Lava
Lava ist geschmolzenes oder teilweise geschmolzenes Gestein (Magma), das aus dem Inneren eines terrestrischen Planeten (z. B. der Erde) oder eines Mondes auf dessen Oberfläche ausgestoßen wurde. Lava kann an einem Vulkan oder durch einen Riss in der Erdkruste, an Land oder unter Wasser, bei Temperaturen von 800 bis 1.200 °C ausbrechen. Das vulkanische Gestein, das bei der anschließenden Abkühlung entsteht, wird oft auch als Lava bezeichnet. ⓘ
Ein Lavastrom ist ein Ausfluss von Lava während einer effusiven Eruption. (Bei einer explosiven Eruption hingegen entsteht ein Gemisch aus vulkanischer Asche und anderen Fragmenten, das als Tephra bezeichnet wird, und nicht als Lavastrom.) Die Viskosität der meisten Lava entspricht in etwa der von Ketchup, also dem 10.000- bis 100.000-fachen der Viskosität von Wasser. Dennoch kann Lava über große Entfernungen fließen, bevor sie sich durch Abkühlung verfestigt, denn an der Luft bildet sich schnell eine feste Kruste, die die verbleibende flüssige Lava isoliert und sie so heiß und zähflüssig hält, dass sie weiterfließen kann. ⓘ
Das Wort Lava stammt aus dem Italienischen und ist wahrscheinlich vom lateinischen Wort labes abgeleitet, das einen Sturz oder eine Rutsche bedeutet. Die erste bekannte Verwendung des Begriffs im Zusammenhang mit dem Austritt von Magma aus dem Untergrund findet sich in einem kurzen Bericht von Francesco Serao über den Ausbruch des Vesuvs im Jahr 1737, in dem er "einen Strom feuriger Lava" als Analogie zu den Wasser- und Schlammströmen an den Flanken des Vulkans (Lahar) nach heftigen Regenfällen beschreibt. ⓘ
Eigenschaften von Lava
Zusammensetzung
Verfestigte Lava auf der Erdkruste besteht überwiegend aus Silikatmineralen: vor allem Feldspat, Feldspathoide, Olivin, Pyroxene, Amphibole, Glimmer und Quarz. Seltene nicht-silikatische Laven können durch lokales Schmelzen von nicht-silikatischen Mineralvorkommen oder durch Aufspaltung eines Magmas in nicht mischbare silikatische und nicht-silikatische Flüssigphasen entstehen. ⓘ
Silikatlaven
Silikatlaven sind geschmolzene Gemische, in denen Sauerstoff und Silizium, die häufigsten Elemente der Erdkruste, dominieren, mit kleineren Mengen an Aluminium, Kalzium, Magnesium, Eisen, Natrium und Kalium sowie geringen Mengen vieler anderer Elemente. Petrologen geben die Zusammensetzung einer Silikatlava routinemäßig als Gewichts- oder Molmassenanteil der Oxide der wichtigsten Elemente (außer Sauerstoff) in der Lava an. ⓘ
Das physikalische Verhalten von Silikatmagmen wird von der Siliziumdioxid-Komponente dominiert. Die Siliziumionen in der Lava binden sich stark an vier Sauerstoffionen in einer tetraedrischen Anordnung. Ist ein Sauerstoff-Ion in der Schmelze an zwei Silizium-Ionen gebunden, wird es als verbrückender Sauerstoff bezeichnet, und Lava mit vielen Klumpen oder Ketten von Silizium-Ionen, die durch verbrückende Sauerstoff-Ionen verbunden sind, wird als teilweise polymerisiert bezeichnet. Aluminium in Verbindung mit Alkalimetalloxiden (Natrium und Kalium) neigt ebenfalls zur Polymerisation der Lava. Andere Kationen, wie Eisen, Kalzium und Magnesium, gehen eine viel schwächere Bindung mit dem Sauerstoff ein und verringern die Tendenz zur Polymerisation. Durch die teilweise Polymerisation wird die Lava zähflüssig, so dass Lava mit hohem Kieselsäuregehalt viel zähflüssiger ist als Lava mit niedrigem Kieselsäuregehalt. ⓘ
Aufgrund der Rolle der Kieselsäure bei der Bestimmung der Viskosität und weil beobachtet wurde, dass viele andere Eigenschaften einer Lava (z. B. ihre Temperatur) mit dem Kieselsäuregehalt korrelieren, werden Silikatlaven auf der Grundlage ihres Kieselsäuregehalts in vier chemische Typen unterteilt: felsisch, intermediär, mafisch und ultramafisch. ⓘ
Felsische Lava
Felsische oder kieselsäurehaltige Laven haben einen Kieselsäuregehalt von mehr als 63 %. Dazu gehören Rhyolith- und Dazitlaven. Aufgrund ihres hohen Siliziumdioxidgehalts sind diese Laven extrem zähflüssig, wobei die Viskosität zwischen 108 cP (105 Pa⋅s) für heiße Rhyolithlava bei 1.200 °C (2.190 °F) und 1011 cP (108 Pa⋅s) für kalte Rhyolithlava bei 800 °C (1.470 °F) liegt. Zum Vergleich: Wasser hat eine Viskosität von etwa 1 cP (0,001 Pa⋅s). Aufgrund dieser sehr hohen Viskosität brechen felsische Laven in der Regel explosionsartig aus und erzeugen pyroklastische (fragmentierte) Ablagerungen. Rhyolith-Laven brechen jedoch gelegentlich effusiv aus und bilden Lavastacheln, Lavadome oder "Coulees" (dicke, kurze Lavaströme). Die Laven zersplittern in der Regel bei ihrem Ausbruch und bilden Blocklavaströme. Diese enthalten oft Obsidian. ⓘ
Felsische Magmen können bei Temperaturen von bis zu 800 °C (1.470 °F) ausbrechen. Ungewöhnlich heiße (>950 °C; >1.740 °F) Rhyolith-Laven können jedoch über Entfernungen von mehreren Dutzend Kilometern fließen, wie beispielsweise in der Snake River Plain im Nordwesten der Vereinigten Staaten. ⓘ
Intermediäre Lava
