Vulkanismus

Island ist ohne Vulkanismus und seine Vulkane unvorstellbar, es würde ohne diese nicht einmal existieren! Island ist eines der vulkanisch aktivsten Gebiete der Erde.

Ein Vulkan ist eine Öffnung in der Erdkruste, aus der geschmolzenes Gestein und Gase austreten, die aus dem Erdmantel aufgestiegen sind. Dann erstarrt das geschmolzene Gestein und lagert sich um die Öffnung ab. So entsteht eine Erhebung oder ein Berg, den man als Vulkan bezeichnet.

Das Wort Vulkan leitet sich vom Namen Vulcano ab, einer Insel der Äolischen Inseln (auch Liparische Inseln) im Tyrrhenischen Meer in Italien. Deren Name wiederum stammt von Vulcan, dem Gott des Feuers in der römischen Mythologie. Die Wissenschaft von den Vulkanen wird als Vulkanologie bezeichnet.

Ohne den Vulkanismus würde es auf der Erde keine stabile Erdkruste, und somit wahrscheinlich kein Leben geben. Die Vulkane haben die Funktion von Überdruckventilen und sorgen dafür, dass die Erdkruste nicht ständig willkürlich aufplatzt. Vulkane befördern nicht nur wichtige Mineralstoffe aus den Tiefen der Erde an die Erdoberfläche, sondern auch Gase und Wärme. Erstes Leben auf der Erde bildete sich in Form von Archäobakterien im Bereich von Thermalquellen. Diese thermophilen Bakterien ernährten sich von Schwefelverbindungen, die von Vulkanen an die Erdoberfläche befördert wurden. Die Archäobakterien entwickelten sich zu Cyanobakterien (Blaualgen), die mit Hilfe der Photosynthese Sauerstoff produzierten. So nahm das Leben auf der Erde seinen Lauf.

Plattentektonik

Kontinentalplatten

Die Außenhülle der Erde, die Lithosphäre, ist in 16 größere und weitere kleinere Platten unterteilt. Die meisten vulkanischen Aktivitäten auf der Erde finden entlang der Plattengrenzen statt, wo die Platten konvergieren oder divergieren.

Die sieben großen Kontinentalplatten heißen:

  • Eurasische Platte
  • Nordamerikanische Platte
  • Südamerikanische Platte
  • Afrikanische Platte
  • Australische Platte
  • Antarktische Platte
  • Pazifische Platte

Wenn in ozeanischen Kämmen zwei tektonische Platten divergieren, kriecht heißes Mantelgestein unter der ozeanischen Kruste nach oben. Der Druckabfall im aufsteigenden Mantelgestein führt zu einer Ausdehnung und zum teilweisen Schmelzen des Gesteins. Das führt zu Vulkanismus und zur Bildung einer neuen Kruste. Die meisten divergierenden Plattengrenzen der Erde befinden sich am Boden der Ozeane. Dort, wo sich der mittelozeanische Kamm über den Meeresspiegel erhebt, bilden sich vulkanische Inseln. So entstand Island.

Diapire und Hotspots

Das Gestein im Mantel ist nicht überall gleich heiß. An einigen Stellen gibt es sogenannte Manteldiapire oder Mantelplumen. Dabei handelt sich dabei um Bereiche im Erdmantel, an denen heiße Gesteinsschmelzen aufsteigen. Vulkanische Gebiete, die von aufsteigenden Mantelplumen geprägt sind, werden in der Geologie auch als Hotspots bezeichnet. Beispiele hierfür sind Hawaii, Yellowstone – und Island.

Island-Plume

Aus einer Tiefe von etwa 2.900 Kilometern an der Grenze zwischen Erdkern und Erdmantel erfolgt ein Aufstrom heißen Gesteins im Erdmantel. Dieser wird als Mantelplume oder Island-Plume bezeichnet und ist die Ursache für die Entstehung Island und für seinen Vulkanismus. Durch die aufstrebenden Kräfte kam es zu einer Anhebung des Meeresbodens, bis er sich schließlich über den Meeresspiegel erhob und somit die Insel entstand.

