Wie funktionierten Vulkane? Welche unterschiedlichen Arten von Vulkanausbrüchen gibt es eigentlich? Im Folgenden wollen wir Ihnen wichtige Eruptionsarten vorstellen. Der Überblick zeigt, dass Vulkanausbrüche völlig unterschiedliche Ursachen haben und Verlaufsformen annehmen können. Auch die Folgen von Vulkanausbrüchen können sich sehr voneinander unterscheiden. In der Summe zeigt sich, dass es den einen Vulkan oder Vulkanausbruch nicht gibt. Die Forschung leistet einen wertvollen Beitrag, um das Wissen über die unterschiedlichen Entstehungs- und Erscheinungsformen zu erhöhen und die Beobachtung aktiver Vullkane zu verbessern. Dies hilft auch, in Gefahrensituation sicherere Entscheidungen zu treffen zum Beispiel für Evakuierungen oder die Veränderung von Flugrouten.  

Hawaiianische Eruptionen

Hawaiianische Eruptionen sind die schwächste Form von Vulkanausbrüchen. Das Magma ist niedrig viskos und silikatarm. Dies hat zur Folge, dass die Lava meist langsam ausfließt. Wenn sich entlang von Spalten explosionsartig ausdehnende Gasblasen bilden, steigen sie rasant auf und reißen Magmafetzen mit sich. Dies resultiert in oft pulsierenden Ausbrüchen. Die dabei entstehenden, lang anhaltenden Lavafontänen sind ein aufsteigender Strom aus Gasen und glühenden Pyroklastika, die in unmittelbarer Nähe des Vulkanschlots zu Boden gehen und dabei langsam abkühlen. Die Höhe von Lavafontänen wird hauptsächlich durch die Menge an explosiven Gasen im Magma gesteuert. Sie können einige zehner und bis zu 800 m Höhe erreichen. Wenn das Magma wenig Gas enthält, dann können sich ausgedehnte Lavafelder mit Lavaseen und Lavaströmen bilden. Auch aus den noch heißen, wieder herunterfallenden Fragmenten von Lavafontänen können sich Lavaströme bilden.

Hawaiianische Eruptionen können über Jahre hinweg andauern. Sie treten oft bei Vulkanen auf, die in Zusammenhang mit Heißen Flecken stehen wie zum Beispiel auf Hawaii, Island oder der Insel Réunion. Durch das schnelle und weite Ausfließen großer Mengen an Lava bilden sich Schildvulkane. Oder es können sich aus größeren, verschweißten Lavafetzen auch Schlackekegel aufbauen. Aus Hawaiianischen Spalteneruptionen können sich oft auch Strombolianische Explosionen entwickeln.

Spalteneruptionen

Da Magma auf seinem Weg nach oben immer den einfachsten Weg sucht, nutzt es lokal bereits bestehende Schwächezonen in der Erdkruste wie Spalten und Risse aus. Die Folge sind Spalteneruptionen. Diese sind durch ein langsames Ausfließen von Lava und Lavafontänen gekennzeichnet. Wenn durch Fragmentation ausreichend kleine Partikel und Gase gebildet werden, können sich über den Spalten durch heiße Gase oder Wasser auch sogenannte Plumes bilden. Solche Spalten können einige Kilometer lang sein. Plumes zeichnen sich in der in der Tiefe durch eine eine schlanke und schlauchartige Form auf. Wenn sie die Lithosphäre erreichen, nehmen Sie die Form eines Pilzes an.

Strombolianische Eruptionen

Bei den Strombolianische Eruptionen führen mehr Volatile im Magma zu heftigeren Eruptionen als bei den Hawaiianischen Eruptionen. Bei Volatilen handelt es um ein Stoffgemisch, das aus gelösten und flüchtigen Bestandteilen wie Sauerstoff (H2O), Kohlendioxid oder Fluor (F) bestehen, die als Gas aufsteigen. In einer rhythmischen Abfolge von Ausbrüchen wird dieses Gas freigesetzt und Schlacke und Tephra aus dem Schlot ausgeworfen. Dieses häuft sich dann in unmittelbarer Nähe zu einem Kegel an. Meist handelt es bei Strombolianischen Eruptionen um eine Serie von einzelnen Explosionen. Die Eruptionssäule pulsiert typischerweise in Zeitintervallen von Sekunden bis Minuten. Es kann aber auch bis hin zu Tagen gehen. Die eruptierte Lava ist meist gering viskos und hat eine basaltische Zusammensetzung. Bei ihrem Austritt ist sie im Schnitt 1080°C heiß. Durch Serien wiederkehrender strombolianischer Aktivität wächst ein Vulkankegel heran. Solche Eruptionen sind typisch für die Vulkane Sakurajima in Japan, den Vulkan Stromboli in Italien oder dem Yasur auf Vanuatu im Pazifik.

