Plattentektonik, Vulkane & Erdbeben — Aufbau, Gefahren und Schutz

Aufbau der Erde und Lithosphärenplatten

Die Materialien, aus denen die Erde besteht, sind in Schichten nach ihrer Dichte angeordnet: Atmosphäre, Hydrosphäre, Kruste, oberer und unterer Erdmantel sowie äußerer und innerer Kern. Eine Platte ist eine starre Struktur (Lithosphäre), die Gesteine des oberen Mantels und die Kruste enthält, sowohl kontinentale als auch ozeanische Kruste. Diese lithosphärischen Platten haben eine Dicke von etwa 100 km und schwimmen auf dem oberen Mantel.

Die kontinuierliche Bewegung der Platten beruht auf Konvektion im Erdmantel. Die Energiequelle für die Konvektionsströme ist die innere Wärme der Erde; diese Wärme treibt die Plattenbewegungen an.

Mittelozeanische Rücken und Subduktionszonen

Mittelozeanische Rücken sind unterseeische Gebirgsketten, die sich entlang der Ozeane erstrecken. In ihrem zentralen Bereich befindet sich häufig ein Grabenbruch, aus dem durch aufsteigende Konvektionsströmungen kontinuierlich Magma ausgetrieben wird.

Subduktionszonen sind Tiefseerinnen in den Ozeanen, in denen ozeanische Lithosphäre kontinuierlich abtaucht und längliche Tiefseegräben bildet. Beim Abtauchen gleitet das Gesteinsmaterial der ozeanischen Lithosphäre entlang einer geneigten Ebene, der sogenannten Benioff-Ebene. Transformstörungen sind Verwerfungen, die in Bereichen mit seitlicher Verschiebung auftreten.

Vulkane, Magma und Eruptionsgefahren

In Subduktionszonen, an mittelozeanischen Rücken und an sogenannten Hot Spots bilden sich Vulkane. Magma tritt durch Risse aus dem Erdmantel an die Oberfläche und bildet vulkanische Berge. Der Druck der Platte zerdrückt Sedimente in Subduktionszonen; diese Sedimente werden gefaltet und gebrochen und können später angehoben werden, sodass große Gebirgsketten entstehen.

Magma ist eine heiße, flüssige Mischung aus geschmolzenem Gestein (vorwiegend Silikaten), die meist auch feste Partikel (Mineral- und Gesteinsfragmente in Suspension) und verschiedene gelöste Gase enthält. Vulkane entstehen, wenn Magma aus dem Erdmantel an die Oberfläche steigt, abkühlt und Gase entweichen. Die festen Produkte heißen pyroklastische Produkte, das geschmolzene Gestein heißt Lava. In Subduktionszonen sind Eruptionen oft explosiv; die Vulkane bauen sich häufig als große Kegel aus losem pyroklastischem Material auf.

Der vulkanische Ausbruch umfasst eine Reihe von Phänomenen, die auftreten können, wenn Magma an die Oberfläche gelangt. Steigt Magma aus dem Mantel nahe an die Oberfläche, kann sich eine Magmakammer bilden. Wenn in der Magma gelöste Gase nicht mehr gelöst bleiben, erhöht sich der Druck in der Kammer und drückt das Magma nach oben. Dieses steigt durch einen oder mehrere Schlotkanäle auf und erreicht schließlich den Krater.

Wichtige Gefahren an Vulkanen:

• Lavaströme
• Pyroklastische Ströme
• Aschenfall und pyroklastischer Regen
• Aschewolken und Brand
• Explosionen
• Lahare (Schlammlawinen)
• Hangrutsche an Vulkanhängen
• Giftige und erstickende Gase
• Erdbeben
• Tsunamis (bei untermeerischen Eruptionen oder Hangrutschungen)

Maßnahmen zur Vorhersage von Vulkanausbrüchen umfassen die Beobachtung von Warnzeichen: verändertes Verhalten von Tieren, Versauerung von Quell- und Seewasser, sowie Messungen mit Instrumenten (z. B. seismische Überwachung, Gasanalysen, Bodendeformation).

Prävention bedeutet primär, nicht in unmittelbarer Nähe aktiver Vulkane zu wohnen. Weitere Maßnahmen sind Evakuierungspläne, erdbebensichere Bauweisen (z. B. geneigte Dächer, robuste Konstruktionen) und Informationskampagnen.

