Die englische Bezeichnung lautet strike-slip fault.
Bei einer Blattverschiebung gleiten 2 Gesteinsplatten entlang einer senkrechten Fläche aneinander vorbei. Die Verschiebung findet in horizontaler Richtung statt. Die verursachenden Spannungskräfte wirken oft schräg zur Störungsfläche.

Erdbeben an Blattverschiebungen

Meistens findet keine kontinuierliche Bewegung entlang der Störungsfläche statt, obwohl die Kräfte über lange Zeiträume konstant wirken. Dazu ist der Reibungswiderstand zu hoch, besonders weil die Störungsflächen selten gerade und glatt sind. Die Reibung bildet eine Gegenkraft und die Platten können sich verhaken. Es entsteht ein Spannungsfeld, welches sich bei Überschreiten der Gegenkraft schlagartig entspannt. Die Platten verschieben sich schlagartig um einige Zentimeter bis Meter und es kommt es zu einem Erdbeben.

Bewegungssinn von Blattverschiebungen

In welcher Richtung sich die beiden Erdschollen entlang einer Blattverschiebung bewegen, ist per Definition geregelt. Der Bewegungssinn wird immer relativ zur Perspektive des Betrachters angegeben. Die Richtung wird durch den Bewegungssinn der Gesteinsplatte bestimmt, die dem Beobachter gegenüber liegt. So kann er Bewegungssinn einer Blattverschiebung linkshändig sein, oder rechtshändig. Im geologischen Fachjargon spricht man dann von sinistral, oder dextral.

Bekannte Blattverschiebungen

Berühmt-berüchtigte Blattverschiebungen mit einem hohen Erdbebenpotenzial sind die San Andreas Fault in den USA, die Nordanatolische Verwerfung in der Türkei, oder die Große Sumatra Störung in Indonesien. Auch eines der jüngsten katastrophalen Erdbeben ereignete sich an einer Blattverschiebung: das Palu-Erdbeben auf Sulawesi.

Bocce ist der italienische Begriff für einen Förderschlot. Wörtlich übersetzt heißt es „Schüssel“. Von daher könnte die Bezeichnung auch auf einen Krater passen. Alternativ ließt man auch die Bezeichnung „Bocca“, was „Mund“ heißt. So ist die Bocca Nuova einer der 4 Gipfelkrater des Ätnas. Übersetzt heißt es „Neuer Schlund“.

Bocca Nuova am Ätna

Die Bocca Nuova nimmt den Westteil des Zentralkraters ein und ändert ihr Gesicht häufig. Sie entstand im März 1968 und bildete sich infolge einer Serie stärkerer Eruptionen. Zu ihrer Geburt hatte sie gerade einmal einen Durchmesser von 8 m. Im Laufe der eineinhalb jährigen Eruptionsphase wurde der Schlot immer dominanter und separierte sich vom Rest des Zentralkraters. Bis 1997 hatte sich der Schlot zu einem 400 m durchmessenden Krater erweitert gehabt. Bei den paroxysmalen Eruptionen im Jahr 1999 verfüllten sich die Bocca Nuova und die benachbarte Voragine. Bei späteren Kollaps-Ereignissen sackte die Bocca Nuova wieder ein und es entstanden 2 tiefe Schlote. Die Voragine blieb als Plattform erhalten.

Die Bocca Nuova ist auch immer wieder Schauplatz strombolianischer Eruptionen. Diese können glühende Tephra bis auf die Außenflanke des Kegels werfen und eine ernste Gefahr für Gipfelstürmer darstellen.

Im Dezember 2015 kam es zu einer kleinen Serie paroxysmaler Eruptionen aus der Bocca Nuova. Die Tätigkeit verlagerte sich aber schnell auf den Neuen Südostkrater.

Boccen am Stromboli

Der Krater des italienischen Vulkans Stromboli ändert sich auch laufend. Er ist in 3 Sektionen gegliedert, in der sich mehrere Förderschlote befinden. Diese Boccen haben Durchmesser zwischen einigen Dezimetern und Metern. Typischerweise sind zwischen 3-7 Boccen aktiv. Während einige Boccen glühende Tephra auswerfen, kann aus anderen nur heißer Dampf, oder Asche kommen. Manche Boccen sind inaktiv, oder nur sporadisch aktiv.

Vulkanische Bomben und Blöcke sind Pyroklasten und gehören zur Tephra. Die Begriffe beziehen sich auf Pyroklasten die größer als 64 mm sind und explosiv gefördert wurden. Sie haben zwar eine Mindestgröße, aber keine Maximalgröße. Das Bedeutet, dass sie mehrere Meter groß werden können und einige Tonnen wiegen. Sie beschreiben dabei keine Lava-Art im Sinne einer bestimmten chemischen Zusammensetzung. Bomben und Blöcke unterscheiden sich nur in ihrem Habitus. Vulkanische Pyroklasten beschreiben in der Luft eine ballistische Flugbahn.

Vulkanische Blöcke

Vulkanische Blöcke sind bei ihrer Förderung bereits erstarrt und haben für gewöhnlich einen kantigen Habitus. Die Kanten können leicht gerundet sein. Vulkanische Blöcke entstehen durch Fragmentierung von Lava im erstarrten Zustand. Die Lava erstarrte also bereits im Vulkanschlot und wurde durch eine Explosion fragmentiert. Spuren dazu finden sich in ihrer Oberflächenstruktur. Außerdem können sie beim Aufschlag zerbrechen und natürlich einen entsprechenden Einschlagskrater hinterlassen.