Intermediäre oder andesitische Laven enthalten 52 % bis 63 % Siliciumdioxid, haben einen geringeren Aluminiumgehalt und sind in der Regel etwas reicher an Magnesium und Eisen als felsische Laven. Intermediäre Laven bilden Andesitdome und Blocklaven und können auf steilen Verbundvulkanen, wie etwa in den Anden, auftreten. Sie sind in der Regel auch heißer als felsische Laven und liegen im Bereich von 850 bis 1.100 °C (1.560 bis 2.010 °F). Aufgrund ihres geringeren Siliziumdioxidgehalts und der höheren Eruptionstemperaturen sind sie in der Regel viel weniger viskos, mit einer typischen Viskosität von 3,5 × 106 cP (3.500 Pa⋅s) bei 1.200 °C. Dies ist etwas mehr als die Viskosität von glatter Erdnussbutter. Intermediäre Laven zeigen eine größere Tendenz zur Bildung von Phenokristallen. Höherer Eisen- und Magnesiumgehalt äußert sich tendenziell in einer dunkleren Grundmasse, einschließlich Amphibol- oder Pyroxen-Phenokristallen. ⓘ
Mafische Lava
Mafische oder basaltische Laven zeichnen sich durch einen relativ hohen Gehalt an Magnesiumoxid und Eisenoxid aus (deren Molekülformeln die Konsonanten in mafisch ergeben) und haben einen auf 52 % bis 45 % begrenzten Siliciumdioxidgehalt. Sie eruptieren im Allgemeinen bei Temperaturen von 1.100 bis 1.200 °C (2.010 bis 2.190 °F) und bei relativ niedriger Viskosität, etwa 104 bis 105 cP (10 bis 100 Pa⋅s). Dies entspricht in etwa der Viskosität von Ketchup, obwohl sie immer noch um viele Größenordnungen höher ist als die von Wasser. Mafische Laven neigen dazu, flache Schildvulkane oder Flutbasalte zu bilden, da die weniger viskose Lava über weite Strecken vom Schlot weg fließen kann. Die Mächtigkeit eines erstarrten basaltischen Lavastroms, insbesondere an einem niedrigen Hang, kann viel größer sein als die Mächtigkeit des sich bewegenden geschmolzenen Lavastroms, da sich basaltische Laven durch die kontinuierliche Zufuhr von Lava und deren Druck auf eine erstarrte Kruste "aufblähen" können. Die meisten basaltischen Laven sind eher vom ʻaʻā- oder pāhoehoe-Typ als Blocklaven. Unter Wasser können sie pillow lavas bilden, die den entrail-type pahoehoe lavas an Land recht ähnlich sind. ⓘ
Ultramafische Lava
Ultramafische Laven, wie Komatiit und hochmagnesische Magmen, die Boninit bilden, treiben die Zusammensetzung und die Temperaturen von Eruptionen auf die Spitze. Alle haben einen Siliciumdioxidgehalt von unter 45 %. Komatiite enthalten über 18 % Magnesiumoxid und sind vermutlich bei Temperaturen von 1.600 °C ausgebrochen. Bei dieser Temperatur findet praktisch keine Polymerisation der Mineralverbindungen statt, so dass eine sehr mobile Flüssigkeit entsteht. Man geht davon aus, dass die Viskosität von Komatiit-Magmen bei 100 bis 1000 cP (0,1 bis 1 Pa⋅s) lag, ähnlich der von leichtem Motoröl. Die meisten ultramafischen Laven sind nicht jünger als das Proterozoikum, wobei einige wenige ultramafische Magmen aus dem Phanerozoikum in Mittelamerika bekannt sind, die auf einen heißen Mantelplume zurückgeführt werden. Moderne komatiitische Laven sind nicht bekannt, da der Erdmantel zu stark abgekühlt ist, um hochmagnesische Magmen zu produzieren. ⓘ
Alkalische Laven
Einige Silikatlaven weisen einen hohen Gehalt an Alkalimetalloxiden (Natrium und Kalium) auf, insbesondere in Regionen mit Kontinentalverschiebung, in Gebieten, die über tief subduzierten Platten liegen, oder an Hotspots innerhalb von Platten. Ihr Kieselsäuregehalt kann von ultramafisch (Nephelinite, Basanite und Tephrite) bis zu felsisch (Trachyten) reichen. Es ist wahrscheinlicher, dass sie in größeren Tiefen des Erdmantels entstehen als subalkalische Magmen. Olivin-Nephelinit-Laven sind sowohl ultramafisch als auch stark alkalisch und stammen vermutlich aus einer viel größeren Tiefe des Erdmantels als andere Laven. ⓘ
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Tholeiitische Basaltlava SiO2 (53,8%) Al2O3 (13,9%) FeO (9,3%) CaO (7,9%) MgO (4,1%) Na2O (3,0%) Fe2O3 (2,6%) TiO2 (2,0%) K2O (1,5%) P2O5 (0,4%) MnO (0,2%)
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Rhyolith-Lava SiO2 (73,2%) Al2O3 (14%) FeO (1,7%) CaO (1,3%) MgO (0,4%) Na2O (3,9%) Fe2O3 (0,6%) TiO2 (0,2%) K2O (4,1%) P2O5 (0.%) MnO (0.%) ⓘ
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Nicht-silikatische Laven
Einige Laven mit ungewöhnlicher Zusammensetzung sind auf der Erdoberfläche ausgebrochen. Dazu gehören:
- Karbonatit- und Natrokarbonatit-Laven sind vom Vulkan Ol Doinyo Lengai in Tansania bekannt, der das einzige Beispiel für einen aktiven Karbonatitvulkan ist. Karbonatite in den geologischen Aufzeichnungen bestehen in der Regel zu 75 % aus Karbonatmineralen und zu einem geringeren Teil aus kieselsäure-ungesättigten Silikatmineralen (wie Glimmer und Olivin), Apatit, Magnetit und Pyrochlor. Dies spiegelt möglicherweise nicht die ursprüngliche Zusammensetzung der Lava wider, die möglicherweise Natriumkarbonat enthielt, das später durch hydrothermale Aktivität entfernt wurde, obwohl Laborexperimente zeigen, dass ein kalzitreiches Magma möglich ist. Karbonatitlaven weisen stabile Isotopenverhältnisse auf, die darauf hindeuten, dass sie sich von den hochalkalischen silikatischen Laven ableiten, mit denen sie immer assoziiert sind, wahrscheinlich durch Abtrennung einer nicht mischbaren Phase. Die Natrokarbonatit-Laven von Ol Doinyo Lengai bestehen zum größten Teil aus Natriumkarbonat, etwa zur Hälfte aus Kalziumkarbonat und zur anderen Hälfte aus Kaliumkarbonat sowie aus geringen Mengen an Halogeniden, Fluoriden und Sulfaten. Die Laven sind extrem flüssig, ihre Viskosität ist nur geringfügig größer als die von Wasser, und sie sind mit gemessenen Temperaturen von 491 bis 544 °C (916 bis 1.011 °F) sehr kühl.
