Vulkane und Vulkanismus

STEOP: System Erde (LV 280001)

Unterstützendes Handoutmaterial zum Themenkomplex 12:

Vulkane und Vulkanismus Dieses Handoutmaterial ergänzt die Vorlesungsinhalte. Zur Prüfungsvorbereitung wird weiters empfohlen Kapitel 12 „Vulkanismus“ des Lehrbuchs „Press/Siever Allgemeine Geologie“ (J. Grotzinger et al.), 5. Aufl., Springer Spektrum, 2008 (hier insbesondere die Kapitelzusammenfassung). Bei Fragen bitte zu kontaktieren: Prof. Lutz Nasdala, Institut für Mineralogie und Kristallographie der Universität Wien UZA2 Raum 2A251 / Telefon 4277-53220 / e-mail: [email protected]

Allgemeine Termini: Magma = glutheiße Schmelze, meist silikatisch (auch karbonatisch oder sulfidisch) Lava = unter Entgasung an die Erdoberfläche ausfließendes Magma Vulkan = geologische Struktur, welche entsteht, wenn Gesteinsschmelze an die Oberfläche der Erde (oder eines anderen Planeten) aufsteigt → benannt nach der Liparischen Insel Vulcano, Italien; diese war nach der römischen Mythologie die Schmiede des Vulcanus (Gott des Feuers) Vulkanismus = Gesamtheit aller Begleiterscheinungen, die mit dem Aufsteigen glutflüssiger Gesteinsschmelze zur Oberfläche und ihrem Austreten an der Oberfläche verbunden sind

Extrusion = genereller Begriff für das Aufsteigen zähflüssigen Magmas in Vulkanen. Ursprünglich wurde der Begriff für den Ausfluss von Lava und den Auswurf von Lockermassen aus Vulkanen geprägt. Vulkanausbruch = es entleert sich entweder die Magmakammer eines Vulkans, oder Magma steigt durch Spalten und Brüche direkt aus dem Erdmantel auf. In der Regel mehr oder weniger zerstörerischer Prozess. Ejektion = explosiver Auswurf von Gesteinsmaterial (Tephra: sowohl Nebengestein als auch magmatisches Material), verbunden mit starker Gasförderung. Effusion = mehr oder minder ruhiges Ausfließen von Lava Pyroklastika (auch pyroklastische Sedimente) = vulkanische Ablagerungen, die zu mehr als 75 % aus Pyroklasten bestehen. Pyroklasten = (Gesteins-)Fragmente, die durch Zerreißen oder Zerbrechen (Fragmentierung) von Gestein oder Magma bei vulkanischen Eruptionen oder anderen vulkanischen Prozessen entstehen (unverfestigte Pyroklasten = Tephra). Lapilli = gröbere Pyroklasten (mm-cm), explosiv gebildet

Klassifikation von Vulkanen I: Stratovulkan: (= Schichtvulkan), aus geschichteten Lagen von Lockermassen und Lavaflüssen aufgebaut. Meist spitzkegelige Form; Entstehung aus zähflüssigen weil SiO2-reichen und gasreichen Magmen (700−900 °C) Schildvulkan: schildartige, großflächige Vulkane, welche aus dünnflüssigen (weil SiO2-armen; 1000−1250 °C) und gasarmen Laven entstehen. Pyroklastische Kegel: (= Aschekegel, Schlackenkegel), kleine, relativ steilflankige Kegel mit ausgeprägt konischer Form Schlackenkegel (cinder cone) = lockere Tephra Schweißschlacken-Kegel (spatter cone) = gröberes, heißes Material (Lapilli, Bomben) Aschekegel (auch hydrovulkanische Kegel; ash cone) = infolge Explosionen durch Kontakt Grund- oder Oberflächenwasser mit aufsteigendem Magma; nach Verfestigung Tuffkegel Tuffring (tuff ring) = analog Tuffkegel, kleiner

