Der große Knall oder was passiert bei einem Vulkanausbruch?

In diesem Beitrag erfahren Sie alles über Vulkanausbrüche: von der Entstehung über die Arten bis zu den globalen Auswirkungen.

Hier bricht der Vulkan Fagradalsfjall auf Island aus.

Foto: PantherMedia / LuigiMorbidelli (YAYMicro)

Vulkane gehören zu den mächtigsten Naturgewalten der Erde. Ihre Ausbrüche können verheerende Schäden anrichten, aber auch neues Land schaffen und das globale Klima beeinflussen. Doch was genau passiert, wenn ein Vulkan ausbricht? In diesem Beitrag gehen wir auf die Entstehung von Vulkanen, die verschiedenen Arten von Ausbrüchen, die Risiken und Folgen sowie die bekanntesten Vulkane der Welt ein.

Aufbau der Erde und die Entstehung von Vulkanen
Vulkanische Hotspots und Plattengrenzen
Der Prozess eines Vulkanausbruchs
Die Bedeutung vulkanischer Gase
Verschiedene Arten von Vulkanausbrüchen
Auswirkungen von Vulkanausbrüchen
Nutzen von Vulkanausbrüchen
Bekannte Vulkane und ihre Ausbrüche
Vorhersage von Vulkanausbrüchen

Aufbau der Erde und die Entstehung von Vulkanen

Um zu verstehen, wie und warum Vulkane ausbrechen, ist es wichtig, sich zunächst mit dem Aufbau der Erde und den geologischen Prozessen zu beschäftigen, die zur Entstehung von Vulkanen führen.

Die Erde besteht aus mehreren Schichten:

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Der Erdkern: Der innere und äußere Erdkern sind die heißesten Bereiche unseres Planeten. Der innere Kern besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel und erreicht Temperaturen von über 6000 Grad Celsius. Um diesen Kern herum befindet sich der flüssige äußere Kern.
Der Erdmantel: Über dem Kern liegt der Erdmantel, der etwa 2900 Kilometer dick ist und aus zähflüssigem, heißem Gestein besteht. Diese Schicht ist plastisch und in ständiger Bewegung, was zu Konvektionsströmungen führt.
Die Erdkruste: Die äußerste Schicht ist die Erdkruste, die im Vergleich zum Mantel und Kern sehr dünn ist. Sie besteht aus kontinentalen und ozeanischen Platten, die auf dem Erdmantel schwimmen.

Die Erdkruste ist nicht zusammenhängend, sondern in mehrere große und kleine tektonische Platten unterteilt, die ständig in Bewegung sind. Diese Bewegungen können dazu führen, dass sich die Platten voneinander entfernen, miteinander kollidieren oder aneinander vorbeigleiten. Diese Wechselwirkungen zwischen den Platten sind entscheidend für die Entstehung von Vulkanen.

Vulkanische Hotspots und Plattengrenzen

Vulkane entstehen häufig an den Grenzen dieser tektonischen Platten oder über so genannten Hotspots, also besonders heißen Stellen im Erdmantel. Es gibt drei Hauptszenarien, in denen Vulkane entstehen können:

Divergente Plattengrenzen: Hier bewegen sich zwei Platten voneinander weg. An diesen Stellen kann Magma aus dem Erdmantel aufsteigen und durch die entstehenden Risse und Spalten an die Oberfläche dringen. Ein bekanntes Beispiel ist der Mittelatlantische Rücken, wo neue ozeanische Kruste gebildet wird.
Konvergente Plattengrenzen: Hier schiebt sich eine Platte unter die andere, ein Prozess, der als Subduktion bezeichnet wird. Die abtauchende Platte wird durch den hohen Druck und die Temperatur im Erdinneren teilweise aufgeschmolzen. Das entstehende Magma kann dann durch die darüberliegende Platte aufsteigen und Vulkane bilden. Die Vulkanketten entlang des Pazifischen Feuerrings sind Beispiele für diese Art der Vulkane.
Hotspots: Abseits der Plattengrenzen gibt es auch sogenannte Hotspots, wo das Magma besonders heiß ist und durch die Erdkruste bricht. Dies geschieht unabhängig von den Bewegungen der tektonischen Platten. Die Vulkane der Hawaii-Inseln sind ein Beispiel für Vulkane, die durch einen Hotspot entstanden sind.