- Man nimmt an, dass Eisenoxidlaven die Quelle des Eisenerzes in Kiruna, Schweden, sind, das im Proterozoikum entstand. Eisenoxidlaven aus dem Pliozän kommen im Vulkankomplex El Laco an der Grenze zwischen Chile und Argentinien vor. Man geht davon aus, dass Eisenoxid-Laven das Ergebnis einer nicht mischbaren Abspaltung von Eisenoxid-Magma aus einem kalkalkhaltigen oder alkalischen Ausgangsmagma sind.
- Schwefelhaltige Lavaströme mit einer Länge von bis zu 250 Metern und einer Breite von 10 Metern treten am Vulkan Lastarria in Chile auf. Sie entstanden durch das Schmelzen von Schwefelablagerungen bei Temperaturen von bis zu 113 °C (235 °F). ⓘ
Der Begriff "Lava" kann auch für geschmolzene "Eisgemische" bei Eruptionen auf den Eissatelliten der Gasriesen des Sonnensystems verwendet werden. ⓘ
Rheologie
Das Verhalten von Lavaströmen wird hauptsächlich durch die Viskosität der Lava bestimmt. Während die Temperatur gewöhnlicher silikatischer Laven von etwa 800 °C (1.470 °F) für felsische Laven bis 1.200 °C (2.190 °F) für mafische Laven reicht, reicht ihre Viskosität über sieben Größenordnungen, von 1011 cP (108 Pa⋅s) für felsische Laven bis 104 cP (10 Pa⋅s) für mafische Laven. Die Viskosität von Lava wird hauptsächlich durch die Zusammensetzung bestimmt, hängt aber auch von der Temperatur und der Scherrate ab. Da felsische Lava tendenziell kühler ist als mafische Lava, erhöht sich der Viskositätsunterschied. ⓘ
Die Viskosität der Lava bestimmt die Art der vulkanischen Aktivität, die beim Ausbruch der Lava stattfindet. Je höher die Viskosität, desto eher kommt es zu explosiven Eruptionen als zu effusiven Ausbrüchen. Folglich bestehen die meisten Lavaströme auf der Erde, dem Mars und der Venus aus Basaltlava. Auf der Erde sind 90 % der Lavaströme mafisch oder ultramafisch, wobei 8 % der Ströme aus intermediärer Lava und nur 2 % aus felsischer Lava bestehen. Die Viskosität bestimmt auch den Aspekt (Dicke im Verhältnis zur seitlichen Ausdehnung) der Ströme, die Geschwindigkeit, mit der sich die Ströme bewegen, und den Oberflächencharakter der Ströme. ⓘ
Wenn hochviskose Laven in effusiver Form ausbrechen und nicht in ihrer häufigeren explosiven Form, treten sie fast immer als hochaspektige Ströme oder Dome auf. Diese Ströme haben eher die Form von Blocklava als von ʻaʻā oder pāhoehoe. Obsidianströme sind häufig. Intermediäre Laven neigen dazu, steile Stratovulkane zu bilden, in denen sich Lavaschichten aus effusiven Eruptionen und Tephra aus explosiven Eruptionen abwechseln. Mafische Laven bilden relativ dünne Ströme, die sich über große Entfernungen bewegen können und Schildvulkane mit sanften Hängen bilden. ⓘ
Neben geschmolzenem Gestein enthalten die meisten Laven feste Kristalle verschiedener Mineralien, Fragmente exotischer Gesteine, die als Xenolithe bezeichnet werden, und Fragmente von zuvor erstarrter Lava. Der Kristallgehalt der meisten Laven verleiht ihnen thixotrope und scherverdünnende Eigenschaften. Mit anderen Worten: Die meisten Laven verhalten sich nicht wie Newtonsche Flüssigkeiten, bei denen die Fließgeschwindigkeit proportional zur Scherspannung ist. Stattdessen ist eine typische Lava eine Bingham-Flüssigkeit, die einen erheblichen Fließwiderstand aufweist, bis eine Spannungsschwelle, die sogenannte Fließspannung, überschritten wird. Dies führt zu einem Pfropfenfließen von teilweise kristalliner Lava. Ein bekanntes Beispiel für Pfropfenfließen ist Zahnpasta, die aus einer Zahnpastatube gepresst wird. Die Zahnpasta tritt als halbfester Pfropfen aus, da sich die Scherung auf eine dünne Schicht in der Zahnpasta neben der Tube konzentriert und sich die Zahnpasta nur dort wie eine Flüssigkeit verhält. Das thixotrope Verhalten hindert auch die Kristalle daran, sich aus der Lava abzusetzen. Sobald der Kristallgehalt etwa 60 % erreicht, verhält sich die Lava nicht mehr wie eine Flüssigkeit, sondern wie ein Feststoff. Eine solche Mischung aus Kristallen und geschmolzenem Gestein wird manchmal als Kristallbrei bezeichnet. ⓘ
Die Fließgeschwindigkeit von Lava hängt in erster Linie von der Viskosität und dem Gefälle ab. Im Allgemeinen fließt Lava langsam, wobei die typische Geschwindigkeit für hawaiianische Basaltströme bei 0,40 km/h liegt und an steilen Hängen Höchstgeschwindigkeiten von 10 bis 48 km/h erreicht werden. Eine außergewöhnliche Geschwindigkeit von 32 bis 97 km/h (20 bis 60 mph) wurde nach dem Zusammenbruch eines Lavasees am Mount Nyiragongo gemessen. Die Skalierungsbeziehung für Laven besagt, dass die Durchschnittsgeschwindigkeit eines Stroms mit dem Quadrat seiner Dicke geteilt durch seine Viskosität zunimmt. Das bedeutet, dass ein Rhyolithstrom etwa tausendmal dicker sein müsste als ein Basaltstrom, um mit einer ähnlichen Geschwindigkeit zu fließen. ⓘ
