Vulkane, die auf der Erde das imposanteste Schauspiel von Energiefreisetzung bieten, sind verantwortlich für die Gestaltung großer Teile der Erdkruste. Sie geben Aufschluss über die Entwicklungsgeschichte der Erde sowie über das Erdinnere. Der durch die Verwitterung vulkanischen Gesteins entstehende Boden ist außerordentlich fruchtbar, weshalb auch die Gegenden in der Nähe von Vulkanen trotz der Gefahr häufig dicht besiedelt sind. So kommt es bei Vulkanausbrüchen nicht selten zu hohen Verlusten an Menschenleben und zu erheblichen Zerstörungen von Sachwerten.
Der obere Bereich des Erdmantels, unterhalb der Kruste, ist nahe am Schmelzzustand. Eine nur leichte Druckverringerung, die z. B. durch Krustenbewegungen verursacht werden kann, führt zu einer Aufschmelzung des Gesteins. Da das entstehende Magma etwas leichter ist als die Gesteine der Umgebung, bewegt es sich, meist Spalten benutzend, langsam nach oben. Zum Aufschmelzen führen auch Temperaturerhöhungen, hervorgerufen durch eine Krustenplattenüberschiebung oder durch den Gehalt an radioaktiven Elementen in manchen Mineralien.
Entlang den mittelozeanischen Rücken dringt Magma kontinuierlich zwischen die auseinanderdriftenden Platten, wo es erstarrt und dann selbst zu einem Krustenteil wird. In anderen Gebieten bilden sich in der Tiefe Magmakammern. Bleibt die Temperatur hoch genug, können hiervon Eruptionen ausgehen. Dabei entgast das Magma durch intensive Blasenbildung. Viele vulkanische Gase, wie Schwefelwasserstoff und Kohlenmonoxid verbrennen, sobald sie an die Luft kommen. Als Folge weiterer Temperaturerhöhung wird die Lava dünnflüssig. Sehr zähflüssige Lava bewirkt oft explosionsartige Entgasungen. Die Gewalt solcher Explosionen wird durch eindringendes Wasser, das sich als Wasserdampf mit dem Magma vermischt, noch erhöht.
Die Form der Vulkane wird durch ihre Schlote, Krater und Kegel bestimmt, je nach Art des geförderten Materials. Ein in sich zusammengestürzter Krater heißt Caldera.
Die Verbreitung der Vulkane
Vulkane sind eng an bestimmte tektonische Linien gebunden und markieren die Schwächezonen der Erdrinde, sie liegen vor allem im Bereich der mittelozeanischen Rücken und der dazugehörigen kontinentalen Bruchsysteme sowie im Randbereich der Kollisionskanten der großen Krustenplatten. Der berühmte vulkanische »Feuerring«, der den Pazifik umgibt, fällt weitgehend mit der Begrenzung der Pazifischen Platte zusammen.
Die meisten Vulkane befinden sich auf dem Meeresboden und bilden submarine Erhebungen. In der Mehrzahl sind diese Vulkane heute erloschen. Ihre Entstehung verdanken sie der Tatsache, dass die dünne ozeanische Kruste leicht zu durchdringen ist. Die Zahl untermeerischer Vulkane im Pazifik, die höher als 1000 m sind, wird auf über 10 000 geschätzt. Von den Vulkanen auf Hawaii nimmt man an, dass sie an sogenannte »Hot spots« (heiße Punkte) im Mantel gebunden sind, welche die Ursache für eine ganze Kette von Vulkanen bilden, während die Platten über sie hinweggleiten.
Die wenigen Vulkane des Festlandes, die nicht an Plattenrändern liegen, sind wohl auf örtliche Aufheizungen durch Radioaktivität zurückzuführen oder ebenfalls auf einen »Hot spot« im Erdmantel.
Abgesehen von den zahllosen untermeerischen Vulkanen, gibt es etwa 500 aktive Vulkane auf der Erde. Als aktiv gelten diejenigen Vulkane, die in geschichtlicher Zeit einen Ausbruch erlebten. Vulkane können jedoch auch über lange Zeit »schlafen«, und selbst »erloschene« Vulkane aktivieren sich gelegentlich wieder, wie der Helgafell auf der Island vorgelagerten Insel Heimaey. Der am besten untersuchte junge Vulkan auf dem Festland ist der 1943 plötzlich auf einer Hochfläche in Zentralmexiko sich aufbauende Paricutin.
Vulkanisches Material
Vulkane stoßen Gase, flüssiges oder auch festes Material aus. Gewöhnlich bestehen die Gase aus Stickstoff. Kohlendioxid, Chlorwasserstoff, Wasserdampf, Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff.
Das flüssige Magma (Lava) ist im allgemeinen zähflüssig (Pahoehoe) oder schlackenartig, je nach der Temperatur und der chemischen Zusammensetzung des Magmas. Dünnflüssige Lava führt zu ruhigen Eruptionen, dickflüssige Lava ist aufgrund des in ihr enthaltenen Gases zu explosionsartigen Ausbrüchen fähig. Ist ein Krater von einem See erfüllt, so kann bei einem Ausbruch die sich mit dem Wasser vermischende Asche als Schlammstrom zu Tal fließen und ebenso zerstörerisch wirken wie ein Lavastrom.
Größte Vulkanausbrüche
Vulkane können als Sicherheitsventile der Erdkruste angesehen werden: Je höher sich der Druck aufstaut, um so stärker wird der Ausbruch sein. Die Eruption des Tambora im Jahr 1815 in Indonesien wird als die größte Vulkankatastrophe der Geschichte angesehen, zehntausend Menschen wurden während des Ausbruchs getötet, weitere 82 000 starben später an Hunger und Krankheiten. Beim Ausbruch des auf einer unbewohnten Insel gelegenen Vulkans Krakatau im Jahr 1883 wurde die Insel völlig zerstört, die gewaltige Flutwelle tötete 36 000 Menschen.
Es ist heute möglich, mit Hilfe moderner geophysikalischer (Seismografie) und geochemischer Untersuchungsmethoden (Analyse der Gase) begründete Voraussagen über Vulkanausbrüche zu treffen.
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