Geowissenschaften

Unterrichtsziele

• Erklären Sie, wie Vulkane ausbrechen.
• Beschreiben und vergleichen Sie die Arten von Vulkanausbrüchen.
• Unterscheiden Sie zwischen verschiedenen Arten von Lava und verstehen Sie den Unterschied zwischen Magma und Lava.
• Beschreiben eine Methode zur Vorhersage von Vulkanausbrüchen.

Wie Vulkane ausbrechen

Alle Vulkane haben die gleichen grundlegenden Eigenschaften. Das Magma sammelt sich in Magmakammern, die 160 Kilometer (100 Meilen) unter der Oberfläche liegen können. Wenn sich das Gestein erwärmt, dehnt es sich aus, wodurch noch mehr Druck entsteht. Infolgedessen sucht das Magma einen Ausweg, der zur Oberfläche drückt, das Magma sickert durch Risse in der Erdkruste, die als Öffnungen bezeichnet werden. Schließlich erreicht das Magma die Oberfläche; Wenn es herauskommt, nennen wir es einen Ausbruch. Das Wort Eruption wird auch in anderen Kontexten verwendet. Ein Ausbruch kann ein Ausbruch oder eine Explosion sein, ein heftiges und plötzliches Ereignis, wie wenn eine Menschenmenge vor Wut ausbricht. Ein Ausbruch kann aber auch eine Ausbreitung von etwas wie einem Hautausschlag sein, allmählich und relativ ruhig. Diese beiden Definitionen ähneln den beiden Arten von Eruptionen, die wir in Vulkanen sehen.

Arten von Eruptionen

Jede geologische Formation ist einzigartig. Ihre Zusammensetzung und Konstruktion hängen von so vielen Faktoren ab, dass es unmöglich wäre, dass zwei Formationen genau gleich sind. Ebenso sind jeder Vulkan und seine Eruptionen einzigartig. Wir neigen jedoch dazu, zwei Hauptarten von Eruptionen zu sehen. Wir sprachen von Eruption, um sowohl eine heftige Explosion als auch eine Art stille Ausbreitung zu bedeuten. Dies sind die zwei Arten von Vulkanausbrüchen, die wir sehen – explosive und nicht explosive Eruptionen. Wenn wir an Vulkanausbrüche denken, denken wir oft an riesige Wolken vulkanischer Asche, die hoch in die Atmosphäre ausgestoßen werden, und dann an dicke Flüsse roter Lava, die sich den Berghang hinunterschlängeln. In Wirklichkeit treten diese beiden Phänomene selten im selben Vulkan auf. Vulkanausbrüche neigen dazu, das eine oder andere zu sein.

Explosive Eruptionen

Stellen Sie sich die Verwüstung und Gewalt vor, die durch die Atombombe verursacht wurden, die am Ende des Zweiten Weltkriegs auf Nagasaki abgeworfen wurde und bei der über 40.000 Menschen starben. Stellen Sie sich nun eine Explosion vor, die 10.000 mal so stark ist. Explosive Vulkanausbrüche können so stark sein (Abbildung 8.9). Wenn heißes Magma unter der Oberfläche mit Wasser interagiert, sammeln sich Gase an und der Magmendruck baut sich auf. Dieser Druck wächst und wächst, bis diese gelösten Gase ihn in einer enormen Explosion platzen lassen.

Diese große Explosion nimmt das Magma und die vulkanischen Gase mit, die viele Kilometer in den Himmel schießen können und eine Pilzwolke bilden, ähnlich der einer nuklearen Explosion (Abbildung 8.10). Die Trümmer wandern mit sehr hohen Geschwindigkeiten in die Luft und kühlen in der Atmosphäre ab, um feste Partikel zu bilden, die als Pyroklasten bezeichnet werden. Einige dieser Partikel können jahrelang in der Atmosphäre verbleiben, was die Wettermuster stören und die Temperatur der Erde beeinflussen kann. Der Rest der Trümmer fällt auf die Erde zurück, wo es kilometerweit regnet.

Manchmal treten sekundäre Explosionen auf, die noch größer sind als die erste. Darüber hinaus können vulkanische Gase wie Wasserdampf, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff und Chlorwasserstoff giftige und unsichtbare Wolken bilden, die sich in der Atmosphäre bewegen. Diese Gase tragen zu Umweltproblemen wie saurem Regen und Ozonzerstörung bei und können die Erdatmosphäre tatsächlich kühlen.

