Vulka­nismus und Erdbeben - Spezi­al­ge­biet aus Geogra­phie

Vulkanismus und Erdbeben

Spezialgebiet aus Geographie

1.    plattentektonik

1.1.        Historische Entwicklung

1.2.        Aufbau der Erde

1.3.        Plattenbewegungen

1.4.        Divergierende Plattenbewegung

1.5.        Konvergierende Plattenbewegung

1.6.        Aneinandergleiten zweier Platten

2.    Vulkanismus

2.1.        Bildung des Magmas

2.2.        Vulkanismus und Plattentektonik

2.3.        Förderung vulkanischer Magmen

2.4.        Entstehung der verschiedenen Laven und Förderprodukte

2.5.        Oberflächenvulkanismus

2.6.        Spalteneruption

2.7.        Schichtvulkane

2.8.        Schildvulkane

2.9.        Spaltenvulkane

2.10.     Stau- und Stoßkuppen

2.11.     Maare

2.12.     Calderen

3.    Erdbeben

3.1.        Erdbeben und Plattentektonik

3.2.        Erdbebentypen

3.3.        Erdbebenwellen

3.4.        P-Wellen

3.5.        S-Wellen

3.6.        R-Wellen

3.7.        L-Wellen

3.8.        Erdbebenmessung

3.9.        Richter-Skala

3.10.     Mercalli-Skala

4.    Quellenverzeichnis

 

1.Plattentektonik

1.1.     Historische Entwicklung

Die Erscheinungen Vulkanismus und Erdbeben stehen in Zusammenhang mit jener geologisch-geophysikalischen Theorie, welche als „Plattentektonik“ bezeichnet wird. Der eigentliche Begründer dieser Theorie ist Alfred Wegener. Er wurde 1880 in Berlin geboren und war ab 1919 Vorstand der Sternwarte in Hamburg.

Ab 1924 war er Professor für Geologie an der Universität in Graz. Alfred Wegener nahm an 4 Grönlandexpeditionen teil. Im November 1930 fand er zusammen mit einem ihn begleitenden Eskimo auf dem Rückmarsch vom Inlandeis an die Westküste Grönlands den Tod. Zeit seines Lebens fiel ihm, wie auch anderen Wissenschaftlern zuvor, die Ähnlichkeit in den Küstenlinien zu beiden Seiten des Atlantiks auf.

Im Jahre 1912 führte er den Begriff der „Kontinentalverschiebung“ ein und untermauerte diese Theorie in den folgenden Jahren durch eine Vielzahl von geologischen, geographischen und biologischen Beweisen. Außerdem war er der Meinung, dass alle heutigen Kontinente in einem großen „Superkontinent Pangäa“ vereint waren. In der „Trias“, vor mehr als 200 Millionen Jahren, brach dieser Auseinander.

Seitdem drifteten die Kontinente auseinander. Den endgültigen Beweis für die Richtigkeit vieler seiner Annahmen konnten allerdings erst Fred Vine und Drummond Matthews 1963 erbringen. Bei magnetischen Untersuchungen des Atlantikbodens fielen ihnen parallele Streifen magnetischer Totalintensität zu beiden Seiten eines Mittelozeanischen Zentralkammes aufgefallen. Heute ist die Theorie der Plattentektonik in ihren Grundzügen unumstritten.

1.2.     Aufbau der Erde

Die Erde ist nach chemischen Gesichtspunkten in drei große schalenförmige Abschnitte gegliedert. Diese sind die Kruste, der Mantel und der Kern. Physikalisch hingegen sind die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der elastischen seismischen Wellen die Grundlage für die Einteilung in Lithosphäre, Asthenosphäre, Mantel und Kern.

Die feste, äußerste Schicht der Erde (die Kruste und ein Teil des Oberen Mantels) bezeichnet man als Lithosphäre. Im Durchschnitt ist sie nur 80 km dick und nicht über die gesamte Erdoberfläche konstant. Deshalb unterscheidet man zwischen einer kontinentalen (150 km dick) und einer ozeanischen Lithosphäre.

Unter der Lithosphäre liegt die so genannte Asthenosphäre. Diese Schicht ist relativ dünn, beweglich und sie enthält bis zu 10 Prozent schmelzflüssiges Material. Aus der Asthenosphäre stammt der größte teil der Magmen.

Die Lithosphäre besteht aus mehreren großen Platten und etlichen kleinen. Zu den großen Platten gehören u.a. die Pazifische, die Eurasische, die Afrikanische, die Nordamerikanische, die Südamerikanische und die Indisch-Australische Platte.

