Schichtvulkan
Ein Stratovulkan, der auch als Verbundvulkan bezeichnet wird, ist ein kegelförmiger Vulkan, der aus vielen Schichten (Strata) gehärteter Lava und Tephra aufgebaut ist. Im Gegensatz zu Schildvulkanen zeichnen sich Stratovulkane durch ein steiles Profil mit einem Gipfelkrater und periodischen Intervallen von explosiven Eruptionen und effusiven Ausbrüchen aus, obwohl einige von ihnen eingestürzte Gipfelkrater, so genannte Calderas, aufweisen. Die aus Stratovulkanen fließende Lava kühlt in der Regel ab und härtet aus, bevor sie sich aufgrund ihrer hohen Viskosität weiter ausbreitet. Das Magma, aus dem diese Lava besteht, ist oft felsisch und hat einen hohen bis mittleren Siliziumdioxidgehalt (wie in Rhyolith, Dazit oder Andesit), mit geringeren Mengen an weniger viskosem mafischem Magma. Ausgedehnte felsische Lavaströme sind unüblich, haben sich aber bis zu 15 km weit ausgebreitet. ⓘ
Stratovulkane werden manchmal auch als "Verbundvulkane" bezeichnet, da sie eine zusammengesetzte, geschichtete Struktur aufweisen, die aus aufeinanderfolgenden Ausbrüchen von eruptiertem Material besteht. Sie gehören zu den häufigsten Vulkantypen, im Gegensatz zu den weniger häufigen Schildvulkanen. Zwei berühmte Beispiele für Stratovulkane sind der Krakatoa in Indonesien, der durch seinen katastrophalen Ausbruch im Jahr 1883 bekannt wurde, und der Vesuv in Italien, dessen katastrophaler Ausbruch im Jahr 79 n. Chr. die römischen Städte Pompeji und Herculaneum unter sich begrub. Beide Eruptionen forderten Tausende von Menschenleben. In der Neuzeit kam es zu katastrophalen Ausbrüchen des Mount St. Helens im US-Bundesstaat Washington und des Mount Pinatubo auf den Philippinen, allerdings mit weniger Todesopfern. ⓘ
Die Existenz von Stratovulkanen auf anderen Körpern des Sonnensystems ist nicht schlüssig nachgewiesen worden. Eine mögliche Ausnahme ist die Existenz einiger isolierter Massive auf dem Mars, zum Beispiel der Zephyria Tholus. ⓘ
Schichtvulkane, auch Stratovulkane (von lateinisch stratum „Schicht“) genannt, sind aus einzelnen geologischen Schichten von Lava und Lockermassen aufgebaute Vulkane. Man erkennt sie an ihrer relativ steilen, spitzkegeligen Form. Aufgrund der „grauen“, nicht glühenden Förderprodukte werden sie gelegentlich auch als „graue Vulkane“ bezeichnet. ⓘ
Entstehung
Stratovulkane treten häufig an Subduktionszonen auf und bilden Ketten und Gruppen entlang plattentektonischer Grenzen, wo ozeanische Kruste unter kontinentale Kruste (Kontinentalbogenvulkanismus, z. B. Kaskadengebirge, Anden, Kampanien) oder eine andere ozeanische Platte (Inselbogenvulkanismus, z. B. Japan, Philippinen, Aleuten) gezogen wird. Das Magma, das Stratovulkane bildet, steigt auf, wenn Wasser, das sowohl in hydratisierten Mineralien als auch im porösen Basaltgestein der oberen ozeanischen Kruste eingeschlossen ist, in das Mantelgestein der Asthenosphäre oberhalb der sinkenden ozeanischen Platte freigesetzt wird. Die Freisetzung von Wasser aus hydratisierten Mineralien wird als "Entwässerung" bezeichnet und erfolgt bei spezifischen Drücken und Temperaturen für jedes Mineral, wenn die Platte in größere Tiefen sinkt. Das aus dem Gestein