Vulkanismus und der Ausbruch des Yellowstone

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Der Schalenaufbau der Erde und seismische Wellen

3. Vorkommen von Vulkanen

4. Vulkantypen
4.1 Schildvulkane
4.2 Schichtvulkane
4.3 Maare
4.4 Calderen

5. Der Yellowstone-Nationalpark
5.1 Allgemeines
5.2 Namensgebung
5.3 Geschichte

6. Der Yellowstone-Vulkan
6.1 Ursachen für den Vulkanismus
6.2 Frühere Ausbrüche
6.3 Anzeichen für einen künftigen Ausbruch des Yellowstone
6.4 Auswertung des Fragebogens

7. Die Folgen eines Ausbruchs
7.1 Die Folgen für die USA
7.2 Die globalen Folgen

8. Reflexion

Anhang

1. Einleitung

Das Thema meiner Facharbeit lautet „Vulkanismus und der Ausbruch des Yellowstone – Welche Folgen hätte der Ausbruch dieses Supervulkans?“. Vulkane gehören zu den faszinierendsten Phänomenen unserer Erde. Seit Jahrtausenden ziehen sie die Menschen mit ihren sprühenden Funken und rotglühenden Lavaströmen in ihren Bann. Aus Interesse zu Vulkanen habe ich dieses Themenfeld aus dem geographischen Rahmenthema „Naturkatastrophen“ mit dem thematischen Schwerpunkt „Vulkanismus“ ausgewählt. Dank diverser, informativer Literatur, die sich mit dem Thema „Vulkanismus“ beschäftigt, konnte ich mir einen guten Überblick über diese Thematik verschaffen. Ich habe mich anschließend gefragt, welche Konsequenzen wohl der Ausbruch eines Supervulkans, zum Beispiel des Yellowstones im Yellowstone -Nationalpark, hätte und welche globalen Folgen er mit sich brächte? Gerade in der letzten Zeit gab es viele Artikel und Dokumentationen zu diesem Thema. Können Wissenschaftler überhaupt nach heutigen Erkenntnissen einen solchen Ausbruch präzise vorhersagen und Vorbereitungen dafür treffen? Inzwischen konnten viele Experimente und Computersimulationen durchgeführt werden, die alle gezeigt haben, dass der Ausbruch eines Supervulkans katastrophale Folgen für die Erde hat. Wissenschaftler haben bis zur heutigen Zeit viele Erkenntnisse im Umgang mit Ausbrüchen von Supervulkanen sammeln können, zum Beispiel durch den Ausbruch des Tambora im Jahre 1815 oder des Pinatubo 1991. So wie unsere eigene Erfahrung uns lehrt, dass der Apfel vom Baum auf den Boden fällt und nicht umgekehrt, so hat man gelernt, dass die Naturgewalten kleine bis enorm hohe Kräfte auf die Biosphäre ausüben können. Eine solche Erfahrung macht natürlich nicht jeder Mensch, aber der, der sie macht, der weiß, dass man die Naturgewalten nicht unterschätzen darf und dass man aus diesem Grund Vorkehrungen treffen muss, um das Ausmaß der Kräfte zu reduzieren beziehungsweise zu verhindern.

Meine Facharbeit beginnt mit einer ausführlichen Beschreibung des Erdinneren, denn hier liegt der Schlüssel des Vulkanismus. Ich möchte dies anhand des Schalenmodells der Erde erklären. Der Leser soll damit erste Informationen zu dem Themengebiet „Vulkanismus“ bekommen.

Im nächsten Punkt der Facharbeit – die Vorkommen der Vulkane – findet der Leser weitere Hinweise, denn ich werde beschreiben, an welchen Orten auf der Erde Vulkane vorkommen und warum sie gerade dort existieren und nicht woanders. Folglich werde ich hier auf die Plattentektonik verstärkt eingehen müssen, da die Vulkane größtenteils an den Plattenrändern vorkommen.

