Vulkane, Erdbeben & Gesteine: Ursachen, Gefahren und Schutz

Vulkane: Aufbau und Grundbegriffe

Vulkane sind Risse bzw. Brüche in der Erdkruste, durch die geschmolzenes Material an die Oberfläche gelangen kann. Nachfolgend sind die wichtigsten Teile eines Vulkans beschrieben:

Teile eines Vulkans

• Magmakammer: Der innere Bereich, in dem Magma gesammelt wird; sie befindet sich meist tief unter der Erde.
• Kamin: Der Fördergang, durch den das Material nach außen gelangt.
• Krater: Die kreisförmige Öffnung an der Oberfläche, aus der das Material austritt, wenn der Vulkan aktiv ist.
• Vulkankegel: Die Fläche bzw. der Aufbau, wo Material angesammelt und verfestigt wird; die Größe und Form des Kegels hängen von der Art der Eruptionen und dem Material ab.

Vulkanausbruch: Ursachen und Ablauf

Magma ist sehr heiß und steht unter Druck. Wenn Druck und Temperatur so zunehmen, dass das Magma Risse erreicht und an die Oberfläche wandert, treten Eruptionen auf. Beim Aufstieg des Magmas dehnen sich enthaltene Gase bei abnehmendem Druck aus, blasen sich auf und treiben die explosive oder effusive Förderung an. Die Eruption wird auch dadurch gesteuert, wie viel Gas im Magma enthalten ist und wie zähflüssig die Schmelze ist.

Materialien bei Eruptionen

• Gase: Das Gasgemisch, das bei Vulkanen ausgestoßen wird, ist reich an Stoffen wie Kohlendioxid, Wasserdampf und Schwefelwasserstoff.
• Flüssigkeiten: Lava ist das bei Eruptionen an die Oberfläche geförderte geschmolzene Gestein. Je nach Viskosität der Lava ändert sich das Verhalten der Eruption.
• Asche: Fein zerkleinertes vulkanisches Material, das atmosphärisch weit transportiert werden kann.
• Lapilli: Kleine pyroklastische Partikel, größer als Asche, aber kleiner als Bomben.
• Bomben: Große pyroklastische Brocken mit einem Durchmesser von mehr als 1 Meter; sie fallen meist in der Nähe des Kraters bei sehr heftigen Eruptionen.

Arten von Eruptionen (nach Viskosität und Gasgehalt)

• Hawaiianisch: Sehr flüssige Lava, die weite Strecken zurücklegt; Eruptionen sind meist ruhig und effusiv.
• Strombolianisch: Explosivere Eruptionen, bei denen zähflüssigere Lava in Verbindung mit wiederholter Gasfreisetzung pyroklastisches Material emittiert.
• Peleanisch: Sehr heftige Eruptionen; viel Gas kann den Schlot verstopfen, was zu gewaltigen Explosionen und zahlreichen Pyroklasten führt.

Erdbeben: Entstehung und Messung

Erdbeben sind plötzliche Erschütterungen der Erdkruste, verursacht durch Verschiebung oder Bruch von Gesteinsmassen im Inneren der Erde. Der Ort der Entstehung im Inneren wird Hypozentrum genannt; der oberflächennahe Punkt darüber heißt Epizentrum. Von der Bruchstelle gehen seismische Wellen aus, die Energie zur Oberfläche übertragen und dort zu spürbaren Erschütterungen führen.

Messung und Aufzeichnung von Erdbeben

Seismographen zeichnen die Bodenbewegungen auf und erzeugen Seismogramme, die dann analysiert werden, um Intensität und Energie eines Bebens zu bestimmen.

Skalen zur Bewertung

• Richter-Skala (Magnitude): Objektive und quantitative Bestimmung der freigesetzten Energie anhand eines Seismogramms; jeder ganzer Wert entspricht etwa dem 30-fachen Energieanstieg gegenüber dem vorherigen Grad.
• Mercalli-Skala (Intensität): Beschreibt die beobachteten Zerstörungen und subjektiven Wirkungen des Bebens. Werte 1–2 sind sehr schwach wahrnehmbar, ab Stufe 5 treten spürbare Schäden auf, die zerstörerischen Kategorien beginnen bei höheren Stufen (z. B. 8–9 und darüber) mit schweren Schäden.

