Der Begriff Vulkanismus leitet sich aus dem lateinischen Begriff Vulcanus ab. In der römischen Mythologie war Vulcanus der Gott des Feuers und des Schmiedens, der sich mit seiner Werkstatt  unter dem Ätna befand.

Vulkane entstehen da, wo geschmolzenes Gestein durch die Erdkruste bricht und an die Erdoberfläche stürmt. Dies ist immer ein beeindruckendes Naturschauspiel, wobei einerseits enorme Verwüstungen angerichtet werden, aber andererseits neuer, fruchtbarer Boden entsteht, der sich ideal für die Landwirtschaft eignet. Deshalb sind viele vulkanische Gebiete dicht besiedelt. Ein gutes Beispiel dafür ist die Insel Java im indonesischen Archipel.

Nicht nur Vulkanismus, auch andere Phänomene werden durch den enormen Druck und die hohen Temperaturen verursacht, die im Erdinneren herrschen. Gas oder Wasser, die sich in der Erdkruste befinden, können stark erhitzt werden, so dass sie sich enorm ausdehnen und dann mit großer Kraft nach oben dringen.

Das Innere der Erde

Das Erdinnere besteht aus heißem Material, das von einer KRUSTE überdeckt wird, die lediglich eine dünne Schale bildet. Die Kruste ist der Teil der Erde, auf der wir leben. Die Erdkruste und der obere Teil des Mantels werden zusammen LITHOSPHÄRE genannt. Litho kommt vom griechischen Wort für Stein. Die Lithosphäre ist in Platten aufgebrochen, die sich gemäß der Theorie der PLATTENTEKTONIK aneinander entlang, auseinander und zueinander bewegen. Im allgemeinen geht es dabei um nicht mehr als 1 bis 10 Zentimeter pro Jahr. Allerdings bewegen sich die Platten nicht fortwährend. Unter der Kruste liegt der MANTEL aus festem Gestein, bestehend aus Ober- und Untermantel. Im Zentrum der Erde befindet sich der KERN, bestehend aus einem festen Innenkern und einem flüssigen Außenkern. Im Erdinnern herrschen hohe Temperaturen und hoher Druck.

Magma und Lava

Die Wärme im Erdinnern entsteht durch natürlichen Verfall radioaktiver Elemente. Dabei erhitzt sich die Materie an manchen Stellen so sehr, dass sie flüssig, bzw. gasförmig wird. Diese Materie nennt man Magma. Wie beim Wasserkochen steigt die Masse sprudelnd hoch, wo sie von der Erdkruste festgehalten wird. An bestimmten Stellen dringt das Magma durch Brüche in der Erdkruste hindurch, so erreicht die Masse die Oberfläche, wo die Wärme sich verflüchtigt. Prozesse, die im Zusammenhang mit dem Hochsteigen heißer Materie stehen, nennt man Vulkanismus.

Zwei charakteristische Arten Magma lassen sich unterscheiden. Die eine Art, das sog. rhyolitische Magma, ist zäh und dickflüssig (Viskosität) und hält deshalb Gase gut fest. Man kann es mir zähflüssigem Teig vergleichen; es lässt sich gut formen, ist aber nicht so flüssig wie Wasser.

Eine zweite Art Magma, die man Basalt nennt, ist viel weniger zäh und hält die eingeschlossenen Gase nicht so gut fest. Wenn es zum Ausbruch an die Erdoberfläche kommt, ist es viel flüssiger. Magma, das nach dem Ausbrechen Lava genannt wird, hat anfänglich eine Temperatur von rund 1200° C. Es fließt über das Land wie ein träger Fluss. Manche Lavaströme fließen so langsam, dass Zuschauer sich ihnen nähern können. (z.B. auf Hawaii).

Bei einem Vulkan denkt man gleich an einen steilen, kegelförmigen Hügel oder Berg mit einem Krater, aus dem Rauchwolken steigen. Obwohl diese Form (Stratovulkan) häufig vorkommt, gibt es doch auch Vulkane mit einem anderem Aussehen. Die Kraterränder sind oft weniger stabil, sie bröckeln ab, so dass die typische Kraterform entsteht. Viele Vulkane haben Seitenkrater an ihren Hängen. Vulkane kann man nach Form, Größe und Zusammenstellung in drei Haupttypen einteilen:

1. Tefravulkane

2. Schildvulkane

3. Stratovulkane

Tefravulkane erkennt man an ihren steilen Abhängen von rund 30°. Das nach einer explosionsartigen Eruption freiwerdende Material schlägt sich zum größten Teil in der Nähe des Kraters nieder. Die Neigung der Abhänge kann aufgrund der Wirkung der Schwerkraft nicht höher als 33° sein.

