Wiki Vulkane und Erdbeben

Als Hawaiianisch bezeichnet man Eruptionen, bei denen die Lava effusiv gefördert wird und keine explosive Tätigkeit stattfindet. Allerdings kann es zur Bildung von Lavafontänen kommen. Typisch ist auch die Entstehung von Lavaseen.

Es wird (fast) ausnahmslos basaltische Lava gefördert, die heißer als 1000 Grad Celsius ist, wenig Siliziumdioxid enthält und somit eine niedrige Viskosität aufweist. Diese Lava ist relativ gasarm, doch wenn sie durch enge Schlote gequetscht wird, kann es zu Lavaspattering kommen. Wenn sich auf der Eruptionsspalte Schlackenkegel bilden, können diese strombolianisch tätig sein und einen Lavastrom ausspeien. Typisch ist die Bildung hoher Lavafontänen, wie sie etwa auf Hawaii häufiger beobachtet wurden.

Das Vorkommen Hawaiianischer Eruptionen

Wie der Name dieser Eruptions-Art vermuten lässt, sind die Hawaii-Inseln namensgebend und dementsprechend sind Hawaiianische Eruptionen typisch für große Schildvulkane über ozeanischen Hotspots. Auf Hawaii sind es die Vulkane Mauna Loa und Kilauea die Paten für die Hawaiianischen Eruptionen sind. Entsprechende Ausbrüche gibt es an ähnlichen Vulkanen, wie dem Piton de la Fournaise auf La Réunion, oder aber auch auf Island. Dort müssen die Eruptionen nicht mit dem Island-Hotspot assoziiert sein, denn sie können sich auch an Spaltenvulkanen entlang der divergenten Risssysteme ereignen. Jüngste Beispiel ist der Eruption am Vulkan Fagradalsfjall auf der Reykjanes Halbinsel.

Hawaiianische Eruptionen sind ebenfalls typisch für Vulkane an kontinentalen Riftsystemen, wie dem Ostafrikanischen Grabenbruch. Dort gibt es gleich 4 Vulkane, an denen es aktuell zu entsprechenden Eruptionen kommt. Der Erta Alé in Äthiopien ist einer dieser Feuerberge. Dort brodelte Jahrzehntelang ein Lavasee. Auch der Ol Doinyo Lengai kann Hawaiianische Eruptionen erzeugen. Er dürfte der einzige Vulkan sein, der auf diese Art eruptiert, aber kein Basalt fördert. In der Demokratischen Republik Kongo gibt es gleich 2 aktive Vulkane, die hawaiianisch eruptieren. Bei ihnen handelt es sich um den Nyramuragira und dem Nyiragongo.

Gefahren Hawaiianischer Eruptionen

Hawaiianische Eruptionen werden oft als harmlos eingestuft, weil sie aufgrund ihrer geringen Explosivität einen VEI von 0 haben. Doch auch Hawaiianische Eruptionen bergen ein großes Zerstörungspotenzial. So können die Lavaströme sehr schnell fließen und große Entfernungen zurücklegen. Eine besonders dynamische Dramatik entfesseln auslaufende Lavaseen. So zerstörte ein gewaltiger Lavastrom Teile der Stadt Goma im Kongo, als sich eine Spalte im Vulkan Nyiragongo auftat, aus der der Lavasee ausfloss, der jahrelang im Krater brodelte. Bei der Naturkatastrophe im Jahr 2002 starben 174 Menschen.

Ein Hornito ist ein turmartiger Lavakegel, der sich um einen Förderschlot bildet. Im Gegensatz zu einem Schlackenkegel besteht ein Hornito aus mehreren Schichten fest verschweißter Lava. Hornitos bilden sich oft über gedeckelte Lavaströme, oder Lavaseen, aus denen Lavaspattering stattfindet. Typisch sind sie auch um Förderschlote auf Spalten, aus denen Lavaströme eruptiert werden. Die Lava lagert sich als Schmelze ab und baut so einen Turm auf, der einem Schornstein ähnelt.

Die Bildung eines Hornitos ist ein dynamischer Prozess: oft kommt es zu Kollaps-Ereignissen an Hornitos, bei denen das Gebilde teilweise, oder auch ganz einstürzt. Im Inneren von Hornitos findet man oft bizarre Schmelzstrukturen aus erstarrter Lava.

Der Begriff „Hornito“ stammt aus dem Spanischen und bedeutet „Ofen“.