Vulkanianische Eruptionen

Vulkanianische Eruptionen sind heftig, jedoch meist von kurzer Dauer, und sie werfen nur wenig Material aus. Sie können als Vorboten von subplinianischen und plinianischen Eruptionen während nachlassender Tätigkeiten solcher Eruptionen stattfinden, oder auch alleinig. Hierbei wird hochviskoses Magma andesitisch-basaltischer Zusammensetzung (graues bis schwarzes Vulkangestein mit einem hohen Siliziumanteil) bis hin zu dazitischer Zusammensetzung (blassgraues bis rötliches Gestein mit einmem Quarzanteil) mittlerer Gasgehalte herausgeschleudert. Die Geschwindigkeit beträgt dabei bis zu 1500 km/h und die Auswürfe können bis in einer Höhe von 20 km aus dem Vulkanschlot herausgeschleudert werden. Es kommt dann zur Bildung einer blumenkohlartigen Eruptionswolke. Die herausgeschleuderten Gesteinsfragmente, sogenannte vulkanische Blöcke und Bomben, fliegen bis zu fünf km weit. Dies ist mehr als bei Hawaiianischen oder Strombolianischen Eruptionstypen. Die einzelnen kanonenschussartigen Eruptionen dauern nur einige Sekunden bis Minuten. Sie wiederholen sich in einer Serie von Ereignissen, die bis zu einigen Stunden andauern können.

Bei Vulkianischen Eruptionen kommt es auch sogenannten Surges. Dabei handelt es sich um vermehrt aus Gasen bestehende pyroklastische Dichteströme, die sich sehr schnell bewegen. Diese können am Vulkan Hang ganze Wälder einebnen und noch in kilometerweiter Entfernung Fensterscheiben zerbrechen. Menschen, die sich bei einem vulkanianischen Ausbruch in der Nähe des Vulkans aufhalten, sind zudem durch herabfallende vulkanische Bomben und Ascheregen gefährdet. Beispiele für Vulkane bei denen typischerweise vulkanianische Eruptionen vorkommen sind der Ngauruhoe in Neuseeland, der Irazu in Costa Rica und der Vulkan Sakurajima in Japan. Vulkanianische Eruptionen kommen meist in den Gipfelkratern von Stratovulkanen, oder auch in Kraterseen oder Lavadomen vor. Dabei können sich auch Lahare formen. Siehe dazu auch den ESKP-Grundlagenartikel "Vulkane: Eruptionsprodukte". Dieser erklärt wichtige Fachbegriffe wie pyroklastische Ströme, Surges oder Lahare.

Phreatomagmatische und Surtseyanische Eruptionen

Kommt aufsteigendes Magma in Kontakt mit externem Wasser, wie Regen-, Grund-, See oder Meerwasser, dann dehnt sich das Wasser sehr schnell aus. Dies führt zu besonders heftigen und explosiven phreatomagmatischen Eruptionen. Durch die plötzliche, starke Ausdehnung des Wassers kommt es zu  einer Dampfexplosion. Bei solch starken Explosionen werden viele Fragmente von der Schlotwand mitgerissen, die dann einen großen Teil des ausgeworfenen Materials ausmachen können. Die Eruptionswolken bestehen aus Wasserdampf und wasserreicher Tephra. Bei phreatomagmatischen Eruptionen sind die Partikel stärker fragmentiert als bei „trockenen“ Vulkanausbrüchen. Solche Eruptionen sind zum Beispiel bei dem Neuseeländischen Vulkan Ruapehu häufig, auf dessen Westgipfel sich ein Kratersee befindet.

Sehr heftige Vulkanausbrüche würden auch bei einer Eruption unter dem Taupo See in Neuseeland entstehen. Bei den starken Explosionen entstehen meist noch größere Krater oder Maare.  Auch Ringe oder Kegel aus pyroklastischen Fall- oder Surgeablagerungen können bei solchen Vulkanausbrüchen entstehen. Solche sind zum Beispiel auf der Kanarischen Insel Teneriffa zu sehen. Auch die Eruption, die zur Bildung des Santorin Caldera führte, fand unter phreatomagmatischen Bedingungen statt.  

Auch subglaziale (unter dem Eis stattfindende) Eruptionen sind eine Form von phreatomagmatischen Eruptionen. Sie kommen vor, wenn sich ein Vulkanschlot unterhalb einer Eisdecke wie einem Gletscher befindet. Dies ist zum Beispiel beim Vulkan Grimsvötn der Fall, der unter dem Isländischen Gletscher Vatnajökull liegt. Hierbei werden große Mengen an Wasser produziert, die durch das Abschmelzen des Eises während der Eruption entstehen. Als Folge können dies Eruptionen auch Überflutungen auslösen.

