Mai01

Viele Leute glauben, dass Diamanten aus der Metamorphose von Kohle entstehen. Die meisten Diamanten, die datiert wurden, sind allerdings viel älter als die ersten Landpflanzen der Erde – das Ausgangsmaterial der Kohle.

Diamanten, die an oder nahe der Erdoberfläche gefunden werden, haben sich durch einen von vier möglichen Prozessen gebildet. © geology.com

Diamanten, die an oder nahe der Erdoberfläche gefunden werden, haben sich durch einen von vier möglichen Prozessen gebildet. © geology.com

Diamanten bilden sich im Erdmantel

Die Bildung natürlicher Diamanten erfordert sehr hohe Temperaturen und Drücke. Diese Bedingungen treten etwa 150 Kilometer unter der Oberfläche in begrenzten Zonen des Erdmantels auf, wo Temperaturen mindestens 1050 ºC sind. Man geht davon aus, dass die für die Diamantbildung und Diamantstabilität kritische Temperatur-Druck-Umgebung ausschliesslich unter den stabilen Kontinentalplatten vorhanden ist.

Diamanten, die in diesen Zonen gebildet und gelagert werden, kommen erst durch Vulkanausbrüchen an die Erdoberfläche, Punkt 1 in der Grafik. Diese Art von Förderung durch Vulkanausbruch scheint selten zu sein und wurde bislang noch nie direkt beobachtet.

Die Kohlenstoffquelle für Mantel-Diamanten ist Kohlenstoff, der seit der Entstehung des Planeten im Erdinneren vorhanden ist.

Diamanten bilden sich in Subduktionszonen

Winzige Diamanten wurden in Gesteinen gefunden, von denen man annimmt, dass sie durch plattentektonische Prozesse in den Erdmantel subduziert und wieder an die Oberfläche befördert wurden, Punkt 2 in der Grafik. Die Diamantbildung in einer subduzierenden Platte kann bereits 80 km unterhalb der Oberfläche und bei Temperaturen von bis zu 200 °C ablaufen. In einer Studie wurde festgestellt, dass Diamanten aus Brasilien winzige mineralische Einschlüsse enthalten, die mit der Mineralogie der ozeanischen Kruste übereinstimmen. Andere Diamanten haben Einschlüsse, die darauf hindeuten, dass subduziertes Meerwasser an ihrer Bildung beteiligt war.

Die wahrscheinlichste Kohlenstoffquelle bei Subduktion einer ozeanischen Platte sind Karbonatgesteine ​​wie Kalkstein, Marmor und Dolomit und möglicherweise Partikel von Pflanzenschutt in Offshore-Sedimenten.

Diamanten bilden sich an Impakt-Standorten

Im Laufe der Erdgeschichte kam es wiederholt zu grossen Asteroid-Einschlägen. Dabei werden extreme Temperaturen und Drücke erzeugt. Wenn z. B. ein 10 km grosser Asteroid, der mit 15 bis 20 km/Sek. fliegt, die Erde treffen würde, entstünde durch den Aufprall ein Energieausbruch, der grösser ist als die Energieausbrüche auf der Sonnenoberfläche.

Die hohen Temperatur- und Druckbedingungen eines solchen Aufpralls sind ausreichend, um Diamanten zu bilden. Diese Theorie wird durch die Entdeckung winziger Diamanten um mehrere Einschlagstellen von Asteroiden gestützt, Punkt 3 in der Grafik.

Winzige, submillimeter grosse Diamanten wurden im Meteor-Krater in Arizona gefunden und Industriediamanten mit einer Grösse bis zu 13 mm im Popigai-Krater in Nordsibirien, Russland.

Im Impaktgebiet könnte Kohle vorhanden sein und könnte als Kohlenstoffquelle der Diamanten dienen. Kalkstein, Marmor, Dolomit und andere kohlenstoffhaltige Gesteine ​​sind ebenfalls potenzielle Kohlenstoffquellen.

Diamanten bilden sich im Weltraum

NASA-Forscher haben eine grosse Anzahl von Nano-Diamanten in Meteoriten entdeckt, (Nano = Einheitenvorsatz für den milliardsten Teil). Der Anteil Diamanten in diesen Meteoriten macht etwa 3 % des gesamten vorhandenen Kohlenstoffs aus, Punkt 4 in der Grafik.

Forscher fanden auch eine grosse Anzahl sehr kleiner Diamanten in einer Probe des Allen Hills Meteorits. Man nimmt an, dass Diamanten in Meteoriten im Weltraum durch Hochgeschwindigkeits-Kollisionen entstanden sind, so wie sich Diamanten auf der Erde an Einschlagstellen bilden.

Kohle ist nicht an der Schaffung solcher Diamanten beteiligt. Die Kohlenstoffquelle stammt aus extraterrestrischer Quelle.

