Vulkane: Eruptionstypen

Vulkane zeigen unterschiedliche Arten von Aktivität: Ruhig fließende Lava, Feuerfontainen oder gewaltige Explosionen.

Hawaiianisch

Hawaiianische Eruptionen sind die schwächste Form von Vulkanausbrüchen. Das Magma ist niedrig viskos und silikatarm.

Meist fließt es langsam als Lava aus. 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 Lava Seen und Lava Strömen bilden. Auch aus 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 Reunion. 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 Plumes bilden. Solche Spalten können einige Kilometer lang sein.

Strombolianisch

Bei den Strombolianische Eruptionen führen mehr Volatile im Magma zu heftigeren Eruptionen als bei den Hawaiianischen. In einer rhythmischen Abfolge von Ausbrüchen wird Gas freigesetzt und Schlacke und Tephra aus dem Schlot ausgeworfen, die sich in unmittelbarer Nähe zu einem Kegel anhäufen. Meist handelt es sich um eine Serie von einzelnen Explosionen. Die Eruptionssäule pulsiert typischerweise in Zeitintervallen von Sekunden bis Minuten, bis hin zu Tagen. 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, Stromboli in Italien oder Yasur auf Vanuatu.

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 bis dazitischer Zusammensetzung mittlerer Gasgehalte mit Geschwindigkeiten von bis zu 1500 km/h bis in eine Höhe von 20 km aus dem Vulkanschlot herausgeschleudert und es kommt zur Bildung einer Blumenkohlartigen Eruptionswolke. Blöcke und Bomben fliegen bis zu 5 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 den Eruptionen kommt es auch zu Surges. 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 Bomben und Ascheregen gefährdet. Beispiele für Vulkane bei denen typischerweise vulkanianische Eruptionen vorkommen sind der Ngauruhoe in Neuseeland, Irazu in Costa Rica und 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.

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 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 unter dem Isländischen Gletscher Vatnajökull liegt, der Fall. Hierbei werden große Mengen an Wasser produziert, die durch das Abschmelzen des Eises während der Eruption entstehen. Sie können Überflutungen auslösen.

Eine spezielle Form einer phreatomagmatischen Eruption war zum Beispiel bei der Entstehung der Isländischen Vulkaninsel Surtsey, die in den 1960er Jahren aus dem Meer südlich von Island geboren wurde, und wird seither surtseyanische Eruption genannt.

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 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. 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 Tephrafall.  Wenn die Eruptionswolke kollabiert entstehen 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 Taupo, El Chichón oder Pinatubo.

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

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