Ein Tefravulkan besteht aus Magma und Nachbargestein. Das flüssige bzw. in fester Form ausgetretene Material nennt man Pyroklastica. Alles vulkanische Gestein, das während eines Vulkanausbruchs austritt, gehört dazu. Eine Schicht, die aus losem Material aufgebaut ist, nennen Wissenschaftler pyroklastische Ablagerung oder Tefra. Beispiele von Tefravulkanen findet man z.B. in der Eifel.

Schildvulkane, aufgebaut aus erstarrten Lavaströmen, sind  viel flacher als Tefra- oder Stratovulkane. Es sind breite, flach abgeschrägte Kegel. Aufgrund der niedrigen Viskosität (Zähflüssigkeit) des Magmas verbreiten die Lavaströme sich während der Ausbrüche über ein großes Gebiet. Die Neigung eines Schildvulkans beträgt oft weniger als 10°, weil die Lava sich nicht - wie beim Tefravulkan - dicht am zentralen Schlot aufhäuft, sondern sich ausbreitet. Außerdem strömt die Lava nicht immer aus dem zentralen Schlot, sondern ab und zu auch aus Spalten in den Hängen des Vulkans.

Hawaii besteht aus einer Serie von Schildvulkanen aus Basaltschichten. Schildvulkane können einen enormen Umfang annehmen, wie z.B. der Mauna Kea auf Hawaii, der in das Guinness Buch der Rekorde als größter Berg der Welt aufgenommen wurde. Der Vulkan besteht aus etwa 16.000 km³ massiven Gesteins. Der Mauna Kea ist viel höher und voluminöser als der Mount Everest im Himalaya. Doch besteht ein deutlicher Unterschied zwischen diesen beiden Giganten. Der Mauna Kea hat keine steilen Abhänge und der Gipfel ragt im Gegensatz zu dem des Mount Everest (8847m) lediglich etwa 4200 m über den Meeresspiegel auf, während der Rest des rund zehn Kilometer hohen Riesen sich unter der Wasseroberfläche des Pazifik befindet.

Stratovulkane sind die auf der Erde am meisten vorkommenden Vulkane; sie bestehen aus erstarrten Lavaströmen im Wechsel mit Schichten pyroklastischen Materials. Die erstarrten Lavaströme wirken wie eine Schutzschicht für die Lagen, die aus Fragmenten pyroklastischen Materials bestehen. Der Neigungswinkel der Abhänge liegt zwischen denen der Tefra- und der Schildvulkane. Ein gutes Beispiel für diese spezifische Vulkanform findet man in Japan - den Fudschijama (3776 m). Dieser schlafende Vulkan hat eine fast perfekte Kegelform.

Geographische Lage

Rund 1500 tätige Vulkane gibt es auf der Welt, sie sind jedoch nicht immer sichtbar. Befinden sie sich auf dem Grunde des Ozeans, bleibt der Gipfel oft unter Wasser verborgen. Vulkane entstehen da, wo Magma sich einen Weg durch die Erdkruste bahnt, normalerweise an Stellen, an denen sich Brüche befinden. Schließlich erreicht das Magma die Oberfläche und fließt an Land bzw. auf dem Meeresboden weiter. Die Kontinente bewegen sich auf etwa sechs großen tektonischen Platten. Ihre Grenzen werden von Gebieten mit einer großen Erdbebenaktivität und durch Vulkane markiert. Diese Bewegungen vollziehen sich sehr langsam: Es geht um lediglich einige Zentimeter pro Jahr. Manche Platten bewegen sich voneinander weg, in den entstehenden Zwischenräumen bildet das emporsteigende Magma eine neue Erdkruste und einen Vulkanrücken.

Ein solcher Rücken liegt oft mitten in einem Ozean. Island besteht praktisch ganz aus vulkanischem Material (Basalt) und ist ein Teil des mittelatlantischen Rückens, der aus dem Wasser hervorragt.