Ist nun Kohle an der Entstehung von Diamanten beteiligt?

Man kann festhalten, dass fast jeder terrestrische Diamant, der datiert wurde, im Präkambrium entstanden ist – in der Zeitspanne also zwischen der Entstehung der Erde vor 4’600 Mio. J. und dem Beginn des Kambriums vor 542 Mio. J.. Die frühesten Landpflanzen sind erst vor 450 Mio. J. also fast 100 Mio. J. nach der Bildung aller natürlichen Diamanten der Erde entstanden.

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Apr17

Viele Rifttäler bzw. Grabenbrüche sind Teil einer Dreifach-Kreuzung, wo sich drei tektonische Platten in etwa 120 ° Winkeln treffen. Meistens spalten sich zwei Arme einer Dreifach-Kreuzung, um einen Ozean zu bilden, während der dritte “gescheiterte Riss” ein Grabenbruch werden kann. Nur sehr selten entsteht ein Ozean aus allen drei Armen.

Dreifach-Kreuzung © GeologyIn.com

Dreifach-Kreuzung © GeologyIn.com

Auf kontinentaler Lithosphäre sind nur wenige aktive Grabenbrüche zu finden. Der Ostafrikanische Graben zusammen mit dem Baikal-, dem Westantarktischen- und dem Rio Grande Graben sind die wichtigsten aktiven kontinentalen Rift-Täler der Erde.

Ein zur Zeit für Schlagzeilen sorgendes Beispiel ist das Ostafrikanische Rift-System, das sich im Norden von Syrien bis in den Süden nach Mosambik erstreckt.

Der Ostafrikanischer Riss

Südlich des Roten Meeres liegt der komplexe Ostafrikanische Graben, der den afrikanischen Kontinent in zwei Teile teilt. Die afrikanische Platte, manchmal die nubische Platte genannt, trägt den grössten Teil des Kontinents, während die kleinere somalische Platte das Horn von Afrika trägt.

Die beiden grossen Grabensysteme des Ostafrikanischen Rifts sind das Gregory oder Östliche Rift und das Westliche Rift. Diese Rift-Täler sind von Vulkanen übersät: Erta Ale in Äthiopien, Mount Kenya in Kenia (ein nicht mehr aktiver Stratovulkan), Ol Doinyo Lengai und der Kilimanjaro (ein schlafender Stratovulkan) in Tansania und der Nyiragongo in der Demokratischen Republik Kongo, DRK.

Die jüngsten Schlagzeilen zeigen Bilder eines Spalts, der sich auf dramatische Weise auftut und den man mit aufflackernden Aktivitäten der Grabentektonik in Verbindung bringt.

Ein Riss tut sich im Rift Valley in Kenia auf © nation.co.ke

Ein Riss tut sich im Rift Valley in Kenia auf © nation.co.ke

Da der Spalt jedoch keine Ähnlichkeit mit Verwerfungen zeigt, die durch Rift Tektonik verursacht werden, und auch keine grösseren Erdbeben registriert worden sind, wird in der Fachwelt eine andere Ursache vermutet.

Die intensiven Regenfälle sollen aus tieferliegenden Schichten Vulkanasche weggespült haben. Ähnliches habe man bereits vor Ort und an anderen Stellen auf der Welt beobachtet.

Nichts desto trotz entwickelt sich der Grabenbruch weiter: In einigen Millionen Jahren wird das östliche Afrika vermutlich vom Rest des Kontinents abgespalten sein und eine neue eigene Landmasse gebildet haben.

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Apr03

Das Gebiet, um welches es im heutigen Beitrag geht, befindet sich küstennah im Süden von Kenia unweit der tansanischen Grenze. Seit den ersten Schürfungen und geologisch/geochemischen Untersuchungen in den 1930-er Jahren bis zum bevorstehenden Abbau, der trotz politischem Seilziehen auf internationaler und grossem Widerstand auf nationaler Ebene in den kommenden Jahren umgesetzt werden wird, sind über 80 Jahre vergangen. Die Niob-Seltene Erden Lagerstätte wird heute mit über 100 Millionen Tonnen veranschlagt bei einem zur Zeit geschätzten Wert von über 100 Milliarden USD. Sie ist weltweit eine der grössten Niob-Reserven mit einer mittleren Anreicherung von 0,65 % Niob-Pentoxid, Nb2O5, die in angereicherten Zonen bis zu 3 % ansteigt. Niob-Pentoxid ist ein farbloses, nicht lösliches Pulver, das durch Hydrolyse und anschliessender Reaktion mit Sauerstoff entsteht.