Des Weiteren gehe ich auf verschiedene Vulkantypen ein und liefere eine ausführliche Beschreibung über Schicht- und Schildvulkane, Maare sowie Calderen. Dabei setze ich mich mit ihren jeweiligen Erkennungsmerkmalen, Aufbau sowie Eigenschaften von Magma und Lava auseinander, denn jeder Vulkan hinterlässt seinen geologischen „Fingerabdruck“.

Der Hauptteil meiner Facharbeit beschäftigt sich zuerst mit dem Yellowstone- Nationalpark in den USA. Dazu gebe ich allgemeine Informationen, um einen ersten Einblick über die Vielschichtigkeit und Schönheit dieses Gebietes zu vermitteln.

Ich werde einen bestimmten Vulkan, einen „Supervulkan“ vorstellen – und zwar den Yellowstone im Yellowstone-Nationalpark.

Dabei gehe ich näher auf die vulkanischen Aktivitäten im Nationalpark ein und beschäftige mich mit den vergangenen Ausbrüchen des Yellowstone sowie mit der Frage, ob und wann es einen nächsten Ausbruch geben könnte.

Als praktischen Teil meiner Facharbeit möchte ich mit Hilfe eines Fragebogens den Bekanntheitsgrad dieses Vulkans ermitteln und herausarbeiten, inwieweit die Bewohner des Landkreises Göttingen über einen möglichen Ausbruch informiert sind.

Als letzten Punkt meiner Facharbeit beantworte ich die Ausgangsfrage: Welche Folgen würde der Ausbruch dieses Supervulkans nicht nur für die USA, sondern auch global mit sich bringen?

2. Der Schalenaufbau der Erde und seismische Wellen

Um die Ursache des Vulkanismus zu ergründen, ist es wichtig, das Innere unseres Planeten zu untersuchen. Dank der Technologie der so genannten Wellenanalyse ist es heute möglich, ein genaueres Bild des Erdinneren zu erstellen.

Durch immer präzisere Messungen der Seismologen wurde das Schalenmodell der Erde ständig verfeinert.^[1] Folgende Grobuntergliederungen lassen sich vornehmen: Erdkruste, Oberer Erdmantel, Übergangszone (Mesosphäre), Unterer Erdmantel, Äußerer Erdkern und Innerer Erdkern^[2] (siehe Abbildung 1).

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Abbildung 1

Die „Haut der Erde“ beziehungsweise die Erdkruste ist recht dünn und besteht aus festem Gestein. Sie wird unterteilt in kontinentale Kruste und ozeanische Kruste. Anhand der Wellenanalyse ermittelten die Forscher, dass die Erdkruste eine ungleiche Dicke besitzt: die kontinentale Kruste mit einer Mächtigkeit von 30 bis 60 Kilometer, die unter den Ozeanen liegende ozeanische Kruste mit nur fünf bis sieben Kilometer Dicke.^[3] Unter der Erdkruste befindet sich der Erdmantel. Er wird unterteilt in einen Oberen und einen Unteren Mantel und eine dazwischenliegende Übergangszone. Der Obere Erdmantel bildet zusammen mit der Erdkruste die Gesteinshülle der Erde (Lithosphäre). Seine Schicht besteht aus festen Gesteinen. In der Schicht, die darunter liegt, herrschen Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius und die Gesteine können anfangen zu schmelzen. Diese Schicht nennt sich Fließzone oder Asthenosphäre, ist plastisch, und sie ist nur wenige 100 Kilometer dick – in dieser Schicht liegt der Schlüssel für Vulkane und Erdbeben. Der Erdmantel ist unter der Fließzone wieder fest. Über den Erdkern weiß man heute leider nur sehr wenig. Man vermutet, dass sein äußerer Teil aus flüssigen Eisen-Nickel-Verbindungen besteht und sein innerer Teil dagegen fester ist. Im inneren Erdkern schätzt man die Temperatur auf über 5.000 Grad Celsius.^[4]