Nicht nur entlang des Randes einer Erdplatte gibt es Vulkanismus, sondern auch innerhalb einer Platte können sich Vulkane bilden. Sie werden durch aktive Herde im Mantel verursacht, sog. "hot-spots", die enorme Mengen Magma produzieren. Wenn das Magma durch die Erdkruste dringt, können an dieser Stelle Vulkane entstehen, wie z.B. die Galapagosinseln, die Kanarischen Inseln und Inseln in Ostafrika.

Vulkane und das Klima

Große Vulkanausbrüche beeinflussen das Klima. Bei einer solchen Explosion werden gigantische Mengen von Material kilometerweit in die Luft geschleudert. Dieser Rauchpilz, der dann über dem Vulkan hängt, besteht aus Gasen (u.a. Wasserdampf, Kohlendioxyd und Schwefeldioxyd) und feinen Staubteilchen. So geraten Millionen Tonnen Gas in die Stratosphäre. Aus dem Schwefeldioxyd entstehen kleine Schwefelteilchen, sog. Aerosole. In der Atmosphäre können sie das Licht reflektieren und teilweise absorbieren, so dass nur ein Teil der Sonnenstrahlen die Erde erreicht.

Das geschah auch 1813 bei der Eruption des Vulkans Tambora in Indonesien. Das darauffolgende Jahr nennt man noch oft "das Jahr ohne Sommer". Der Staub in den höheren Luftschichten leitete die Sonnenstrahlen noch jahrelang um und verursachte rotglühende Sonnenuntergänge. Dieses Phänomen trat auch nach dem Ausbruch des Krakatau in Indonesien 1883 und des Pinatubo auf den Philippinen 1992 auf.

Vulkanologen können noch nicht schlüssig beweisen, inwieweit Vulkanausbrüche eine Rolle bei der Klimaveränderung spielen, weil dabei viele Faktoren beteiligt sind. Die meisten Experten sind jedoch überzeugt davon, dass größere Eruptionen das Klima auch langfristig beeinflussen. Nur das Ausmaß ist noch Diskussionsthema. Manche Meteorologen sehen den Ausbruch des Pinatubo als Auslöser folgender Wetterphänomene: Eine Temperatursenkung von 0,5 Celsius im darauffolgenden Jahr mit einem strengen, schneereichen Winter in Neuseeland, einige schwere Orkane, wie "Andrew" und "Iniki" und die heftigen Regenfälle im mittleren Westen der USA im Jahre 1993.

Calderen und Kraterseen

Vulkane kennen tätige und untätige Perioden. Jedes Jahr finden weltweit etwa 40 Eruptionen statt. Wenn ein Vulkan mehr als hundert Jahre nicht mehr tätig gewesen ist, bezeichnet man ihn als "erloschen". Vulkane prägen oft das Gesicht einer Landschaft: Ihre hohen Gipfel sind meist schneebedeckt und aus manchen Vulkanen steigt Dampf auf.

Durch eine große Eruption, wobei eine Menge Substanz verschwindet, kann ein Vulkan instabil werden. Dann stürzt das brüchige Gestein am Gipfel teilweise ein, so dass eine kreisförmige Ausbuchtung mit steilen Wänden entsteht -eine deutliche Kraterform wird sichtbar. Wenn der Krater einen Durchmesser von einigen Kilometern erreicht, nennt man dies Caldera. Bei nicht tätigen Vulkanen füllen sich diese Calderen im Laufe der Zeit mit Schnee und Regenwasser. So entstehen Kraterseen, in denen bei späteren Eruptionen wieder neue Krater entstehen können. Ein Beispiel dafür ist der Crater Lake im Süden des US-Staates Oregon. Vor rund 7000 Jahren hinterließ der gigantische Vulkanausbruch des Mount Mazama einen gewaltigen Krater, nachdem eine riesige Menge Magma aus dem Vulkan geströmt war. Es entstand ein Kratersee von außergewöhnlichem Ausmaß: Crater Lake hat einen Durchmesser von 10 km und ist bis zu 600 m tief.

Kraterseen können auch Katastrophen verursachen. Der Nyos-See in Kamerun ist ein Beispiel dafür. Er entstand im Krater eines erloschenen Vulkans. Am 21. August 1986 stieg nach einem donnernden Geräusch eine Wolke giftigen Gases aus dem Krater. Da dieses Gas schwerer war als die Luft, stieg es nicht in die Höhe, sondern strömte ins Tal. Diese plötzliche Naturkatastrophe kostete etwa 1650 Menschen das Leben.

