Vulkane sind Kanäle, die geschmolzenes Gestein von der Erdkruste an die Oberfläche befördern. Hier ist der Grund, warum Eruptionen auftreten.
Der Piton de la Fournaise oder „Peak of the Furnace“ auf der Insel La Réunion ist einer der aktivsten Vulkane der Welt und brach im August 2015 aus. Bildnachweis: AAP / NewZulu / Vincent Dunogué
Von Mirzam Abdurrachman, Bandung Institute of Technology
Einige Leute glauben, dass Vulkanausbrüche durch das Schicksal verursacht werden. Andere glauben, ein Vulkanausbruch sei ein Zeichen dafür, dass ein Berg verärgert ist, weil Anwohner in der Nähe gesündigt haben.
Aber die Wissenschaft hat eine andere Erklärung.
Vulkane sind Kanäle, die unterirdisches geschmolzenes Gestein namens Magma von der Erdkruste auf die Erdoberfläche befördern. Diese Kanäle haben Formen wie Zapfen, Schilde oder Calderas. Unter einem Vulkan liegt eine Magmakammer, ein Reservoir eines einzigen großen Körpers geschmolzenen Gesteins.
Es ist eine erhöhte Magmabewegung innerhalb eines Vulkans, die einen Ausbruch verursacht. Diese Bewegungen werden durch verschiedene Prozesse ausgelöst, die unterhalb, innerhalb und oberhalb der Magmakammer ablaufen.
Unterhalb der Magmakammer
Vulkane, die sich in Subduktionszonen befinden - wo die sich bewegenden Platten der Erde kollidieren und eine Platte unter die andere sinkt - erhalten eine gleichmäßige Injektion von neuem geschmolzenem Gestein in die Magmakammer.
Unter der Magmakammer schmilzt die Hitze des Erdkerns vorhandene Gesteine teilweise zu neuem Magma. Dieser frische geschmolzene Stein wird schließlich in die Magmakammer gelangen. Wenn die bereits mit einem bestimmten Volumen gefüllte Kammer kein neues Magma enthalten kann, wird der Überschuss durch Ausbrüche ausgestoßen.
Dieser Vorgang erfolgt normalerweise zyklisch, sodass Ausbrüche vorhergesagt werden können. Der Mount Papandayan in West-Java, der auf dem Treffen der eurasischen und der indo-australischen Platte liegt, hat einen 20-jährigen Zyklus und könnte 2022 ausbrechen. Er brach zuletzt 2002 aus.
Die Zeitspanne zwischen den Eruptionen hängt davon ab, wie schnell das Gestein schmilzt, was durch die Geschwindigkeit der sinkenden Platte beeinflusst wird. Die Erde hat mehrere Subduktionszonen und die Subduktionsplatten bewegen sich im Allgemeinen mit einer konstanten Geschwindigkeit von bis zu 10 Zentimetern pro Jahr. Für Papandayan liegt die Geschwindigkeit der indo-australischen Platte, die unter der eurasischen Platte subtrahiert, bei etwa 7 cm pro Jahr.
In der Magmakammer
Aktivitäten in der Magmakammer können auch Ausbrüche verursachen. In der Kammer kristallisiert Magma aufgrund abnehmender Temperatur. Das kristallisierte Magma, das schwerer als die halbflüssigen geschmolzenen Steine ist, steigt zum Kammerboden hinab. Dies drückt den Rest des Magmas nach oben und erhöht den Druck auf den Kammerdeckel. Ein Ausbruch tritt auf, wenn der Deckel den Druck nicht mehr halten kann. Dies geschieht auch zyklisch und ist vorhersehbar.
Ein weiterer wichtiger Prozess in der Magmakammer ist die Vermischung der Magmamischung mit den umgebenden Gesteinen. Diesen Vorgang nennt man Assimilation. Wenn sich Magma bewegt, interagiert es mit Steinen auf der Auskleidung der Kammer.
Manchmal haben Vulkane Wege, über die das Magma an die Oberfläche fließen kann. Wenn der Pfad jedoch nicht existiert, zwingt sich Magma in einen Bereich, in dem weniger Druck herrscht. Dies kann dazu führen, dass die die Kammer umgebenden Wände zusammenbrechen.
Stellen Sie sich vor, Sie lassen einen Ziegelstein in einen Eimer voller Wasser fallen. Das erste, was passieren würde, ist das Herausspritzen von Wasser aus dem Eimer.
Das Verspritzen von Magma, das durch die einstürzende Kammerwand verursacht wird, führt zu einem Ausbruch. Ausbrüche aus diesem Prozess sind schwer vorherzusagen.
Über der Magmakammer
Eruptionen können auch durch Druckverlust über der Magmakammer auftreten. Dies kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden, z. B. durch eine Verringerung der Felsendichte über der Kammer oder durch das Schmelzen des Eises auf einem Vulkan. Ein Taifun, der in kritischem Zustand einen Vulkan passiert, kann die Stärke eines Ausbruchs ebenfalls verstärken.
Steine, die die Magmakammer bedecken, können aufgrund von Änderungen der Mineralzusammensetzung allmählich weicher werden. Eine Verringerung der Dichte der Deckgesteine führt dazu, dass sie den Druck des Magmas nicht mehr aushalten können.
Was verursacht diese mineralogische Veränderung? Manchmal weisen Vulkane Risse auf der Oberfläche auf, durch die Wasser eindringen und mit Magma interagieren kann. In diesem Fall kommt es zu hydrothermalen Gesteinsveränderungen, die zu Eruptionen führen.
Wichtig ist auch, wo das Magma den Vulkan verlässt. Wenn Lava oder pyroklastisches Gestein durch die Seite eines Vulkans austritt, kann die Schwerkraft dazu führen, dass dieser Teil des Vulkans zusammenbricht und der Überdeckungsdruck plötzlich abnimmt. Große Eruptionen ereignen sich normalerweise Momente nach einem Zusammenbruch eines Sektors.
Gletscherschmelze
Die globale Erwärmung kann zu weiteren Ausbrüchen führen, da die Gletscher auf den Vulkanen schmelzen. Wenn große Eismengen auf den Vulkanen schmelzen, sinkt der Druck über der Magmakammer. Magma wird aufsteigen, um einen neuen Gleichgewichtszustand zu finden und einen Ausbruch zu verursachen.
Eine Studie hat gezeigt, dass der gewaltige Ausbruch von Eyjafjallajökull in Island im Jahr 2010 dadurch ausgelöst wurde. Island verliert jedes Jahr schätzungsweise 11 Milliarden Tonnen Eis, es könnte also noch mehr geben.
1991 hatte der Berg Pinatubo auf den Philippinen einen großen Ausbruch, als der Taifun Yunya den Vulkan und seine Umgebung traf. Pinatubo grollte bereits, aber der Taifun verstärkte die Stärke der Explosion.
Die hohe Geschwindigkeit des Taifuns verursachte einen erheblichen Druckverlust in der Umgebung. In der Folge wurde die Luftsäule über dem Vulkan in den Pfad des Taifuns gerissen. Auf dem Pinatubo änderte sich der Druck und ein großer Ausbruch war unvermeidlich.
Angesichts der wichtigen Rolle, die Magma bei der Auslösung von Vulkanausbrüchen spielt, kann eine genauere Untersuchung des Magmas dazu beitragen, diese spektakulären Naturereignisse vorherzusagen.
Mirzam Abdurrachman ist Dozent am Institut für Geologie der Fakultät für Geowissenschaften und Technologie des Bandung Institute of Technology.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.