Supervulkan

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Weltkarte der bekannten Supervulkane:
  • Vulkanexplosivitätsindex (VEI) 8
  • Vulkanexplosivitätsindex (VEI) 7
  • Supervulkane sind die größten bekannten Vulkane, die im Gegensatz zu „normalen“ Vulkanen auf Grund der Größe ihrer Magmakammer bei Ausbrüchen keine Vulkankegel aufbauen, sondern riesige Calderen (Einbruchskessel) im Boden hinterlassen. Als Supereruption werden Ausbrüche mit dem Vulkanexplosivitätsindex-Wert 8 (VEI-8) bezeichnet, wobei gelegentlich auch Ausbrüche der Stärke VEI-7 dazu gerechnet werden. Eine wissenschaftlich exakte Definition gibt es allerdings nicht. Den Begriff Supervulkan hat die Fachliteratur erst kurz nach der Jahrtausendwende aus Medienberichten übernommen.

    Der letzte Ausbruch eines Supervulkans geschah im Gebiet des Lake Taupo (Neuseeland) vor etwa 26.500 Jahren. Die Zeit zwischen vollständiger Auffüllung der Magmakammer und dem darauf folgenden Ausbruch wird auf einige hundert bis wenige tausend Jahre geschätzt.[1][2]

    Definition[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Falschfarben-Satellitenaufnahme des Tobasees, einer 100 km langen und 30 km breiten Caldera eines Supervulkans

    Supervulkane besitzen eine besonders große Magmakammer unter dem Vulkangebiet. Sie stoßen bei Ausbrüchen typischerweise eine Auswurfmenge (Lava, Pyroklastika, Staub etc.) von mindestens 1000 km³ aus.[3] So ist beispielsweise die Magmakammer des Yellowstone-Vulkans 60 km lang und 40 km breit und fasst etwa 15.000 km³ Magma.[4] Während sich das teilgeschmolzene Magma über tausende von Jahren mit Gas anreichert, hebt sich das Gebiet über der Magmakammer. Wird das Magma durch die Gasanreicherung kritisch, bricht es an mehreren weitverteilten Stellen durch das Deckgestein. Typischerweise geschieht das durch die beim Heben des Gebietes über der Magmakammer entstehenden Risse im Boden ringförmig. Der auf diese Weise gebildete Deckel aus Gestein sinkt in die sich leerende Magmakammer und bildet so die charakteristische Caldera (Kessel). Die Wucht eines solchen Ausbruches wird mit dem Vulkanexplosivitätsindex-Wert 8 (VEI-8) und höher beschrieben. Dabei werden Hunderte oder Tausende Kubikkilometer Lava aus der Magmakammer mit Überschallgeschwindigkeit bis zu 50 km hoch in die Stratosphäre geschleudert und „regnen“ im Umkreis von mehreren 100 km nieder. Vulkanischer Staub wird um den ganzen Globus getragen.

    Wirkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Querschnitt durch einen Supervulkan (Long Valley Caldera)

    Extrem heiße pyroklastische Ströme bedecken ein großes Areal um die Ausbruchstelle, sie können bis zu 200 km weit reichen und eine bis zu 200 m dicke Schicht bilden. Bei einem Ausbruch in Küstennähe sind Tsunamis möglich. Noch Jahre nach dem Ausbruch besteht das Risiko von Schlammlawinen (Lahar), die u. a. Flussläufe blockieren und Fluten auslösen können. Ein Gebiet von der Größe eines Kontinents kann mit Asche bedeckt werden.[5][6]

    Die Zahl der Opfer ist abhängig vom Standort des Supervulkans. In einem Umkreis in der Größenordnung von 100 km wird jedes Leben durch den Ausbruch vernichtet. Im Umkreis von mehreren hundert Kilometern kann die Last von Ascheschichten, besonders wenn Feuchtigkeit hinzu kommt, Dächer zum Einsturz bringen. Wasser- und Abwasseranlagen, Flugverkehr und Stromversorgung wären gefährdet.[6] Auch in größerer Entfernung ist die Sterblichkeit hoch. Sehr feiner Vulkanstaub mit einem Durchmesser von weniger als 4 µm kann durch Einatmen in die Lunge gelangen und kurzfristig Asthma- und Bronchitisanfälle, langfristig Silikose, Lungenkrebs und COPD verursachen.[7] Die Ascheschicht behindert die Photosynthese von Pflanzen, sie kann – je nach Dicke und Verweilzeit der Tephraschicht – ihren Wuchs beeinträchtigen, bis hin zum Absterben. Vor allem Bäume und Sträucher können durch die Last der Tephra brechen. Bildet sich durch Regen oder Tau eine zementartige Schicht, so wird die Verweilzeit der Tephra verlängert und die Wiederbesiedlung der Flächen verzögert.[8]