Klassifikation von Vulkanen II: Caldera: kesselförmiger Krater bzw. Struktur, durch Einsturz zuvor entleerter oberflächennaher Magmenkammern oder durch explosive Eruptionen Maar: schüsselförmige Mulde, welche in vorvulkanischer Landfläche, entstanden durch Wasserdampfexplosionen (bei Zusammentreffen mit Magma). Lavadom: (auch Lavakuppel, Staukuppe), kuppen- oder säulenförmige Erhebung („Pfropfen“), durch Eruption sehr zähflüssiger Lava Diatrem: wieder verfüllter Schlot bzw. Durchschlagsröhre

Lava-Typen: Rhyolitische Laven: SiO2-reich, viel Na und K; relativ kalt (600−800 °C), zähflüssig, daher oft aufgestaute Massen, welche Gasen das Entweichen verwehren (Explosionen, z.B. Yellowstone); makroskopisch hell Andesitische Laven: mittlerer SiO2-Gehalt (intermediär); mittlere Temperatur und Fließgeschwindigkeit; oft Lavapfropfen bildend (z.B. Mount St. Helens) Basaltische Laven: SiO2-arm, viel Fe, Mg, Ca; heiß (1000−1250 °C); typischerweise dünnflüssig (hohe Fließgeschwindigkeiten 50 bis >100 km/h), entgasen vergleichsweise einfach Sticklava (Pahoehoe) = Fließen unter dünner erkalteter Oberfläche Brockenlava (A‘a) = nahezu vollständig entgaste basaltische Lava; dicke, immer wieder kantig zerbrechende Oberfläche Kissenlava (Pillow) = Erstarrung unter Wasser Besonderheiten: Pele‘s hair, Nornahár (Basaltglas-Fasern), Pele‘s tears (Basaltglas-Tropfen) Reticulit (schaumartiger Bimsstein)

Oben: “Lava trees”, Kilauea Volcano National Park, Hawaii. Schnellfließende Lava ummantelt (wasserreiche) Palmenstämme und wird dabei abgekühlt; die entstehenden Gesteinsröhren bleiben erhalten.

Pahoehoe-Lava (hier: Stricklava), Kilauea Volcano National Park, Hawaii. Alle Fotos privat.

Weitere vulkanogene Bildungen: Exhalate = mineralstoffbeladene Dampfaustritte in Zusammenhang mit (meist abklingendem) Vulkanismus Fumarolen: Solfataren: Mofetten:

reich an Wasserdampf reich an Schwefelverbindungen reich an Kohlendioxid

Gaswolke des Nevado del Ruiz, gesehen am Morgen des 12. September 2013 von Manizales, Kolumbien (ca. 28 km). Foto privat.

Vulkanische Risiken und Gefahren: Hauptsächliche Gefahrensursachen: - Pyroklastische Ströme (ca. 25–30 % aller Todesfälle) - indirekte Folgen (z.B. Hunger nach großflächigen Schäden; ca. 20–25 %) - Tsunami (ca. 20 %) - Schlammströme (ca. 15 %) Lavaflüsse: Gefahr eher lokal, da Mengen meist begrenzt; bei Schildvulkanen können jedoch relativ schnell weit entfernte Siedlungen erreicht und gefährdet werden Schlammströme / Schuttströme: (auch Lahare) Bildung wenn pyroklastische Ströme auf Wasser (Fluss, Schneefelder, Gletscher) treffen. Beispiel: 25000 Tote in der Stadt Amero (Kolumbien, Zentrale Kordilleren) Zusammenbrüche / Einbruch einer Caldera: z.B. Kollabieren des Gipfelbereichs des Mount St. Helens 1980 Eruptionswolken und pyroklastische Ströme: materielle Schäden durch Überdecken ganzer Landstriche; Gefahr insbesondere wenn noch heißes pyroklastisches Material austritt (Beispiel Pompeij); heute ggf. Behinderung des internationalen Flugverkehrs