freigesetzte Wasser senkt den Schmelzpunkt des darüber liegenden Mantelgesteins, das daraufhin teilweise schmilzt und aufgrund seiner geringeren Dichte im Vergleich zum umgebenden Mantelgestein aufsteigt und sich vorübergehend an der Basis der Lithosphäre sammelt. Das Magma steigt dann durch die Kruste auf und nimmt dabei kieselsäurereiches Krustengestein mit, was zu einer endgültigen mittleren Zusammensetzung führt. Wenn sich das Magma der Oberfläche nähert, sammelt es sich in einer Magmakammer in der Kruste unterhalb des Stratovulkans. ⓘ
Die Prozesse, die die endgültige Eruption auslösen, sind noch Gegenstand der Forschung. Mögliche Mechanismen sind:
- Magmadifferenzierung, bei der sich das leichteste, kieselsäurereichste Magma und flüchtige Stoffe wie Wasser, Halogene und Schwefeldioxid im obersten Teil der Magmakammer ansammeln. Dadurch kann sich der Druck drastisch erhöhen. ⓘ
- Fraktionierte Kristallisation des Magmas. Wenn wasserfreie Mineralien wie Feldspat aus dem Magma auskristallisieren, konzentriert dies flüchtige Stoffe in der verbleibenden Flüssigkeit, was zu einem zweiten Sieden führen kann, bei dem sich eine Gasphase (Kohlendioxid oder Wasser) vom flüssigen Magma trennt und der Druck in der Magmakammer steigt. ⓘ
- Injektion von frischem Magma in die Magmakammer, wodurch das bereits vorhandene kühlere Magma vermischt und erhitzt wird. Dadurch könnten flüchtige Stoffe aus der Lösung gezwungen und die Dichte des kühleren Magmas verringert werden, was beides zu einer Druckerhöhung führt. Es gibt zahlreiche Hinweise darauf, dass sich das Magma kurz vor vielen Eruptionen vermischt hat, darunter magnesiumreiche Olivinkristalle in frisch eruptierter kieselsäurehaltiger Lava, die keinen Reaktionsrand aufweisen. Dies ist nur möglich, wenn die Lava unmittelbar nach der Vermischung ausgebrochen ist, da Olivin schnell mit kieselsaurem Magma reagiert und einen Pyroxenrand bildet. ⓘ
- Fortschreitendes Aufschmelzen des umgebenden Gesteins. ⓘ
Diese internen Auslöser können durch externe Auslöser wie den Einsturz eines Sektors, Erdbeben oder Wechselwirkungen mit dem Grundwasser verändert werden. Einige dieser Auslöser wirken nur unter bestimmten Bedingungen. So kann beispielsweise ein Sektorkollaps (bei dem ein Teil der Flanke eines Vulkans in einem massiven Erdrutsch zusammenbricht) nur die Eruption einer sehr flachen Magmakammer auslösen. Auch Magmadifferenzierung und thermische Expansion sind als Auslöser für Eruptionen aus tiefen Magmakammern unwirksam. ⓘ
Unabhängig vom genauen Mechanismus steigt der Druck in der Magmakammer bis zu einem kritischen Punkt, an dem das Dach der Magmakammer bricht und der Inhalt der Magmakammer einen Weg an die Oberfläche findet, um auszubrechen. ⓘ
Gefahren
In der Geschichte haben explosive Ausbrüche an Vulkanen in der Subduktionszone (an der konvergenten Grenze) die größte Gefahr für die Zivilisationen dargestellt. Stratovulkane der Subduktionszone, wie der Mount St. Helens, der Ätna und der Pinatubo, brechen in der Regel mit explosiver Kraft aus: Das Magma ist zu steif, um ein einfaches Entweichen der vulkanischen Gase zu ermöglichen. Infolgedessen bleibt der enorme Innendruck der eingeschlossenen vulkanischen Gase bestehen und vermischt sich mit dem pastösen Magma. Nach dem Durchbruch des Schlots und der Öffnung des Kraters kommt es zu einer explosiven Entgasung des Magmas. Das Magma und die Gase werden mit hoher Geschwindigkeit und voller Wucht herausgeschleudert. ⓘ