Vorkommen von Hornitos

Hornitos findet man an zahlreichen, überwiegend effusiv tätigen Vulkanen, die dünnflüssige Lava fördern. Sie bilden sich bevorzugt bei Spalteneruptionen an den Flanken größerer Vulkane, treten aber genauso an reinen Spaltenvulkanen auf. Jüngstes Beispiel ist ein Hornito, der auf einer Eruptionsspalte am isländischen Vulkan Fagradalsfjall wuchs.

Große Schildvulkane wie der Kilauea, oder der Piton de la Fournaise bringen oft Hornitos hervor. Bekannt sind auch einige Schornsteine im Nationalpark Timanfaya auf Lanzarote. Aber auch am Ätna auf Sizilien kommen Hornitos vor. Hier sind mir die Schornsteine gut in Erinnerung geblieben, die im Februar/März 1999 entstanden, aber bereits nach wenigen Jahren von neuen Lavaströmen überdeckt wurden.

Berühmt und berüchtigt sind die Hornitos am Ol Doinyo Lengai. Sie bilden sich aus der einzigartigen natriumkarbonatischen Lava und verwittern entsprechend schnell. Meistens sind sie mit einer weißen Sodaschicht bedeckt. Bei meiner ersten Lengai-Reise kletterte ich auf einen der Hornitos, als kurz darauf eine Wand kollabierte. Der Hornito war bis zum Rand voll mit kochender Lava, die sich in einer Sturzflut über den Kraterboden ergoss. Ich hatte doppeltes Glück: erstens weil die Decke des Hornitos hielt, auf der ich stand, zweitens, weil ich nicht mehr vor dem Hornito stand und so der Sturzflut entkam.

Ein Hot Spot (auch Hotspot geschrieben) ist nicht nur ein heißer Fleck, sondern eine dreidimensionale Wärmeanomalie, die sich vom unteren Erdmantel bis an die Erdoberfläche erstreckt. Die Anomalie wird von Magma hervorgerufen, dass eine schlauchartige Struktur schafft, durch Schwächezonen im Gestein aufsteigt und an der Erdoberfläche an Vulkanen austritt. Ein Hot Spot ist ortsstabil: über Jahrmillionen hinweg befindet er sich an der gleichen Stelle, während die Erdkruste über ihn hinweg wandert. So entsteht eine Vulkankette, bei der immer nur der jüngste Vulkan aktiv ist. Dabei kann es auch vorkommen, dass eine Vulkangeneration aus 2-3 Vulkanen besteht, die räumlich eng beieinander liegen. Andere Bezeichnungen für den Hot Spot sind Mantelplume, oder Manteldiapir.

Das Magma der Hotspots

Das Magma, das den Mantelplume bildet, ist basaltisches Primärmagma, dass nicht, oder wenig differenziert ist. Die Schmelze ist für gewöhnlich sehr heiß und erreicht bei ihrem Austritt an der Erdoberfläche noch Temperaturen bis zu 1250 Grad Celsius. Aufgrund des geringen Kieselsäureanteils sind diese basaltischen Magmen dünnflüssig. Typische Eruptionsform ist effusiv. Es können aber auch hoch aufsteigende Lavafontänen gebildet werden. Oft bilden sich mächtige Schildvulkane über Hot Spots, die an ihrem Gipfel eine große Caldera haben. Hier entstehen die meisten Lavaseen der Welt.

Hot Spot Hawaii

Das wohl bekannteste Beispiel für Hot Spot Vulkanismus findet sich auf Hawaii. Die gesamte Inselgruppe wurde von Vulkanen geformt, die sich über einen Hot Spot bildeten. Wie ein Schweißbrenner bahnte sich das Magma seinen weg durch die Erdkruste und ließ die Vulkane wachsen. So entstand eine Inselgruppe, die sich wie die Perlen einer Kette aneinanderreihen. Zwischen den Inseln gibt es auch submarine Vulkane, die es nicht bis an die Oberfläche schafften. Das zeigt aber auch, dass der Magmennachschub nicht immer konstant ist. Nur während besonders aktiver Phasen schafften es die Vulkane große Inseln zu bilden.

Ganz so einfach, wie es sich ließt, ist die Situation auf Hawaii aber doch nicht. Studien jüngeren Datums zeigen, dass das Magma kontaminiert ist und Anteile von subduzierten Krustenmaterials enthält. Dass wirft Fragen über die Magmenzirkulation im Erdmantel auf. Scheinbar gibt es eine Kreislauf des Magmas, bei dem das Krustenmaterial nicht Richtung Kontinent abtaucht, sondern wieder unter die ozeanische Kruste gelangt. Andere Studien zeigten, dass die Hot Sots viel tiefer Verwurzelt sein könnten, als bisher gedacht und sogar vom oberen Erdkern ausgehen könnten.