Temperatur
Die Temperatur von Laven reicht von etwa 800 °C (1.470 °F) bis 1.200 °C (2.190 °F). Dies entspricht in etwa den höchsten Temperaturen, die in einem Holzkohleofen mit Zwangsbelüftung erreicht werden können. Lava ist beim ersten Ausbruch sehr flüssig und wird mit sinkender Temperatur viel zähflüssiger. ⓘ
Lavaströme bilden durch den Wärmeverlust durch Strahlung schnell eine isolierende Kruste aus festem Gestein. Danach kühlt die Lava durch sehr langsame Wärmeleitung durch die Gesteinskruste ab. So bohrten Geologen des United States Geological Survey regelmäßig in den Kilauea-Iki-Lavasee, der bei einem Ausbruch im Jahr 1959 entstand. Nach drei Jahren war die feste Oberflächenkruste, deren Basis eine Temperatur von 1.065 °C aufwies, nur noch 14 m dick, obwohl der See etwa 100 m tief war. Neunzehn Jahre nach dem Ausbruch waren in einer Tiefe von etwa 80 m (260 ft) noch Flüssigkeitsreste vorhanden. ⓘ
Ein sich abkühlender Lavastrom schrumpft und wird dadurch zerklüftet. Basaltströme weisen ein charakteristisches Muster von Brüchen auf. Die obersten Teile des Stroms weisen unregelmäßige, nach unten gerichtete Brüche auf, während der untere Teil des Stroms ein sehr regelmäßiges Bruchmuster aufweist, das den Strom in fünf- oder sechsseitige Säulen unterteilt. Der unregelmäßige obere Teil des erstarrten Flusses wird als Gebälk bezeichnet, während der untere Teil, der säulenartige Verbindungen aufweist, als Kolonnade bezeichnet wird (die Begriffe sind der griechischen Tempelarchitektur entlehnt). Ebenso werden regelmäßige vertikale Muster an den Seiten von Säulen, die durch Abkühlung mit periodischen Brüchen entstehen, als Meißelspuren bezeichnet. Trotz ihrer Namen handelt es sich um natürliche Merkmale, die durch Abkühlung, thermische Kontraktion und Bruch entstehen. ⓘ
Wenn die Lava abkühlt und von ihren Rändern nach innen kristallisiert, stößt sie Gase aus und bildet Blasen an den unteren und oberen Grenzen. Diese werden als Rohrstielbläschen oder Rohrstielamygdalen bezeichnet. Flüssigkeiten, die aus dem kühlenden Kristallbrei ausgestoßen werden, steigen nach oben in das noch flüssige Zentrum des Kühlstroms und bilden vertikale Bläschenzylinder. Dort, wo diese zum oberen Ende des Stroms hin zusammenfließen, bilden sie Blätter aus Blasenbasalt und sind manchmal mit Gashohlräumen bedeckt, die sich manchmal mit Sekundärmineralien füllen. Die wunderschönen Amethystgeoden, die in den Flutbasalten Südamerikas gefunden werden, sind auf diese Weise entstanden. ⓘ
Flutbasalte kristallisieren in der Regel nur wenig, bevor sie aufhören zu fließen, und daher sind Fließtexturen in weniger kieselsäurehaltigen Flüssen unüblich. In felsischen Strömen hingegen ist die Fließtextur häufig. ⓘ
Basaltsäulen entstehen bei Abkühlung der Lava unter bestimmten Bedingungen. Lava zieht sich zusammen und zerspringt während des Abkühlungsprozesses. Dieses Phänomen ist jedoch nicht auf basaltische Gesteine begrenzt, sondern tritt u. a. auch bei Rhyolith oder Phonolith (siehe z. B. Devils Tower) auf. ⓘ
Wenn v. a. Pāhoehoe-Lavaströme schnell abkühlen, werden die Lavasäulen nicht so auffallend und sind unregelmäßig geformt. Allerdings erklärt sich dadurch, dass die Lavafelder i. A. für Erosion sehr anfällig sind. ⓘ
Schön ausgebildete Basaltlavasäulen hingegen bilden sich bei langsamerer Abkühlung. Dabei stehen die Säulen immer senkrecht zur Abkühlungsfläche. Daher findet sich in Lavaschichten und flach liegenden Intrusionen eine vertikale Ausrichtung der Säulen, wie etwa im Lava-Keller in Mendig in Deutschland, bei Gerðuberg im Hnappadalur in Island, der Giant’s Causeway bei Bushmills in Irland oder bei St. Flour in der Auvergne in Südfrankreich; hingegen sind Lavasäulen in steilen Gängen horizontal ausgerichtet. ⓘ
Lava kühlt nicht gleichmäßig ab, sondern an der Oberfläche schneller und in der Tiefe langsamer; daher sind obere Säulen oft dünner als untere. ⓘ
Fächermuster und Rosetten bilden sich hingegen in Lavagängen und -höhlen. Dergleichen Formationen findet man z. B. im Barranco de Agaete auf Gran Canaria oder bei Hljóðaklettar im Jökulsárgljúfur-Nationalpark in Island. ⓘ
Die meisten dieser Basaltsäulen sind sechseckig, es finden sich aber auch fünfeckige wie etwa am Dvergasteinn bei Kirkjubæjarklaustur in Südisland, und siebeneckige.