Wie eine Zwiebel ist unsere Erde aus mehreren Schichten aufgebaut. Jede einzelne Schicht besitzt unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften und sie bilden zusammen das Aktionsfeld der inneren Dynamik unseres Planeten. Dank der Wellenanalyse weiß man heute, dass die Eigenschaften der Schalen die Ausbreitung von seismischen Wellen im Erdinneren beeinflussen – je höher die Dichte ist, umso schneller breiten sich die Wellen aus. Longitudinalwellen (oder auch Längstwellen genannt) haben das Merkmal alle Medien zu durchdringen und sie schwingen dabei in Ausbreitungsrichtung um den Betrag der Amplitude hin und her. Transversalwellen (oder auch Quer-, Schub- oder Scherwellen genannt) können nur feste, jedoch keine flüssige Materie durchdringen. Treffen seismische Wellen auf die Schichtgrenzen der Schalen, so können sie dort abgelenkt oder sogar reflektiert werden.

Seismische Wellen (Erdbebenwellen) werden bei jeder Erschütterung der Lithosphäre ausgesendet – hier werden die Raumwellen (P- und S-Wellen) von den Oberflächenwellen (Love- und Rayleight-Wellen) unterschieden. Die Raumwellen unterscheiden sich in ihrer Fortpflanzungsart und -geschwindigkeit und sie sind entscheidend für die seismischen Analysen. S-Wellen breiten sich als Transversalwelle oder Scherwelle aus und haben eine Geschwindigkeit von 17.800 Kilometer pro Minute, während P-Wellen sich dagegen viel schneller ausbreiten (40.200 Kilometer pro Minute) und in Form von Kompressionswellen, das heißt geradlinig. Seismologen können, in Kenntnis der bekannten Fortpflanzungsgeschwindigkeiten, aufgrund der Zeitdifferenz beim Eintreffen der Wellen an den Messstationen, die Herdentfernung der seismischen Erschütterung, die auch mit einem Vulkanausbruch verbunden ist, festlegen.^[5]

3. Vorkommen von Vulkanen

Ob Ätna, Mount Sankt Helen oder Kilauea – Vulkane gibt es an vielen Orten der Erde, doch das Auftreten dieser Feuerberge ist nicht beliebig.

Weltweit schätzt man ihre Zahl auf zirka 1.900, von denen 350 zurzeit aktiv sind. Kaum ein Tag vergeht, an dem nicht die Erde Magma durch die Erdkruste an die Oberfläche oder unterhalb der Meeresoberfläche auf den Ozeanboden „spuckt“.^[6]

In den Schwächezonen der Erdkruste, das heißt an den Rändern der Kontinente und ihren vorgelagerten Inseln oder entlang der jungen Faltengebirge, befindet sich die Mehrheit der noch heute tätigen Vulkane. Weitere Ausgangspunkte für das Vorkommen der Vulkane sind die tektonischen Schwachzonen in den Ozeanen (siehe Abbildung 2).^[7] Der so genannte „Feuerring“, ein Ring von Vulkanen im Pazifischen Ozean, ist wohl das bekannteste Beispiel hierfür.^[8]

