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2 Sendeenergie erwärmt die Luftmoleküle
Unsere Beiträge zum Naturschutz "muna 2003:
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© Klaus-Peter Kolbatz |
Vulkane und Erdbeben E ine heiße Spur"Hoffentlich bald wieder festen Boden unter den Füßen" - das wünscht sich so mancher, der bei stürmischer See auf einem Segelboot ausharren muss oder mit dem Flugzeug durch ein Gewitter fliegt. Aber der Boden unter unseren Füßen ist bei weitem nicht so fest wie es scheint. Tatsächlich reißt die Erdkruste täglich an so genannten Scheitelzonen in den Ozeanbecken auf; glühend heiße Gesteinsschmelzen dringen nach oben. Die Folge: die Kontinente bewegen sich langsam aufeinander zu bzw. voneinander weg. Sichtbare Zeichen der gewaltigen Kräfte, die dabei wirken, sind Erdbeben und Vulkanausbrüche. Alfred Wegener formulierte die Hypothese der Kontinentalverschiebung erstmals 1912. Aber die ungeheuerliche Vorstellung von wandernden Erdteilen war selbst Wissenschaftlern lange Zeit suspekt; Wegeners Theorie wurde deshalb über 50 Jahre lang regelrecht bekämpft. Einig schienen sich die Forscher nur darüber, was Vulkane nicht sind: Weder Goethes (1749-1832) Ansicht, sie beruhten auf Erdbränden in unendlich großen unterirdischen Kohlenlagern, noch Humboldts (1769-1859) Vorstellung, sie seien Sicherheitsventile zur Entladung der über den Erdball verteilten Kräfte, waren wissenschaftlich lange haltbar. Erst die systematische Erforschung des Erdinneren im 20. Jahrhundert brachte Klarheit. In erster Linie lieferten seismische Messungen und die chemische Analyse von Meteoriten (wahrscheinlich entstand die Erde vor 4,5 Milliarden Jahren aus meteoritischem Material) Anhaltspunkte über den Aufbau des Erdballs. Danach bestehen die Erdkruste und der Erdmantel hauptsächlich aus eisen- und manganhaltigen Silikaten, der Erdkern, der in rund 3000 Kilometern Tiefe beginnt, dagegen vor allem aus metallischem Eisen. Generell nehmen die Temperatur und die Dichte zum Erdmittelpunkt hin zu. Dadurch entstehen gigantische Wärme- und Materialströme sowohl im überwiegend flüssigen Kern als auch im festen Mantel. Die Forscher bezeichnen diese Umwälzungen als Konvektion und fanden darin erstmals eine plausible Erklärung für die postulierte Kontinentalverschiebung: Die Konvektion im Erdmantel ist die treibende Kraft dafür, dass sich die Kontinente verschieben.