In der Cascade Range ging dem explosiven Ausbruch des Mount St. Helens der Ausbruch des Lassen Peak voraus, einem der drei Kaskadenvulkane in Nordkalifornien. Am 22. Mai 1915 schickte eine explosive Eruption eine Asche- und Gassäule 30.000 Fuß in die Luft und löste einen schnellen pyroklastischen Strom aus, der Schnee schmolz und einen Lahar erzeugte. Lassen hat weiterhin geothermische Aktivität und könnte wieder explosiv ausbrechen. Mt. Shasta bricht alle 600 bis 800 Jahre aus. Ein Ausbruch würde höchstwahrscheinlich einen großen pyroklastischen Fluss und vielleicht einen Lahar erzeugen. Allerdings könnte der Vulkan explodieren wie Mt. Mazama, die sich in einer Eruption etwa 42-mal stärker als Mount St. Helens im Jahr 1980 blies, um Crater Lake zu schaffen.

Nicht explosive Eruptionen

Eine zweite Art von Vulkanausbruch ist eine nicht explosive oder effusive Eruption (Abbildung 8.11). Da die Zusammensetzung von Magma in verschiedenen Vulkanen unterschiedlich ist, sind die Eigenschaften der Lava unterschiedlich. Bei überschwänglichen Eruptionen sind Lavaströme relativ ruhig und explodieren nicht aus dem Vulkan. Infolgedessen haben Menschen im Allgemeinen eine große Warnung, bevor Lava sie erreicht, so dass nicht explosive Eruptionen viel weniger tödlich sind. Das hindert sie jedoch nicht daran, destruktiv zu sein. Selbst wenn wir wissen, dass sich ein Lavastrom nähert, gibt es angesichts der großen Menge und Temperatur der Lava nur wenige Möglichkeiten, ihn zu stoppen.

Magma und Lava

Vulkane wären ohne die großen Explosionen, die sie erzeugen, und die leuchtend roten Lavaflüsse nicht annähernd so interessant. Alle magmatischen Gesteine stammen aus Magma oder Lava. Wenn Sie das nächste Mal in der Nähe einer Vulkanzone wandern, können Sie versuchen, die Arten von Lava zu identifizieren, die der Vulkan ausgebrochen ist, basierend auf den Arten von magmatischen Gesteinen, die Sie finden.

Magma

Tief unter der Erde bildet sich Magma als erste Stufe bei der Entstehung eines Vulkans. Dies geschieht, weil Gestein unter der Oberfläche einem großen Druck durch die Schwerkraft ausgesetzt ist. Der Zerfall radioaktiver Stoffe erzeugt zusätzliche Wärme. Die erhebliche Hitze und der Druck schmelzen das Gestein unter der Oberfläche zu einer geschwollenen Substanz. Möglicherweise haben Sie eine Kerze gesehen, die zu lange in der heißen Sonne gelassen wurde. Es wird weicher und mehr wie eine Flüssigkeit. Wenn die Moleküle Wärme absorbieren, beginnen sie aneinander vorbei zu gleiten und werden flüssiger. Ein ähnlicher Prozess tritt bei Magma auf. Verschiedene Substanzen schmelzen jedoch bei unterschiedlichen Temperaturen. Aus diesem Grund hängt die Temperatur, bei der Gesteine schmelzen, von den spezifischen Gesteinsarten ab. Die Erdkruste und der Erdmantel bestehen aus vielen Substanzen, so dass die Temperatur, die zur Erzeugung von Magma erforderlich ist, variiert. Die meisten Magmen bilden sich zwischen 600°C und 1300°C (Abbildung 8.13).

Geschmolzenes Gestein oder Magma kann in Magmakammern unter der Erde gefunden werden. Da sich die Magmakammern so weit unter der Erdoberfläche befinden, ist es für Wissenschaftler schwierig, sie zu untersuchen. Wissenschaftler wissen, dass Magmakammern dort entstehen, wo Wärme und Druck am größten sind. Wenn tektonische Platten kollidieren und aneinander reiben, bildet sich dort Magma. So entstand der Pazifische Feuerring. Wir wissen auch, dass es Vulkane weit weg von Plattengrenzen gibt, daher wissen wir, dass es auch in diesen Gebieten Magmakammern gibt. Magmakammern können dort gefunden werden, wo es Mantelfahnen oder Hot Spots gibt.