Vulkanische Gefahren und Vorhersage

Die Gefahr, die von einem Vulkanausbruch ausgeht, hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Zusammensetzung der Lava, der Gasgehalt und zusätzliche Phänomene:

• Schlamm- und Schuttströme (Lahare): Bei Vulkanen mit Schneebedeckung kann Schmelzwasser mit Asche zu gefährlichen Schlammströmen werden.
• Pyroklastische Ströme: Heiße, schnell fließende Wolken aus Gasen und tephra sind sehr gefährlich.
• Giftige Gasemissionen: Unsichtbare, aber hochgefährliche Gase können in die Atmosphäre gelangen.
• Explosionen, Bodenbewegungen und Tsunamis: Insbesondere bei Submarinen Eruptionen oder wenn ein großer Massenrutsch ins Meer erfolgt.

Vorhersage und Prävention

Exakte Vorhersagen von Eruptionen sind derzeit nicht vollständig möglich, aber präventive Maßnahmen können Schäden deutlich verringern: Evakuierungspläne, Frühwarnsysteme, Risiko- und Gefahrenkarten sowie Notfallprotokolle. Prognosen helfen, Phänomene möglichst genau zu erkennen und angemessen zu reagieren.

Gedämpfter Vulkanismus und seine Erscheinungen

Wenn ein Vulkan nicht mehr aktiv ist oder zwischen längeren Ruhephasen liegt, spricht man von gedämpftem (ruhendem) Vulkanismus. In der Nähe solcher Vulkane treten oft sekundäre Erscheinungen auf:

• Geysire: Intermittierende Ausbrüche von heißem Wasser.
• Fumarolen: Heiße Gasemissionen; manche können giftig sein.
• Thermalquellen: Mineralhaltiges Wasser, das als Heilquelle genutzt werden kann.

Risikoanalyse: Erdbeben und Vulkanismus

Bei der Bewertung des Risikos von Naturkatastrophen spielen mehrere Faktoren eine Rolle:

• Expositionsfaktor: Anzahl der Menschen, die in seismischen oder vulkanischen Zonen leben; viele Städte und Millionen von Menschen konzentrieren sich in solchen Gebieten.
• Vulnerabilitätsfaktor: Die Fähigkeit von Gebäuden und Infrastruktur, einem Erdbeben standzuhalten; abhängig vom Entwicklungsstand und den Bauvorschriften eines Landes.
• Zusätzliche Gefahren: Tsunamis, die durch untermeerische Erdbeben oder große Hangrutschungen ausgelöst werden, erhöhen oft erheblich die Schäden.

Prävention und Vorbereitung

Ein Erdbeben kann nicht verhindert werden, aber seine Auswirkungen lassen sich mindern durch Maßnahmen wie Erstellung von Gefahrenkarten, Entwicklung und Durchsetzung antiseismischer Bauvorschriften, Evakuierungspläne und regelmäßige Übungen.

Gesteinskunde: Entstehung endogener Gesteine

Die gleichen Kräfte, die Plattenbewegungen verursachen, sind auch für die Bildung von Gesteinen verantwortlich. Je nach Entstehungsort und Bedingungen unterscheidet man magmatische, metamorphe und sedimentäre Prozesse. Nachfolgend werden die endogenen Entstehungsweisen beschrieben.

Ursprung magmatischer Gesteine

Druck und Temperatur sowie die chemische Zusammensetzung bestimmen die Textur und Mineralogie magmatischer Gesteine. Geschmolzenes Material kann in drei Hauptformen differenziert werden:

• Plutonite (z. B. Plutone): Magma, das in tiefen Bereichen der Erdkruste langsam abkühlt und große, grobkörnige Kristalle bildet. Plutone können durch Erosion und tektonische Hebung an die Oberfläche gelangen und große Massivkörper bilden.
• Ganggesteine (Stockwerke/Filone): Magma floss in Spalten und erstarrte dort schneller; dies führt zu feinkörnigeren oder porphyrischen Texturen. Solche Ganggesteine werden oft als Filone bezeichnet.
• Vulkanite (Lava): An der Oberfläche erstarrte Schmelze bildet vulkanische Gesteine, die meist feinkörnig oder glasig sind.