Schnitt durch die ozeanische Erdkruste und den Erdmantel Der Durchbruch für Wegeners Theorie kam in den 60er Jahren. Mit modernem technischen Gerät gelang es Geologen, Gesteinsproben der Ozeanböden systematisch zu untersuchen. Dabei stellten sie überrascht fest, dass diese höchstens 200 Millionen Jahre alt waren. Die kontinentale Kruste ist dagegen durchschnittlich 2 Milliarden Jahre alt. Gibt es einen Prozess, durch den sich die Ozeanböden kontinuierlich erneuerten? |
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Die Antwort liefert die bis heute gültige Theorie der Plattentektonik. Danach dringt an den mittelozeanischen Schwellen ständig Gestein aus dem Erdmantel nach oben. Die neue Erdkruste, die sich dabei bildet, wandert in Form großer Platten mit einer Geschwindigkeit von bis zu zehn Zentimetern pro Jahr wie ein Förderband nach beiden Seiten über den Erdmantel hinweg. Zwei kontinentale Platten können dabei zusammenstoßen oder sich übereinander schieben. So entstanden Gebirge wie der Himalaya. Zum Glück erweisen sich die Kontinente dabei als weitgehend stabil. Die ozeanischen Platten dagegen werden spätestens nach 200 Millionen Jahren an so genannten Subduktionszonen wieder vom Erdmantel verschluckt. Während nur hochpräzise Messgeräte diese unterirdischen Vorgänge registrieren können, haben sie oberirdisch sehr wohl spürbare Auswirkungen in Form von Erdbeben und Vulkanausbrüchen. Eines der aktivsten Vulkanfelder der Erde bilden die Inseln von Hawaii. Diese entstehen durch gewaltige Eruptionen, bei denen so viel Lava nach oben geschleudert wird, dass in weniger als einer Million Jahre zum Teil Kilometer hohe Vulkankegel aus dem Ozean wachsen. Danach erlöschen die Vulkane und versinken unter ihrem eigenen Gewicht immer tiefer im Meeresboden; viele verschwinden mit der Zeit ganz unter der Wasseroberfläche. Innerhalb der letzten 70 Millionen Jahre entstand so eine etwa 7000 Kilometer lange Kette aus rund 100 Feuerbergen, von denen heute allerdings nur noch der jüngste, der Kilauea auf der Hauptinsel Hawaii, aktiv ist. Da sich hier das langsame Wachsen von Vulkanen besonders gut untersuchen lässt, forschen Vulkanologen aus aller Welt in dieser Gegend, darunter auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz. Wie viele ihrer Kollegen fasziniert sie vor allem die Tatsache, dass die einzelnen Schlote dieser Vulkankette von Nordwesten nach Südosten immer jünger werden. Der Grund: Unter der Inselkette, etwa 100 Kilometer tief im Erdmantel, sitzt ein so genannter Hot Spot. Wie ein gigantischer Schweißbrenner erzeugt dieser Gesteinsschmelzen, die sich durch die feste ozeanische Kruste fressen und zunächst einen "Unterwasservulkan" (Sea Mount) bilden, der dann zu einer Vulkaninsel emporwachsen kann. Die wie ein Förderband über den Erdmantel hinweg wandernde Erdkruste trägt den Vulkan jedoch von seiner Quelle fort, so dass er schließlich erkaltet. An seiner Stelle lässt der "Schweißbrenner" wieder einen neuen Vulkan wachsen. Auf diese Weise hat der Hawaii-Hot Spot im Laufe von Jahrmillionen jene lange Inselkette erzeugt. Über die Ursachen von Hot Spots entwickelten die Max-Planck-Geophysiker um Albrecht Hofmann Anfang der 80er Jahre eine heute weithin anerkannte Theorie: Eine besonders heiße, aber generell feste Gesteinsschicht aus dem Erdmantel (aus einer Tiefe von 100 Kilometern) wird instabil und quillt pilzförmig nach oben. Infolge des sinkenden Drucks nahe der Oberfläche des Erdmantels, beginnt dieser so genannte Mantle Plume zu schmelzen. Die Schmelze, Magma genannt, steigt durch Risse oder selbst gebahnte Kanäle in so genannte Magmakammern in fünf bis zehn Kilometern Tiefe auf, nahe der Basis des Vulkans. In den