Im SE von Kenia ragt Mrima Hill 230 m über einer von Quartär-Sedimenten bedeckten Ebene © PAW

Im SE von Kenia ragt Mrima Hill 230 m über einer von Quartär-Sedimenten bedeckten Ebene © PAW

Lokalisation Mrima Hill

Lokalisation Mrima Hill

Lokalisation Mrima Hill

Lokalisation Mrima Hill

Da Mrima Hill ein durch Grabenbruch-Vulkanismus entstandener, verwitterter Karbonatit ist, sind auch bedeutende Mengen der Seltenen Erden vorhanden, die bis zu 5 % angereichert sind. Auch die Seltenen Erden zählen wie Niob zu den begehrten strategischen Metallen unserer hochtechnisierten Gesellschaft. Siehe:

→ Wirtschaftsgeologie, ein Fachgebiet mit polit. Auswirkung
Strategisch wichtige Metalle: Niob, Tantal und die Seltenen Erden
Seltene Erden: Treibstoff der Moderne, Öl der Zukunft?
Am Anfang steht das Gestein

Ein Karbonatit ist immer auch Teil eines grösseren alkalischen Eruptiv- oder Intrusiv-Komplexes. Der Jombo Hill Komplex, unweit vom Mrima Hill entfernt, repräsentiert die frühkristalline Phase dieser intrusiven, alkalinen Magmafolge. Der Karbonatit selbst drang in mesozoische Sandsteine ​​ein und weist heute eine bis 100 m mächtige Verwitterungsschicht auf. Ein bedeutender Effekt der Verwitterung war die Entfernung von Calcit und anderen Carbonaten, die das Volumen des ursprünglichen Karbonatits auf 20 % reduzierte, was zu einer entsprechenden Konzentration witterungsresistenter Begleitminerale, einschliesslich Pyrochlor, geführt hat.

Pyrochlor ist ein Niob-haltiges Mineral aus der Mineralklasse der Oxide und Hydroxide mit der idealisierten chemischen Zusammensetzung Ca2Nb2O7. Durch Substitution lassen sich zahlreiche weitere Elemente in die Kristallstruktur einfügen. So können grosse Mengen an Seltenen Erden, Uran und Thorium eingebaut werden.

Pyrochlor: Mt Malosa, Zomba District, Malawi © Christian Rewitzer, CC BY-SA 3.0

Pyrochlor: Mt Malosa, Zomba District, Malawi © Christian Rewitzer, CC BY-SA 3.0

Mrima Hill – ein heiliger Kaya Wald

Gegen die Ausbeutung der Mineralien regt sich Widerstand, einerseits aus Umweltaspekten aufgrund der hohen in den Mineralen gebunden Radioaktivität, und weil ursprünglicher Küstenwald vernichtet würde.

Andererseits kämpft die angestammte Bevölkerung der Küste Gegen die Zerstörung eines Kulturerbes. Sie verwalten bis heute mit grossem Erfolg eines der merkwürdigsten Welterbestätten: die Überreste  befestigter Dörfer, die von den Mijikenda als heilige Stätten ihrer Vorfahren verehrt werden.

Diese bewaldeten Stätten stammen aus dem 16. Jahrhundert, als eine Migration pastoraler Gemeinschaften aus dem heutigen Somalia zur Entstehung mehrerer Dörfer führte, die rund 200 km durch die tief liegenden Hügel der Provinz führen.

Mrima Hill heiliger Wald © Elias Kimaru / WWF Cymru

Mrima Hill heiliger Wald © Elias Kimaru / WWF Cymru

Nachdem sie Jahrhunderte lang gediehen waren und ihre eigene Sprache und Bräuche entwickelt hatten, begannen die Kayas um das frühe 20. Jahrhundert herum zu zerfallen. Heute, obwohl unbewohnt, werden die Kayas weiterhin als Aufbewahrungsorte für alte Glaubensvorstellungen und Praktiken verehrt. Dank der sorgfältigen Pflege durch die Mijikenda-Leute sind die Haine und Gräber in den Kayas als Reste eines ehemaligen Küstenwaldes erhalten geblieben.

Während Immobilienentwickler und Ressourcenforscher diese uralten ökologischen und kulturellen Hotspots ins Visier nehmen, machen sich die Einheimischen auf den Weg zu einer Auseinandersetzung mit dem, was die Weltbank als eine der am schnellsten wachsenden Volkswirtschaften in Subsahara-Afrika bezeichnet.

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Okt24

Die Theorie des Wilson-Zyklus befasst sich mit Modellen zu jenen Prozessen, die das Entstehen und Vergehen von Gebirgen und Ozeanen erklären möchte. Sie geht auf den Geophysiker Tuzo Wilson zurück und stellt die Weiterentwicklung von Alfred Wegeners Theorie der Kontinentalverschiebung dar. Dabei wird vor allem auf Grund von geophysikalischen und geologischen Untersuchungen im ozeanischen Bereich angenommen, dass Teile der Erdkruste verschiebbar sind.