Seit 1600 n. Chr. sind fast 300 000 Menschen durch Vulkanausbrüche ums Leben gekommen. Die meisten Todesfälle wurden durch pyroklastische Ströme und Lahare verursacht, tödliche Gefahren, die oft mit explosiven Ausbrüchen von Stratovulkanen in der Subduktionszone einhergehen. Pyroklastische Ströme sind schnelle, lawinenartige, den Boden mitreißende, glühende Gemische aus heißen vulkanischen Trümmern, feiner Asche, zersplitterter Lava und überhitzten Gasen, die sich mit Geschwindigkeiten von über 160 km/h fortbewegen können. Beim Ausbruch des Vulkans Pelée auf der Karibikinsel Martinique im Jahr 1902 wurden rund 30 000 Menschen durch pyroklastische Ströme getötet. Im März und April 1982 verursachten drei explosive Ausbrüche des El Chichón im Bundesstaat Chiapas im Südosten Mexikos die schlimmste Vulkankatastrophe in der Geschichte des Landes. Dörfer im Umkreis von 8 km um den Vulkan wurden durch pyroklastische Ströme zerstört, wobei mehr als 2.000 Menschen ums Leben kamen. ⓘ
Zwei Dekadenvulkane, die 1991 ausbrachen, sind Beispiele für die Gefährdung durch Stratovulkane. Am 15. Juni spuckte der Mount Pinatubo eine Aschewolke 40 km hoch in die Luft und verursachte riesige pyroklastische Ströme und Lahar-Fluten, die ein großes Gebiet um den Vulkan verwüsteten. Der Pinatubo, der in Zentral-Luzon nur 90 km west-nordwestlich von Manila liegt, hatte vor dem Ausbruch 1991, der zu den größten Eruptionen des 20. Jahrhunderts zählt, sechs Jahrhunderte lang geschlafen. Ebenfalls 1991 erwachte der japanische Vulkan Unzen auf der Insel Kyushu, etwa 40 km östlich von Nagasaki, aus seinem 200-jährigen Dornröschenschlaf und bildete auf seinem Gipfel einen neuen Lavadom. Seit Juni löste der wiederholte Einsturz dieser Kuppel Ascheströme aus, die mit Geschwindigkeiten von bis zu 200 km/h die Berghänge hinunterfegten. Der Unzen ist einer von mehr als 75 aktiven Vulkanen in Japan; bei einem Ausbruch im Jahr 1792 kamen mehr als 15.000 Menschen ums Leben - die schlimmste Vulkankatastrophe in der Geschichte des Landes. ⓘ
Der Ausbruch des Vesuvs im Jahr 79 erstickte die nahe gelegenen antiken Städte Pompeji und Herculaneum vollständig unter dicken Ablagerungen von pyroklastischen Wellen und Lavaströmen. Obwohl die Zahl der Todesopfer auf 13.000 bis 26.000 geschätzt wird, ist die genaue Zahl noch immer unklar. Der Vesuv gilt als einer der gefährlichsten Vulkane, da er in der Lage ist, starke explosive Eruptionen auszulösen, und gleichzeitig eine hohe Bevölkerungsdichte in der Umgebung der Metropole Neapel (insgesamt etwa 3,6 Millionen Einwohner) aufweist. ⓘ
Asche