    Neben den primären Schäden einer Supervulkanexplosion kommt es zu einer globalen Klimakatastrophe, auch als Vulkanischer Winter bezeichnet, bei welchem die Temperaturen weltweit um mehrere Grad sinken. Durch massenhaftes Absterben von Pflanzen und Tieren droht eine jahrelange Nahrungsknappheit.[6]

    Man vermutet, dass Supervulkane bei den bekannten Ausbrüchen für Artensterben verantwortlich waren. Nach der umstrittenen Toba-Katastrophentheorie wurde die Menschheit auf einige tausend Menschen reduziert, als vor 75.000 Jahren der Toba-Vulkan auf Sumatra (Indonesien) ausbrach. Relikt des Ausbruchs ist der aus der Caldera gebildete Tobasee.[9]

    Aktivitäten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Aktuell werden Supervulkane weltweit wissenschaftlich erfasst, ihre Gesamtzahl steht allerdings noch nicht abschließend fest. Bekanntester Vertreter dieses Typus ist der Yellowstone im Yellowstone-Nationalpark. Weitere Beispiele sind die Phlegräischen Felder in Italien, der Taupo in Neuseeland und die La-Garita-Caldera im südwestlichen Colorado, USA.

    Als bisher stärkster Vulkanausbruch im Quartär gilt der des Toba auf der indonesischen Insel Sumatra vor rund 74.000 Jahren, für den eine Magnitude von 8,8 errechnet wurde und der in der Folge über einen Zeitraum von etwa zehn Jahren massive weltweite Temperaturabsenkungen bewirkte. Nach der umstrittenen Toba-Katastrophentheorie des Anthropologen Stanley Ambrose soll es durch die Folgen dieses Ausbruchs zu einem „genetischen Flaschenhals“ bei den damals lebenden Hominiden gekommen sein, was die geringe genetische Vielfalt der heute lebenden Menschen erklären könnte.

    Verheerende Vulkansysteme sind auch die Trapps (aus dem Skandinavischen für „Treppe“), die über längere Zeit aktiv waren und dabei geologische Hochebenen ausbildeten, die sich in Stufenform deutlich voneinander abheben. Am bekanntesten ist der „Dekkan-Trapp“, der auch mit dem Aussterben der Dinosaurier in Verbindung gebracht wird. Als größten seiner Art gilt der „Sibirische Trapp“, der mit dem Massenaussterben im Perm in Zusammenhang gebracht wird und über rund eine Million Jahre aktiv war. Der „Etendeka-Trapp“ erstreckte sich einst über die damals zusammenhängenden Kontinente von Westafrika und Südamerika.

    Hoch aktiv ist auch der AltiplanoPuna-Vulkankomplex im Dreiländereck zwischen Chile, Bolivien und Argentinien mit dem aktiven Uturuncu[10], wobei vier weiteren Calderen (z. B. Vilama-Caldera) belegt sind.

    Kaum erforscht ist das Lazufre-Vulkanfeld (Ojos del Salado, Cerro de Azufre Lastarria und San Román[11]), das nach der Region zwischen Lastarria und Cordón del Azufre an der Grenze zwischen Chile und Argentinien benannt ist. Die Lazufre-Region hebt sich auf einer Fläche von 1.750 km², im Zentrum um 3 Zentimeter pro Jahr.[11] Die Region ist seismisch wesentlich aktiver als zum Beispiel die Yellowstone-Region. Die Lazufre-Region ist jedoch wissenschaftlich nur unzureichend erforscht und aufgrund der Höhe nur für Bergsteiger zugänglich.