Schlammströme, sog. Lahars, können viel Schaden anrichten. So entstanden bei der relativ kleinen Eruption des Ruiz in Mexiko im Jahre 1385 Schlammströme, weil auf den Berghängen der Schnee schmolz.

Etwa 25.000 Menschen wurden durch die Wellen aus Schlamm und Steinen weggespült. Beim Ausbruch des Mount Ruapehu (Neuseeland) im Jahr 1995 entstanden ebenfalls große Schnee- und Schlammströme, glücklicherweise war das Gebiet sehr dünn besiedelt.

Der Vulkan Bardarbunga auf Island liegt unter Europas größtem Gletscher, dem Vatnajökull (Wassergletscher). Der Ausbruch des Vulkans an der Nordwestseite des Gletschers Anfang Oktober 1996 hatte am 5. November eine enorme Überschwemmung zur Folge.

Durch die vulkanischen Aktivitäten häuften sich im Grimsvatn, dem unter dem Gletschereis liegenden See, enorme Mengen Schmelzwasser an. Innerhalb weniger Tage war der Wasserspiegel des Sees unter dem Gletscher um zwanzig Meter gestiegen. Nachdem der See voll war, wurde die Eisdecke hochgedrückt, so dass sich 45.000 m³  Wasser pro Sekunde einen Ausweg bahnen mussten. Eine gigantische Flutwelle entstand, der Schaden belief sich auf rund 15 Mio. US-Dollar. Die einzige Straße entlang der Südküste wurde auf einer Länge von 10 km unterspült, Brücken, Elektrizitäts- und Telefonleitungen wurden zerstört.

Bei einem tätigen Vulkan können sich kleinere Eruptionen - mit kurzen Unterbrechungen - wiederholen. Dabei füllt sich der Krater mit rotglühendem, geschmolzenem Gestein. Wenn aus dieser Masse, die eine Temperatur von bis zu 1000° Celsius erreichen kann, Gasblasen aufsteigen, beginnt die Masse zu brodeln.

Sobald die Lava an der Luft abkühlt, entsteht auf einem Teil des Lavasees eine dünne Kruste. Diese erstarrte Kruste ist schwerer als das darunter liegende Material und sinkt nach unten. Die Produkte, die durch das Brodeln aus dem Vulkan geschleudert werden, nennt man Pyroklastica, nach den griechischen Begriffen "Pyros" (= Feuer) und "Klastos" (= Fragment).

Charakteristisch für einen Pyroklast sind die schwarze Farbe und die glasartige Struktur als Folge des schnellen Erkaltens. Je nach Größe der Fragmente spricht man - von groß nach klein - von Bomben, Lapilli und Asche. Obsidian, ein Gestein, aus dem bereits in der Steinzeit Waffen und Werkzeuge hergestellt wurden, ist vulkanisches Glas. Heutzutage wird Obsidian als Zierstein benutzt. Auch Bimsstein, ein Stück Stein, das viel Gas enthält, ist ein Pyroklast. Nachdem das Gas sich verflüchtigt hat, bleiben Löcher zurück, die dem Gestein das Aussehen eines Schwamms geben. Durch die vielen Hohlräume kann der Stein so leicht sein, daß er auf dem Wasser treibt.

Wenn immer wieder neues Magma zuströmt, fließt das heiße Material durch die Risse in der Kraterwand am Abhang des Berges hinunter. Normalerweise sind diese Ströme nur einige Meter breit, bei großen Eruptionen können sie jedoch bis zu zehnmal breiter werden. Von Ausnahmen abgesehen, strömt die Lava jedoch so langsam, dass Menschen und Tiere ihr rechtzeitig ausweichen können. Ein Lavafluss hält sich jedoch nicht an Wegbeschreibungen sondern bahnt sich seinen zerstörerischen Weg über Straßen, Äcker, Häuser und Brücken.