Schema eines Vulkanausbruchs.

Foto: PantherMedia / VectorMine

Der Prozess eines Vulkanausbruchs

Ein Vulkanausbruch ist das Ergebnis eines langen geologischen Prozesses, der tief im Inneren der Erde beginnt. Dieser Prozess lässt sich in mehrere Phasen unterteilen:

Bildung von Magma: Im Erdmantel herrschen extreme Temperaturen und Drücke. Wenn das Gestein an bestimmten Stellen aufschmilzt, entsteht Magma. Diese Schmelze ist aufgrund der Hitze und der darin enthaltenen Gase weniger dicht als das umliegende Gestein und beginnt daher, nach oben zu steigen.
Magmakammer: Das Magma steigt durch Risse und Spalten in der Erdkruste auf und sammelt sich in großen unterirdischen Hohlräumen, den Magmakammern. Diese Kammern können enorme Ausmaße annehmen und über lange Zeiträume hinweg wachsen. Je mehr Magma sich in der Kammer ansammelt, desto höher wird der Druck.
Druckaufbau und Vorzeichen eines Ausbruchs: Mit der Zeit füllt sich die Magmakammer immer weiter, und der Druck steigt kontinuierlich an. Wenn das Magma weiter aufsteigt, beginnt es, Gase freizusetzen, die im Magma gelöst waren. Diese Gase erhöhen den Druck zusätzlich. Die zunehmende Spannung kann zu Erdbeben und anderen Vorzeichen führen, die auf einen bevorstehenden Ausbruch hinweisen.
Eruption: Schließlich erreicht der Druck in der Magmakammer ein kritisches Niveau. Wenn die Belastungsgrenze der darüber liegenden Erdkruste überschritten wird, sucht sich das Magma einen Weg nach außen. Es bricht durch die Erdkruste und tritt durch den Vulkanschlot aus. Das Magma, das jetzt als Lava bezeichnet wird, fließt die Hänge des Vulkans hinab oder wird in Form von Asche und Gestein in die Luft geschleudert.

Die Bedeutung vulkanischer Gase

Vulkanische Gase und ihre Auswirkungen auf Umwelt und Klima hängen eng mit der chemischen Zusammensetzung des Magmas und der darin gelösten Gase zusammen. Diese Gase spielen eine entscheidende Rolle für das Verhalten eines Vulkanausbruchs und beeinflussen sowohl die Art der Eruption als auch die daraus resultierenden Gefahren.

Hauptbestandteile vulkanischer Gase

Der häufigste Bestandteil vulkanischer Gase ist Wasserdampf (H₂O). Daneben treten auch Kohlendioxid (CO₂) und Schwefeldioxid (SO₂) häufig auf, während Gase wie Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H₂), Schwefelwasserstoff (H₂S) und Salzsäure (HCl) in geringeren Mengen vorhanden sind. Die genaue Zusammensetzung kann jedoch stark variieren, abhängig von der spezifischen chemisch-mineralogischen Zusammensetzung des Magmas.

Schwefeldioxid und seine klimatischen Auswirkungen

Schwefeldioxid, das in die obere Atmosphäre gelangt, spielt eine wichtige Rolle bei der Beeinflussung des globalen Klimas. In der Stratosphäre kann es mit Wasser reagieren und schwefelsaure Aerosole bilden. Diese Aerosole haben einen doppelten Effekt: Einerseits heizen sie die Stratosphäre auf, andererseits reflektieren sie das Sonnenlicht, was zu einer Abkühlung der Erdoberfläche führen kann. Diese klimatischen Veränderungen können noch Monate bis Jahre nach einer großen Eruption spürbar sein.

Einfluss der Magmazusammensetzung auf die Eruptionsgefahr

Die Gefährlichkeit der Gase hängt stark von der chemischen Zusammensetzung des Magmas ab. Magma mit einem hohen Anteil an Kieselsäure (SiO₂) ist zähflüssiger, was dazu führt, dass Gase wie Wasserdampf im Magma eingeschlossen bleiben und den Druck erhöhen. Wenn dieser Druck schließlich nachlässt, kann es zu extrem explosiven Eruptionen kommen, bei denen hohe Aschesäulen aufsteigen und große Mengen gasförmiger Emissionen freigesetzt werden.

