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Wie entstehen Vulkane? Ein tiefer Einblick in die Kraft der Erde

Veröffentlicht am 02.07.2023 · Aktualisiert am 10.02.2024

Ein Vulkan entsteht, wo geschmolzenes Gestein aus dem Erdmantel bis an die Oberfläche gelangt. Der überraschende Teil daran: Der Erdmantel ist nicht flüssig. Er ist festes Gestein, das über lange Zeiträume langsam fließt. Damit daraus Schmelze wird, muss einer von drei Umständen eintreten, und welcher es ist, entscheidet über Art und Ort des Vulkans.

Die drei Wege, auf denen Gestein schmilzt

  • Druckentlastung: Steigt Mantelgestein auf, sinkt der Druck. Weil der Schmelzpunkt mit dem Druck fällt, beginnt es zu schmelzen, ohne dass Wärme zugeführt wird. Das passiert an Riftzonen, wo Platten auseinanderdriften, und über Hotspots.
  • Wasserzufuhr: Wasser senkt den Schmelzpunkt von Gestein erheblich. Taucht eine ozeanische Platte ab, gibt sie in der Tiefe Wasser ab, das in den darüberliegenden Mantelkeil aufsteigt und ihn zum Schmelzen bringt.
  • Wärmezufuhr: Der seltenste Fall. Aufsteigende Schmelze erwärmt Krustengestein so weit, dass es selbst mitschmilzt.

Der zweite Punkt räumt mit einem verbreiteten Missverständnis auf: An einer Subduktionszone schmilzt nicht die abtauchende Platte durch Reibung oder Hitze. Sie liefert das Wasser, und geschmolzen wird der Mantel darüber.

Vom Schmelztropfen zum Berg

Die entstehende Schmelze ist leichter als das umgebende Gestein und steigt auf. In einigen Kilometern Tiefe bleibt sie meist stecken, weil sie dort Gestein derselben Dichte erreicht. Es bildet sich ein Speicher, die Magmakammer, in der die Schmelze über Jahre bis Jahrtausende steht und sich verändert.

Dieses Stehenbleiben ist wichtig. In der Kammer kristallisieren die ersten Minerale aus und sinken ab. Zurück bleibt eine Restschmelze mit höherem Kieselsäureanteil, also zäher und gasreicher. Je länger ein Magma lagert, desto explosiver wird sein Ausbruch. Ein Vulkan, der oft ausbricht, leert seine Kammer regelmäßig und bleibt harmloser als einer, der Jahrhunderte schweigt.

Zum Ausbruch kommt es, wenn der Druck die Festigkeit des Deckgesteins übersteigt. Auslöser kann Nachschub von unten sein, aber auch das Ausgasen der Schmelze selbst: Beim Aufstieg fällt der Druck, gelöste Gase bilden Blasen, und das Volumen nimmt zu. Derselbe Vorgang wie beim Öffnen einer Sprudelflasche, nur mit Gestein.

Wo das geschieht

Rund neun von zehn Vulkanen stehen an Plattengrenzen, und zwar an zwei Sorten davon.

An Subduktionszonen taucht eine Platte unter eine andere. Die Vulkane stehen dort in Bögen im Abstand von etwa hundert Kilometern zur Tiefseerinne, dort wo die abtauchende Platte die richtige Tiefe erreicht hat, um ihr Wasser abzugeben. Der Pazifische Feuerring ist die größte solche Kette. Die Schmelze ist kieselsäurereich, die Vulkane sind steile Schichtvulkane, die Ausbrüche explosiv.

An Riftzonen driften Platten auseinander. Der größte Teil davon liegt unter Wasser, entlang der Mittelozeanischen Rücken, wo ständig neue ozeanische Kruste entsteht. An Land findet man das im Ostafrikanischen Graben und auf Island. Die Schmelze ist basaltisch und dünnflüssig, es fließt mehr, als dass es explodiert.

Der Rest sitzt über Hotspots, ortsfesten Schmelzherden im Mantel, die nichts mit Plattengrenzen zu tun haben. Weil die Platte darüber hinwegwandert, entsteht eine Kette immer älterer Vulkane. Hawaii ist das Standardbeispiel, die Kanaren ein weiteres.

Wie lange das dauert

Ein Schlackenkegel kann in Wochen entstehen. Der berühmteste Fall ist der Parícutin in Mexiko: Am 20. Februar 1943 öffnete sich ein Riss in einem Maisfeld, nach einem Tag stand dort ein fünf Meter hoher Kegel, nach einem Jahr über 300 Meter. Der Bauer, auf dessen Feld das geschah, konnte den ganzen Vorgang von Anfang an beobachten, was es zuvor nie gegeben hatte.

Ein großer Schichtvulkan braucht dagegen Zehntausende bis Hunderttausende Jahre und Hunderte Ausbrüche. Der Vesuv in seiner heutigen Form ist wenige Tausend Jahre alt, aber er steht im Rest eines viel älteren Bauwerks, des Monte Somma. Und der Ätna hat in rund 500.000 Jahren mehrere Vorgängerbauten überwachsen.

Kurz erklärt: für Kinder

Tief in der Erde ist es so heiß, dass Gestein weich wird wie Knete. Wenn es nach oben rutscht oder wenn Wasser dazukommt, wird ein Teil davon flüssig. Diese flüssige Masse heißt Magma und ist leichter als das Gestein um sie herum, deshalb steigt sie nach oben, so wie eine Luftblase im Wasser.

Unterwegs sammelt sich das Magma in einer Art unterirdischem Raum. Dort ist Gas darin gelöst, ähnlich wie in einer Limonadenflasche. Wird der Druck zu groß, drückt alles nach oben und tritt aus. An der Oberfläche heißt das Magma dann Lava. Sie kühlt ab, wird hart, und beim nächsten Mal kommt eine neue Schicht darüber. So wächst ein Berg, Schicht für Schicht.

Quellen