Neuere Studien aus den 1990er Jahren zeigen, dass unter Island bis in eine Tiefe von mindestens 400 Kilometer eine zylindrische Struktur mit einem Durchmesser von 200 bis 300 Kilometer existiert. Der Erdmantel ist dort um etwa 150–250°C heißer als normal.

Eine sehr anschauliche Darstellung der Mantelplume unterhalb von Island kann man im LAVA Centre in Hvolsvöllur besichtigen (siehe Foto).

In einer weiteren interaktiven Darstellung der nördlichen Hemisphäre kann man verfolgen, wie sich der Hotspot in Millionen von Jahren aus dem Bereich von Grönland aus bewegte (bzw. wie sich korrekterweise die nordamerikanische Platte über den Hotspot bewegte), bis er in seine gegenwärtige Lage genau unter dem mittelatlantischen Rücken gelangt ist.

Magma

Solange sich die Lava im Erdinneren befindet, spricht man von Magma. Das Magma hat eine geringere Dichte als das feste Gestein in seiner Umgebung und es beginnt, analog einer Luftblase im Wasser, aufzusteigen. Beim Aufstieg reduziert sich der äußere Druck auf das Magma und es wird dekomprimiert (hydrostatische Druckentlastung). Die Gase, die bis dahin im Magma gelöst waren, entweichen (wie bei einer Sprudelflasche, wenn diese geöffnet wird). An der Erdoberfläche reißt dann der Überdruck der Gase das geschmolzene Gestein mit in die Höhe, der Vulkan bricht aus.

Eruptionsprodukte

Lava

Der Hauptbestandteil von Lava ist Siliziumdioxid (SiO₂, Kieselsäure). Lava enthält zwischen 40% und 70% SiO2. Je nach Gehalt spricht man auch von basischem, intermediärem und saurem Magma. Die erstarrte Lava entsteht durch Kristallisation einer silikatischen Schmelze (dem Magma) Sie setzt sich aus Kristallen verschiedener Mineralien zusammen. Diese bestehen neben Silizium und Sauerstoff hauptsächlich aus Eisen, Aluminium, Magnesium, Calcium und Natrium.

Die Temperatur von Lava variiert zwischen etwa 500°C und 1250°C. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung (SiO₂-Gehalt) und der Temperatur kann Lava extrem dickflüssig (nicht mehr fließfähig), aber auch sehr dünnflüssig sein, wobei Fließgeschwindigkeiten von bis zu 100 km/h erreicht werden.

Pyroklastische Sedimente

Pyroklastische Sedimente sind Ablagerungen, die zu mehr als 75% aus Pyroklasten bestehen, den Rest bilden andere Gesteinsarten. Pyroklasten (aus dem Griechischen: Feuerbruch) wiederum sind Gesteinsfragmente, die aus vulkanischen Ausgangsmaterial entstehen, entweder durch Fragmentierung festen Materials oder Kristallisation flüssigen Materials.

In unverfestigter Form werden pyroklastische Ablagerungen als Tephra (aus dem Griechischen: Asche) bezeichnet.

Tephra

Tephra wird anhand ihrer Korngröße in verschiedene Klassen unterteilt. Asche ist mit bis zu 2 Millimetern sandkorngroß. Lapilli sind kieselsteingroße Stücke mit 2 bis 64 Millimetern Durchmesser. Noch größere Fragmente werden als Blöcke oder Bomben bezeichnet. Dabei sind Blöcke bei der Eruption bereits erstarrt, Bomben dagegen noch zähflüssig, wodurch sich ihre Form noch ändert.

Unregelmäßig geformte Pyroklasten werden auch als Schlacke, Tephren mit mehr als 75% Ascheanteil als Tuff bezeichnet.