Nach der Theorie der Plattentektonik sind die kontinentale und ozeanische Lithosphäre in große und kleine Platten auseinander gebrochen. Dabei handelt es sich um massive, unregelmäßig geformte Gesteinskörper, deren Umrisse meistens aber nicht mit den Umrissen der Kontinente übereinstimmen. Die Kontinente werden nur mir den Platten mittransportiert. Wenn man diese Erscheinung genauer beschreiben möchte, müsste man von einer „Drehbewegung“ sprechen, denn die starren lithospähren Platten „schwimmen“ wie Eisschollen auf dem asthen.....[Volltext lesen]

In der Fachwelt wird der Begriff Vulkanismus dem Begriff Magmatismus zugeordnet. Magmatismus beschreibt alle geologischen Vorgänge, die mit der Bildung und dem Auftrieb von Magma zusammenhängen. Dabei ist Vulkanismus der Sammelbegriff für alle Vorgänge und Erscheinungen, die mit der Förderung von Magmen(= Gesteinsschmelzen) aus tieferen Bereichen der Erde an die Erdoberfläche oder in ihre unmittelbare Nähe zusammenhängen.

Dabei kommt es zu vulkanischen Aktivitäten und damit zur Entstehung eines Vulkans.

Vulkanismus ist an die aktiven Schwächezonen der Erdkruste gebunden, da das feste Gestein zur Bildung des Magmas aufgeschmolzen werden muss. Dieser Schmelzpunkt der Gesteine wird in der Erdkruste aber nicht erreicht, obwohl die Temperatur mit der Tiefe zunimmt.

Der Schmelzpunkt hängt vom Druck ab, er steigt mit zunehmendem Druck (je tiefer à größerer Druck). An der Oberfläche beträgt der Schmelzpunkt ungefähr 1000 °C, in 100 Kilometer Tiefe ist er auf ca. 1500 °C angestiegen.

Es kommt aber immer nur zu einer so genannten „partiellen Schmelze“. Das heißt, es wird nicht das gesamte Gestein verflüssigt, sondern nur ein Teil. Bei der Bildung einer beweglichen Gesteinsschmelze reicht es zum Beispiel aus, wenn nur 2 Prozent verflüssigt werden. Beim Aufstieg an die Oberfläche schmilzt das Gestein weiter auf, es kann sogar fast ganz flüssig werden. Der Grund dafür ist die Druckentlastung.

Der Schmelzpunkt kann durch 2 Arten erreicht werden: durch Druckverminderung (durch tektonische Schwächezonen) oder andererseits durch Temperaturerhöhung. Temperaturerhöhungen werden durch „mantle plumes“ erklärt. Das sind Konvektionsströme, die aus dem untersten Erdmantel aufsteigen, und im Grenzbereich zwischen Mantel und Kruste zu Temperaturerhöhungen und folglich dazu zu Aufschmelzungen führen können.

Oberhalb dieser mantle plumes bilden sich meistens so genannte „Hot-Spot-Vulkane“.

Weiters wichtig für die Bildung vulkanischer Magmen ist ein sehr geringer Wassergehalt. Nur wasserarme oder wasserfreie Silicatmagmen schmelzen bei abfallendem Druck weiter auf. Diese Verflüssigung begünstigt den weiteren Aufstieg. Wasserreichere Magmen hingegen werden bei abnehmendem Druck zäher und bleiben so in den tieferen Teilen der Erdkruste stecken.

Wenn das Magma nicht die Erdoberfläche erreicht, nennt man diese Erscheinung Plutonismus. Darunter versteht man alle magmatischen Vorgänge, die sich innerhalb der Erdkruste abspielen. Gesteine aus erstarrter Gesteinsschmelze nennt man Magmatite. Folglich gibt es Tiefengesteine, die durch Kristallisation von Magma innerhalb der Erdkruste entstehen (= Plutonite) sowie Vulkanite.

Das sind an der Erdoberfläche erstarrte Magmen.

Die wichtigsten sichtbaren Erscheinungsformen des Vulkanismus sind die Vulkane. Ungefähr 80 Prozent der Erdoberfläche, Meeresböden und Festland inbegriffen, sind aus geschmolzenem Gestein entstanden, das aus den Tiefen des Erdinneren aufstieg. Wenn eine Schmelze die Oberfläche erreicht, kühlt sie ab, und erhärtet zu vulkanischem Gestein.

2.2.     Vulkanismus und Plattentektonik

Tektonische Schwächezonen fallen meistens mit den Grenzen von Platten zusammen. An den drei unterschiedlichen Plattengrenzen treten unterschiedliche Formen von Vulkanismus auf. (à Siehe „Plattentektonik“)

·         Bei den an divergierenden Plattengrenzen vorkommenden mittelozeanischen Rücken wird durch Vulkanismus neue ozeanische Kruste gebildet, die Platten driften auseinander. Hier wird in Spalteneruption Basalt gefördert. Alle Ozeanböden sind in den letzten 200 Millionen Jahren au.....

