Supervulkane und der Ring of Fire

Stellen Sie sich einen ruhigen Kiefernwald in Wyoming vor, mit Bisons, die neben dampfenden Tümpeln grasen, und Geysiren, die kochendes Wasser Dutzende Meter in die Luft schleudern. Touristen knipsen Fotos von Old Faithful und halten selten inne, um sich zu fragen, warum der Boden hier so unruhig ist. Die Antwort verbirgt sich mehrere Kilometer unter ihren Füßen: ein gewaltiges Reservoir aus teilweise geschmolzenem Gestein. Yellowstone ist nicht nur ein Nationalpark. Er liegt über einem der größten vulkanischen Systeme der Erde, und die blubbernden heißen Quellen sind der sanfte Atem eines Riesen, der einige der gewaltigsten Ausbrüche hervorgebracht hat, die unser Planet je erlebt hat.

Dieser Kontrast, eine friedliche Landschaft über immenser verborgener Macht, fängt etwas Wesentliches an Vulkanen ein. Meistens sind sie ruhig, ja sogar schön. Doch dieselben Kräfte, die fruchtbare Böden und dramatische Berge formen, können in seltenen Fällen Kontinente umgestalten und den Himmel über Jahre hinweg verdunkeln. Um zu verstehen, warum, müssen wir damit beginnen, was ein Vulkan eigentlich ist und woher das geschmolzene Gestein überhaupt kommt.

Was ein Vulkan wirklich ist

Ein Vulkan ist, ganz einfach gesagt, eine Öffnung in der Erdkruste, durch die geschmolzenes Gestein, Gas und Asche aus dem heißen Inneren entweichen. Das geschmolzene Gestein heißt Magma, solange es unter der Erde ist, und Lava, sobald es die Oberfläche erreicht. Der entscheidende Punkt, der oft missverstanden wird, ist, dass die Erde weder hohl noch mit einem brodelnden Ozean aus flüssigem Gestein gefüllt ist. Der Mantel unter der Kruste ist größtenteils fest, auch wenn er sich über geologische Zeiträume hinweg wie ein extrem zähes, langsam fließendes Material verhält. Gestein schmilzt nur unter bestimmten Bedingungen: wenn der Druck sinkt, wenn Wasser hinzukommt oder wenn die Temperaturen hoch genug steigen.

Da Magma weniger dicht ist als das umgebende feste Gestein, neigt es dazu aufzusteigen, sammelt sich in Kammern und drückt sich durch Spalten. Wenn der Druck des sich ansammelnden Gases zu groß wird, bahnt sich das Magma seinen Weg an die Oberfläche. Der Charakter des Ausbruchs hängt stark von der chemischen Zusammensetzung des Magmas ab. Dünnflüssiges, kieselsäurearmes Magma erzeugt sanfte, fließende Ausbrüche, wie man sie auf Hawaii sieht, wo man sich der Lava mit Vorsicht zu Fuß nähern kann. Zähes, kieselsäurereiches Magma schließt Gas ein wie eine geschüttelte Limonadenflasche mit aufgesetztem Verschluss, und wenn es sich schließlich löst, ist das Ergebnis explosiv und schleudert Asche und Gestein hoch in die Atmosphäre.

Plattentektonik, der Motor hinter allem

Vulkane sind nicht zufällig über den Globus verstreut. Sie häufen sich in klaren Mustern, und der Grund dafür ist die Plattentektonik, die Theorie, dass die starre äußere Hülle der Erde in einige Dutzend Platten zerbrochen ist, die langsam über den heißeren, verformbaren Mantel darunter driften. Diese Platten bewegen sich nur wenige Zentimeter pro Jahr, etwa so schnell, wie Ihre Fingernägel wachsen, doch über Jahrmillionen öffnet diese Bewegung Ozeane, hebt Gebirge an und bestimmt, wo der Planet schmilzt.