Tephra entsteht durch explosive Eruptionen der im Schlot des Vulkans befindlichen Lava. Diese wird dabei in die unterschiedlich großen Partikel zerfetzt. Die kleinsten Partikel, die Asche, können bis in die Stratosphäre aufsteigen und sich über große Entfernungen verbreiten. Die größere Partikel lagern sich in der Nähe des Kraters ab. Blöcke und Bomben können aber über mehrere Kilometer weit geschleudert werden und zu tödlichen Geschossen werden.

Die bei einer Eruption geförderte Menge an Tephra ist ein wichtiges Kriterium zur Klassifizierung der Eruptionsstärke nach dem Vulkanexplosivitätsindex (VEI).

Pyroklastische Ströme

Pyroklastische Ströme sind Wolken aus vulkanischen Gasen und darin mitgerissenen Partikeln (Asche, Blöcke, Lava). Sie erreichen Temperaturen von bis zu 800 °C und Geschwindigkeiten von bis zu 300 km/h. Bei hohem Gas- und niedrigem Partikelanteil entstehen sogenannte Surges, die bis über 1000 km/h erreichen können und sogar bergaufwärts fließen können.

Vulkanische Gase

Bei vielen Eruptionen werden auch vulkanische Gase und saurer Niederschlag freigesetzt. Kohlendioxid, Wasserstoff, Chloride und Sulfide werden mit den Eruptionswolken in die Atmosphäre gebracht. Aus Schwefeldioxid, Wasser und Asche bilden sich für den Menschen gesundheitsgefährliche bis tödliche Aerosole,

Vulkantypen

Durch Vulkanismus entstehen vielfältige Formen von Vulkanen. Die im folgenden beschriebenen kommen auch in Island vor. Weltweit gibt es auch noch andere Formen, wie zum Beispiel Lavadome.

Schlackenkegel

Schlackenkegel (auch pyroklastische Kegel genannt) bestehen aus Partikeln und Tropfen erstarrter Lava, die aus einem einzelnen Schlot ausgeworfen wurde. Wird Lava kräftig in die Luft geschleudert, zerbricht sie in kleine Fragmente. Diese verfestigen sich, fallen als als Schlacke um den Schlot herum zu Boden und bilden einen kreisförmigen oder ovalen Kegel. Die meisten Schlackenkegel haben eine regelmäßige konische Form mit steilen Flanken und stumpfer Spitze und einen schüsselförmigen Krater auf ihrem Gipfel.

Während Schlackenkegel nur aus locker geschichtetem Material bestehen, werden Kegel, deren Material sich nach dem Auswurf noch verbindet, als Schweißschlackenkegel bezeichnet.

typische Höhe: bis zu 300 Meter

Beispiel in Island
  • Eldborg í Hnappadal – Schweißschlackenkegel
Beispiel weltweit
  • Paricutín (Mexiko) – Schlackenkegel

Stratovulkane

Stratovulkane werden auch als Schichtvulkane bezeichnet. Sie bestehen aus mehreren, bei einzelnen Ausbrüchen entstandenen Schichten. Sie zeichnen sich durch ein steiles, symmetrisches Profil mit einem Gipfelkrater aus. Sie sind aus abwechselnden Schichten aus Lava, vulkanischer Asche und Schlacke aufgebaut. Die aus den Stratovulkanen fließende Lava breitet sich flächenmäßig nicht sehr weit aus, bevor sie erstarrt.

typische Höhe: bis zu 2.500 Meter

Beispiel in Island
  • Snæfellsjökull
Beispiele weltweit
  • Ätna (Italien)
  • Fuji (Japan)
  • Cotopaxi (Ecuador)
  • Mount St. Helens (USA)

Schildvulkane

Schildvulkane entstehen meist bei einem einzelnen Ausbruch. Die dünnflüssige Lava verteilt sich über eine große Fläche, was zu sehr flach abfallenden, aber weit ausgedehnten Kegeln führt, die in ihrer Form an ein liegendes Schild erinnern.