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Abbildung 2

So erfolgt das Auftreten der Vulkane nach einem ganz bestimmten Verteilungsmuster. Unsere Erdkruste kann man sich wie ein großes Puzzle vorstellen. Sie ist keine zusammenhängende Fläche, sondern sie besteht aus sieben großen Platten und vielen, man schätzt circa 20, kleinen Platten, die auf dem Erdmantel schwimmen. Zusammengenommen bilden sie die uns bekannte Erdkruste mit den Kontinenten und den Böden der Meere. Die Dicke der Platten reicht von sechs bis 30 Kilometer. Die Platten verschieben sich nur um wenige Zentimeter im Jahr, sodass man ihre Bewegung mit dem bloßen Auge nicht wahrnehmen kann. In der Fließzone wird durch die Konvektionsströme das Treiben der Platten verursacht und im Bereich der Lithosphärenplattengrenzen gelangt Magma aus der Tiefe nach oben. Die Erdkruste zerbricht, die Platten driften auseinander (divergente Platten), so wie im Bereich der Ozeanböden. Der Meeresboden ist hier geöffnet. Die Folge dieser Divergenz ist, dass Öffnungen entstehen, die sich immer wieder mit Magma füllen.^[9] Durch die empordringende Gesteinsschmelze entsteht neuer Ozeanboden, wie zum Beispiel der Mittelatlantische Rücken, der Ostpazifische Rücken oder der Arabisch-Indische Rücken. Bei divergierenden Platten auf der kontinentalen Kruste bricht die Erdkruste ein, so geschehen beim Ostafrikanischen Graben und beim Oberrheingraben.

Ebenso befinden sich Vulkane auch in so genannten Subduktionszonen, dort, wo Lithosphärenplatten konvergieren, das bedeutet, dass die schwerere ozeanische Platte unter die spezifisch leichtere Kontinentalplatte abtaucht, wie beispielsweise die Nazca-Platte, die unter die Südamerikanische Platte taucht. Dabei wird die ozeanische Platte erhitzt und das in die Tiefe mitgeführte Gestein wird geschmolzen. Die Gesteinsschmelze kann durch die kontinentale Platte nach oben dringen und dabei Eruptionen verursachen. Die meisten Vulkane sind demnach an Plattengrenzen gebunden.^[10]

Des Weiteren gibt es Vulkane, die sich Hotspot- oder Intraplattenvulkane nennen. „Ein Hotspot ist ein über lange Zeit (über 100 Millionen Jahre) ortsfester Aufschmelzungsbereich im Erdmantel unter der Lithosphäre, über den die jeweils driftende Platte hinweg wandert“^[11] Hierfür ist als bekanntestes Beispiel der Hawaii-Hot Spot im Pazifik zu nennen, der in einem Zeitraum von 60 Millionen Jahren zahlreiche Vulkaninseln aufbaute.^[12]

4. Vulkantypen

4.1 Schildvulkane

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Abbildung 3

Schildvulkane sind die am häufigsten vorkommenden Vulkantypen auf der Erde, mit einem Anteil von circa 90 Prozent aller aktiven, beziehungsweise 95 Prozent, wenn man die inaktiven Vulkane mit einbezieht. Die meisten Schildvulkane sind auf dem Meeresgrund vorzufinden und einige von ihnen sind für die Entstehung von vielen Inseln verantwortlich. Der Mauna Loa auf Hawaii (siehe Abbildung 3) ist einer der bekanntesten Schildvulkane. Der einzige Schildvulkan Deutschlands ist der Vogelsberg. Dieser ist zugleich der größte Vulkan seines Typs in Europa. Schildvulkane können sich über einen sehr großen Raum ausdehnen und deshalb beträgt ihre Hangneigung meist auch nicht mehr als fünf Grad.^[13] Das hängt damit zusammen, dass beim Ausbruch die gasarme Lava mit einer Temperatur von 1000 bis 1250 Grad Celsius sehr heiß und daher sehr dünnflüssig ist, wodurch sie die hohe Fließgeschwindigkeit von 60 Kilometer pro Stunde erreichen kann. Die Lava kann sich daher über Hunderte von Quadratkilometern verteilen, bevor sie abkühlt und zu Basalt erstarrt. Schildvulkane werden aufgrund ihres Eruptionsverhaltens auch als rote Vulkane bezeichnet, da ihre Lava sehr hell ist und rot glüht.^[14]

