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1. Aufbau der Erde
Der Erdkörper besitzt eine Schalenstruktur: Kern (Legierung aus Nickel und Eisen; fester u. innerer Kern, flüssiger u. äußerer Kern), Mantel (Verbindungen von Silizium, Sauerstoff, Eisen u. Magnesium; fest; Erdmantelschichten: Vorrat für Magma), Kruste (zu 60 % aus Silikaten (Verbindungen aus Silizium u. Sauerstoff); Rest: Aluminium, Eisen, Calzium, Natrium, Kalium, Magnesium;
Sima-Schicht (umspannt die ganze Erde; Gabbro od. Basalt; Si, Mg),
Sial-Schicht (beschränkt sich auf die Kontinentalbereiche; Gneis u. Granit; Si, Al, O))
4 große Sphären: Lithosphäre (Gesteinsmantel)
Hydrosphäre (Wasserhülle)
Atmosphäre (Lufthülle)
Ökosphäre (Biosphäre; vom Leben bewohnte Erdbereiche)
4 Großeinheiten der Erdkruste: Ozeanboden (ozeanische Platte; dichte, 5 - 10 km
dicke Gesteinsschicht (Sima), bis zu
1 km von Sedimenten bedeckt; darunter
Peridoditschicht)
Schelfregion (über Peridoditschale Sima-Schicht;
darüber Sial-Schicht; darüber bis zu 5 km
dicke Sedimentschicht aus Abtragungs-
material der Landmassen od. Ablagerungen
von Organismen; Ränder der Kontinente, in
200 m Tiefe)
Kontinentalplatten (Sima: 10 km; Sial: 20 km; Sedimente:
0,5 km, z.B. Sande von alten abgetragenen
Gebirgen; z.B.: Russische Tafel,
Baltischer Schild, Kanadischer Schild)
Faltengebirge (Sediment- und vulkanische Gesteine ca.
5 km hoch; Sial: 25 km; Sima: 35 km; z.B.:
Kaledonisches Gebirge (NW-Europa), Alpen,
Himalaja)
2. Die Tektonik
versucht, ursächliche Zusammenhänge von Entstehung u. Strukturformen der Erdkruste zu erklären.
Unter der erkalteten Erdkruste: die oberen Schichten des Erdmantels kühlen ab, sinken ab, heißere Schichten steigen auf (=Konvektionsströme); durch diese Aktivität werden die Kontinente auseinandergeschoben. Durch das Auseinanderdriften der Kontinentalplatten bilden sich riesige Gräben (Mittelozeanische Rücken), in denen das Magma in Spalten aufdringt und sich als Lava ergießt. Dadurch werden auch ständig neue Kruste (an den Gräben) und Falten- und Deckengebirge (dort, wo die Platten aneinander treffen) gebildet. An diese gebirgsbildende Zonen ist ein bestimmter Typus von Vulkanismus (die dünnflüsssige, basische, aus den Gräben fließende Lava bildet weite untermeerische Decken ohne starke Eruptionen; Vulkanismus der Kettengebirge an den Kontinentalrändern: Magma mischt sich mit saurem Krustenmaterial, es entsteht zähflüssige, gasreiche, hochexplosive Lava) und Erdbebentätigkeit gebunden.
3. Magma und magmatische Steine
magmatische Gesteine (= Tiefengesteine, Plutonite): solche, die aufgrund des Magmatismus entstehen (diesen stehen folgende gegenüber: Sedimentgesteine und metamorphe Gesteine)
plutonische Gesteine: solche, die aus dem Magma entstanden sind (sie konnten nicht die Oberfläche erreichen; es haben sich in der langen Zeit des Erstarrens große Kristalle bilden können; z.B.: Granit) =TIEFENGESTEINE
vulkanische Gesteine: solche, die aus dem ausgeflossenem Magma (=Lava) entstanden sind (Lava erstarrt an der Erdoberfläche viel schneller, daher nur wenige kleine Kristalle vorhanden; z.B.: Porphyr) =ERGUSSGESTEINE (sh. auch Kapitel 4.)
Magmatismus: Vorgänge des Plutonismus und des Vulkanismus
4. Erstarrungsgesteine
Zusammensetzung des Magmas: Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, Ka (in Verbindung mit Sauerstoff als Oxide), Wasser, Kohlendioxid, Salzsäure, Flußsäure, Schwefelsäure, Wasserstoff (bei aktiven Vulkanen meßbar)
2 Haupttypen von Ergußgesteinen:
Mafische Gesteine (sind solche Gesteine mit hoher Dichte); aus dem SIMA, dunkel, Mg-, Fe-, Ca-reich, Si-arm, schwer, sinkt daher leicht ab, basisch, z.B. Basalt, daher der Name basaltisch
Felsische Gesteine; aus dem SIAL, hell, Al-, Ka-, Na-reich, Si-reich, leicht, kommt daher eher in den oberen Bereichen vor, sauer, z.B. Granit, daher der Name granitisch
5. Entwicklung des Magmas
Schwere Teile sinken im zähflüssigen Magma ab und entwickeln sich zu basischen Typen, die Restmasse nimmt sauren Charakter an (diesen Vorgang nennt man magmatische Differentiation); dadurch entstand die Abfolge der verschiedenen magmatischen Gesteinstypen.