Alfred Wegener stellte 1912 die Hypothese der Kontinentalverschiebung auf, ging allerdings nur von der Beweglichkeit der Kontinente aus. Wie wir heute wissen, betrifft die Verschiebung oder Drift nicht nur Kontinente. So wurde aus der Theorie der Kontinentaldrift die Theorie der Plattentektonik. Man geht dabei von einer Erdkruste aus, die aus gegeneinander verschiebbaren Platten besteht, und deren Bewegungen zur Entstehung von Gebirgen und Ozeanen, Tiefseegräben und Inselbögen, Riftzonen und Mittelozeanischen Rücken, Hot Spots und Subduktionszonen führen.

Der Wilson-Zyklus beschreibt und erklärt also die verschiedenen Stadien und Ergebnisse eines plattentektonischen Zyklus, der etwa 300 bis 500 Millionen Jahre dauert.

Ein Zyklus durchläuft verschiedene Stadien

Die Stadien eines Wilson-Zyklus am Beispiel rezenter Erscheinungsformen der Plattentektonik © Hannes Grobe/AWI, CC BY 3.0

Die Stadien eines Wilson-Zyklus am Beispiel rezenter Erscheinungsformen der Plattentektonik © Hannes Grobe/AWI, CC BY 3.0

Ein Graben bricht auf: Kontinentalplatten driften auseinander

Im Erdinnern schwächen Wärmeströme z. B. von Hotspots die Gesteine der Kruste und ein kontinentaler Grabenbruch kann entstehen. Ein bekanntes Beispiel ist das Ostafrikanische Graben-System.

Ostafrikanisches Riftsystem (rot) mit Rotmeer-Graben (grün) © CC BY-SA 3.0

Ostafrikanisches Riftsystem (rot) mit Rotmeer-Graben (grün) © CC BY-SA 3.0

Der Rotmeer-Graben, der Afrika von Asien trennt und vom Roten Meer bedeckt ist, stellt die Weiterentwicklung dar. Hier gelangen Gesteinsschmelzen in den Graben und bilden neuen Meeresboden, wobei sich allmählich ein Ozean bildet. Typisch für solche frühen Ozeanbecken sind erzhaltige Wässer, die sogenannten “Black and White Smokers“.

«Black & White» Smokers – Kein Whisky sondern Quellen!

Der Mittelozeanische Rücken: Ein Ozean und ozeanische Kruste entsteht

Während des Atlantik-Stadiums füllen aus dem Erdmantel aufsteigende Gesteinsschmelzen das Ozeanbecken. Im Zentrum eines solchen Ozeans liegt ein mittelozeanischer Rücken, aus dem laufend Lava austritt. Auf beiden Seiten des Rückens entsteht durch Abkühlung die neue, ozeanische Kruste.

Der Mittelatlantischen Rücken: die Farbe Rot stellt die jüngsten Gesteine dar © gemeinfrei

Der Mittelatlantischen Rücken: die Farbe Rot stellt die jüngsten Gesteine dar © gemeinfrei

Ein typisches Beispiel dafür ist der zwischen Amerika und Europa/Afrika über tausende Kilometer verlaufende Mittelatlantische Rücken. In diesem Bereich kommt es immer wieder zu gewaltigen Vulkanausbrüchen und zur Entstehung neuer Inseln. Ein Beispiel dafür ist Island. →
Geologische Höhepunkte zum Jahreswechsel!

Subduktion: Das Verschwinden von Ozean und ozeanischer Kruste

Im Pazifik-Stadium taucht die ozeanischen Kruste bzw. Platte an ihrem Rand allmählich unter die kontinentale Platte ab, da sie spezifisch schwerer ist. Man nennt diesen Vorgang Subduktion.

Subduktion ozeanischer Kruste mit Lithosphäre unter kontinentale Platte und Lithosphäre © CC BY-SA 3.0

Subduktion ozeanischer Kruste mit Lithosphäre unter kontinentale Platte und Lithosphäre © CC BY-SA 3.0

Als Folge der Subduktion bildet sich am Plattenrand ein Tiefseegraben. Tiefseegräben sind rund um den Pazifik vorhanden, z. B.  der Atacamagraben vor der Westküste Südamerikas und der Mexikograben vor der Westküste Zentralamerikas. In der Regel wird das Abtauchen von Erdbeben begleitet. Beim Abtauchen wird gleichzeitig das Material der ozeanischen Platte in grösseren Tiefen wieder aufgeschmolzen und kann am Rand der Kontinentalplatte als Magma aufsteigen. So entstande Vulkanketten markieren dann die Grenze zwischen den Platten. Beispiel sind die Kordilleren Mittel- und Südamerikas oder die Erdbebenregion um die Andreasspalte in Kalifornien.