Der Vulkan Kilauea auf Hawaii ist seit einigen Jahrzehnten sehr tätig. Das Magmareservoir liegt einige Kilometer unter dem Krater, aber das Magma strömt durch Risse im Vulkan etwa in der Mitte des Abhangs heraus. Dabei verflüchtigt sich viel von den im Basaltmagma eingeschlossenen Gasen und die Masse ist nur schwach explosiv. Die Lava des Kilauea fließt in kleinen Strömen über ein Gebiet von einigen Kilometern Breite vom Vulkan in den Ozean hinein. Durch Abkühlung bildet sich auf der Lava eine dünne Kruste, so dass kleine Tunnels entstehen, durch die die Lava fließt. Wenn ein solcher Tunnel verstopft ist, kommt das heiße Material an die Oberfläche. Vor allem nach Sonnenuntergang, wenn aus allen Ritzen und Spalten die rote Glut der Lava aufleuchtet, ist der Anblick spektakulär. Kein Wunder, dass diese beeindruckende Landschaft mit tätigem Vulkanismus viele Touristen anzieht.

Es gibt zwei Basaltformen: Taulava und Blocklava. Taulava entsteht, wenn sich auf der heißen Masse eine Kruste bildet, die durch den Druck des Materials im Innern immer wieder aufbricht. Sobald frische Lava ausströmt, wiederholt sich dieser Prozess. So entsteht eine faserige bzw. faltige Oberfläche, die nach dem Erstarren das Aussehen eines Kabels hat.

Wenn jedoch der Lavastrom das erstarrte Material vor sich herschiebt, entstehen unregelmäßige, eckige Brocken mit scharfen Kanten, die sog. Blocklava. Ihre Zusammenstellung ist die gleiche wie die der Taulava, sie sieht jedoch völlig anders aus. Taulava kann sich während des Strömens in Blocklava verwandeln. Die hawaiischen Namen für diese Lava werden international gebraucht: Pahoehoe (ausgesprochen pa-hoy-hoy) für Taulava und Aa (ausgesprochen ah-ah) für Blocklava, eine lautmalerische Beschreibung, entstanden, als ein Hawaiianer über das unangenehm scharfe Gestein lief.

Bricht ein Vulkan im Ozean aus, so entstehen Druckwellen im Wasser, die sich mit Höchstgeschwindigkeit fortsetzen. In seichtem Wasser türmen sich dadurch hohe Flutwellen auf. Wenn eine solche Flutwelle die Küste erreicht, verursacht sie großen Schaden. Da kein Zusammenhang mit Ebbe und Flut besteht, nennt man diese Flutwellen Tsunamis. Sie entwickeln sich oft nach Erdbeben und Vulkanausbrüchen. Die japanische Küste wird oft von Tsunamis heimgesucht, aber auch auf den Philippinen und im indonesischen Archipel verursachen sie große Schäden. Uns allen ist jedoch die verheerende Tsunamikatastrophe vom 26.12.2004 im Gedächtnis, bei der - ausgelöst durch ein Seebeben vor Sumatra - in Westindonesien, Sri Lanka, Indien, Thailand sowie anderen Anrainerstaaten offiziellen Schätzungen zufolge fast 300.000 Menschen ums Leben kamen.

Vulkane und Wissenschaft

Auf der ganzen Welt werden Vulkane genauestens untersucht, nicht nur aus wissenschaftlichem Interesse heraus, sondern auch, um Ausbrüche besser vorhersagen und so den Schaden begrenzen zu können.

Auch Erdbeben fallen unter die Disziplin Vulkanismus. Die Stöße, die durch das nach oben drängende Magma ausgelöst werden, sind ein Hinweis für das, was sich in großer Tiefe abspielt. Die meisten Stöße sind klein und kaum merkbar. Die Seismologie registriert und untersucht unterirdische Beben. Eine Zunahme in Anzahl und Intensität lassen Rückschlüsse zu auf das, was bevorsteht. Auch Änderungen in der chemischen Zusammensetzung vulkanischer Gase sind Indikatoren. Deshalb werden regelmäßig Proben dieser Gase entnommen und untersucht. Außerdem werden die Veränderungen der Abhänge eines Vulkans genauestens betrachtet. Durch Messungen und Analysen erfahren Wissenschaftler stets mehr über das Phänomen Vulkanismus. Die Forschungen sind nie abgeschlossen.

Quelle:
P. J. Meijer, Vulkane und Thermalquellen, Köln 1997. Bildband mit Fotos und weiterführenden Informationen. ISBN 3-88059-884-3