6. Vulkanismus an verschiedenen Regionen
¾ der Gesamtoberfläche der Erde besteht aus vulkanischen Gesteinen
man kennt etwa 480 aktive Vulkane auf der Erdoberfläche in folgenden 4 Regionen:
a) alpidische Regionen
Hauptsitz des größten und bedeutendsten Teiles der Vulkane; "Zirkumpazifische Feuerring" (von Neuseeland, über die ostasiatischen Inseln bis zu den Anden im Osten des Pazifiks); "mesogäischer Gürtel" (am Südrand von Eurasien)
b) mittelozeanische Regionen der Zentralgrabenbrüche
hier weichen die Schollen der Erdkruste auseinander, es dringt (meist submarin) ozeanischer Olivinbasalt empor, nur in Island kann man diesen Typus von Vulkanismus über dem Meeresspiegel beobachten
c) Grabensysteme kontinentaler Regionen
z.B. großer Grabenbruch in Ostafrika: Teilplatten werden zerrissen, natronreiches Magma dringt auf
d) Regionen ozeanischer Platten
z.B. Hawaii im Pazifik; "Hot-Spot-Theorie" (Heiße Flecken): an heißen Stellen unter der Kruste kommt erhöhter Wärmefluß hoch, die Kruste schmilzt auf, Auslöser für Vulkandurchbrüche mit basischer Lava
7. Vulkanform und Funktion
1.) aus basischer, heißer, dünnflüssiger Lava können Gase leicht entweichen, sie erreicht Fließgeschwindigkeiten von bis zu 50 km/h.
Nach ihrer Form unterscheidet man folgende Typen von Vulkanen:
- Schichtvulkane (abwechselnd ausgeworfenes Lockermaterial (Asche) und ausgeflossene Lava; z.B. Ätna, Vesuv, Stromboli)
- Schildvulkane (an Kreuzungsstellen von Spalten in der Erdkruste, flacher, aus Lava bestehender Vulkankegel mit zentraler Ausbruchsöffnung; nach dem Ausfließen großer Mengen von Lava kann ein kesselförmiger Krater (=Caldera) entstehen)
- Lineare Lavavulkane (durch Spaltenausbrüche entlang des mittelatlantischen Rückens, sie liefern Deckenergüsse riesigen Ausmaßes)
- submarine Eruptionen (bei Eruptionen in seichtem Wasser: Wasser wird sofort verdampft, dadurch Energie vervielfacht, es kommt zum Ausschleudern von gewaltigen schwarzen Garben; Eruptionen in Tiefen von 2.000 Metern unter dem Meeresspiegel werden durch den Wasserdruck gelindert, Lava fließt deckenförmig aus)
2.) aus saurer, niedrig temperierter, zähflüssiger Lava können Gase nur schwer entweichen, es entsteht hoher Druck;
Form: oft Staukuppen, die solange mit einem Lavapfropfen verschlossen bleiben, bis der angestaute Druck einen kurzfristigen, explosiven Ausbruch mit Aschen- und Bimssteinförderung und Glutwolken erzeugt.
Vulkane, die weder Lava noch Asche, sondern nur Gas hochbringen, können durch eine einzige Explosion Tuffschlote von 100-200 m Durchmesser hervorbringen. In Südafrika sind derartige Schlote oft in einer Tiefe von mindestens 700 m mit Ganggesteinen gefüllt.
8. Ursachen für Vulkanausbrüche
1.) Der Druck in der Magmakammer nimmt allmählich zu, während immer mehr Gase aus der Schmelze entweichen; sobald er zu stark wird erzwingt sich das Magma einen Weg an die Oberfläche
2.) Ein tektonischer Vorgang (Bergrutsch, Verschiebung der tektonischen Platten) erzeugt im Dach der Magmakammer eine Öffnung und bewirkt eine Druckentlastung
9. Postvulkanische Erscheinungen
Fumarolenstadium (sehr heiß, vulkanisches Gas, Wasserdampf (vom erhitzten Grundwasser), Schwefeldioxid, Flußsäure und Salzsäure entweichen weiterhin)
Solfatarenstadium (schon etwas kühler, Wasserdampf, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff treten aus)
Mofettenstadium (kühles Kohlendioxid tritt aus; z.B.: die Maare in Deutschland)
Geysire (heiße Springquellen) sind postvulkanische Erscheinungen (Island, Neuseeland, Yellowstone-Nationalpark in den USA): das sich in einem Schlot sammelnde Grundwasser wird bis über den Siedepunkt erhitzt, die plötzliche Volumsvermehrung führt zum Ausschleudern des Wassers.
Weitere postvulkanische Erscheinungen: Thermalquellen, Mineralquellen, Säuerlinge, Sinterterrassen (z.B.: Thermenlinie vom Wiener Becken aus in Richtung Süden bis Steiermark/Burgenland)
10. Prognose von Vulkanenausbrüchen
- rechtzeitiges Registrieren von Erdbebenherden (zugleich mit dem sich Platz schaffenden Magma)
- das Gebiet rund um den Vulkan bläht sich innerhalb einiger Monate um 0,5-2 m auf (kann mit Neigungsmessern, die in Abständen von 1 km augestellt werden, gemessen werden)
- lokales Ansteigen der Erdwärme (auf Infrarotsatelliten-Photos feststellbar)
- Änderung der Gaszusammensetzung im Krater kurz vor dem Ausbruch
11. Verhinderung von Vulkanausbrüchen
bisher nicht möglich; aber Lavafluß kann durch Dämme, Kanäle und Bombenabwürfe gesteuert werden; auch Fließgeschwindigkeit läßt sich durch Abspritzen der Lavafront mit Wasser vermindern.
12. Nutzung von vulkanischen Tätigkeiten
Geothermale Kraftwerke: erhitztes Wasser in Dampfkraftwerken wird zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet; wenn kein Wassernachschub durch natürlichen Niederschlag vorhanden: das benutzte, abgekühlte Wasser wird wieder in den Untergrund zurückgeführt und kann wieder verwendet werden.
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