E6 Physikalische Vulkanologie

Thema

Die Physik eines Vulkanausbruchs wird grundlegend durch die Rheologie des Magmas und die Art und Weise bestimmt, wie es die darin gelösten Gase freisetzt. In der Tiefe bleiben die Gase, hauptsächlich Wasser und Kohlendioxid, im geschmolzenen Magma gelöst. Dies beruht auf einem bekannten Zusammenhang zwischen der Löslichkeit eines Gases und dem Druck, dem es standhält: Je niedriger der Druck, desto geringer die Löslichkeit dieser Gase im Magma. Steigt das Magma auf und sinkt der Druck, können diese Gase nicht länger gelöst bleiben und bilden Blasen.

Die rasche Ausdehnung dieser Blasen beim weiteren Aufstieg des Magmas kann dazu führen, dass der Anteil an leerem Raum im Magma einen kritischen Fragmentierungsschwellenwert von etwa 75 Prozent des Gesamtvolumens überschreitet. Sobald dieser Schwellenwert überschritten ist, verhält sich das Magma nicht mehr wie eine kontinuierliche, zähflüssige Flüssigkeit, sondern zerfällt schlagartig in Gesteinsbrocken und Asche. Genau diese plötzliche Fragmentierung löst einen explosiven Ausbruch aus.

Die Höhe der Eruptionssäule steigt mit der vierten Wurzel der Ausstoßrate des Vulkans. Eine signifikante Erhöhung der Ausstoßrate führt daher nur zu einem mäßigen Anstieg der Säule. Dennoch erreichen Säulen mit einer Höhe von über 25 Kilometern die Stratosphäre und setzen Sulfataerosole frei, die das Klima des gesamten Planeten erheblich beeinträchtigen können.

Wenn die Dichte der Eruptionssäule die Dichte der umgebenden Luft übersteigt, kollabiert sie in sich zusammen und erzeugt einen pyroklastischen Strom – eine glühende Wolke aus Gasen und Partikeln, die mit Geschwindigkeiten von 200 bis 300 Metern pro Sekunde und Temperaturen von 300 bis 700 Grad Celsius die Hänge des Vulkans hinabströmt. Von allen vulkanischen Phänomenen ist dieser pyroklastische Strom das gefährlichste.

Der Vulkanexplosivitätsindex ist die logarithmische Skala, die die Explosivität eines Ausbruchs klassifiziert, vom Wert Null für einen rein effusiven Ausbruch wie den des Vulkans Kilauea bis zum Wert Acht für den Ausbruch des Toba, der vor etwa 74.000 Jahren stattfand und etwa 2.800 Kubikkilometer vulkanisches Material ausstieß und damit die Verbindung zwischen der Entgasung von Magma, mit der diese Beschreibung begann, und dem vollen Ausmaß der eruptiven Gewalt herstellt, die diese Entgasung erzeugen kann.

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