Wie oder warum diese Hot Spots entstehen, ist nicht genau bekannt. Da jedoch verschiedene Substanzen bei unterschiedlichen Temperaturen schmelzen, hängt die Entstehung von Magma davon ab, aus welchen Substanzen es besteht — seiner Zusammensetzung. Genau wie der Geschmack eines Kuchens von den Zutaten abhängt, die Sie hineingeben, hängt das Verhalten von Magma und Lava von seiner Zusammensetzung ab. Bestimmte geschmolzene Gesteine wirken auf bestimmte Weise. Wenn also das Magma zu Lava wird, verhält sich nicht jede Lava gleich.

Lava

Sobald Magma die Oberfläche erreicht, wird es zu Lava. Betrachten Sie verschiedene Flüssigkeiten, die Sie in Ihrem Haus sehen könnten – Honig und eine Flasche Cola, zum Beispiel. Sie könnten zustimmen, dass die beiden Flüssigkeiten in vielerlei Hinsicht unterschiedlich sind. Sie schmecken unterschiedlich, haben unterschiedliche Farben, haben unterschiedliche Gase und fließen unterschiedlich. Tatsächlich ist Honig eine Flüssigkeit, die dem Fließen widersteht, während Cola leicht fließt. Honig hat eine höhere Viskosität als die Cola; es widersteht dem Fließen (Abbildung 8.14). Cola hat eine niedrige Viskosität, weil es leicht fließt. Einer der Hauptunterschiede zwischen verschiedenen Arten von Lava ist ihre Viskosität.

Eine hochviskose Lava ist eine, die nicht dazu neigt, leicht zu fließen. Es neigt dazu, an Ort und Stelle zu bleiben. Laven mit hohem Siliziumdioxidgehalt neigen dazu, viskoser zu sein. Da es so widerstandsfähig gegen Bewegung ist, verstopft es die Lüftungsschlitze in einem Vulkan. Der Druck wird immer größer, bis der Vulkan schließlich explodiert. Diese Art von Lava kommt bei explosiven Eruptionen vor. Es neigt auch dazu, viel Gas einzufangen. Wenn das Gas freigesetzt wird, wird der Ausbruch explosiver. Der größte Teil dieser Lava wird in die Luft geschossen, wo sie aushärtet und zu festem Gestein wird. Dieses geschmolzene Gestein, das sich in der Luft verfestigt, wird als pyroklastisches Material bezeichnet. In einem magmatischen Gestein wie Bimsstein zeigen kleine Löcher im festen Gestein, wo Gasblasen waren, als das Gestein noch flüssige Lava war.

Niedrigviskose Lava gleitet oder fließt bergab. Es gibt mehr als eine Art von niedrigviskoser Lava. Die Unterschiede zwischen ihnen ergeben sich aus der unterschiedlichen Zusammensetzung der Laven und den verschiedenen Stellen, an denen sie an die Oberfläche kommen. Die Art der gebildeten magmatischen Formationen hängt davon ab, um welche Art von Lava es sich handelt. Die drei Hauptkategorien sind a’a, pahoehoe und Pillow Lava.

A’a Lava

A’a Lava ist die viskosere der nicht explosiven Laven (Abbildung 8.15). Diese Lava bildet eine dicke und spröde Kruste, die in raue und gezackte Stücke gerissen wird. Die erstarrte Oberfläche ist gezackt und scharf. Es kann sich über große Flächen ausbreiten, wenn die Lava weiter darunter fließt.

Pāhoehoe-Lava

Pāhoehoe-Lava ist weniger viskos als a’a-Lava und fließt leichter. Seine Oberfläche sieht runzeliger und glatter aus als die gezackte a’a-Lava. Pāhoehoe Lava fließt in einer Reihe von Lappen oder abgerundeten Bereichen, die seltsame verdrehte Formen und natürliche Felsskulpturen bilden (Abbildung 8.16). Pāhoehoe-Lava kann auch Lavaröhren unter der Erde bilden (Abbildung 8.17).

Kissenlava

Kissenlava ist Lava, die aus vulkanischen Öffnungen unter Wasser austritt (Abbildung 8.18). Wenn es unter Wasser herauskommt, kühlt es sehr schnell ab und bildet grob kugelförmige Gesteine, die Kissen ähneln, aus denen mehr Lava austritt und mehr Kissen erzeugt. Pillow Lava ist besonders häufig entlang Unterwasser-Ausbreitungszentren.