Vulkanwolken aus explosiven Eruptionen können nicht nur das Klima beeinflussen, sondern stellen auch eine ernsthafte Gefahr für die Sicherheit der Luftfahrt dar. So flog beispielsweise während des Ausbruchs des Galunggung auf Java im Jahr 1982 der British-Airways-Flug 9 in die Aschewolke und erlitt einen vorübergehenden Triebwerksausfall und strukturelle Schäden. In den vergangenen zwei Jahrzehnten wurden mehr als 60 Flugzeuge, zumeist Verkehrsflugzeuge, durch den Kontakt mit Vulkanasche während des Fluges beschädigt. Bei einigen dieser Begegnungen fielen alle Triebwerke aus, so dass Notlandungen erforderlich wurden. Glücklicherweise ist es bisher noch zu keinem Absturz gekommen, weil Düsenflugzeuge in Vulkanasche geraten sind. Ascheregen ist eine Gefahr für die Gesundheit, wenn er eingeatmet wird, und bei ausreichender Anhäufung von Asche ist er auch eine Gefahr für Eigentum. Eine Anhäufung von 30 cm reicht aus, um die meisten Gebäude zum Einsturz zu bringen. Dichte Wolken aus heißer Vulkanasche, die durch den Zusammenbruch einer Eruptionssäule oder durch den seitlichen Ausstoß beim teilweisen Einsturz eines Vulkangebäudes oder eines Lavadoms während explosiver Eruptionen entstehen, können verheerende pyroklastische Ströme oder Fluten erzeugen, die alles in ihrem Weg mitreißen können. ⓘ
Lava
Lavaströme von Stratovulkanen stellen in der Regel keine große Gefahr für Menschen und Tiere dar, da sich die hochviskose Lava langsam genug bewegt, um alle Menschen aus dem Strömungspfad zu vertreiben. Die Lavaströme stellen eher eine Bedrohung für das Eigentum dar. Allerdings brechen nicht alle Stratovulkane zähflüssige und klebrige Lava aus. Der Nyiragongo ist sehr gefährlich, weil sein Magma einen ungewöhnlich niedrigen Siliziumdioxidgehalt aufweist und daher recht flüssig ist. Flüssige Laven werden normalerweise mit der Bildung breiter Schildvulkane wie denen auf Hawaii in Verbindung gebracht, aber der Nyiragongo hat sehr steile Hänge, an denen die Lava mit bis zu 100 km/h herunterfließen kann. Lavaströme können Eis und Gletscher, die sich am Krater und an den oberen Hängen des Vulkans angesammelt haben, zum Schmelzen bringen und gewaltige Laharströme erzeugen. In seltenen Fällen kann allgemein flüssige Lava auch gewaltige Lavafontänen erzeugen, während Lava mit höherer Viskosität im Schlot erstarren und einen Block bilden kann, der zu hochexplosiven Eruptionen führen kann. ⓘ
Vulkanische Bomben
Vulkanische Bomben sind extrusives Eruptivgestein von der Größe eines Buches bis hin zu einem Kleinwagen, das von Stratovulkanen während ihrer klimatischen Eruptionsphasen explosionsartig ausgestoßen wird. Diese "Bomben" können sich über 20 km vom Vulkan entfernen und stellen eine Gefahr für Gebäude und Lebewesen dar, da sie mit sehr hoher Geschwindigkeit (Hunderte von Kilometern pro Stunde) durch die Luft schießen. Die meisten Bomben explodieren beim Aufprall nicht selbst, sondern haben so viel Kraft, dass sie eine zerstörerische Wirkung haben, als würden sie explodieren. ⓘ
Lahar