Im Mittelmeer-Stadium wird ein Ozean immer weiter eingeengt, weil die ozeanische Platte unter der kontinentalen verschwindet.
Eine solche Subduktion vollzieht sich gegenwärtig im Mittelmeerraum. Die gegeneinanderdriftende Eurasische und Afrikanische Platte engen das Mittelmeerbecken immer mehr ein bis es in einigen Millionen Jahren verschwunden sein wird.

Die sieben Schwestern
Wenn die Erde bebt

Plattenkollision: ein Faltengebirge entsteht

Im Himalaya-Stadium, wie dieses Stadium genannt wird, ist der Ozean verschwunden. Indem nun Kontinent mit Kontinent kollidiert, kommt es durch den starken Druck zur Verfaltung der kontinentalen Krusten. Faltengebirge wie die Anden, der Himalaja oder die Alpen entstehen. Setzt sich der Prozess des Zusammenschiebens fort, können sich einzelne Teile oder sogenannte Späne übereinander schieben. So entsteht ein Deckengebirge. Als Beispiel dienen die Alpen mit seinem gut erforschten Deckenbau.

Abtragung und Ende des Zyklus

Wenn ein Faltengebirge entsteht und herausgehoben wird, beginnt zugleich die Abtragung. Ist das Gebirge völlig abgetragen, befindet sich der Wilsonzyklus in seiner letzten Phase, der Ruhephase. Jetzt können die Kontinente wieder aufbrechen und mit dem Graben-Stadium in einen neuen Zyklus eintreten.

Animation eines Wilson Zyklus

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Aug22

95 % der weltweit vorkommenden Vulkane sind an aktive Plattenränder wie Subduktions-Rift- und ozeanische Spreizungszonen gebunden, die restlichen 5 % an Mantel-Plumes oder Manteldiapire bzw. Hotspots.

Ein Manteldiapir ist ein Gebiet im tieferen Erdmantel, von wo aus Wärme und Material in die Erdkruste aufsteigt und der Hotspot ist die Entsprechung an der Oberfläche.

 

Schema eines Manteldiapirs © Ingo Wölbern, eigenes Werk, gemeinfrei

Schema eines Manteldiapirs © Ingo Wölbern, eigenes Werk, gemeinfrei

Die Vorstellung eines Mantelplumes entstand in den 1960er Jahren und zielte darauf ab den Intraplattenvulkanismus, der unabhängig von Plattengrenzen auftritt, zu erklären.

Die meisten aktiven Intraplattenvulkane sind in ozeanischen Gebieten zu beobachten mit dem Hawaii-Archipel als bekanntestes Beispiel. Übrigens sind es basaltische Schildvulkane, siehe Beitrag Schicht- oder Schildvulkan?

Mit zunehmender Entfernung vom heute aktiven Vulkan werden die Inseln älter.

Karte der Hawaii-Emperor-Kette: Die älteren Abschnitte sind vollständig unterseeische. Diese Kette führte zur Diapir/Hotspot These© I. Wölbern - eigenes Werk, gemeinfrei

Karte der Hawaii-Emperor-Kette: Die älteren Abschnitte sind vollständig unterseeische. Diese Kette führte zur Diapir/Hotspot These© I. Wölbern – eigenes Werk, gemeinfrei

Aus dieser Beobachtung leitete man 1963 einen Zusammenhang zwischen Vulkanismus und Plattendrift ab. Der aktive Vulkan, der mit der Lithosphärenplatte wegdriftet, gerät so aus dem Umfeld der ortsfesten Magmaquelle und ein neuer Vulkan entsteht.

Hotspot © CC BY-SA 3.0

Hotspot © CC BY-SA 3.0

Das Modell wurde weiter verfeinert und die Hotspots brachte man in Zusammenhang mit aufsteigenden Plumes. Sie sind das Resultat von Konvektionsvorgängen im unteren Mantel. Mit dieser Annahme konnte auch erklärt werden, dass Hotspot Basalte eine etwas andere chemische Zusammensetzung zeigen als jene Mittelozeanischer Rücken.

Den Ablauf kann man sich folgendermassen vorstellen: Ein Plume durchquert den plastischen Erdmantel und trifft auf die festere Lithosphäre, die wie eine Trennschicht für das aufsteigende Material wirkt. So breitet sich darunter das Material pilzförmig in alle Richtungen aus und gibt Wärme ab, so dass Teile des Mantelgesteins zu schmelzen beginnen. Und je weiter der Plume aufsteigt, desto mehr Material geht infolge des abnehmenden Drucks in Schmelze. Die Druckentlastung bewirkt, dass sich das Magma durch bestehende Klüfte und Gesteinsporen bis in die Erdkruste bewegt, wo es sich in einer Magmakammer sammelt. Der Druck in der Magmakammer wird so aufgebaut bis  die Schmelze schliesslich die Erdoberfläche erreicht. Dies wird als basaltischer Vulkanismus wahrgenommen.