Gesundheitsrisiken durch vulkanische Gase

Schwefelwasserstoff (H₂S) ist ein besonders giftiges Gas, das bei Eruptionen freigesetzt werden kann. In höheren Konzentrationen ist es für Mensch und Tier gefährlich und kann in der Umgebung des Vulkans akute Gesundheitsschäden verursachen.

Explosive Vulkane in Subduktionszonen

Vulkanausbrüche entlang von Subduktionszonen, wo eine ozeanische Platte unter eine kontinentale abtaucht, sind oft besonders explosiv. Beispiele hierfür sind die Vulkanketten der Anden in Südamerika oder entlang des Pazifischen Feuerrings in Indonesien und Japan. Hier führen die besonderen Bedingungen dazu, dass das Magma reich an Gasen ist, die durch die hohe Explosivität gefährlich freigesetzt werden.

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Verschiedene Arten von Vulkanausbrüchen

Vulkanausbrüche sind nicht alle gleich. Je nach Zusammensetzung des Magmas und den geologischen Bedingungen kann es zu unterschiedlichen Arten von Eruptionen kommen. Die wichtigsten Typen sind:

Explosive Ausbrüche: Explosive Eruptionen sind die spektakulärsten und gefährlichsten Vulkanausbrüche. Sie treten auf, wenn das Magma zähflüssig ist und einen hohen Gasgehalt hat. Das Gas kann in dem dichten Magma nicht entweichen und der Druck steigt an, bis es zu einer gewaltigen Explosion kommt. Bei solchen Eruptionen können Berge teilweise oder ganz weggesprengt und große Mengen Asche, Gestein und Lava in die Atmosphäre geschleudert werden. Ein bekanntes Beispiel für eine explosive Eruption ist der Ausbruch des Mount St. Helens im Jahr 1980.

Effusive Ausbrüche: Bei effusiven Eruptionen ist das Magma dünnflüssiger und gasärmer. Das Magma kann leichter an die Oberfläche fließen und tritt oft in Form von ausgedehnten Lavaströmen aus. Diese Ausbrüche verlaufen in der Regel ruhiger als explosive Ausbrüche, können aber dennoch große Gebiete mit Lava bedecken. Typische Vertreter der effusiven Eruptionen sind die Vulkane Hawaiis, wie z.B. der Mauna Loa.

Vulkanianische Ausbrüche: Vulkanianische Ausbrüche sind explosionsartig, aber weniger heftig als plinianische Eruptionen. Sie treten oft auf, wenn dickflüssiges Magma den Vulkanschlot blockiert, sodass sich der Druck im Inneren des Vulkans aufbaut. Wenn der Druck hoch genug ist, wird der Pfropfen aus dem Schlot gesprengt und es kommt zu einer explosiven Freisetzung von Gasen, Asche und Gesteinsfragmenten. Diese Ausbrüche können mehrere Male hintereinander auftreten.

Plinianische Ausbrüche: Benannt nach Plinius dem Jüngeren, der den Ausbruch des Vesuvs im Jahr 79 n. Chr. beschrieb, sind plinianische Eruptionen die heftigsten Vulkanausbrüche. Sie zeichnen sich durch den Ausstoß großer Mengen an Gasen, Asche und Bimsstein aus. Die Eruptionssäule kann bis zu 50 Kilometer hoch in die Atmosphäre aufsteigen. Plinianische Eruptionen können das Klima über lange Zeiträume beeinflussen, da die ausgestoßenen Partikel und Gase das Sonnenlicht blockieren und zu einer Abkühlung der Erde führen.

Hawaiianische Ausbrüche: Hawaiianische Eruptionen sind die am wenigsten explosiven Vulkanausbrüche. Sie zeichnen sich durch ruhige, gleichmäßige Lavaströme aus, die große Flächen bedecken können. Diese Ausbrüche führen zur Bildung von Schildvulkanen, die sich durch flache, ausgedehnte Kegel auszeichnen. Der Kilauea auf Hawaii ist ein typischer Vertreter dieses Eruptionstyps.