Ursprung metamorpher Gesteine

Die wichtigsten Faktoren bei der Metamorphose sind Druck und Temperatur. Bei Kontaktmetamorphose (lokal) werden Gesteine in der Nähe von Intrusionen durch die Hitze des Magmas umgewandelt. Bei regionaler Metamorphose wirken Druck und Temperatur über lange Zeiträume auf große Gesteinsmassen, z. B. während Gebirgsbildungen.

Texturen endogener Gesteine

• Plutonische Textur (holokristallin): Körnige Struktur, in der die Kristalle etwa die gleiche Größe haben; typisch für langsam abgekühlte Tiefengesteine.
• Porphyrische Textur (filonisch): Größere Kristalle (Phänokristalle) in einer feinkörnigen oder glasigen Matrix; entsteht, wenn ein Teil des Magmas langsam kristallisiert und der Rest schnell abkühlt.
• Aplitische Textur: Sehr feinkörnige, fast mikroskopische Kristalle durch sehr schnelles Abkühlen.
• Vulkanische/glassige Textur: Rasches Abkühlen der Lava verhindert oft Kristallbildung; Gase können Blasen bilden, sodass das Gestein schwammig erscheinen kann (z. B. Basalt mit vesikulärer Struktur).

Metamorphe Texturen

• Foliation (schiefrige Textur): Unter Druck richten sich plattige Minerale aus, sodass Ebenen oder Schieferungsflächen entstehen (z. B. Phyllit).
• Ungeschieferte (massive) Metamorphite: Homogene Struktur ohne deutlich ausgeprägte Schieferung.

Grade der Metamorphose

• Niedriger Grad: Sehr kleine Kristalle, oft nicht mit bloßem Auge sichtbar; die Schieferung kann nur schwach ausgeprägt sein.
• Mittlerer Grad: Minerale sind mit bloßem Auge sichtbar; Schieferungsflächen und Glimmerblätter können schuppige Oberflächen erzeugen.
• Hoher Grad: Starke Schichtung und Bänderung (z. B. Gneis), mit abwechselnden hellen und dunklen Mineralbändern.

Relief der Erde und Ozeane

Die Erdoberfläche ist das Ergebnis vieler miteinander wirkender Kräfte. Tektonische Bewegungen führen zur Bildung von Gebirgen (Orogenesen) durch Faltung und Hebung. Erosion durch Wasser, Wind und Eis transportiert Material in Sedimentbecken, wo Ablagerungen akkumulieren.

Relief des Ozeanbodens

Vom Schelfrand (Festlandsockel) fällt der Meeresboden am Kontinentalhang steil ab und geht in die abyssalen Ebenen über, die im Mittel etwa 4000 m tief liegen. Meeresrücken, Tiefseegräben und andere lithologische Strukturen entstehen durch Plattentektonik; an Subduktionszonen bilden sich oft tiefe Gräben.

Gesteinskreislauf (Rock Cycle)

Der Gesteinskreislauf fasst die Prozesse zusammen, durch die Materialien in unterschiedliche Gesteinsarten überführt werden:

1. Verwitterung und Erosion zerlegen Gesteine und transportieren Sedimente.
2. Die Sedimente werden abgelagert und verfestigt (Diagenese) zu Sedimentgesteinen.
3. Unter zunehmendem Druck und Temperatur (ohne vollständiges Aufschmelzen) verwandeln sich Sedimentgesteine in metamorphe Gesteine.
4. Bei vollständigem Aufschmelzen entstehen Magmen, die bei Abkühlung verschiedene magmatische Gesteine bilden.
5. Durch Erosion greifen die Prozesse erneut und der Kreislauf beginnt von vorn.

Dieser dynamische Zyklus verbindet alle geologischen Prozesse und erklärt die ständige Veränderung der Erdoberfläche über geologische Zeiträume.