Vorhersage von Vulkanausbrüchen

Vulkanausbrüche können verheerend sein, insbesondere für Menschen, die näher an Vulkanen sind. Wie Meteorologen versuchen, Hurrikane und Tornados vorherzusagen oder vorherzusagen, versuchen Vulkanologen auch, Vulkanausbrüche vorherzusagen. Obwohl die Vorhersage von Vulkanausbrüchen alles andere als perfekt ist, können viele Beweise darauf hindeuten, dass ein Vulkan ausbrechen wird. Einige dieser Faktoren sind schwer zu messen und tragen zur Schwierigkeit bei, Eruptionen vorherzusagen.

Geschichte der vulkanischen Aktivitäten

Ein wichtiger Faktor bei der Vorhersage von Eruptionen ist die Geschichte eines Vulkans. Das heißt, wir betrachten, wie lange es ausgebrochen ist und die Zeitspanne zwischen seinen vorherigen Eruptionen. Vulkane werden in drei Unterteilungen eingeteilt — aktiv, ruhend und ausgestorben. Ein aktiver Vulkan ist einer, der derzeit ausbricht oder Anzeichen eines Ausbruchs in naher Zukunft zeigt. Ein schlafender Vulkan zeigt keine Anzeichen von Aktivität mehr, ist aber in der jüngeren Geschichte ausgebrochen (Abbildung 8.19). Schließlich ist ein erloschener Vulkan einer, der in der jüngeren Geschichte nicht ausgebrochen ist und wahrscheinlich in Zukunft nicht mehr ausbrechen wird. Sowohl aktive als auch ruhende Vulkane werden stark überwacht, da selbst ruhende Vulkane plötzlich Anzeichen von Aktivität zeigen können.

Erdbeben

Wenn Magma unter einem Vulkan nach oben drückt, erschüttert es den Boden und verursacht Erdbeben. Obwohl Erdbeben wahrscheinlich jeden Tag in der Nähe eines Vulkans auftreten, nimmt die Menge und Größe der Erdbeben vor einem Ausbruch zu. In der Tat kann ein Vulkan, der kurz vor dem Ausbruch steht, eine kontinuierliche Reihe von Erdbeben hervorrufen, da Magma, das sich unter der Erde bewegt, die benachbarten Gesteine belastet. Um diese Erdbeben zu messen, verwenden Wissenschaftler Seismographen, die die Länge und Stärke jedes Erdbebens aufzeichnen.

Hangverformung

All das Magma und Gas, das nach oben drückt, kann den Boden oder den Hang des Vulkans anschwellen lassen. Manchmal zeigt die Bodenschwellung große Veränderungen in der Form eines Vulkans. Die meisten Fälle von Bodenverformung sind jedoch subtil und können nur von Neigungsmessern erfasst werden, bei denen es sich um Instrumente handelt, die den Neigungswinkel eines Vulkans messen. Darüber hinaus kann Bodenschwellung zu erhöhten Steinschlägen und Erdrutschen führen.

Gasemissionen

Oft können Gase einem Vulkan entweichen, bevor Magma bei einem Ausbruch die Oberfläche erreicht. So können Wissenschaftler den Gasausstoß oder die Gasemissionen in Lüftungsschlitzen auf oder um den Vulkan messen. Gase wie Schwefeldioxid (SO2), Kohlendioxid (CO2), Salzsäure (HCl) und sogar Wasserdampf können vor Ort oder in einigen Fällen aus der Ferne mit Satelliten gemessen werden. Die Gasmengen und ihre Verhältnisse werden berechnet, um Eruptionen vorherzusagen.

Fernüberwachung

Wie bereits erwähnt, können einige Gase mittels Satellitentechnik überwacht werden (Abbildung 8.20). Satelliten können auch andere Faktoren messen, wie Temperaturmessungen an besonders warmen Stellen an einem Vulkanstandort oder in Gebieten, in denen sich die Vulkanoberfläche verändert. Da sich unsere Technologie weiter verbessert, sind Wissenschaftler besser in der Lage, Veränderungen genau und sicher zu erkennen.