Die meiste vulkanische Aktivität ereignet sich an Plattengrenzen, und die Art der Grenze bestimmt die Art des Vulkans. An divergenten Grenzen, wo Platten auseinanderdriften, lässt der verringerte Druck den Mantel schmelzen, was die langen unterseeischen Gebirgsketten der mittelozeanischen Rücken sowie Grabenbrüche an Land wie jene in Ostafrika hervorbringt. An konvergenten Grenzen, wo eine Platte in einem Prozess namens Subduktion unter eine andere abtaucht, senkt das mit der absinkenden Platte hinabgetragene Wasser den Schmelzpunkt des darüberliegenden Mantels. Dadurch entstehen die explosiven, kegelförmigen Vulkane, die über so vielen Küsten aufragen. Die abtauchende Platte erzeugt auch die tiefsten Erdbeben, weshalb Vulkanismus und seismische Gefahr so oft Hand in Hand gehen.

Hotspots und die Vulkane, die wandern

Nicht jeder Vulkan sitzt an einem Plattenrand. Die Hawaii-Inseln erheben sich mitten auf der riesigen Pazifischen Platte, Tausende Kilometer von der nächsten Grenze entfernt, und dieses Rätsel führte Wissenschaftler zur Idee eines Hotspots. Ein Hotspot ist eine Region, in der ungewöhnlich heißes Material aus den Tiefen des Mantels aufsteigt, möglicherweise in einer schmalen Säule, die als Mantelplume bekannt ist, und sich durch die darüberliegende Kruste schmilzt. Die genaue Tiefe und das Verhalten dieser Plumes sind noch umstritten, doch ihre Signatur an der Oberfläche ist eindrucksvoll.

Da man annimmt, dass ein Hotspot weitgehend ortsfest bleibt, während die Platte darüber entlanggleitet, hinterlässt er eine Spur. Während die Pazifische Platte nach Nordwesten driftet, wird jeder Vulkan, den sie aufbaut, schließlich von der Wärmequelle weggetragen und erlischt, während hinter ihm ein neuer entsteht. Das Ergebnis ist die Hawaii-Inselkette, ein Förderband aus Vulkanen, die nach Nordwesten hin zunehmend älter werden, wo uralte Gipfel zu flachen Atollen erodiert und schließlich unter den Wellen versunken sind. Die Big Island von Hawaii, Heimat des häufig ausbrechenden Kilauea, liegt heute über dem Hotspot, während Inseln wie Kauai im Nordwesten Millionen Jahre älter sind. Yellowstone wird weithin als kontinentaler Hotspot gedeutet, weshalb seine Ausbrüche eine Spur älterer vulkanischer Zentren hinterlassen haben, die sich quer durch den Westen der Vereinigten Staaten erstreckt.

Der Ring of Fire

Wenn man die Vulkane und Erdbeben der Welt auf einer Karte einträgt, sticht ein Merkmal hervor: ein hufeisenförmiger Gürtel, der den Rand des Pazifischen Ozeans nachzeichnet, an den Westküsten von Süd- und Nordamerika hinaufverläuft, hinüber nach Alaska und durch Japan, die Philippinen und Indonesien bis nach Neuseeland hinab. Dies ist der Ring of Fire, und er ist die vulkanisch und seismisch aktivste Region des Planeten. Etwa drei Viertel der aktiven und ruhenden Vulkane der Welt liegen entlang dieses Gürtels, und auch die große Mehrheit der größten Erdbeben der Welt ereignet sich hier.

Der Ring of Fire existiert, weil der Pazifische Ozean von Subduktionszonen umringt ist. Die dichten ozeanischen Platten des Pazifikbeckens tauchen unter die sie umgebenden Kontinente und Inselbögen ab, ziehen Wasser hinab und nähren die explosiven Vulkane darüber. Mount St. Helens im Bundesstaat Washington, der 1980 katastrophal ausbrach und Hunderte Quadratkilometer Wald dem Erdboden gleichmachte, liegt auf diesem Ring. Ebenso der Fuji in Japan, der Krakatau in Indonesien, dessen Ausbruch von 1883 noch Tausende Kilometer entfernt zu hören war, und der Pinatubo auf den Philippinen, dessen Ausbruch 1991 so viel Material in die obere Atmosphäre schleuderte, dass die durchschnittlichen globalen Temperaturen etwa ein Jahr lang leicht sanken. Der Ring of Fire ist auch der Grund, warum Länder wie Japan, Chile und Indonesien so stark in erdbebensicheres Bauen und Tsunami-Warnsysteme investieren.