    Häufigkeit[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Einer von Forschern der University of Bristol Anfang November 2017 in den Earth and Planetary Science Letters veröffentlichten Studie[12] zufolge brechen Supervulkane mit einer Explosion bzw. Eruption mindestens der Stärke Mag 8 alle 5.200 bis 48.000 Jahre aus, also ca. 10 mal häufiger als in der bis dato angenommenen Spanne von 45.000 bis 714.000 Jahren. Grundlage ist eine geologische Datenbank über die vergangenen 100.000 Jahre; ein letzter derartiger Ausbruch liegt demzufolge ca. 20.000 Jahre zurück.[13]

    Auswahl von supermassiven explosiven Ausbrüchen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Die Daten stammen z. T. aus der Datenbank der Volcano Global Risk Identification & Analyse Project (VOGRIPA)[14] unter Angabe der Quellen, wobei die Wissenschaftler oft unterschiedlicher Auffassung sind.

    Vulkan Ort Staat Zeit des Ausbruchs Tephra Ablagerung VEI Mag Quellen
    San-Juan-Vulkanfeld

    (La-Garita-Caldera)

    Colorado USA vor etwa 27,8 Mio. Jahren 000000000005000.00000000005.000 km³ VEI 8 9,2 Lemma
    Toba (Tobasee)

    (Young Toba Tuff)

    Sumatra Indonesien vor etwa 74.000 Jahren 000000000002800.00000000002.800 km³ VEI 8 8,8 [14]
    Toba (Tobasee)

    (Old Toba Tuff)

    Sumatra Indonesien vor etwa 788.000 Jahren 000000000000820.0000000000820 km³ VEI 8 8,4 [14]
    Yellowstone Caldera

    (Lava Creek Eruption)

    Wyoming USA vor etwa 640.000 Jahren 000000000001000.00000000001.000 km³ VEI 8 8,4 [14]
    Yellowstone Caldera

    (Huckleberry Ridge Eruption)

    Wyoming USA vor etwa 2,1 Mio. Jahren, Serie mehrerer Ausbrüche mit 1340 km³, 820 km³ und 290 km³ 000000000002500.00000000002.500 km³ VEI 8 8,8 [14]
    Altiplano–Puna Vulkan Komplex (APVC)

    (Vilama-Caldera)

    El Tatio, Puna-Region, Anden Chile vor etwa 8,4 Mio. Jahren 000000000002000.00000000002.000 km³ VEI 8 Lemma
    Altiplano–Puna Vulkan Komplex (APVC)

    (Guacha-Caldera)

    Sol de Mañana, Puna-Region, Anden Bolivien vor etwa 5,6–5,8 Mio. Jahren 000000000001300.00000000001.300 km³ VEI 8  ?
    Altiplano–Puna Vulkan Komplex (APVC)

    (La Pacana Caldera)

    Región de Antofagasta, Santa Cruz Region, Anden Chile vor etwa 3,5–3,6 Mio. Jahren 000000000002500.00000000002.500 km³ VEI 8  ?
    Long Valley Caldera

    (Bishop Tuff)

    Kalifornien USA vor etwa 760.000 Jahren 000000000001380.00000000001.380 km³ VEI 8 8,3 [14]
    Taupo

    (Oruanui-Ausbruch)

    Nordinsel Neuseeland vor etwa 26.500 Jahren 000000000001170.00000000001.170 km³ VEI 8 8,1 [14]
    Taupo

    (Whakamaru-Eruption)

    Nordinsel Neuseeland vor etwa 254.000 Jahren 000000000001170.00000000001.170 bis 2.000 km³ VEI 8  ?
    Corbetti

    (Awasa Caldera)

    Awasasee Äthiopien vor etwa 1 Mio. Jahren 000000000001000.00000000001.000 km³ VEI 8 8,0 [14]
    Altiplano–Puna Vulkan Komplex (APVC)

    (Pastos Grandes Caldera)

    Departamento Potosí, Anden Bolivien vor etwa 2,89 Mio. Jahren 000000000000820.0000000000820 km³ VEI 7  ?
    Yellowstone Caldera

    (Mesa Fall Eruption)

    Wyoming USA vor etwa 1,2 Mio. oder 1,6 Mio. Jahren datiert 000000000000280.0000000000280 bis 300 km³ VEI 7 7,8 [14]
    Valles-Caldera