Bei einem Hybriderdbeben handelt es sich um eine spezielle Erdbebenart, die besonders während Domwachstumsphasen an dombildenden Vulkanen registriert wird. Das seismische Signal eines Hybriderdbebens setzt sich aus 2 unterschiedlichen Frequenzen zusammen: Das Signal fängt mit einer hohen Frequenz an und geht dann in ein Signal mit niedriger Frequenz über, was Seismologen gerne als „Nachklingeln“ bezeichnen. Es gibt unterschiedliche wissenschaftliche Interpretationen dieser Erdbebensignale. Im Bezug auf Vulkane sprechen hohe Frequenzen für Erdbeben vulkanotektonischen Ursprungs, während Erdbeben mit niedrigen Frequenzen durch Fluidbewegungen verursacht werden. Bei diesen Fluiden kann es sich direkt um Magma handeln, oder um hydrothermale Tiefenwässer und Gase, die den Druck in einem Magmenkörper erhöhen, oder sich durch Gesteinsklüfte bewegen. Bei der Bildung dieser Klüfte entstehen oft vulkanotektonische Erdbeben, insbesondere dann, wenn aufsteigendes Magma Gestein bricht und so Risse und Klüfte generiert. In so einem Fall kann ein Hybriderdbeben also auf aufsteigendes Magma hindeuten. Eine Studie neuern Datums kommt zu dem Schluss, das Hybriderdbeben ehr durch Sprödbruch infolge von Magmenaufstiegs zustande kommen, als direkt durch Fluidbewegungen zu entstehen.

Allgemeiner formuliert wird ein Hybriderdbeben als spezieller Erdbebentyp bezeichnet, der oft in der Nähe von Vulkanen auftritt und eine Kombination aus vulkanischen und tektonischen Prozessen widerspiegelt.

Im Kontext von vulkane.net lest ihr öfters über Hybriderdbeben im Zusammenhang mit den Vulkanen Indonesiens. Das liegt daran, dass das VSI (Volcanological Survey of Indonesia) auf seiner Website MAGMA häufig auf diesen Erdbebentyp eingeht und ihn an den verschiedensten Vulkanen detektiert. Besonders häufig wird er an den beiden dombildenden Vulkanen Karangetang und Merapi detektiert. Das Auftreten von Hybriderdbeben ist hier in der Tat mit Wachstumsphasen der Lavadome assoziiert. Das bestätigte sich auch schon an den Feuerbergen Mount St. Helens und Soufrière Hills. Hybriderdbeben können aber auch an anderen Vulkanen aufgefangen werden, unter denen Magma oder Fluide aufsteigen. So wurde dieser Erdbebentyp etwa am Cumbre Vieja auf La Palma registriert, aber auch am Pico del Teide auf Teneriffa und am Taal auf Luzon.

Hydrostatischer Druck beschreibt speziell den Druck von Flüssigkeiten. In unserem Fall handelt es sich bei der Flüssigkeit um Magma. Der hydrostatische Druck spielt eine wichtige Rolle bei den Eruptionsmechanismen eines Vulkans. Ist der hydrostatische Druck in der Magmakammer kleiner als der Gasdruck bilden sich Gasblasen, die das Magma nach oben treiben.

Unter einem Hydrothermal-System versteht man in der Vulkanologie einen Bereich in der Erdkruste in dem heißes Wasser und Gase (magmatische Fluide) zirkulieren. In den meisten Fällen findet hydrothermale Zirkulation im Bereich aktiver Vulkane statt. Sie kann aber auch durch das Eindringen eines Plutons in die Erdkruste verursacht werden, oder durch Metamorphose im Rahmen der Orogenese. Tiefenwässer können auch aufgrund des normalen geothermischen Gradienten (+ 3 Grad auf 100 m Tiefe)  erwärmt werden und zirkulieren.