Magmakammern beginnt das frische Mantelmagma zu kristallisieren und sich zu dem Material zu vermischen, das schließlich als Lava an die Erdoberfläche geschleudert wird. Die Wissenschaftler diskutieren dabei vor allem noch, woher das Plume-Gestein stammt. Handelt es sich um "normales" Gestein des tiefen Erdmantels oder spielen bei der Entstehung der "Magmapilze" komplexere geologische Prozesse eine Rolle? Eine Antwort suchen die Wissenschaftler unter anderem in einem Bohrloch, das zu den tiefsten der Welt gehört. Es entsteht zur Zeit an der Flanke des vermutlich fast erloschenen Vulkans Mauna Kea auf Hawaii. |
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Schließlich landen winzige Proben des Bohrkerns in einem staubfreien Labor, das die Wissenschaftler nur mit Schutzkleidung durch Luftschleusen betreten. Die Mineralien werden hier in starken Säuren aufgelöst. Dann ermitteln die Forscher die Konzentration bestimmter Spurenelemente, zum Beispiel die von Barium, Rubidium, Uran oder Lanthan. Da die Konzentration einer Vielzahl von Spurenelementen in einer Gesteinsprobe mit ihrer Herkunft variiert, erhalten die Forscher auf diese Weise eine ganz spezifische "Kennlinie" - quasi einen "geochemischen Fingerabdruck". Dieser lässt sich mit bereits bekannten Kennlinien vergleichen und die Gesteinsprobe damit bestimmten Formationen zuordnen. So haben Gesteine der tiefen Ozeankruste beispielsweise eine andere Kennlinie als Gesteine, die aus dem Erdmantel stammen. Die Forscher gehen dabei vor wie Experten der Spurensicherung bei der Polizei: Diese können einen Täter ja auch anhand seines Fingerabdrucks zweifelsfrei identifizieren, vorausgesetzt dieser Fingerabdruck befindet sich bereits in der polizeilichen Datenbank. In einem für die Geowissenschaften bisher einzigartigen Projekt haben die Max-Planck-Forscher ebenfalls eine Datenbank für "geochemische Fingerabdrücke" angelegt: die Gesteinsdatenbank GEOROC. In ihr werden die Ergebnisse der Gesteinsanalysen von Vulkanen auf der ganzen Welt zentral gespeichert. So können Wissenschaftler von überall über das Internet ihre Daten mit denen ihrer Kollegen vergleichen und damit unter anderem - genau wie die Geophysiker um Albrecht Hofmann im Fall des Mauna Kea auf Hawaii - versuchen, die Herkunft bestimmter Gesteine zu ermitteln. Die sorgfältige Analyse verschiedener Hawaii-Laven zeigt, dass durch die Vulkane ein in seinem Ursprung sehr vielfältiges Gestein aus dem Erdinneren heraus geschleudert wird. So entsprechen die geochemischen Fingerabdrücke von Proben des Mauna Loa und Mauna Kea dem von tiefer Ozeankruste, die hauptsächlich aus dem Mineral Feldspat besteht. Andere Vulkane werden eher aus Basalten gebildet, die aus der oberen Ozeankruste stammen. Allerdings konnten die Mainzer Forscher zeigen, dass dieses Material nicht demjenigen entspricht, das heute unter den Vulkanen liegt. Vielmehr handelt es sich um Kruste, die wahrscheinlich vor ein bis zwei Milliarden Jahren an Subduktionszonen vom Erdmantel verschluckt wurde, lange in großen Tiefen schlummerte und dann im Schlot eines Mantle Plume wieder nach oben befördert wurde. Damit wären Vulkane Teile eines gigantischen geologischen Recyclingprozesses. Diese neuen Forschungsergebnisse haben großes Aufsehen erregt, weil sie der bisherigen Vorstellung widersprechen, nach der Magmapilze "normales" Gestein des tiefen Erdmantels an die Erdoberfläche fördern. Zuhause haben die Mainzer Forscher Gelegenheit, weniger spektakuläre aber genau so interessante Feuerberge zu studieren. Denn nordwestlich von Mainz erstrecken sich das etwa 50 Kilometer lange Westeifelvulkanfeld mit rund 240 Vulkankegeln sowie das ca. 35 Kilometer lange Osteifelvulkanfeld mit