Maßnahmen der Korrektur (beispielsweise in Ausnahmefällen) umfassen Versuche, den Weg eines Lavastroms umzuleiten, etwa durch kontrollierte Sprengungen oder bauliche Barrieren; solche Eingriffe sind jedoch technisch schwierig und riskant.

Erdbeben: Entstehung, Wellen und Messung

Ein Erdbeben ist eine Erderschütterung, verursacht durch das plötzliche Brechen von Gesteinen in der Tiefe. Der Ort im Inneren der Erde, an dem das Erdbeben beginnt, heißt Hypozentrum (Herd). Die Fläche direkt darüber an der Erdoberfläche ist das Epizentrum. Das Zerbrechen der Gesteinsmassen erzeugt Vibrationen, die sich in alle Richtungen in Form seismischer Wellen ausbreiten.

Es gibt drei grundlegende Arten seismischer Wellen:

• P-Wellen (Primärwellen): Kompressionswellen, die als erste an einem Messpunkt eintreffen; sie sind die schnellsten und verursachen meist keine außergewöhnlich schweren Schäden.
• S-Wellen (Sekundärwellen): Scher- bzw. Transversalwellen, die langsamer sind als P‑Wellen und stärkere vertikale bzw. horizontale Bewegungen hervorrufen, weshalb sie zu größeren Schäden beitragen können.
• Oberflächenwellen (L-Wellen): Sie treffen zuletzt ein und breiten sich entlang der Erdoberfläche aus; sie erzeugen sowohl horizontale als auch vertikale Bewegungen und sind oft die zerstörerischsten Wellenarten.

Erdbeben werden mit Seismographen registriert; die aufgezeichnete Kurve heißt Seismogramm. Die Richterskala misst die Magnitude eines Erdbebens, also ein Maß für die freigesetzte Energie; theoretisch kennt diese Skala keine obere Grenze. Die MSK-Skala (Medvedev–Sponheuer–Karnik) misst die Intensität eines Erdbebens, also die Auswirkungen auf Menschen, Gebäude und die Umwelt.

Das Risiko in einem Gebiet ergibt sich aus der Wahrscheinlichkeit, dass sich dort Erdbeben einer bestimmten Stärke ereignen.

Maßnahmen zur Vorhersage: Es ist derzeit nicht möglich, Ort, Zeit und Stärke eines Erdbebens mit zuverlässiger Genauigkeit vorherzusagen. Man kann nur Gefährdungsgebiete identifizieren und Wahrscheinlichkeiten abschätzen.

Prophylaxe: Dazu gehören die Erstellung seismischer Gefahrenkarten, Evakuierungspläne und Katastrophenschutzmaßnahmen. Bauvorschriften und erdbebensichere Konstruktionen reduzieren Schäden.

Maßnahmen der Korrektur: Es gibt keine Maßnahmen, um ein Erdbeben selbst zu verhindern; Korrekturmaßnahmen beziehen sich auf Risikominderung, Wiederaufbau und Infrastrukturverstärkung.

Gebirgsbildung, Schichtaufbau und regionale Beispiele

Berge entstehen häufig in Subduktionszonen durch die Faltung großer Sedimentansammlungen. In Subduktionszonen sinkt die ozeanische Lithosphäre ab und bildet starke Gräben. Sedimente, die vom Kontinent erodiert werden, sammeln sich in diesen Gräben und lagern sich in horizontalen Schichten ab.

Durch Druck und seitliche Kompression können diese Schichten gefaltet werden; die entstehenden Aufwölbungen heißen Sättel (Antiklinalen), die Senkungen Mulden (Synklinalen). An der Bruchzone entstehen Verwerfungen (Frakturen). Nach Millionen von Jahren führen Faltung und Bruch zur Ausbildung von Gebirgsstöcken und Reliefs.

Hesperisches Massiv: Sind die erodierten Überreste einer frühen variszischen Kordillere. Periphere Kordilleren: Jüngere Gebirge, die in der Peripherie des hesperischen Massivs angeordnet sind. Depressionen oder Gruben: Absenkungen der Kruste, die mit Sedimenten gefüllt sind, z. B. die Becken der Flüsse Douro, Tejo, Ebro und Guadalquivir.