Geht man davon aus, dass Hotspots über lange geologische Zeiträume ortsfest sind, können Bewegungen rekonstruiert werden, die weiter in der Vergangenheit liegen.

Weitere bekannte Beispiele für Hotspot-Vulkanismus sind z. B. die Eifel in Deutschland, die Galápagos-Inseln, der Yellowstone-Nationalpark in Wyoming, der Dekkan Trapp in Indien, der Sibirische Trapp in Russland, Die Insel der Glückseligen und weitere.

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Aug15

Der Begriff “Supervulkan” ist eine Wortneuschöpfung, die einst von den Medien für die Beschreibung der Yellowstone-Caldera geschaffen wurde. Der US-Geological Survey schuf daraufhin eine Definition für Supervulkan-Eruptionen in Abhängigkeit des Vulkanexplosivitätsindexes, dem VEI. Je nach Forschergruppe wird die Grenze Vulkan-Supervulkan bei einem VEI 7-8 oder >8 gesetzt, bei einer Fördermenge von über 1000 km3 Auswurf vulkanischer Asche und Tephra. Diese Definition berücksichtigt nur explosive Ausbrüche und lassen die gigantischen, effusiven Flutbasaltprovinzen unbeachtet.

Was sind Supervulkane?

In der Regel hinterlässt eine Supervulkan-Eruption eine Caldera oder einen Krater mit einem Durchmesser von mindestens 20 Kilometern. Die Tephra-Ablagerungen erreichen in Vulkannähe oft Mächtigkeiten von mehreren 100 Metern.
Das jüngste Beispiel einer Supervulkan-Eruption ist der Ausbruch des Taupo auf Neuseeland vor etwa 26’500 Jahren bei einem VEI von 8 und einer Fördermenge von 1200 km3 Tephra. Entstanden ist der Supervulkan selbst vor etwa 300’000 Jahren und gehört zu den gefährlichsten der Welt.

Panorama des Taupo Kratersees, Nord Insel, Neuseeland © Nydhogg, gemeinfrei

Panorama des Taupo Kratersees, Nord Insel, Neuseeland © Nydhogg, gemeinfrei

Ein weiterer Supervulkan-Ausbrauch fand vor 75’000 Jahren auf Sumatra statt. Der Toba förderte 2’100 km3 Tephra und hinterliess eine 100 x 30 km grosse Caldera: Es ist der grösste Kratersee der Erde. Man vermutet, dass das vulkanische Material bis zu 80 Kilometer hoch in die Atmosphäre geschleudert wurde. Die Asche bedeckte eine Fläche von vier Millionen Quadratkilometern und gelangte bis nach Indien. Wie man sich vorstellen kann, kam es zu einer Veränderung des Erdklimas über einen längeren Zeitraum.

Falschfarben-Satellitenaufnahme des Tobasees, der eine 100 x 30 km grosse Caldera eines Supervulkans darstellt © NASA Landsat - NASA

Falschfarben-Satellitenaufnahme des Tobasees, der eine 100 x 30 km grosse Caldera eines Supervulkans darstellt © NASA Landsat – NASA

Weiter zurück liegt der Ausbruch des Yellowstone Vulkans vor 640’000 Jahren, welcher 1000 km3 Tephra förderte. Der Vulkankomplex selbst ist 17 Millionen Jahre alt und liegt über einem Hot Spot – einer Zone, in der aus einer Tiefe von 45 bis 20 km heisses Material aus dem Erdmantel in die Erdkruste aufsteigt. Das Material der Magmakammer könnte den Grand Canyon elfmal füllen. Schwefelseen und nicht Krater weisen auf den Supervulkan unter dem Yellowstone-Park hin. Auch dieses Gebiet steht immer wieder in den Schlagzeilen, weil es Anzeichen für wiederkehrende Aktivitäten gibt; auch er gehört auf die Liste der gefährlichsten Supervulkane.

Auswirkungen von Supervulkan-Eruptionen sind global, da Asche, Tephra und Gase bis in die Stratosphäre gelangen. Wie sich dies auswirken könnte, wird in der Grafik gezeigt. Die an Vulkanen austretenden Gase sind normalerweise ein Gemisch aus Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Schwefeldioxid (SO2), Schwefelwasserstoff (H2S), Salzsäure (HCl) und Fluorwasserstoff (HF). Die Menge und Zusammensetzung der Gase hängt stark von der Gesteinsschmelze ab. Basische bzw. basaltische Schmelzen sind CO2-dominiert, während saure bzw. rhyolithische Magmen Wasserdampf-dominierte Gase hervorbringen.