Eine spezielle Form einer phreatomagmatischen Eruption gab es bei der Entstehung der Isländischen Vulkaninsel Surtsey. Sie wurdein den 1960er Jahren aus dem Meer südlich von Island geboren, und wird seither surtseyanische Eruption genannt. Dabei handelt es ich um einen Vulkaneruption, die unter der Wasseroberfläche stattfindet. Phreatomagmatische Eruptionen können Teil von Vulkanianischen Eruptionen sein oder auch Phreatoplinianische Eruptionen.

Hydrothermale Explosionen

Auch ohne Magma kann es zu Dampfexplosionen kommen. Sie entstehen durch überheiztes Wasser, das einen Überdruck im oberflächennahen Gestein hervorruft. Solche hydrothermalen Explosionen können Krater von Durchmessern bis zu 100 m entstehen lassen.

Plinianische Eruptionen

Plinianische Eruptionen sind große, hochexplosive Eruptionen. Das Magma für solche Eruptionen ist hochviskos und reich and Volatilen. Die Magmen sind andesitisch (siehe oben) bis rhyolitisch und trachytisch bis phonolitisch. Durch die in der Schmelze enthaltenen Volatile werden die Eruptionen stark angetrieben. Wenn Magma aufsteigt, nimmt sein Umgebungsdruck ab und die darin enthaltenen Gase geraten an ihre Sättigungsgrenze. Dadurch lösen sie sich aus der Schmelze. Sie gehen vom chemisch gebundenen Zustand in eine frei Gasphase über und formen Blasen. Damit einher geht eine Volumenänderung: Die Blasen dehnen sich aus. Das macht die Schmelze leicht und sie strebt zunehmend nach oben. Im aufsteigenden Magma nimmt die Zahl und Größe der Blasen stetig zu. Wenn dabei eine gewisse Schwelle überschritten wird, brechen die Wände zwischen den Blasen. Nun ist es die Gasphase, die die Schmelze transportiert. Diesen Übergang ist sehr energetisch, man bezeichnet ihn als Fragmentierung. Es entsteht ein etwa 800° C heißes Gemisch aus Gasen, Magmafetzen, Kristallen und Fremdgesteinspartikeln, die beim Aufstieg mitgerissen wurden. Dieses Gemenge bewegt sich, angetrieben von den sich weiterhin ausdehnenden Gasen schnell nach oben und wird explosionsartig mit Geschwindigkeiten von 400 bis über 1000 km/h in einer Eruptionssäule aus dem Vulkanschlot herausgeschleudert. Hierbei steigen innerhalb weniger Minuten bis hin zu Stunden etliche Kubikkilometer an vulkanischem Material hoch in die Atmosphäre auf. Dort wird es durch den Wind in große Gebiete verbreitet.

Besonders heftig werden solche Eruptionen, wenn ein Lavadom von einer früheren Eruption den Schlot verstopft hatte. Unter diesem staut sich das hochexplosive Magma. Ähnlich wie bei einer Sektflasche wird der Pfropfen dann herausgestoßen, und durch den angestauten Überdruck formt sich eine kraftvolle Eruptionssäule.

Je nach Magnitude, also Volumen des herausgeschleuderten pyroklastischen Materials, werden solche Eruptionen dann als Subplinianische oder Plinianische oder Ultraplinianische Eruptionen klassifiziert. Sie können mehrere Tage bis hin zu Wochen andauern und die Eruptionssäule kann bis zu 40 km hoch werden. Aus den Eruptionssäulen bilden sich dann pilzförmige Eruptionswolken, die sich je nach Höhe, Windgeschwindigkeiten und Partikelgröße hunderte Kilometer weit ausbreiten können. Wenn sie in tropischen Breiten bis in die Stratosphäre gelangen, können sie sogar um den gesamten Erdball ziehen.

Werden die pyroklastischen Partikel nicht mehr in der Eruptionswolke gehalten, kommt es zu einem sogeannten Tephrafall. Das heißt die ausgeworfenen pyroklistischen Partikel, Körner und Gesteinsfetzen und Gesteinsbrocken regnen nieder. Wenn die Eruptionswolke kollabiert entstehen sogenannte Pyroklastische Ströme. Wenn solch eine heiße Mischung aus Gas, Asche und Fremdgestein am Schlot mit Wasser in Kontakt kommt, kann es zu phreatomagmatischen Eruptionen kommen. Im Zuge einer starken Explosion formen sich dabei Surges, pyroklastische Dichteströme. Explosive Vulkane, bei denen es zu großen plinianischen Eruptionen kommt sind zum Beispiel der Taupo, die Vulkane El Chichón oder Pinatubo.

Submarine Eruption

Die meisten Vulkane auf der Erde befinden sich unterhalb der der Meeresoberfläche. Ihre Ausbrüche können nur selten in Echtzeit beobachtet und bildlich festgehalten werden. Sie befinden sich häufig an den mittelozeanischen Rücken. Befinden sich nicht weit von der Meeresoberfläche entfernt, können sie durchaus auch bewohnte Gebiete gefährden, die in der Nähe liegen.

Text: Christina Bonanati, GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

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