Vulkanausbruch – wie passiert das eigentlich?

Versteckte Höhlen, die weit ins Erdinnere führen, haben schon so manchen beflügelt: Jules Verne ließ seine Leserinnen und Leser einst zum Mittelpunkt der Erde reisen und geheimnisvolle Welten entdecken, und so mancher Film aus der Traumfabrik der USA beschäftigt sich mit dem Thema. Was sie alle nicht erklären: Wie bricht eigentlich ein Vulkan aus? Immerhin geht es da um heißes Gestein, das aus irgendeinmal Grund plötzlich nicht mehr in der Erde ist, sondern herausquillt. Die Naturwissenschaften haben eine absolut einleuchtende Erklärung dafür.

Aufbau der Erde: Erdkruste, Erdmantel, Erdkern

Wie genau es im tieferen Inneren der Erde aussieht, wissen wir immer noch nicht genau. Niemand war da, um eine Instagram-Story zu erstellen. Wir haben kein YouTube Tutorial „Packen für die Reise durch Magmakammer“ oder dergleichen. Aber die Naturwissenschaften haben andere Methoden: Man muss nicht alles mit eigenen Augen sehen, um es erklären zu können. Messungen von der Erdoberfläche aus geben uns eine ganz gute Vorstellung, wie es im Inneren unseres Planeten aussehen könnte.

Den Aufbau der Erde kannst Du Dir von innen nach außen ungefähr dreiteilig vorstellen:

  • Ganz in der Mitte befindet sich ein Kern aus sehr stark verdichtetem, extrem heißem Eisen. Der heiße Eisenkern gibt seine Hitze nach außen ab.
  • Im Erdmantel drumherum geht es deshalb turbulent zu: Hier befinden sich Gesteine, Mineralien und Gase, alles flüssig oder gasförmig und sehr, sehr heiß.
  • Direkt am Erdkern ist es natürlich am heißesten, nach außen hin wird es immer kühler. Und das ist auch gut so, denn ganz außen ist es kalt genug, dass das Gestein aushärten kann. Das Resultat ist die Erdkruste, auf der wir leben.

Du hast bestimmt schon von Kontinentalplatten und ozeanischen Platten gehört – das sind die festen Teile der Kruste, die aufgrund ihrer geringeren Dichte auf dem flüssigen Erdmantel treiben. Das ist ungefähr so wie Packeis, das auf dem Polarmeer treibt. An den Plattengrenzen gibt es tiefe Gräben und Rinnen, aber auch riesige Gebirgsketten mit Vulkanen. Eine solche Plattengrenze ist der sogenannte Pazifische Feuerring: In einem Ring rund um den Pazifik und teilweise auch im Pazifik reiht sich ein Vulkan an dem anderen. Japan liegt an einer solchen Plattengrenze: Die mehr als 3.500 Inseln sind vulkanischen Ursprungs. Immer dann, wenn es im flüssigen Erdmantel besonders turbulent zugeht, können Vulkane ausbrechen.

Temperaturen von mehr als 1.000 Grad Celsius

Der Erdmantel besteht überwiegend aus flüssigem Gestein. Hier können Temperaturen herrschen, die weit über 1.000 Grad Celsius hinausgehen. Messen können wir diese Temperaturen zwar nicht direkt, aber die Naturwissenschaften haben Anhaltspunkte. Wir kennen beispielsweise den Glaspunkt und den Schmelzpunkt von Gesteinen. Wir wissen, dass manche Vulkane dünnflüssige Lava ausstoßen, die mit enormem Druck wie eine Explosion in den Himmel schießt. Das kann man nicht gut untersuchen, denn die Umgebung ist zu gefährlich.

Wir haben aber auch sanftere Vulkane, beispielsweise auf Hawaii. Dort quillt sehr dickflüssige Lava langsam und in überschaubaren Formen aus dem Vulkan heraus. Das heiße Gestein bewegt sich sehr langsam und kühlt schnell aus, so dass sich Menschen durchaus in die Nähe trauen können. Und hier fühlen sich Forscher aus allen Naturwissenschaften wohl: Für Messungen ist das die ideale Umgebung!

Hitze und hoher Druck brauchen ein Ventil: Der Vulkan bricht aus

Das flüssige Gestein im Erdinneren wird Magma genannt. Es dehnt sich unter Hitze aus und steigt nach oben. Das ist ein bisschen wie mit einem Topf voll kochendem Wasser: Das Wasser, dass direkt auf dem Topfboden ist, wird erst heiß, geht dann in einen gasförmigen Zustand über und steigt nach oben an die Oberfläche, bevor es als Dampf aus dem Topf kommt. Magma verhält sich im Prinzip nicht anders. Das heiße, flüssige Magma sammelt sich in Hohlräumen, also in Kammern, die in der Erdkruste befinden. Das passiert langsam, es kann tausende von Jahren dauern bis der Vulkan ausbricht.

In der Magmakammer kühlt das Gestein aber nicht aus, sondern bleibt heiß. Von unten drückt immer mehr heißes Magma nach, der Druck steigt also auch. Denn irgendwann ist die Kammer voll. Es kommt aber weiterhin heißes Magma von unten hinein und drängt nach oben. Die Erdkruste ist dort, wo sich diese Hohlräume befinden, dünn und rissig. Durch die Risse, Kanäle und Spalten quillt das Magma weiter nach oben bis an die Erdoberfläche. Wie schnell das geht, hängt von der Höhe des Drucks in den Magmakammer ab. Sowie das Magma an der Oberfläche austritt, heißt es Lava – und das ist der Moment, in dem der Vulkan ausbricht!

Der Spalt, durch den das Magma nach oben kommt, nennen wir übrigens Schlot (wie ein Kaminschlot), und den Ausgang Krater. Nicht alle Vulkane brechen unverhofft aus. Viele spucken ganz regelmäßig und fast dauerhaft Lava. Andere sind über Jahrhunderte ruhig und sind mit ausgekühlter Lava und Geröll verstopft. Wenn sie ausbrechen, kommt es zu gewaltigen Explosionen.

Passend zum Thema aus dem PHYWE Portfolio:
Interaktives Arbeitsheft Geographie 9/10, Vol. 1: Vulkanismus – Phänomene der unruhigen Erde