Der Ausstoss von Asche, Tephra und Gasen grosser Vulkane und die Wechselwirkung in der Atmosphäre © Max-Planck-Institu

Der Ausstoss von Asche, Tephra und Gasen grosser Vulkane und die Wechselwirkung in der Atmosphäre © Max-Planck-Institut

So kommt es zur Verdunkelung der Atmosphäre (global dimming) und die Sonneneinstrahlung wird reduziert (vulkanischer Winter). Bekannte Ausbrüche mit verheerenden Folgen wie der Vesuv (VEI 4), Mount St. Helens (VEI 5) und Krakatau (VEI 6) nehmen sich im Vergleich zum Ausbruch eines “Supervulkans” bescheiden aus. Aber auch sie nehmen klimarelevanten Einfluss auf die Erde.

Was sind Flutbasalte?

Flutbasalte, Plateaubasalte oder Trapps reihen sich in die Kategorie der Magmatischen Grossprovinz (Large Igneous Province, LIP) ein. Aus kilometerlangen Spalten fliesst dünnflüssige, meistens basaltische Lava. Eine solche Grossprovinz kann gut aus 1 Million km3 Magma auf einer Flächen von mehreren Millionen km2 bestehen, das sich intrusiv oder extrusiv in geologisch kurzen Zeiträumen ausbreitet. Neben den Ozeanböden stellen die kontinentalen Flutbasalte die flächenmässig grössten Lavamassen der Erde dar, es sind etwa 45%.

Sibirischer Flutbasalt, Taymyr Peninsula © Paul Wignall; Nature

Sibirischer Flutbasalt, Taymyr Peninsula © Paul Wignall; Nature

Das grösste vulkanische Ereignis der Erde ist der sibirischen Trapp in Russland mit einer Fläche von heute 2’000’000 km² und  7’000’000 km² bei seiner Entstehung vor 250 Mio. J. Das ist grösser als die Fläche Europas. Bekannt sind auch der Dekkan-Trap in Indien von 500’000 km² vor 65 Mio. J. und das Columbia River Plateau in den US Bundesstaaten Oregon, Washington und Idaho mit 160’0000 km² vor 11 – 5 Mio. J..

Als Quelle des Sibirischen Trapps wird ein Mantelplume oder Hotspot vermutet. Die wissenschaftliche Debatte darüber hält jedoch noch an. Auch für den Dekkan-Trapp wird ein Mantelplume vermutet, nämlich der, der zur Zeit den Réunion-Hotspot speist.

Siehe Beiträge:
→ Das Magma: Woher kommt es und wie entsteht es?
Der Aufbau der Erde

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Aug08

Von den 1500 aktiven Vulkanen der Erde sind etwa die Hälfte Schichtvulkane.

Schicht- oder Stratovulkane

Zu erkennen sind sie an ihrer konischen, steilen Kegelform mit einem oder mehreren Kratern. Stratovulkane werfen grosse Mengen an pyroklastischem Material aus: Bis 60 t schwere Bomben können es sein, oder nur kleine glühende Lapilli, Asche oder Tuffe. Wie der Name schon sagt, besteht ein Schichtvulkan aus verschiedenen Lagen von Lava und Asche, beziehungsweise Pyroklastika, was auf ihr grosses Explosionspotential hinweist. Das Magma ist reich an Kieselsäure mit SiO2 > 52 % und deshalb sehr zähflüssig. Solche Laven bewegen sich nur langsam und lagern sich in der Nähe des Kegels ab. Auf diese Weise wird der Vulkankegel aufgeschichtet und nach jeder Eruption erhöht. Nur feine Bestandteile wie Asche und Staub werden über weite Flächen verteilt.

Ein typischer Schichtvulkan: Fuji vom Shōji-See aus betrachtet, © 名古屋太郎, CC BY-SA 3.0

Ein typischer Schichtvulkan: Fuji vom Shōji-See aus betrachtet, © 名古屋太郎, CC BY-SA 3.0

Bekannte Stratovulkane sind der Fuji, der Hausberg Japans, der Mount Mayon auf den Philippinen, der Llaima in Chile, der Merapi in Indonesien, der Vesuv, der Ätna und die Vulkane der Liparischen Inseln, Mount St. Helens und viele andere.

Die restliche Hälfte teilen sich Schildvulkane (ca. 12 %), Maare und Caldera-Vulkane, kleine und kegelförmige Schlacke- und Aschekegel-Vulkane und Lavadome aus zählflüssiger und langsamer, aber schnell erstarrender Lava .