Morphologie der Lava
Die Morphologie von Lava beschreibt ihre Oberflächenform oder -beschaffenheit. Flüssigere basaltische Lavaströme neigen dazu, flache, plattenartige Körper zu bilden, während zähflüssige Rhyolith-Lavaströme knubbelige, blockige Gesteinsmassen bilden. Lava, die unter Wasser ausbricht, hat ihre eigenen charakteristischen Merkmale. ⓘ
ʻAʻā
ʻAʻā (auch aa, aʻa, ʻaʻa und a-aa, ausgesprochen [ʔəˈʔaː] oder /ˈɑː(ʔ)ɑː/) ist eine der drei Grundarten von Fließlava. ʻAʻā ist basaltische Lava, die sich durch eine raue oder rubbelige Oberfläche aus zerbrochenen Lavablöcken auszeichnet, die Klinker genannt werden. Das Wort stammt aus dem Hawaiianischen und bedeutet "steinige, raue Lava", aber auch "brennen" oder "lodern"; es wurde als Fachbegriff in der Geologie von Clarence Dutton eingeführt. ⓘ
Die lockere, zerbrochene und scharfkantige, stachelige Oberfläche eines ʻaʻā-Flusses macht das Wandern schwierig und langsam. Die glitzernde Oberfläche bedeckt in Wirklichkeit einen massiven, dichten Kern, der den aktivsten Teil des Stroms darstellt. Während sich die pastöse Lava im Kern hangabwärts bewegt, werden die Klinker an der Oberfläche mitgerissen. An der Vorderkante eines ʻaʻā-Stroms stürzen diese abgekühlten Fragmente jedoch die steile Front hinunter und werden von der vorrückenden Strömung begraben. So entsteht eine Schicht von Lavafragmenten sowohl am unteren als auch am oberen Ende eines ʻaʻā-Stroms. ⓘ
In ʻaʻā-Strömen sind akkretionäre Lavakugeln mit einer Größe von bis zu 3 Metern (10 Fuß) üblich. ʻAʻā ist in der Regel von höherer Viskosität als pāhoehoe. Pāhoehoe kann sich in ʻaʻā verwandeln, wenn es durch das Auftreffen auf Hindernisse oder steile Hänge turbulent wird. ⓘ
Die scharfe, abgewinkelte Textur macht ʻaʻā zu einem starken Radarreflektor und ist von einem Satelliten in der Umlaufbahn aus leicht zu erkennen (hell auf Magellan-Bildern). ⓘ
ʻAʻā-Laven brechen typischerweise bei Temperaturen von 1.050 bis 1.150 °C (1.920 bis 2.100 °F) oder höher aus. ⓘ
Pāhoehoe
Pāhoehoe (auch pahoehoe, von hawaiianisch [paːˈhoweˈhowe], was so viel wie "glatte, ungebrochene Lava" bedeutet) ist basaltische Lava, die eine glatte, wellenförmige, gewellte oder struppige Oberfläche aufweist. Diese Oberflächenmerkmale sind auf die Bewegung von sehr flüssiger Lava unter einer erstarrenden Oberflächenkruste zurückzuführen. Der hawaiianische Begriff wurde von Clarence Dutton als Fachausdruck in der Geologie eingeführt. ⓘ
Ein pāhoehoe-Strom schreitet typischerweise als eine Reihe kleiner Lappen und Zehen voran, die kontinuierlich aus einer erkalteten Kruste ausbrechen. Er bildet auch Lavaröhren, in denen der minimale Wärmeverlust eine geringe Viskosität aufrechterhält. Die Oberflächenbeschaffenheit von Pāhoehoe-Strömen ist sehr unterschiedlich und weist alle möglichen bizarren Formen auf, die oft als Lavaskulpturen bezeichnet werden. Mit zunehmender Entfernung von der Quelle können sich pāhoehoe-Ströme in ʻaʻā-Ströme verwandeln, was auf den Wärmeverlust und den damit verbundenen Anstieg der Viskosität zurückzuführen ist. Experimente deuten darauf hin, dass der Übergang bei einer Temperatur zwischen 1.200 und 1.170 °C (2.190 und 2.140 °F) stattfindet, wobei eine gewisse Abhängigkeit von der Scherrate besteht. Pahoehoe-Laven haben typischerweise eine Temperatur von 1.100 bis 1.200 °C (2.010 bis 2.190 °F). ⓘ
Auf der Erde sind die meisten Lavaströme weniger als 10 km lang, aber einige Pahoehoe-Ströme sind mehr als 50 km lang. Einige Flutbasaltströme in den geologischen Aufzeichnungen erstrecken sich über Hunderte von Kilometern. ⓘ
Die abgerundete Textur macht Pāhoehoe zu einem schlechten Radarreflektor und ist von einem Satelliten in der Umlaufbahn aus schwer zu erkennen (dunkel auf dem Magellan-Bild). ⓘ
Block-Lavaströme
Blocklavaströme sind typisch für andesitische Laven aus Stratovulkanen. Sie verhalten sich ähnlich wie ʻaʻā-Ströme, aber ihre zähflüssigere Beschaffenheit führt dazu, dass die Oberfläche mit glatten, kantigen Fragmenten (Blöcken) erstarrter Lava anstelle von Schlacken bedeckt ist. Wie bei ʻaʻā-Strömen schiebt sich das geschmolzene Innere des Stroms, das durch die erstarrte blockige Oberfläche isoliert wird, über den Schutt, der von der Stromfront abfällt. Sie bewegen sich auch viel langsamer bergab und sind in der Tiefe dicker als ʻaʻā-Ströme. ⓘ
Kissenlava
Pillow-Lava ist eine Lavastruktur, die typischerweise entsteht, wenn Lava aus einem unterseeischen Vulkanschlot oder subglazialen Vulkan austritt oder ein Lavastrom in den Ozean gelangt. Die zähflüssige Lava bildet beim Kontakt mit dem Wasser eine feste Kruste, die aufbricht und weitere große Klumpen oder "Kissen" ausspuckt, wenn weitere Lava aus dem vorrückenden Strom austritt. Da der größte Teil der Erdoberfläche von Wasser bedeckt ist und die meisten Vulkane in der Nähe von oder unter Gewässern liegen, sind Lavakissen sehr häufig. ⓘ
Pillow- oder Kissenlava besteht aus Anhäufungen von im Querschnitt runden oder elliptischen, schlauchartigen Basalt-Strukturen von ca. 1 m Durchmesser oder mehr. Sie entsteht bei der sehr schnellen Abkühlung von Lava im Wasser. Durch Hebung von Gesteinskörpern, die ursprünglich unter der Meeresoberfläche lagen, können Pillow-Laven auch auf dem Festland gefunden werden. ⓘ
