Vulkane auf der Erde, im Sonnensystem und anderswo

Professor TAMSIN A. MATHER

Fakultät für Geowissenschaften, Universität Oxford

Damit es Vulkane auf einem Planeten gibt, braucht man eine Hitzequelle und etwas, was schmelzen kann. Auf der Erde ist die Hitzequelle die Wärme aus dem Erdinneren (die hauptsächlich aus der Zeit ihrer Entstehung übrig ist und durch ständigen radioaktiven Zerfall in den Gesteinen entsteht). Das, was schmelzen kann, ist der Gesteinsmantel der Erde, also die Gesteinsschicht unter der dünnen äußeren Kruste, auf der wir leben. Der Mantel ist generell fest, aber heiß genug, sodass er wie eine sehr zähe Flüssigkeit langsam fließen oder kriechen kann. Er wird mit zunehmender Tiefe immer heißer: von einigen Hundert Grad Celsius (so heiß oder etwas heißer als ein Backofen) nahe der Erdoberfläche bis zu über 4000 °C gerade an der Grenze zum geschmolzenen Kern. Zum Vergleich: Die Oberfläche der Sonne hat etwa 5500 °C. Der Druck nimmt mit der Tiefe ebenfalls zu, ganz ähnlich (aber stärker) wie der Druck zunimmt, wenn du zum Grund eines Schwimmbeckens tauchst.

Besuch eines Vulkans

Stell dir vor, einen ausbrechenden Vulkan zu besuchen. Der Boden wackelt infolge kleiner Erdbeben, wenn sich die geschmolzene Lava aus dem Erdinnern herausdrückt, und man hört ein Brummen, weil vulkanische Gase zu entweichen versuchen. Dröhnende Explosionen lassen deinen Körper und deine Trommelfelle zittern. Saure Dämpfe reizen deine Augen und deine Nase, und selbst deine Haut und dein Schweiß riechen nach Schwefel (wie faule Eier oder abgebrannte Streichhölzer). Rot glühende Steine fliegen hoch in die Luft und werden schwarz, wenn sie wieder zu Boden krachen. Einige bilden einen wachsenden Schuttkegel. Andere ergeben einen Lavastrom, der sich knackend und rauchend hangabwärts windet. So war es, als ich 2006 den Ätna in Sizilien besuchte. Es war ein relativ kleiner Ausbruch (sonst hätte ich nicht so nahe herangehen können!), aber atemberaubend, selbst für eine Vulkanologin.

Schichten der Erde

Unser Planet, die Erde, hat mehrere Schichten. Ganz im Mittelpunkt ist der innere Kern, der vermutlich fest ist. Darüber liegt der äußere Kern, der wohl flüssig ist. Noch weiter draußen folgt der Mantel, der aus geschmolzenem Gestein besteht. Über dem Mantel liegt die Kruste, die von Landmassen und Ozeanen bedeckt ist. Die Kruste ist in mehrere große Schollen unterteilt, die man tektonische Platten nennt. Um die Kruste herum befindet sich die Atmosphäre.

Der Mantel ist also schon sehr heiß, aber fest. Auf der Erde gibt es zwei Möglichkeiten, wie die Natur etwas schmilzt. An einigen Orten wie Island, wo sich tektonische Platten voneinander trennen, oder unter Hawaii, wo Blasen des heißen Mantelmaterials langsam aufsteigen, sinkt der Druck auf den Mantel. Dadurch sinkt der Schmelzpunkt des Mantels.

Wusstest du, dass Wasser auf einem Berg bei niedrigeren Temperaturen zu sieden beginnt, weil der Luftdruck geringer ist?

An anderen Orten wie unter Japan oder Indonesien wird dem Mantelmaterial etwas hinzugefügt, sodass es schmilzt, ähnlich wie wir im

Winter Salz auf die Straßen streuen, damit das Eis schmilzt. Dies geschieht in »Subduktionszonen«, wo sich zwei tektonische Platten ineinanderschieben. Eine Platte sinkt unter die andere ab, hinab in den Mantel, und gibt dabei Wasser und andere Stoffe an das darüberliegende Mantelgestein ab.

Wärme aus Reibung und chemischen

Wenn das Mantelgestein schmilzt, entsteht eine flüssige

Gesteinsmasse, die man Magma nennt. Das Magma ist weniger dicht als das umgebende Gestein, sodass es zur Oberfläche steigt. Dort, wo die Erdkruste dünn ist, etwa unter den Ozeanen, steigt das Magma schneller auf, dort, wo die Kruste dick ist, etwa unter den Kontinenten, kann der Aufstieg länger dauern. Je länger die Reise dauert, desto mehr Zeit hat das Magma zum Abkühlen, und desto zähflüssiger wird es.