Obwohl die Überwachungsmethoden immer besser werden, ist es immer noch schwierig, einen Vulkanausbruch mit Sicherheit vorherzusagen. Kein Wissenschaftler oder Regierungsbehörde möchte als alarmistisch angesehen werden, wenn er ankündigt, dass ein Ausbruch stattfinden wird, und dann tut er es wirklich nicht. Die Kosten und Störungen für die Gesellschaft einer groß angelegten Evakuierung würden viele Menschen unzufrieden und die Wissenschaftler in Verlegenheit bringen. Die Möglichkeit, Leben und Eigentum zu retten, macht das Streben nach Eruptionsvorhersage jedoch mit Sicherheit zu einem würdigen Zweck.

Zusammenfassung der Lektion

• Vulkane entstehen, wenn Magma zur Erdoberfläche aufsteigt, weil es weniger dicht ist als das umgebende Gestein.
• Vulkanausbrüche können je nach Viskosität des Magmas nicht explosiv oder explosiv sein.
• Explosive Eruptionen treten an den Rändern von Kontinenten auf und produzieren enorme Mengen an Material, das in die Luft ausgestoßen wird.
• Nicht explosive Eruptionen produzieren meist verschiedene Arten von Lava, wie a’a, pāhoehoe und Kissenlaven.
• Einige Anzeichen dafür, dass ein Vulkan bald ausbrechen könnte, sind Erdbeben, Oberflächenwölbungen, emittierte Gase sowie andere Veränderungen, die von Wissenschaftlern überwacht werden können.

Überprüfungsfragen

1. Was sind die zwei grundlegenden Arten von Vulkanausbrüchen?
2. Vor einigen hundert Jahren brach in der Nähe der Stadt Pompeji ein Vulkan aus. Archäologen haben die Überreste von Menschen gefunden, die sich umarmten und von Asche und Gestein erstickt waren, das alles bedeckte. Welche Art von Eruption muss das gewesen sein?
3. Was ist pyroklastisches Material?
4. Nennen Sie drei Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität und drei mit hoher Viskosität.
5. Was ist der Unterschied zwischen einer Magmakammer und einer Mantelfahne?
6. Der Siedepunkt von Wasser beträgt 100 ° C. Warum könnte Wasser eine Eruption explosiver machen?
7. Was sind drei Namen für nicht explosive Lava?
8. Welche Faktoren werden bei der Vorhersage von Vulkanausbrüchen berücksichtigt?
9. Warum ist die Vorhersage von Vulkanen so wichtig?
10. Nach welchen Beweisen könnten Astronomen suchen, um die Zusammensetzung eines Planeten zu bestimmen, auf dem sich ein Vulkan befindet?

aktiver Vulkan Ein Vulkan, der gerade ausbricht oder kurz davor steht auszubrechen. ruhender Vulkan Ein Vulkan, der derzeit nicht ausbricht, aber in der aufgezeichneten Vergangenheit ausgebrochen ist. effusive Eruption Ein relativ sanfter, nicht explosiver Vulkanausbruch. eruption Die Freisetzung von Magma auf die Erdoberfläche. Normalerweise wird eine Eruption auch von der Freisetzung von Gasen begleitet. explosive Eruption Ein Vulkanausbruch, der große Mengen an Gas freisetzt, so dass Magma heftig in die Luft geschleudert wird. erloschener Vulkan Ein Vulkan, der in der aufgezeichneten Geschichte nicht ausgebrochen ist, und gilt als unwahrscheinlich, dass er wieder ausbricht. magmakammer Eine Region innerhalb der Erde, die von festem Gestein umgeben ist und Magma enthält. pyroclast Ein Gestein aus Fragmenten von Vulkangestein, das durch Vulkanausbrüche in die Luft geworfen wird. viskosität Die „Dicke“ oder „Klebrigkeit“ einer Flüssigkeit. Je viskoser eine Flüssigkeit ist, desto schwieriger wird es für die Flüssigkeit zu fließen.

Zu berücksichtigende Punkte

• Welche Arten von Beweisen würden Ihrer Meinung nach Wissenschaftlern sagen, ob ein alter Vulkanausbruch explosiv oder nicht explosiv war?
• Sind alle Vulkane wie hohe Berge mit einem Krater auf dem Gipfel geformt?
• Was denkst du ist der Ursprung der Namen A’a und Pāhoehoe?
• Erdbeben deuten nicht immer darauf hin, dass ein Vulkan ausbrechen wird. Welche Faktoren bei einem Erdbeben könnten auf einen Zusammenhang mit einem Vulkanausbruch hinweisen?