Landformen der Lava
Da sie aus zähflüssigem, geschmolzenem Gestein entsteht, bilden Lavaströme und -eruptionen unverwechselbare Formationen, Landformen und topografische Merkmale, die vom makroskopischen bis zum mikroskopischen Bereich reichen. ⓘ
Vulkane
Vulkane sind die primären Landformen, die im Laufe der Zeit durch wiederholte Ausbrüche von Lava und Asche entstehen. Ihre Form reicht von Schildvulkanen mit breiten, flachen Hängen, die aus überwiegend effusiven Ausbrüchen relativ flüssiger basaltischer Lavaströme entstanden sind, bis hin zu steil abfallenden Stratovulkanen (auch als Verbundvulkane bekannt), die aus abwechselnden Schichten von Asche und zähflüssigeren Lavaströmen bestehen, die typisch für intermediäre und felsische Laven sind. ⓘ
Eine Caldera, ein großer Senkungskrater, kann sich in einem Stratovulkan bilden, wenn die Magmakammer durch große explosive Ausbrüche teilweise oder ganz entleert wird; der Gipfelkegel trägt sich nicht mehr selbst und stürzt daher anschließend in sich zusammen. Zu diesen Merkmalen können nach dem Ereignis vulkanische Kraterseen und Lavadome gehören. Calderen können jedoch auch durch nicht explosive Vorgänge entstehen, beispielsweise durch allmähliches Absinken des Magmas. Dies ist typisch für viele Schildvulkane. ⓘ
Schlacken- und Sprühkegel
Schlackenkegel und Spritzerkegel sind kleinräumige Gebilde, die durch Lavaansammlungen um einen kleinen Schlot eines Vulkangebäudes entstehen. Schlackenkegel werden aus Tephra oder Asche und Tuffstein gebildet, die aus einem explosiven Schlot geschleudert werden. Schlackenkegel entstehen durch die Ansammlung von geschmolzener vulkanischer Schlacke und Schlacke, die in flüssigerer Form ausgeworfen wird. ⓘ
Kīpukas
Ein weiterer hawaiianischer Begriff aus dem Englischen, der sich aus der hawaiianischen Sprache ableitet, ist kīpuka. Er bezeichnet ein erhöhtes Gebiet, z. B. einen Hügel, einen Bergrücken oder einen alten Lavadom innerhalb oder hangabwärts eines Gebiets mit aktivem Vulkanismus. Neue Lavaströme bedecken das umliegende Land und isolieren den kīpuka, so dass er wie eine (normalerweise) bewaldete Insel in einem kargen Lavastrom erscheint. ⓘ
Lavadome und Coulées
Lavadome entstehen durch die Extrusion von zähflüssigem felsischem Magma. Sie können markante runde Erhebungen bilden, wie zum Beispiel in Valles Caldera. Wenn ein Vulkan kieselsäurehaltige Lava ausstößt, kann er einen aufblasbaren Dom oder einen endogenen Dom bilden, der allmählich eine große, kissenartige Struktur aufbaut, die Risse und Spalten aufweist und erkaltete Gesteinsbrocken und Geröll freisetzen kann. Die oberen und seitlichen Ränder eines sich aufblähenden Lavadoms sind meist mit Gesteinsbrocken, Brekzien und Asche bedeckt. ⓘ
Beispiele für Eruptionen von Lavadomen sind der Novarupta-Dom und die aufeinanderfolgenden Lavadome des Mount St. Helens. ⓘ
Wenn sich ein Dom auf einer geneigten Fläche bildet, kann er in kurzen, dicken Strömen fließen, die als Coulées (Domströme) bezeichnet werden. Diese Ströme bewegen sich oft nur wenige Kilometer vom Schlot entfernt. ⓘ
Lavaröhren
Lavaröhren entstehen, wenn ein Strom relativ flüssiger Lava an der Oberfläche soweit abkühlt, dass sich eine Kruste bildet. Unter dieser Kruste, die aus Gestein besteht und ein hervorragender Isolator ist, kann die Lava als Flüssigkeit weiterfließen. Wenn dieser Fluss über einen längeren Zeitraum anhält, kann der Lavakanal eine tunnelförmige Öffnung oder eine Lavaröhre bilden, die geschmolzenes Gestein viele Kilometer vom Schlot wegführen kann, ohne dass es merklich abkühlt. Oftmals versickern diese Lavaröhren, sobald der Nachschub an frischer Lava versiegt ist, und hinterlassen eine beträchtliche Länge eines offenen Tunnels innerhalb des Lavastroms. ⓘ
Lavaröhren sind von den heutigen Ausbrüchen des Kīlauea bekannt, und aus Nord-Queensland, Australien, sind ausgedehnte, offene Lavaröhren aus dem Tertiär bekannt, die sich teilweise über 15 Kilometer erstrecken. ⓘ
Lava-Seen
In seltenen Fällen kann sich ein Vulkankegel mit Lava füllen, aber nicht ausbrechen. Lava, die sich innerhalb der Caldera sammelt, wird als Lavasee bezeichnet. Lavaseen bleiben in der Regel nicht lange bestehen, da sie entweder in die Magmakammer zurückfließen, sobald der Druck nachlässt (in der Regel durch Entweichen von Gasen durch die Caldera), oder durch den Ausbruch von Lavaströmen oder pyroklastischen Explosionen abfließen. ⓘ
Es gibt nur wenige Orte auf der Welt, an denen permanente Lavaseen existieren. Dazu gehören:
- Mount Erebus, Antarktis
- Erta Ale, Äthiopien
- Nyiragongo, Demokratische Republik Kongo
- Ambrym, Vanuatu. ⓘ
Manche Lavaseen entstehen, indem Krater durch oberirdische Lavaströme mit Lava gefüllt werden, sie werden dann Sekundäre Lavaseen genannt. Solche Lavaseen können Tiefen von bis zu 100 Meter haben. Die Lava kühlt in einem solchen See langsam ab (über mehrere hundert Tage) und bietet dadurch die Möglichkeit, die Erstarrungsprozesse von Lava zu untersuchen.