    (Lower Bandelier)

    New Mexico USA vor etwa 1.6 Mio. Jahren 690 km³ VEI 7 7,8 [14]
    Aso

    (Jigoku-Eruption)

    Kyūshū Japan 87.000 BP ±9000, stärkste Eruption 600 km³ VEI 7 7,7 [14]
    Aso Kyūshū Japan 115.000 BP 150 km³ VEI 7 7,2 [14]
    Aso Kyūshū Japan 263.000 BP 100 km³ VEI 7 7,0 [14]
    Aso

    (Hirose-3 Eruption)

    Kyūshū Japan 273.400 BP 100 km³ VEI 7 7,0 [14]
    Atitlán

    (Los Chocoyos Asche)

    ZentralAmerika Guatemala 84.000 BP 420 km³ VEI 7 7,8 [14]
    Kapenga

    (Waiotapu)

    Fidschi-Insel Fidschi 710.000 BP 460 km³ VEI 7 7,7 [14]
    Taupo

    (Reporoa-Eruption)

    Nordinsel Neuseeland vor etwa 230.000 Jahren 000000000000340.0000000000340 km³ VEI 7  ?
    Taupo

    (Maroa-Eruption)

    Nordinsel Neuseeland vor etwa 230.000 Jahren 000000000000140.0000000000140 km³ VEI 7  ?
    Taupo

    (Rotorua-Eruption)

    Nordinsel Neuseeland vor etwa 220.000 Jahren 000000000000100.0000000000100 km³ VEI 7  ?
    Kos-Nisyros

    (Kos-Nisyros Eruption)

    Kos und Nisyros Griechenland vor etwa 161.000 Jahren

    Trennte Kos und Nisyros, Kos-Plateau-Tuff

    000000000000110.0000000000110 km³ VEI 7 7,1 [14]
    Changbaishan

    (Tianchi eruption)

    Changbai Gebirge China 969 AD ±30 000000000000076.000000000076 bis 116 km³ VEI 7 7,4 Lemma
    Changbaishan

    (Oga eruption)

    Changbai Gebirge China vor etwa 448.000 Jahren 000000000000070.000000000070 bis 100 km³ VEI 7 7,0 [14]
    Maipo

    (Diamante Eruption)

    San Carlos (Mendoza) Chile/Argentinien vor etwa 450.000 Jahren 000000000000450.0000000000450 km³ VEI 7 7,7 [14]
    Bruneau-Jarbidge Idaho USA vor etwa 10−12 Mio. Jahren 250 km³ VEI 7  ?
    Sabatini Vulkankomplex Latium Italien vor etwa 374.000 Jahren 200 km³ VEI 7 7,3 [14]
    Tambora Sumbawa Indonesien 1815, „Jahr ohne Sommer 000000000000110.0000000000110 bis 160 km³ VEI 7 7,0 Lemma
    Rinjani

    (Samalas Eruption)

    Lombok Indonesien 1257, „Jahr ohne Sommer“ 000000000000100.0000000000100 km³ VEI 7 Lemma
    Kikai

    (Akahoya Eruption)

    Ōsumi-Inseln Japan um 4350 v. Chr. 000000000000200.0000000000200 km³ VEI 7 7,2 [14]
    Corbetti

    (Corbetti Caldera)

    Awasasee Äthiopien vor 500.000 Jahren ±60.000 000000000000103.0000000000103 km³ VEI 7 [14]
    Mount Mazama Crater Lake, Oregon USA um 5677 v.Chr ±150 (oder 5724±20 v. Chr) 000000000000150.0000000000150 km³ VEI 7 Lemma
    Kurilensee

    (Ilinsky Eruption)

    Kamtschatka Russland um 6440 v.Chr. ± 25 000000000000155.0000000000155 km³ VEI 7 7,2 [14]
    Aira Kyūshū Japan vor etwa 28.000 Jahren 000000000000456.0000000000456 km³ VEI 7 7,7 [14]
    Aira Kyūshū Japan vor etwa 456.000 Jahren 000000000000100.0000000000100 km³ VEI 7 7,0 [14]
    Santorin

    (Minoische Eruption)