Die Magmasäule brennt sich durch die Erdkruste, an deren Oberfläche ein Vulkan entsteht, der sich aber mit der driftenden Platte wegbewegt und dann durch einen neuen Vulkan über dem Hot-Spot ersetzt wird. Es entsteht eine Kette von Hot-Spot-Vulkanen, deren Aktivität in Bewegungsrichtung der tektonischen Platten mit zunehmender Entfernung vom Hot-Spot abnimmt.

Da sich die Lithosphäre darüber hinwegbewegt, entstehen meistens Inselketten, wobei der höchste Vulkan auch meistens der jüngste ist. So ist auch die Insel Hawaii der jüngste Hot-Spot-Vulkan einer langen Reihe. Bei solchen Ketten kann man sehr gut die Bewegungsrichtung der Platten ablesen.

Nicht alle Hot-Spots sind untermeerisch. Kontinentale Hot-Spots sind zB die Vulkane der Eifel (in Deutschland) und die Vulkane im Yellowstone Nationalpark (in den Vereinigten Staaten).

Kontinentale Grabenbrüche sind etwas besonderes wie zB das ostafrikanische Grabensystem mit dem Kilimanjaro und dem Mt. Kenia. Hier beginnt der Kontinent auseinanderzureisen – in Zukunft führt das zur Abspaltung Ostafrikas und zur Entstehung eines neuen Ozeans.

Es wurden 122 Hot-Spot-Vulkane bisher gezählt, die während der letzten 10 Millionen Jahre aktiv waren. Davon liegen 53 in den Meeren und 69 kommen auf den Kontinenten vor.

2.3.     Förderung vulkanischer Magmen

Die Magmen entstehen in der zähflüssigen Asthenosphäre (75 bis 250 Kilometer Tiefe) und dringen in Schloten oder Spalten in die darüber liegende Erdkruste. Dabei verändert sich das Magma, es verliert Bestandteile und nimmt auch Stoffe aus dem Nebengestein auf.

Durch den abnehmenden Druck werden Gase frei (Wasserdampf, Kohlendioxid, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Schwefel, Chlor, …). Das Magma sammelt sich in so genannten „Magmakammern“ nicht weit unter der Oberfläche (Hawaii: 2 Kilometer; Vesuv: 5 bis 6 Kilometer). Steigt der Druck in der Magmakammer, kann das Magma weiter aufsteigen. Es fließt als Lava heraus oder wird herausgeschleudert.

So wird mit der Zeit ein Vulkan aufgebaut. Im Krater des Vulkans endet der Förderschlot. Dieser ist nach dem Vulkanausbruch eine extrem steilwandige und tiefe Öffnung.

2.4.     Entstehung der verschiedenen .....

Die zu Boden fallenden Lavareste bilden dann vulkanische Lockermassen, bei feinen Partikeln entstehen vulkanische Aschen. Verfestigte vulkaniklastische Gesteine nennt man Tuff.

2.5.     Oberflächenvulkanismus

Im Bezug auf das Volumen des Magmas hat der kontinentale Vulkanismus einen wesentlich geringeren Umfang als submariner Vulkanismus. Bei Vulkanausbrüchen kann es sowohl zu gewaltigen Ascheexplosionen als auch zu ruhig fließende Lavaströme kommen.

2.5.1.Spalteneruptionen

Spalteneruptionen treten sowohl auf dem Festland, als auch entlang der Mittelozeanischen Rücken (MOR) auf. Dabei wird viel dünnflüssige Lava über ein großes Gebiet verteilt. Bei mehreren Ausbrüchen können so weite Ebenen oder Plateaus entstehen. Ein Beispiel dafür ist die Insel Island, die sich auf einem Mittelatlantischen Rücken befindet.

2.5.2.Schichtvulkane

Bei vielen Vulkanen auf dem Festland gibt es mehrere Schlote oder Gruppen von Schloten. Daraus entstehen zwei Grundformen von Vulkanen.

Der kegelförmige Vulkan (= Schlackenkegel) besteht aus pyroklastischem Gestein oder Tephra, also Asche, Schlacke oder Lapilli (Lapilli ist vulkanisches, unregelmäßig kantig geformtes Auswurfmaterial etwa von der Größe einer Nuss.

Es bildet unverfestigte, lockere Ablagerungen.). Dieses fällt nach der Explosion unmittelbar in der Nähe des Kraters nieder. Schlackenkegel besitzen steile Flanken. Kegelförmige Vulkane sind aber nicht sehr verwitterungsresistent, die Gesteine sind eher locker. Bei längerer Abtragung bleibt oft nur de.....