Im Kontext von vulkane.net sind natürlich die vulkanischen Hydrothermal-Systeme von besonderem Interesse. Die hydrothermale Zirkulation erzeugt an der Erdoberfläche die verschiedensten Heißwasser-Phänomene wie Heiße Quellen und Geysire. Fumarolen können ebenfalls hydrothermal bedingt sein. Im Untergrund wird ein Hydrothermal-System vom Magma des Vulkans befeuert. So gibt das Verhalten des hydrothermalen Systems Hinweise darüber, was sich in der Tiefe abspielt. Allerdings können sich auch eigenständige Parameter des Hydrothermalen Systems ändern, ohne dass es direkten Einfluss von Schmelze gibt. Doch eine signifikante Temperaturerhöhung von Gasen und heißen Wässern stehen meistens im direkten Zusammenhang mit einem Aufheizen des Systems durch Magmenaufstieg.

Hydrothermal-System und Erdbeben

Die Bewegung magmatischer Fluide im Untergrund können leichte Erdbeben auslösen. Bei den Erschütterungen handelt es sich überwiegend um Mirkoseismik mit sehr geringen Magnituden. Nur selten werden Erdbeben mit Magnituden größer als 2 von zirkulierenden Gasen und hydrothermalen Wasser ausgelöst. Im Unterschied dazu verursacht die Bewegung von Magma im Untergrund stärkere Beben. Charakteristisch hierfür sind Beben mit Magnituden zwischen 2 und 4. Nur selten kommen stärkere Beben vor. Mikroseismik kann natürlich auch von Magma-Aufstieg herrühren, dann aber meistens in Verbindung mit stärkeren Erschütterungen.

Vulkane mit Hydrothermal-System

Besonder ausgeprägt sind hydrothermale Systeme in großen Calderavulkanen. Der bekannteste Vertreter dieser Art ist die Yellowstone-Caldera. Hier gibt es die weltgrößte Anzahl von Geysiren und Heißen Quellen. Oft diskutiert ist auch des Hydrothermal-System der Campi Flegrei. Auf Island gibt es zahlreiche Thermalgebiete die auf ausgeprägte Heißwasser-Systeme im Untergrund hindeuten. Dort nutzt man sie zur Gewinnung von Energie.

Unter Hypozentrum versteht man die Lage des Erdbebenherdes. Also jener Punkt in der Erdkruste (oder im Erdmantel), an dem sich ein Erdbeben ereignet und von dem die Erdbebenwellen ausgehen.

In der Regel liegt das Hypozentrum eines Erdbebens an einer tektonischen Störung. Eine Bruchzone beschreibt eine Fläche in der Erde. In der Seismologie geht man vereinfachend von einem punktförmigen Hypozentrum aus. Hier geht man von der Stelle der Bruchzone aus, an der der Scherbruch begann. Diese Stelle nennt man auch Nukleationspunkt.

Unterschied zwischen Epizentrum und Hypozentrum

Das Epizentrum beschreibt den Ort an der Erdoberfläche über dem Hypozentrum.

Das Hypozentrum wird durch die Herdtiefe und dessen Lage an der Oberfläche (Epizentrum) bestimmt. In der Seismologie lässt sich die Lage des Hypozentrums durch Laufzeitbestimmungen der Erdbebenwellen ermitteln. Diese Bestimmungen sind nicht immer exakt, da besonders langperiodische Wellen einer Unschärfe bei der Geschwindigkeitsmessung, sowie der resultierenden Ortsbestimmung unterworfen sind.

Eine Welle lässt sich nicht auf einen Ort oder Zeitpunkt festlegen. Für eine genaue Beschreibung einer Welle werden unendlich viele Messungen benötigt. In der Praxis lassen sich nur eine endliche Zahl an Messungen vornehmen. Dies führt zu einer Unschärfe bei der Messung von Wellen. Es gilt: Je länger die Wellenlänge, umso ungenauer die Ortsbestimmung. Dieser Effekt führt dazu, dass gerade die Hypozentren starke Erdbeben ungenau bestimmbar sind, da diese besonders langwellig sind.

Voraussetzung für die Bestimmung des Hypozentrums ist ein Netzwerk aus Seismometern. Je mehr Einzelgeräte im Netzwerk integriert sind, desto genauer die Lokalisierung des Erdbebenherdes.

Normalerweise liegt das Hypozentrum eines Erdbebens in der festen Erdkruste. Trotzdem ereignen sich auch einige Erdbeben im Bereich des oberen Erdmantels. Die Hypozentren dieser Mantelbeben liegen dann häufig im Bereich von Subduktionszonen, auf dem Teil des Ozeanbodens, der bis in den Erdmantel subduziert wurde. Aufgrund der Plastizität des normalen Mantelmaterials können sich im Erdmantel keine Spannungen aufbauen, die zu Erdbeben führen können.