    Kykladen Griechenland 1613±13 v. Chr. 000000000000100.0000000000100 km³ VEI 7 Lemma
    Taupo

    (Hatepe-Eruption)

    Nordinsel Neuseeland 181 n. Chr. 000000000000085.000000000085–100 km³ VEI 7 Lemma
    Phlegräische Felder Kampanien Italien vor etwa 39.000 Jahren 000000000000320.0000000000320 km³ VEI 7 7,1 [14]
    Phlegräische Felder Kampanien Italien vor etwa 50.000 Jahren 000000000000100.0000000000100 km³ VEI 7 7,0 [14]

    Auswahl von supermassiven effusiven Ereignissen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Ereignis Ort Staat Alter
    (Mio. Jahre)
    Bedeckte Fläche
    (Mio. km²)
    Lava-Volumen
    (Mio. km³)
    Sibirien-Trapp Putorana-Gebirge bei Norilsk, Sibirien Russland 251–250 1,5–3,9 0,9–2,0
    Dekkan-Trapp

    (Mahabaleshwar–Rajahmundry Trapp)

    Dekkan-Plateau Indien 66 0,5–0,8 0,5–1,0
    Etendeka-Trapp

    (Serra-Geral-Formation)

    Paraná-Becken und Etendeka-Plateau Brasilien und Namibia/Angola 134–128 1,5 1
    Emeishan-Trapp Emei Shan, Sichuan China 263–259 0,25 0,3

    Rezeption[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Film[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

     Wiktionary: Supervulkan – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

    Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

    1. Vanderbilt University Pressemitteilung 2012: Super-eruptions may have surprisingly short fuses
    2. Gualda, Pamukcu, Ghiorso, Anderson Jr, Sutton, et al: Timescales of Quartz Crystallization and the Longevity of the Bishop Giant Magma Body. In: PLoS ONE. Band 7, Nr. 5, 2012, doi:10.1371/journal.pone.0037492.
    3. Definition von Supervulkanen des Yellowstone Volcano Observatory
    4. http://volcanoes.usgs.gov/yvo/faqsscience.html
    5. Stephen Self: The effects and consequences of very large explosive volcanic eruptions. In: Philosophical Transactions of the Royal Society A. 15. August 2006, doi:10.1098/rsta.2006.1814.
    6. a b c Stephen Self: Explosive Super-Eruptions and Potential Global Impacts. In: Paolo Papale und John F. Shroder (Hrsg.): Volcanic Hazards, Risks and Disasters. 2015, ISBN 978-0-12-396453-3, doi:10.1016/B978-0-12-396453-3.00016-2.
    7. C. J. Horwell und P. J. Baxter: The respiratory health hazards of volcanic ash: A review for volcanic risk mitigation. In: Bulletin of Volcanology. Band 69, Nr. 1, 2006, S. 1–24, doi:10.1007/s00445-006-0052-y.
    8. Paul Martin Ayris und Pierre Delmelle: The immediate environmental effects of tephra emission. In: Bulletin of Volcanology. 2012, S. 1914–1916,1926, doi:10.1007/s00445-012-0654-5.
    9. Martin Williams: The ~73 ka Toba super-eruption and its impact: History of a debate. In: Quaternary International. 2012, doi:10.1016/j.quaint.2011.08.025.
    10. spiegel.de, 26. März 2012: Forscher entdecken den neuen Supervulkan Uturuncu in den Anden
    11. a b Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ) Potsdam, Thomas R. Walter, Joel Ruch, Andrea Manconi, Manoochehr Shirzaei, Mahdi Motagh, Jan Anderssohn, ebooks.gfz-potsdam.de: Die „Beule“ von Lazufre
    12. Jonathan Rougier, Stephen Sparks, Katharine Cashman, Sarah Brown: The global magnitude-frequency relationship for large explosive volcanic eruptions. In: Earth and Planetary Science Letters. 8. November 2017, ISSN 0012-821X (bristol.ac.uk [abgerufen am 30. November 2017]).
    13. Geologie - Supervulkan-Ausbrüche häufiger als gedacht. In: Deutschlandfunk. (deutschlandfunk.de [abgerufen am 30. November 2017]).
    14. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa VOGRIPA Database