immerhin rund 100 Schloten, darunter auch der Laacher See. Wo heute Wanderer und andere Touristen eine friedliche, hügelige Landschaft genießen, brodelte vor 10 bis 40 Millionen Jahren eine Hexenküche, die typische Intraplattenvulkane entstehen ließ.Dabei liegen die Eifelvulkane auf einer Scholle, dem so genannten Rheinischen Schild, der sich in den vergangenen 40 Millionen Jahren zwei mal hob und auch heute noch in Bewegung ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass in der Eifel in naher Zukunft ein neuer Feuerberg entsteht oder dass einer der schlummernden Schlote erneut ausbricht, ist zum Glück verschwindend gering. Zu dieser Ansicht gelangten zumindest Geologen, die Gestein aus einem der unzähligen Steinbrüche in der Eifel untersucht haben. Übrigens: Auch mit der Mainzer Datenbank konnte bisher noch kein Wissenschaftler zweifelsfrei nachweisen, wie die Vulkanfelder in der Eifel entstanden sind. Genauere Vorstellungen haben die Geologen dagegen davon, wie Vulkane entlang des "Feuerrings" - dem Hinterland der pazifischen Anrainerstaaten und ihrer vorgelagerten Inselgruppen - entstehen. Hier ereigneten sich fast alle spektakulären Ausbrüche der letzten 200 Jahre (z.B. der des Mount St. Helen, 1980, im US-amerikanischen Bundesstaat Washington, des El Chichon, 1982, in Mexiko und des Pinatubo, 1991, auf den Philippinen). Die meisten Vulkane lagen dabei dicht an der Küste eines Kontinents und entlang der Subduktionszonen, wo im übrigen auch die meisten Erdbeben entstehen. |
Die meisten Menschen werden diese geballten Energien in Form eines Vulkanausbruchs wohl niemals direkt erleben. Es kann aber passieren, dass auch wir - beispielsweise als Passagiere an Bord eines Flugzeugs - die Folgen zu spüren bekommen: Auf dem Flug eines vierstrahligen Jets von London nach Tokio über Alaska kam es in einer Flughöhe von über 10.000 Metern zum Ausfall sämtlicher Triebwerke. Nach einem drastischen Sinkflug gelang es dem Piloten, die Triebwerke wieder zu starten und die Maschine sicher zu landen. Passagiere und Besatzung kamen noch einmal mit dem Schrecken davon. Was war geschehen? Vulkanasche vom Ausbruch des Mount Redoubt westlich von Anchorage hatte die Drucksensoren der Turbinen außer Funktion gesetzt. Dieser dramatische Zwischenfall zeigt, wie sich jede größere Aktivität eines in die Atmosphäre eruptierenden Vulkans unvorhersehbar auf Mensch und Natur auswirken kann - insbesondere auch auf das Klima und andere meteorologische Phänomene. Während die Vulkanasche nämlich innerhalb weniger Tage wieder auf die Erde niederrieselt, wird das ebenfalls freigesetzte Schwefeldioxid photochemisch in der Stratosphäre oxidiert und verbindet sich dort mit Wasser zu Schwefelsäuretröpfchen. Ihre Wechselwirkung mit Sonnen- und Wärmestrahlung ändert das Klima für wenige Jahre.
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Beobachtungen nach der Eruption zeigten: An der Erdoberfläche war die Temperatur im Mittel um 0,5°C abgekühlt; die Ozonkonzentration in der Stratosphäre war um bis zu 50% gesunken und es kam zu einer veränderten Zirkulation der Atmosphäre. Mit Hilfe von Computersimulationen können die Wissenschaftler mittlerweile feststellen, welche Faktoren den Verlauf einer Eruption bestimmen und wie diese voneinander abhängen. So wurde erkannt, dass neben Zusammensetzung und Temperatur des Magmas auch die meteorologischen Umgebungsbedingungen maßgeblich für die Höhe der Eruptionssäule und die Ausbreitung von Spurenstoffen in der Atmosphäre sind. |
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05.05.2008 - Vulkanausbruch in Chile - Die Geisterstadt
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Auch Ihre Mitwirkung ist gefragt ! |