Pyroklastische Gesteine, die mindestens zu 75% aus pyroklastischen Blöcken bestehen, nennt man Pyroklastische Brekzie.

Vulkanische Bomben

Vulkanische Bomben sind für gewöhnlich leicht gerundet und waren zum Zeitpunkt ihrer Förderung noch geschmolzen. Dadurch verformten sie sich während des Fluges. Im Extremfall können sie eine Spindelform annehmen.

Bomben aus (saurer) gas-reicher Lava können aufgrund der Druckentlastung während der Eruption entgasen und aufblähen. Da sie während des Fluges schnell abkühlen entstehen Spannungen und an ihrer Oberfläche Risse bilden sich Risse, was aussieht wie eine Brotkruste. Solche Bomben nennt man Brotkrustenbomben.

Bilden sich vulkanische Gesteine, die zu mindestens 75% aus vulkanischen Bomben bestehen, nennt man diese Vulkanische Agglomerate.

Vorkommen von vulkanischen Bomben und Blöcken

Pyroklasten finden sich fast an jedem Vulkan, selbst an solchen, die überwiegend effusiv tätig sind, da sie auch durch Lava Spattering aus einem Hornito entstehen können. Ausnahmen bilden vieleiecht Vulkane wie der Erta Alé, die für ihre Lavasee-Tätigkeit bekannt sind.

Besonders schöne Blöcke und Bomben kenne ich von den italienischen Vulkanen Vulcano und Ätna. Dort kommen metergroße Pyroklasten vor. Bekannt ist auch die Lavabombe von Strohn in der Vulkaneifel. Sie bringt es auf einen Durchmesser von fast 5 m und einem Gewicht von 120 Tonnen. Bei ihr handelt es sich allerdings nicht um eine echte vulkanische Bombe, da sie nicht explosiv gefördert wurde, sondern mehrfach durch den Schlot auf- und ab stieg und dabei an Größe gewann, bevor sie aus dem Krater rollte.

Bradyseismos beschreibt langsam ablaufende Bodendeformationen größeren Maßstabs, die häufig von zahlreichen schwachen Erdbeben begleitet werden. Innerhalb von mehreren Jahren hebt (oder senkt) sich der Boden. Dabei sind Schwankungen von mehreren Metern möglich. Das Auf und Ab des Bodens wird von magmatischen Fluiden hervorgerufen, die in flachen Bodenschichten eindringen. Der Begriff leitet sich von den altgriechischen Wörtern „bradus“ ab, was „langsam“ bedeutet, und „seism“, was „Bewegung“ heißt. Der Begriff wurde 1883 von Arturo Issel geprägt und wurde zuerst auf den Calderavulkan Campi Flegrei in Italien angewendet.

Bradyseismos der Campi Flegrei

Die ältesten Zeugnisse des Phänomens Bradyseismos stammen aus Zeiten der Römer: An Säulen des antiken Marcellums in Pozzuoli sind heute noch die Löcher von Bohrmuscheln zu sehen. Sie wurden in den Marmor gebohrt, als sich die Säulen unter Wasser befanden und liefern Indizien, dass sich die Säulen bis unter dem Meeresspiegel abgesenkt hatten und danach wieder um mindestens 6 m angehoben wurden.

Im letzten Jahrhundert wurden 2 bradyseismische Phasen dokumentiert: zwischen 1968 und 1972, erlitt das Gebiet Campi Flegrei eine Episode positiven Bradyseismos und stieg um 1,7 Meter. Ein weiterer Anstieg von 1,8 Metern erfolgte zwischen 1982 und 1984. Dies korrelierte mit einem flachen (4 km tiefen) Erdbebenschwarm im selben Zeitraum, der zur Evakuierung von 30.000 Menschen führte. Man befürchtete, dass der Vulkan ausbrechen könnte. Eine 3, Phase mit Bodenanhebungen fand zwischen 2001 und 2002 statt. Innerhalb kurzer Zeit hob sich der Boden um 90 cm an.  Die bisher jüngste Phase begann im Jahr 2005. Zunächst hob sich der Boden nur langsam, doch in 2011 beschleunigte sich die Inflation. Seitdem hob sich der Untergrund um 61 cm (Stand April 2020) an. Seit 2015 betrug die monatliche Hebungsrate 7 mm. Insgesamt beläuft sich die Bodenanhebung also um mehr als 5 m und liegt damit nur noch 1 m unter dem bisherigen Spitzenwert aus der Römerzeit.

früher ging man davon aus, dass es sich bei den magmatischen Fluiden um Tiefenwässer handelt, doch Studien jüngeren Datums fanden Hinweise darauf, dass tatsächlich Magma aufsteigt. Doch ob der Bradyseismos in einer Eruption enden wird ist ungewiss.

Die Campi Flegrei ist das am besten dokumentierte Beispiel von Bradyseismos, doch es liegt die Vermutung nahe, dass es ähnliche Phänomene auch an anderen Calderavulkanen gibt. So wird in der chilenischen Caldera Laguna del Maule ebenfalls eine sehr lang-periodische Bodenanhebung beobachtet.

In gewisser Weise gleicht der Bradyseismos den D/I Events auf Hawaii, mit dem Unterschied, dass der Rhythmus zwischen Deflation/Inflation den Takt von Stunden und Tagen folgt.