typische Höhe: bis zu 600 Meter

Beispiel in Island
  • Kjalhraun
Beispiel weltweit
  • Kilauea (Hawaii, USA)
  • Mauna Loa (Hawaii, USA)

Tafelvulkane

Tafelvulkane (auf isländisch Stapi genannt) verfügen über ein flaches Gipfelplateau und steile, oft stark erodierte Wände. Sie entstehen bei subglazialen Ausbrüchen, wenn die Lava die Eismasse durchbricht. Schmilzt der Gletscher später ab, werden die so gebildeten Formen als Tafelberg sichtbar.

Durch die besonderen Bedingungen für die Entstehung von Tafelvulkanen kommen diese neben Island nur noch in Kanada, Oregon (USA) und in der Antarktis vor.

Beispiel in Island
  • Herðubreið
  • Ingólfsfjall (Foto)

Aschenkegel, Tuffringe

Aschenkegel entstehen, wenn Magma mit Wasser (Grund-, Schmelz- oder Meerwasser) in Berührung kommt. Der explosiv entstehende Wasserdampf zertrümmert das Gestein zu vulkanischer Asche, die kegelförmig um den Vulkanschlot abgelagert wird.

Wird das Material mit der Zeit durch Druck zu Gestein verfestigt, werden sie als Tuffkegel bezeichnet.

Beispiele in Island
  • Hverfjall – Tuffring

Kraterreihen, Spaltenvulkane

Während es sich bei den zuvor beschriebenen Formen um Zentralvulkane handelt, entstehen Spaltenvulkane durch Spalteneruptionen. Hierbei tritt Magma aus einer tief reichenden Spalte über größere Distanzen aus. Das Magma fließt dabei entweder aus einer länglichen Spalte, oder es entstehen Kraterreihen.

Aber auch ein Zentralvulkan kann ein ein Spaltensystem aufweisen, wie zum Beispiel bei Krafla in Island.

Beispiele in Island
  • Eldgjá (Feuerschlucht)
  • Lakagígar
  • Veiðivötn

Ausbrüche in Island

Beispiele

 

Vulkan

Eruptionsbeginn

Eruptionsende

Tephra (km³)

VEI

Bemerkungen

Bár­ðarbunga

1477

1477

?

6

Hekla

25.07.1510

?

0,2

4

Katla

11.08.1580

?

0,2

4

Grímsvötn

07.11.1598

?

?

4

Katla

02.09.1625

14.09.1625

1,5

5

Öræfajökull

03.08.1727

01.05.1728

0,12

4

Katla

17.10.1755

13.02.1756

1,5

5

Hekla

05.04.1766

Mai 1768

0,24

4

Lakagígar

08.06.1783

07.02.1784

0,91

4

gilt weltweit als größte Naturkatastrophe

der Neuzeit

Askja

01.01.1875

17.10.1875

1,8

5

Katla

12.10.1918

04.11.1918

0,7

4

extremer Gletscherlauf

(200.000 m³/s)

Hekla

29.03.1947

21.04.1948

0,21

4

Surtsey

08.11.1963

05.06.1967

0,7

4

submarine Eruption,

Entstehung einer neuen Insel

Hekla

05.05.1970

05.07.1970

0,07

3

Vestmannaeyjar

27.01.1973

Juli 1973

0,02

3

Krafla

27.04.1977

1984

?

1

bekannt als Krafla-Feuer

Grímsvötn

02.10.1996

14.10.1996

?

3

subglaziale Eruption,

Gletscherlauf (45.000 m³/s)

Hekla

26.02.2000

08.03.2000

0,03

3

Eyjafjallajökull

20.03.2010

23.06.2010

0,15

4

Bárðarbunga

31.08.2014

28.02.2015

?

?

Spalteneruption,

Lavafeld von 84 km²