Pompeji wurde im Jahr 79 n.Chr. beim Ausbruch des Vesuvs komplett verschüttet, mittlerweile sind einige freigelegte Ruinen wieder zu besichtigen.

Foto: PantherMedia / DaLiu (YAYMicro)

Auswirkungen von Vulkanausbrüchen

Vulkanausbrüche haben weitreichende Auswirkungen, die sowohl direkt als auch indirekt zu spüren sind. Diese können sowohl lokal als auch global sein und betreffen verschiedene Aspekte des Lebens auf der Erde.

Lokale Auswirkungen:

Lavaströme: Obwohl sie oft relativ langsam fließen, können Lavaströme ganze Städte, Dörfer und Infrastrukturen zerstören. Sie überrollen und verbrennen alles auf ihrem Weg und können enorme wirtschaftliche Schäden verursachen.
Pyroklastische Ströme: Diese extrem heißen, schnell fließenden Wolken aus Asche, Gasen und Gestein können Geschwindigkeiten von bis zu 700 km/h erreichen und sind eine der tödlichsten Gefahren bei einem Vulkanausbruch. Sie zerstören alles in ihrem Weg und lassen wenig Zeit zur Flucht.
Ascheregen: Vulkanasche kann weite Gebiete bedecken, Dächer einstürzen lassen, Atemwegsprobleme verursachen und die Landwirtschaft schwer schädigen. Der Ausbruch des Mount Pinatubo im Jahr 1991 führte zu massiven Ascheablagerungen, die über Tausende von Kilometern verteilt wurden.
Lahare: Diese Schlammlawinen aus Wasser, Vulkanasche und Gestein können durch den plötzlichen Schmelzen von Eis und Schnee auf einem Vulkan entstehen. Sie sind extrem zerstörerisch und können Flüsse und Täler hinunterstürzen, dabei alles in ihrem Weg mitreißen.

Globale Auswirkungen:

Klimatische Veränderungen: Große Vulkanausbrüche können das Klima weltweit beeinflussen. Schwefeldioxid und andere Partikel, die in die Stratosphäre gelangen, können das Sonnenlicht reflektieren und zu einer Abkühlung der Erde führen. Der Ausbruch des Tambora im Jahr 1815 führte zu globalen Temperaturabfällen und verursachte das sogenannte „Jahr ohne Sommer“.
Tsunamis: Unterseeische Vulkanausbrüche oder der Einsturz eines Teils eines Vulkans ins Meer können Tsunamis auslösen, die verheerende Auswirkungen auf Küstenregionen haben können. Der Ausbruch des Krakatau im Jahr 1883 verursachte einen der tödlichsten Tsunamis in der Geschichte.
Beeinträchtigung des Luftverkehrs: Vulkanaschewolken können Flugzeuge gefährden, indem sie die Triebwerke blockieren und Schäden an den Flugzeugen verursachen. Der Ausbruch des Eyjafjallajökull in Island im Jahr 2010 führte zur Sperrung des Luftraums über weiten Teilen Europas und verursachte erhebliche Störungen im internationalen Flugverkehr.

Nutzen von Vulkanausbrüchen

Vulkanausbrüche können verheerende Auswirkungen haben, indem sie Menschenleben fordern und Landstriche verwüsten. Trotzdem leben etwa 20% der Weltbevölkerung in der Nähe von Vulkanen. Der Grund dafür liegt in den fruchtbaren Böden, die auf Lavagestein und Vulkanasche entstehen. Diese Böden sind reich an Nährstoffen, was besonders in den milden Klimazonen den Anbau von Obst und Gemüse begünstigt. So gedeihen an den Hängen des Ätna Zitrusfrüchte, Feigen, Oliven und Wein besonders gut.