Aber warum schießt das Magma explosionsartig aus dem Boden und quillt nicht langsam heraus wie Marmelade aus einem Krapfen? Magma enthält gelöste Gase wie Wasserdampf und Kohlendioxid. Wenn das Magma aufsteigt und der Druck nachlässt, bleiben die Gase nicht gelöst, sondern bilden Blasen. Beim weiteren Aufsteigen werden die Blasen immer größer, und wenn sie die Oberfläche erreichen, platzen sie manchmal.

Etwas Ähnliches passiert, wenn du eine Colaflasche schnell öffnest, vor allem, wenn sie jemand netterweise vorher geschüttelt hat! Zähe Magmen können Gasblasen aber viel besser festhalten. Das ist einer der Gründe, warum einige Vulkanausbrüche viel explosiver sind als andere.

So erklären wir den größten Teil des Vulkanismus auf der Erde. Aber die Erde ist nicht der einzige Ort im Sonnensystem mit Vulkanen. Schau dir nur in einer klaren Nacht den Mond an. Die großen, dunklen Flächen sind erstarrte Lavabecken. Man nennt sie Maria (Einzahl: Mare); das ist das lateinische Wort für »Meer«, weil frühe Astronomen glaubten, dass es Meere seien.

Der Riese auf dem Mars

Olympus Mons hat einen Durchmesser von etwa 600 Kilometer und ist über 22 Kilometer hoch: zweieinhalb Mal so hoch wie der Mount Everest. Er bedeckt eine Fläche von der Größe Italiens oder des US-Staats Arizona.

Auf dem Mars gibt es riesige Vulkane, unter anderem Olympus Mons, den größten uns bekannten Vulkan.

Da sie kleiner als die Erde sind, kühlten unser Mond und der Mars viel schneller ab, sodass ihre Vulkane heute erloschen sind. Die Venus ist ungefähr gleich groß wie die Erde und die Sonde Venus Express liefert aufregende neue Hinweise auf aktive Lavafluten auf diesem Planeten.

Weiter draußen im Sonnensystem sehen wir exotischere Formen des

Vulkanismus auf Monden, die die riesigen Gasplaneten umkreisen. Beim Jupiter gibt es Vulkanismus auf mehreren seiner inzwischen fast 80 bekannten Monde. Io, der innerste Mond der großen Monde dieses Planeten, ist der vulkanisch aktivste Körper im ganzen Sonnensystem. Io erhitzt sich wie ein Gummiball, den du in der Hand knetest, weil er auf seiner Umlaufbahn von den immensen Gezeitenkräften des Riesenplaneten ständig gedrückt und gezogen wird. Die Vulkane auf Io sind spektakulär aktiv und stoßen Wolken aus Gas und Staub Hunderte Kilometer in den Weltraum. Europa, der eisbedeckte Mond des Jupiters, ist auch interessant. Er hat eine sehr junge Oberfläche mit nur wenigen Kratern. Das lässt vermuten, dass Eisvulkanismus die Oberfläche immer neu mit eisigem Magma überflutet.

2005 sah die Raumsonde Cassini auf dem Saturnmond Enceladus Fontänen aus Gas und Eis in den Weltraum schießen. Und noch weiter weg von der Sonne sah die Sonde Voyager 2 im Jahr 1989 dunkle Wolken hoch über den Neptunmond Triton aufsteigen, die vielleicht aus Stickstoffeis bestehen und von der Wärme der fernen Sonne angetrieben werden.

Neuere Entdeckungen von Gesteinsplaneten außerhalb unseres Sonnensystems könnten bedeuten, dass es auch ganz andere Formen des Vulkanismus im Universum geben könnte, die wir noch entdecken müssen. Das Licht, das von diesen fernen Planeten die Erde erreicht, kann uns Hinweise auf ihre Atmosphäre geben. Vulkane geben bestimmte Gase ab, sodass der Vulkanismus vielleicht der erste geologische Vorgang sein könnte, den wir außerhalb unseres Sonnensystems nachweisen können.

Ich sehe oft mit großer Ehrfurcht, wie viel wir sogar über den Vulkanismus auf unserem eigenen Planeten noch verstehen müssen. Die

Vorstellung von einem ganzen Universum voller Vulkanismus, den wir noch erforschen müssen, ist einfach unfassbar!

 
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