Lavadelta
Lavadeltas entstehen überall dort, wo unterirdische Lavaströme auf stehende Gewässer treffen. Die Lava kühlt ab und zerbricht, wenn sie auf das Wasser trifft. Die dabei entstehenden Fragmente füllen die Topografie des Meeresbodens auf, so dass der unterirdische Strom weiter ins Meer vordringen kann. Lavadeltas sind im Allgemeinen mit großflächigem, effusivem Basaltvulkanismus verbunden. ⓘ
Lava-Fontänen
Eine Lavafontäne ist ein vulkanisches Phänomen, bei dem Lava kraftvoll, aber nicht explosionsartig aus einem Krater, Schlot oder einer Spalte ausgestoßen wird. Die höchste Lavafontäne wurde während des Ausbruchs des Ätna in Italien am 23. November 2013 aufgezeichnet. Sie erreichte 18 Minuten lang eine stabile Höhe von etwa 2 500 m und erreichte kurzzeitig eine Höhe von 3 400 m. Lavafontänen können als eine Reihe von kurzen Impulsen oder als kontinuierlicher Lavastrahl auftreten. Sie werden häufig mit Eruptionen auf Hawaii in Verbindung gebracht. ⓘ
Gefahren
Lavaströme richten in ihrem Verlauf enorme Zerstörungen an. Todesopfer sind jedoch selten, da die Ströme in der Regel so langsam sind, dass Menschen und Tiere entkommen können, auch wenn dies von der Viskosität der Lava abhängt. Dennoch gibt es Verletzte und Tote, entweder weil ihnen der Fluchtweg abgeschnitten wurde, weil sie dem Strom zu nahe kamen oder, was seltener vorkommt, weil sich die Lavastromfront zu schnell fortbewegt. Dies geschah insbesondere bei der Eruption des Nyiragongo in Zaire (heute Demokratische Republik Kongo). In der Nacht zum 10. Januar 1977 wurde eine Kraterwand durchbrochen und ein flüssiger Lavasee entleerte sich in weniger als einer Stunde. Der daraus resultierende Strom raste mit bis zu 100 km/h die steilen Hänge hinunter und überschwemmte mehrere Dörfer, während die Bewohner schliefen. Infolge dieser Katastrophe wurde der Berg 1991 zum Dekadenvulkan ernannt. ⓘ
Todesfälle, die auf Vulkane zurückgeführt werden, haben häufig eine andere Ursache, z. B. vulkanische Auswürfe, pyroklastische Ströme aus einem einstürzenden Lavadom, Lahare, giftige Gase, die der Lava vorausströmen, oder Explosionen, die entstehen, wenn der Strom mit Wasser in Berührung kommt. Ein besonders gefährliches Gebiet ist die so genannte Lavabank. Dieser sehr junge Boden bricht normalerweise ab und stürzt ins Meer. ⓘ
Gebiete mit jungen Lavaströmen stellen auch dann noch eine Gefahr dar, wenn die Lava längst abgekühlt ist. Dort, wo junge Lavaströme neues Land geschaffen haben, ist das Land instabiler und kann ins Meer abreißen. Die Ströme haben oft tiefe Risse, die gefährliche Abgründe bilden, und ein Sturz gegen ʻaʻā-Lava ist ähnlich wie ein Sturz gegen Glasscherben. Beim Durchqueren von Lavaströmen werden robuste Wanderschuhe, lange Hosen und Handschuhe empfohlen. ⓘ
Die Umleitung eines Lavastroms ist äußerst schwierig, kann aber unter bestimmten Umständen gelingen, wie es einst in Vestmannaeyjar, Island, teilweise gelungen ist. Die optimale Gestaltung einfacher, kostengünstiger Barrieren, die Lavaströme ableiten, ist Gegenstand laufender Forschungsarbeiten. ⓘ
Von Lavaströmen zerstörte Städte
- Die Nisga'a-Dörfer Lax Ksiluux und Wii Lax K'abit im Nordwesten von British Columbia, Kanada, wurden durch dicke Lavaströme während des Ausbruchs des Tseax-Kegels in den 1700er Jahren zerstört.
- Garachico auf der Insel Teneriffa wurde durch den Ausbruch des Trevejo (1706) zerstört (wiederaufgebaut)
- Cagsawa, Philippinen, 1814 durch den Ausbruch von Lava des Vulkans Mayon verschüttet.