Vulkane bieten zudem wertvolle Wärme- und Energiequellen. In Ländern wie Island und Neuseeland wird aus der vulkanisch erhitzten Erde Strom und Energie gewonnen. Die Isländer nutzen die heißen Quellen auch als Thermalbäder. Auch in Deutschland, in Städten wie Wiesbaden und Baden-Baden, sind Thermalquellen und Bäder bekannt. In der Toskana gibt es sogar Dampfquellen, die bis zu 230°C heiß werden, und diese Wärme wird von Geothermiekraftwerken zur Stromerzeugung genutzt.

Einige dieser heißen Quellen bieten beeindruckende Naturschauspiele: Geysire, die plötzlich Fontänen aus heißem Wasser in die Luft schießen. Der berühmteste Geysir, „Old Faithful“ im Yellowstone-Nationalpark in den USA, spuckt etwa alle 90 Minuten eine bis zu 50 Meter hohe Wasserfontäne aus. Dies geschieht, weil unter der Öffnung eines Geysirs ein langer, schmaler Spalt in die Tiefe führt, der mit Wasser gefüllt ist. In der Tiefe ist das Wasser kochend heiß, doch das kältere Wasser darüber blockiert den Ausgang. Erst wenn der Druck groß genug ist, wird das gesamte Wasser auf einmal herausgeschleudert und der Geysir „springt“. Nach dem Ausbruch füllt sich der Spalt erneut mit kaltem Grundwasser, und der Zyklus beginnt von vorne.

Der Geysir „Old Faithful“ im Yellowstone-Nationalpark ist sicherlich eine der spektakulärsten Naturschauspiele der Welt.

Foto: PantherMedia / yggdrasill

Bekannte Vulkane und ihre Ausbrüche

Es gibt weltweit viele Vulkane, die durch ihre Aktivität und die damit verbundenen Gefahren bekannt sind. Einige dieser Vulkane sind:

Vesuv, Italien: Berühmt für den Ausbruch im Jahr 79 n. Chr., der die Städte Pompeji und Herculaneum zerstörte. Der Vesuv gilt als einer der gefährlichsten Vulkane der Welt, da in seiner Umgebung Millionen von Menschen leben.
Krakatau, Indonesien: Der Ausbruch im Jahr 1883 war einer der heftigsten in der Geschichte. Die Explosion war weltweit zu hören und der daraus resultierende Tsunami tötete über 36.000 Menschen.
Mount St. Helens, USA: Der Ausbruch im Jahr 1980 war einer der explosivsten in der Geschichte der USA. Er zerstörte große Teile des Berges und veränderte die Landschaft nachhaltig.
Mauna Loa, Hawaii: Der größte aktive Vulkan der Erde. Seine Ausbrüche sind meist effusiv, aber die enormen Lavamengen, die er ausstößt, machen ihn dennoch gefährlich.
Eyjafjallajökull, Island: Bekannt durch seinen Ausbruch im Jahr 2010, der den Luftverkehr in Europa massiv beeinträchtigte und weltweit für Schlagzeilen sorgte.

Vorhersage von Vulkanausbrüchen

Die Vorhersage von Vulkanausbrüchen ist eine der größten Herausforderungen in der Vulkanologie. Obwohl die Wissenschaft in der Lage ist, bestimmte Anzeichen für einen bevorstehenden Ausbruch zu erkennen, bleibt der genaue Zeitpunkt oft schwer vorherzusagen. Zu den häufigsten Methoden der Überwachung gehören:

Seismische Überwachung: Erdbeben, die durch das Aufsteigen von Magma verursacht werden, können auf einen bevorstehenden Ausbruch hinweisen.
Geodätische Messungen: Veränderungen in der Form des Vulkans, wie das Aufblähen der Vulkanflanken, können auf Druckaufbau in der Magmakammer hinweisen.
Gasanalysen: Die Freisetzung von Gasen wie Schwefeldioxid kann ein Anzeichen für aufsteigendes Magma sein.
Thermische Überwachung: Temperaturanstiege an der Oberfläche des Vulkans können ebenfalls auf einen bevorstehenden Ausbruch hindeuten.

Trotz dieser Methoden bleibt die Vorhersage eine komplexe Aufgabe, da Vulkane unvorhersehbar und individuell unterschiedlich reagieren können.

Ein Beitrag von:

Dominik Hochwarth

Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.