Schildvulkane

Schildvulkane zeigen eine breitflächige Ausdehnung bei flacher Hangneigung. Das Magma ist denn auch viel basischer als beim Stratovulkan mit SiO2 < 50 % und damit auch dünnflüssiger. Eine solche Lava kann weite

Der Skjaldbreiður im Þingvellir, Island: ein typischer Schildvulkan, © Reykholt, CC BY-SA 3.0

Der Skjaldbreiður im Þingvellir, Island: ein typischer Schildvulkan, © Reykholt, CC BY-SA 3.0

Strecken zurücklegen und grosse Gebiete bedecken. Bei den Schildvulkanen gibt es einen zentralen Förderschlot. Bekannte Beispiele sind der Mauna Loa auf Hawaii, der sich 4 km über dem Meeresspiegel erhebt, von seiner Basis auf dem Meeresboden aus gemessen sind es allerdings 10 km. Es ist somit der grösste Schildvulkan der Erde. Weiter Beispiele sind der Vulkan Piton de la Fournaise auf La Réunion, die isländischen Vulkane und die Riftvulkane im Ostafrikanischen Graben. Der grösste und höchste Berg des Sonnensystems ist der Olympus Mons auf dem Mars.

Schlackenkegel

Schlackenkegel sind ein einfacher Vulkan Typus. Sie bestehen aus Partikeln und Tropfen erstarrter Lava, die aus einem einzelnen Schlot ausgeworfen wurden. Wenn gasbeladene Lava kräftig in die Luft geschleudert wird, zerbricht sie in kleine Fragmente, die sich verfestigen und als Schlacke um den Schlot herum zu Boden fallen und einen Kegel bilden. Die meisten Schlackenkegel besitzen einen Krater auf ihrem Gipfel und erheben sich nur selten mehr als dreihundert Meter über ihre Umgebung.

Der Schlackenkegel Paricutín in Mexiko, © gemeinfrei

Der Schlackenkegel Paricutín in Mexiko, © gemeinfrei

Ein Beispiel findet sich in der Nähe des mexikanischen Dorfes Parícutin. Im Jahre 1943 kam es zu einer explosiven Eruption, die mit entweichenden Gasen aus geschmolzener Lava  anfing. Es bildete sich Schlacke, die um die Schlotöffnung liegenblieb und sich zu einem Kegel mit einer Höhe von etwa 400 Metern anhäuften. Die letzte explosive Eruption hinterliess einen trichterförmigen Krater. Nachdem die Gase freigesetzt waren, strömte das geschmolzene Gestein still auf die umgebende Kegeloberfläche und bewegte sich in Form von Lavaflüssen hangabwärts. Die Reihenfolge – Eruption, Entstehen von Kegel und Krater, Lavafluss – beschreibt recht gut die Entstehung eines Schlackenkegels.

Lavadome

Sie entstehen aus relativ kleinen, knolligen Lavamassen, die zu zähflüssig sind, um über weite Strecken zu fliessen und so stapelt sich die Lava über und um den Schlot. Ein solcher Dom wächst durch Ausdehnung von innen.

Der neue Dom im Krater des Mount St. Helens, © gemeinfrei

Der neue Dom im Krater des Mount St. Helens, © gemeinfrei

So wie er wächst, kühlt seine Oberfläche ab und härtet aus, zersplittert dann und befördert einzelne Fragmente über die Flanke. Manche Dome bilden zerklüftete Beulen oder Rücken über der Schloten, andere bilden kurze, steile Lavaflüsse sogenannte “Coulees”. Vulkanische Dome treten in der Regel innerhalb der Krater oder an den Flanken von grossen Schichtvulkanen auf. Ein zerstörerisches Beispiel ist der Mont Pelée auf Martinique. 1902 ging es los mit dem Anwachsen eines Doms am Schichtvulkan, Mont Pelée. Die Küstenstadt St. Pierre, etwa sechs Kilometer hangabwärts im Süden wurde vernichtet und fast 30’000 Einwohner wurden von einem weissglühendem Aschefluss mit enormer Geschwindigkeit und den damit verbundenen heissen Gasen und vulkanischem Staub getötet.

In der unteren Grafik werden die Eruptionseigenschaften in Bezug zu den Vulkantypen aufgezeigt.

Vulkantypen und Eruptionseigenschaften, © CC-BY-SA 4.0

Vulkantypen und Eruptionseigenschaften, © CC-BY-SA 4.0

Zur Frage der geografischen Verteilung der Vulkane und der Beziehung der Vulkane zur Tektonik verweise ich auf die Beiträge: Das Magma, woher kommt es und wie entsteht es?Der Aufbau der Erde, Die sieben SchwesternTomatensauce und Lavabrei.

Und hier noch eine kleine Fragerunde: Welcher Vulkantyp hat Pompeji zerstört?

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Die Lösung

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