Lahars (von einem javanischen Begriff für vulkanische Schlammlawinen) sind Gemische aus vulkanischen Trümmern und Wasser. Lahars haben in der Regel zwei Ursachen: Regenfälle oder das Schmelzen von Schnee und Eis durch heiße vulkanische Elemente wie Lava. Je nach Verhältnis und Temperatur des Wassers zum vulkanischen Material können Lahars von dicken, klebrigen Strömen, die die Konsistenz von nassem Beton haben, bis hin zu schnell fließenden, suppigen Fluten reichen. Wenn Lahare die steilen Flanken von Stratovulkanen hinunterfluten, haben sie die Kraft und Geschwindigkeit, alles in ihrem Weg zu plätten oder zu ertränken. Heiße Aschewolken, Lavaströme und pyroklastische Fluten, die 1985 beim Ausbruch des Nevado del Ruiz in Kolumbien ausgestoßen wurden, schmolzen Schnee und Eis auf dem 5.321 m hohen Andenvulkan. Der darauf folgende Lahar überschwemmte die Stadt Armero und nahe gelegene Siedlungen und tötete 25.000 Menschen. ⓘ
Auswirkungen auf Klima und Atmosphäre
Während die Ausbrüche des Unzen in der Vergangenheit Todesopfer und beträchtliche lokale Schäden verursacht haben, waren die Auswirkungen des Ausbruchs des Pinatubo im Juni 1991 global. Weltweit wurden etwas kühlere Temperaturen als üblich gemessen, und die strahlenden Sonnenuntergänge und intensiven Sonnenaufgänge wurden auf die Partikel zurückgeführt, die bei diesem Ausbruch hoch in die Stratosphäre geschleudert wurden. Die Aerosole, die sich aus Schwefeldioxid (SO2), Kohlendioxid (CO2) und anderen Gasen bildeten, verteilten sich über die ganze Welt. Die SO2-Masse in dieser Wolke - etwa 22 Millionen Tonnen - bildete zusammen mit Wasser (sowohl vulkanischen als auch atmosphärischen Ursprungs) Schwefelsäuretröpfchen, die einen Teil des Sonnenlichts daran hinderten, die Troposphäre und den Boden zu erreichen. Es wird angenommen, dass die Abkühlung in einigen Regionen bis zu 0,5 °C (0,9 °F) betrug. Eine Eruption von der Größe des Mount Pinatubo hat in der Regel einige Jahre lang Auswirkungen auf das Wetter; das in die Stratosphäre eingebrachte Material sinkt allmählich in die Troposphäre, wo es durch Regen und Wolkenniederschlag weggespült wird. ⓘ
Ein ähnliches, aber außerordentlich stärkeres Phänomen trat bei der katastrophalen Eruption des Mount Tambora im April 1815 auf der Insel Sumbawa in Indonesien auf. Die Eruption des Mount Tambora gilt als die stärkste Eruption der Geschichte. Seine Eruptionswolke senkte die globalen Temperaturen um bis zu 3,5 °C. Im Jahr nach dem Ausbruch herrschten in den meisten Teilen der nördlichen Hemisphäre im Sommer deutlich kühlere Temperaturen. In Teilen Europas, Asiens, Afrikas und Nordamerikas war das Jahr 1816 als "Jahr ohne Sommer" bekannt, was zu einer beträchtlichen Agrarkrise und einer kurzen, aber bitteren Hungersnot führte, die in weiten Teilen der betroffenen Kontinente eine Reihe von Notlagen hervorrief. ⓘ
Vorkommen
Von den weltweit etwa 1400 aktiven, das heißt, in den letzten 10.000 Jahren ausgebrochenen Vulkanen sind rund 700 Schichtvulkane. ⓘ
Die meisten Schichtvulkane finden sich an Subduktionszonen z. B. entlang des pazifischen Feuerrings, aber auch auf Island und im Mittelmeerraum. ⓘ
Einige ihrer berühmtesten Vertreter sind der Fujisan in Japan, der Mount St. Helens in den USA, der Pinatubo und der Mayon auf den Philippinen, der Vesuv in Italien, der Ätna auf Sizilien, der Lanín in Argentinien, der Snæfellsjökull in Island, Merapi auf Java und der Ararat in der Türkei. ⓘ
Der höchste Schichtvulkan der Erde ist der Nevado Ojos del Salado in Chile mit 6887 m. ⓘ
Der Kaiserstuhl ist ein Mittelgebirge in Deutschland, das seinen Ursprung in einem Schichtvulkan hat. ⓘ