Plattentektonik und Vulkane

Drei Wege, Gestein zu schmelzen

Der Erdmantel ist fast vollständig fest, obwohl er heiß genug ist, um zu glühen. Magma zu erzeugen erfordert einen bestimmten Auslöser, und es gibt nur drei häufige. Jeder entspricht einer tektonischen Situation, und zusammen erklären sie nahezu jeden Vulkan auf der Karte.

• Wasser hinzufügen an einer Subduktionszone — Wasser senkt den Schmelzpunkt heißen Mantelgesteins, so wie Salz Eis schmilzt.
• Druck ablassen an einem Rift — wenn Mantel aufsteigt, während Platten auseinanderweichen, lässt der Druckabfall ihn schmelzen, ohne dass er heißer wird.
• Hitze hinzufügen an einem Hotspot — eine ungewöhnlich heiße Mantelfahne, die aus der Tiefe der Erde aufsteigt, schmilzt, wenn sie sich der Oberfläche nähert.

Subduktionszonen und Vulkanbögen

Wo eine ozeanische Platte sich hinabbiegt und unter eine andere gleitet, trägt sie Meerwasser mit, das in ihren Gesteinen gebunden ist. Während die Platte sich erwärmt, wird dieses Wasser herausgepresst und steigt in den Mantelkeil darüber auf, der zu schmelzen beginnt. Das Magma steigt an die Oberfläche in einer Linie parallel zur Plattengrenze, etwa 100–150 km landeinwärts vom Graben — ein Vulkanbogen.

Das ist mit Abstand die häufigste Situation für Vulkane an Land und die gefährlichste. Das Magma ist reich an Kieselsäure, was es steif und zäh macht, sodass gelöstes Gas nicht sanft entweichen kann — es baut sich auf, bis das Magma sich selbst zerreißt. Das Ergebnis ist ein steiler Stratovulkan, der zu heftigen, aschereichen Ausbrüchen fähig ist: die Anden, die Kaskaden, Japan, Indonesien, die Aleuten, die mediterranen Bögen. Rund um den Pazifik schließen sich diese Bögen zum Feuerring zusammen, der rund drei Viertel der Vulkane der Welt über dem Meeresspiegel enthält.

Rifts und mittelozeanische Rücken

Wo Platten auseinanderweichen, steigt Mantel auf, um die Lücke zu füllen, und schmilzt einfach, weil der Druck darauf sinkt. Diese Druckentlastungsschmelze erzeugt dünnflüssigen, kieselsäurearmen Basalt, der relativ sanft ausbricht und breite Schildvulkane und Lavaebenen statt steiler Kegel aufbaut.

Das meiste davon geschieht unbemerkt entlang der 60.000 km mittelozeanischer Rücken am tiefen Meeresboden — das größte Vulkansystem des Planeten, das etwa drei Viertel des gesamten ausgetretenen Magmas nach Volumen erzeugt. Wo ein Rücken über das Meer aufragt, wie auf Island, oder wo ein Kontinent zerbricht, wie entlang des Ostafrikanischen Grabens, ist derselbe Vorgang an Land sichtbar.

Hotspots

Einige Vulkane liegen mitten auf einer Platte, fernab jeder Grenze. Sie werden von Hotspots gespeist — schmalen Säulen heißen Mantels, von denen man in vielen Fällen annimmt, dass sie von nahe der Kern-Mantel-Grenze aufsteigen. Während eine Platte über einen festen Hotspot driftet, wird der Vulkan weggetragen und erlischt, während dahinter ein neuer entsteht — das hinterlässt eine Kette, die die Bewegung der Platte aufzeichnet.

Das klarste Beispiel ist die Hawaii-Emperor-Kette: Inseln und versunkene Seamounts, die nach Nordwesten hin älter werden, mit einem scharfen Knick, der eine Richtungsänderung der Pazifischen Platte vor etwa 47 Millionen Jahren aufzeichnet. Yellowstone liegt am jungen Ende einer Hotspot-Spur, die quer durch Idaho verläuft. Island ist ein Hotspot, der auf einem mittelozeanischen Rücken sitzt — deshalb ist es so produktiv.

Warum der Ausbruchsstil variiert

Der größte Einflussfaktor darauf, wie ein Vulkan ausbricht, ist der Kieselsäuregehalt seines Magmas, der bestimmt, wie zäh und gasrückhaltend es ist:

• Basalt (~50 % Kieselsäure, heiß, dünnflüssig) — Gasblasen entweichen leicht. Lavafontänen und -ströme; Schildvulkane. Hawaii, Island, Nyiragongo.
• Andesit (~60 % Kieselsäure) — das typische Subduktionsbogen-Magma. Explosive Ausbrüche mit Aschesäulen und pyroklastischen Strömen; Stratovulkane. Fuji, Merapi, der größte Teil der Anden.
• Rhyolith / Dazit (~65–75 % Kieselsäure, kühler, extrem zäh) — am explosivsten. Lavadome, die kollabieren, und calderabildende Ausbrüche. Pinatubo, Mount St. Helens, Toba.