4.2 Schichtvulkane

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Abbildung 4

Schichtvulkane werden auch als Stratovulkane bezeichnet. Ihr Erkennungsmerkmal ist eine spitzkegelige, steile Form. Sie bestehen aus abwechselnden Schichten von Lava und Lockermassen (pyroklastische Ablagerungen). Man bezeichnet diesen Typ von Vulkanen auch als graue Vulkane, da sie keine glühenden Förderprodukte auswerfen, sondern graue.^[15] Das Magma der Schichtvulkane ist im Vergleich zum Magma der Schildvulkane recht kühl und daher ist es auch viel zähflüssiger. Die Eruptionen verlaufen aufgrund des hohen Gasanteils sehr explosiv und es treten abwechselnd Lockermassen und Lava hinaus. Die Massen lagern sich in einzelnen Schichten auf dem Vulkan ab und erkalten anschließend. Aufgrund dieses Vorgangs kommt die Namensgebung der Schichtvulkane zustande. Bei einer Eruption (auch plinianische Eruption genannt) können die austretenden Lockermassen eine Höhe von bis zu 40 Kilometer erreichen. Sobald die Magmakammer des Vulkans in sich zusammenstürzt, wird sein Gipfel durch den Einbruchskessel ersetzt, wo sich dann ein neuer Vulkankegel bildet. Schichtvulkane haben oft sehr lange Ruhephasen, da die Lava im Vulkanschlot erstarrt und das neu vordringende Magma beim Aufstieg nicht den alten Schlot durchdringen kann. Die Schichtvulkane mit etwa 66 Prozent der Festlandvulkane sind bekannter als Schildvulkane, denn kommt es zu einem Ausbruch, so erleben wir ihn in den meisten Fällen als Naturkatastrophe. Zu den bekanntesten Schichtvulkanen zählen zum Beispiel der Mt. Sankt Helens in den USA, der Ätna (siehe Abbildung 4) auf Sizilien oder der Fudschijama in Japan.^[16]

[...]

^[1] Vgl. http://www.wdr.de.varnish.gl-systemhaus.de/tv/quarks/sendungsbeitraege/2002/0514/003_reise.jsp

^[2] Vgl. Durchblick, GSW Erdkunde 7/8, 1. Auflage, Braunschweig, Westermann Druck GmbH, S. 40

^[3] Vgl. http://www.geologieinfo.de/geologie/schalenaufbau.html

^[4] Vgl. Harms Handbuch der Erdkunde, Physische Geographie, Band 7, 5. Auflage, München, Paul List Verlag, 1964, S.81

^[5] Vgl. Geographie Heute, Vulkanismus, Heft 247, Stuttgart, Ernst Klett Verlag GmbH, 2007, S. 20

^[6] Vgl. Geographie Heute, Vulkanismus, Heft 247, Stuttgart, Ernst Klett Verlag GmbH, 2007, S. 26

^[7] Vgl. Stundenblätter Geographie 7./8. Schuljahr, Rolf Koch/Hilmar Geibert, Stuttgart, Ernst Klett Verlag, 1979, S.26

^[8] Vgl. Terra, Erdkunde 7/8, 1. Auflage, Stuttgart, Ernst Klett Verlag 2008, S.18

^[9] Vgl. http://www.bakip-linz.at/Vulkanismus/verteilung_vulkane.htm

^[10] Vgl. Terra, Erdkunde 7/8, 1. Auflage, Stuttgart, Ernst Klett Verlag 2008, S.10

^[11] Geographie Heute, Vulkanismus, Heft 247, Stuttgart, Ernst Klett Verlag 2007, S. 26

^[12] Vgl. Geographie Heute, Vulkanismus, Heft 247, Stuttgart, Ernst Klett Verlag 2007, S. 26

^[13] Vgl. Was Ist Was, Vulkane, Band 57, Nürnberg, Tessloff Verlag 2009, S. 36

^[14] Vgl. http://www.vulkane-infos.de/vulkantypen/schildvulkane.html

^[15] Vgl. http://www.uni-protokolle.de/Lexikon/Schichtvulkan.html

^[16] Vgl. http://www.vulkane-infos.de/vulkantypen/schichtvulkane.html