- Keawaiki, Hawaii 1859 (aufgegeben)
- San Sebastiano al Vesuvio, Italien 1944 durch den letzten Ausbruch des Vesuvs während der Besetzung Süditaliens durch die Alliierten zerstört. (wiederaufgebaut)
- Koae und Kapoho, Hawaii, wurden beide durch denselben Ausbruch des Kīlauea im Januar 1960 zerstört. (aufgegeben)
- Kalapana, Hawaii, wurde durch den Ausbruch des Vulkans Kīlauea im Jahr 1990 zerstört. (aufgegeben)
- Kapoho, Hawaii, wurde im Juni 2018 größtenteils von Lava überflutet, wobei der Ortsteil Vacationland Hawaii vollständig zerstört wurde. ⓘ
Durch Lavaströme beschädigte Städte
- Catania, Italien, bei der Eruption des Ätna im Jahr 1669 (wiederaufgebaut)
- Sale'aula, Samoa, durch Eruptionen des Mt. Matavanu zwischen 1905 und 1911
- Mascali, Italien, fast vollständig zerstört durch den Ausbruch des Ätna im Jahr 1928 (wiederaufgebaut)
- Parícutin (Dorf, nach dem der Vulkan benannt wurde) und San Juan Parangaricutiro, Mexiko, durch den Parícutin von 1943 bis 1952.
- Heimaey, Island, bei der Eruption des Eldfell 1973 (wiederaufgebaut)
- Piton Sainte-Rose, Insel La Réunion, im Jahr 1977
- Royal Gardens, Hawaii, bei der Eruption des Kilauea 1986-87 (aufgegeben)
- Goma, Demokratische Republik Kongo, bei der Eruption des Nyiragongo im Jahr 2002
- Los Llanos de Aridane (Stadtteil Todoque) und El Paso (Stadtteil El Paraíso) auf La Palma beim Vulkanausbruch der Cumbre Vieja 2021 ⓘ
Durch Tephra zerstörte Dörfer
Tephra ist Lava in Form von vulkanischer Asche, Lapilli, vulkanischen Bomben oder vulkanischen Blöcken.
- Pompeji, Italien, beim Ausbruch des Vesuvs im Jahr 79 nach Christus
- Herculaneum, Italien beim Ausbruch des Vesuvs im Jahr 79 n. Chr.
- Cerén, El Salvador bei der Eruption des Ilopango zwischen 410 und 535 n. Chr.
- Sumbawa, Indonesien, beim Ausbruch des Berges Tambora im Jahr 1815
- Plymouth, Montserrat, im Jahr 1995. Plymouth war die Hauptstadt und der einzige Eingangshafen von Montserrat und musste zusammen mit mehr als der Hälfte der Insel vollständig aufgegeben werden. De jure ist es immer noch die Hauptstadt. ⓘ
Zusammensetzung
Laven sind in der Regel Silikatschmelzen mit einem Gewichtsanteil von 45–70 % SiO2, es gibt allerdings selten auftretende Laven, die geringere Anteile an Silikaten enthalten, so zum Beispiel die Karbonatit-Laven des Ol Doinyo Lengai. Neben den Silikaten können Magnesium- und Eisen-Verbindungen enthalten sein. Man unterscheidet zwischen saurer oder rhyolithischer Lava (SiO2-Gehalt > 65 %, hochviskos) und basischer oder basaltischer Lava (SiO2-Gehalt < 52 %, niederviskos). Dazwischen finden sich die intermediären oder andesitischen Laven (SiO2-Gehalt zwischen 52 % und 65 %). Beim Aufstieg des Magmas finden verschiedene Prozesse statt, die Einfluss auf die Zusammensetzung der austretenden Lava haben (Magmatische Differentiation), so dass diese von der des primären Magmas abweichen kann. Da Lava beim Austritt an die Oberfläche schnell abkühlt, ist ihr Gefüge in der Regel feinkörnig oder glasig. Durch den Austritt von Gasen durch die Druckentlastung beim Aufstieg können sich in der Lava kleinere oder größere Gasblasen bilden. ⓘ
Erscheinungsformen
Abhängig von den Bedingungen beim Aufstieg und der Abkühlung bildet Lava unterschiedliche Erscheinungsformen, die ganz entscheidend von der Viskosität der Lava abhängen. Die bekanntesten Formen sind:
Erstarrte ʻAʻā-Lava, Krafla, Island
Lavastrom, Island
Pāhoehoe- und ʻAʻā-Lava auf Hawaii
Kissenlava, Askja, Island ⓘ
Gesteine, die aus flüssigem und mit Gasen angereichertem Magma entstehen, werden in der Geologie als Krotzen bezeichnet. ⓘ
Pāhoehoe-Lava
Pāhoehoe-Lava [pəˌhoʊeˈhoʊe] ist eine dünnflüssige (d. h. niedrigviskose) basaltische Lava, die als Lavastrom hangabwärts fließt. Sie bildet glasige Oberflächen. Erscheinungsformen von Pāhoehoe-Lava sind Stricklava, Fladenlava oder Schollenlava. ⓘ
Flutbasalte
Flutbasalte entstehen aus extrem dünnflüssiger basaltischer Lava, die in ebenem Gelände geringmächtige vulkanische Decken bildet. In Einzelfällen reichen die Fördermengen aber auch aus, um mächtige Tafeln zu erzeugen, die früher auch als Trapp, heute eher als magmatische Großprovinz bezeichnet werden. Beispiele sind das 160.000 km² große Columbia River Plateau (Oregon, Washington und Idaho) in den USA, die über 250.000 km² ausgedehnten Karoo-Basalte Südafrikas oder das 500.000 km² große Dekkan-Plateau in Indien (Dekkan-Trapp). ⓘ
Blocklava
Typisch für zähflüssige andesitische und dazitische Laven ist die Bildung von kurzen, gedrungenen Lavaströmen, deren Oberfläche sich durch Autobrekziierung in kompakte, porenarme Blöcke mit verschiedenartigsten Oberflächenformen aufgelöst hat. ⓘ
Brotkrustenbombe
Brotkrustenbomben bestehen aus Lava, die noch während des Austritts in der Flugphase erkaltet und die Form von Brotlaiben annimmt. ⓘ
Lavaröhren und Lavarinnen
Beim Abkühlen von dünnflüssigen Lavaströmen können große Hohlräume dadurch entstehen, dass die erkaltete Oberfläche bereits erstarrt ist, während darunter die flüssige Lava noch weiter abfließen kann. Stürzt die Decke einer solchen Lavaröhre ein, entsteht eine Lavarinne.