2.6.      Stau- und Stoßkuppen

Man kann sagen, Stau- und Stoßkuppen sind das Gegenteil vom Schildvulkan. Sie entstehen beim Austritt von sauren Laven. Diese sauren Laven sind so hochviskos, dass sie kaum fließen können – sie werden zäh und langsam aus dem Förderkanal gepresst.

Wenn sie erstarren, bilden solche Stoßkuppen häufig landschaftlich markante Stotzen, Felsnadeln oder so genannte Lavadome. Bleibt der Pfropfen aber im Förderschlot stecken, kann sich darunter ein großer Druck aufbauen und so den Pfropfen wegsprengen.

2.6.1.Maare

Das Magma kann bei manchen Formen von Vulkanausbrüchen in der Tiefe stecken bleiben. Dann wird keine Lava gefördert, nur Gase durchschlagen in einer Röhre das Gestein. An der Erdoberläche bildet sich ein Maar (= Expolsionstrichter).

2.6.2.Calderen

Eine Caldera ist eine kessel- oder beckenförmige Vertiefung, ähnlich einem Krater, man darf sie jedoch damit nicht verwechseln. Sie kann einen Durchmesser von mehreren Hundert Metern bis hunderten Kilometern erreichen. Für die Entstehung von Calderen gibt es zwei mögliche Ursachen:

Wenn die Magmakammer mehr oder weniger leer ist und somit dem Druck der überlagernden Gesteine nicht mehr standhalten kann, kommt es zum Einsturz der Decke. Diese Vertiefung nennt man Einbruch- oder Einsturzcaldera.

Eine Explosionscaldera bleibt zurück, wenn ein Teil des Vulkanaufbaus durch einen explosiven Ausbruck weggesprengt wird.

Bei Einsturzcalderen füllt sich manchmal die Magmakammer wieder auf und durch erneute Magmenförderung bat sich in der Caldera wieder ein Vulkankegel auf. In den Calderen können sich auch Seen bilden.

Vulkane sind nicht nur eine Bedrohung, sie liefern auch nährstoffreicheBöden, chemische Rohstoffe und Mineralien. Andererseits können sie auch erheblichenSchaden anric.....

Die Kontinentalplatten haben keine glatt geschliffenen Ränder, die reibungslos aneinander vorbeigleiten. Sie haben an ihren Rändern Kanten und Grate, Risse und gewaltige Vorsprünge, die sich ineinander verkrallen. So verschieben sich zwar die Platten, die Ränder aber bleiben stehen, weil sie ihre Lage nicht verändern können.

Das führte im Laufe der Zeit zu unvorstellbaren Spannungen. Nach einiger Zeit können die Plattenränder dem wachsenden Druck nicht mehr standhalten: Die vorstehenden verkeilten Zacken brechen ab und in einem einzigen gewaltigen Ruck holen die Plattenränder die Bewegung der Gesamtplatte nach. Deshalb bebt die Erde.

Erdbeben gibt es dort, wo zwei Platten aneinander vorbeigleiten oder zusammenstoßen. Dabei kann es geschehen, dass sich eine unter die andere schiebt. Hier reiben sich also nicht die Außenränder der Platten, sondern die Oberseite der einen rutscht an der Unterseite der anderen Platte entlang. Die Reibungsfläche ist hier bedeutend größer, es entstehen größere Spannungen, die Erdbeben sind schwerer als irgendwo sonst.

Solche Stellen sind die gefährlichsten Bebengebiete der Erde. Hier werden neun Zehntel der gesamten Bebenenergie freigesetzt. Auch bei aneinander vorbeigleitenden Platten gibt es Erdbeben. Das bekannteste Beispiel ist die San Andreas Verwerfung in Kalifornien.

Weniger häufig sind Erdbeben, die durch Bewegung von Magma in der Umgebung von Vulkanen auftreten. Erdbeben können auch durch einstürzende unterirdische Hohlräume beispielsweise im Bergbau entstehen (Gebirgsschlag).

3.2.      Erdbebentypen

Man kann Erdbeben auf unterschiedliche Weise unterseiden und einteilen. Erdbeben können als einzelner Erdstoß oder als lange Folge von Erschütterungen auftreten. Weiters kann man sie in ihrer Stärke, Reichweite vom Erdbebenhert und in ihrer Herdtiefe unterscheiden. Man spricht dann von starken oder schwachen Beben.

Nach ihrer Ursache werden Erdbeben in 3 Gruppen eingeteilt: Tektonische Beben (an den Rändern von Platten der Erdkruste; am häufigsten), vulkanische Beben und Einsturzbeben (= „Schlagwetter“).

Weiters können auch Sprengungen, Atombombentestes, größere Bergstürze, Hangbewegungen und Meteoritenschläge mehr oder weniger .....