Wenn ein Vulkan zum Supervulkan wird

Gewöhnliche Ausbrüche, selbst verheerende, werden von einer seltenen Kategorie in den Schatten gestellt, die Wissenschaftler informell als Supervulkane bezeichnen. Der Begriff bezieht sich auf Vulkane, die in der Lage sind, einen sogenannten Superausbruch hervorzubringen, definiert als ein Ausbruch, der mehr als tausend Kubikkilometer Material auswirft. Um das ins Verhältnis zu setzen: Der Ausbruch des Mount St. Helens von 1980 brachte etwa einen Kubikkilometer hervor. Ein Superausbruch ist hundert- bis tausendfach größer.

Supervulkane sehen meist nicht aus wie der klassische Kegel, den wir als Kinder zeichnen. Statt einen Berg aufzubauen, entleert ein gewaltiger Superausbruch seine Magmakammer so vollständig, dass der Boden in einen riesigen Krater einbricht, eine Caldera, die zehn Kilometer und mehr durchmessen kann. Yellowstone hat mehrere solcher Ausbrüche hervorgebracht, der jüngste größere vor etwa 640.000 Jahren, und hinterließ eine Caldera, die so groß war, dass frühe Vermessungsingenieure sie überhaupt nicht als Vulkankrater erkannten. Der Toba-Ausbruch auf Sumatra, vor rund 74.000 Jahren, gehört zu den größten bekannten vulkanischen Ereignissen der letzten mehreren hunderttausend Jahre und hinterließ eine Caldera, die heute von einem See gefüllt ist. Manche Forscher haben vorgeschlagen, dass Toba eine schwere globale Kälteperiode verursachte und frühe menschliche Populationen unter Druck setzte, auch wenn das Ausmaß seiner Auswirkung auf unsere Vorfahren unter Wissenschaftlern wirklich umstritten bleibt.

Die Gefahr eines Superausbruchs liegt weniger in der Lava, die sich langsam bewegt, als vielmehr in der Atmosphäre. Gewaltige Mengen Asche und Schwefelgase würden sich weltweit ausbreiten, das Sonnenlicht reflektieren und das Klima über Jahre hinweg abkühlen. Aschefall könnte ganze Regionen bedecken, Dächer zum Einsturz bringen und Ernten weit entfernt vom Vulkan selbst vernichten. Es lohnt sich jedoch zu betonen, dass solche Ereignisse auf menschlichen Zeitskalen außerordentlich selten sind, durch Zehntausende von Jahren getrennt, und dass es keine wissenschaftliche Grundlage gibt, einen bevorstehenden Ausbruch in Yellowstone oder bei irgendeinem anderen Supervulkan vorherzusagen. Die blubbernden Tümpel sagen uns, dass das System lebendig ist, nicht dass es kurz vor der Explosion steht.

Leben auf unruhigem Boden

Bei all ihrer Bedrohlichkeit gehören Vulkane auch zu den lebensspendendsten Merkmalen der Erde, und rund 800 Millionen Menschen leben nah genug an einem aktiven Vulkan, um von ihm betroffen zu sein. Der Grund, warum so viele bleiben, ist einfach: Vulkanische Böden sind außergewöhnlich fruchtbar, angereichert mit Mineralien aus vergangenen Ausbrüchen, weshalb die Hänge von Vulkanen von Italien bis Indonesien dicht bewirtschaftet werden. Vulkanische Regionen bieten auch Erdwärme, und Island, das einen mittelozeanischen Rücken und mehrere von Hotspots gespeiste Systeme überspannt, beheizt einen Großteil seiner Wohnungen und erzeugt Strom aus der Hitze unter seinen Füßen.

Die moderne Vulkanologie hat unser Verhältnis zu diesen Bergen von reinem Aberglauben in eine besonnene Überwachung verwandelt. Wissenschaftler verfolgen das Anschwellen des Bodens, die chemische Zusammensetzung der entweichenden Gase und die Schwärme winziger Erdbeben, die einem Ausbruch oft vorausgehen, während sich Magma seinen Weg nach oben bahnt. Diese Signale gaben den Behörden vor dem Pinatubo 1991 genug Vorwarnung, um Zehntausende Menschen zu evakuieren und so viele Leben zu retten, selbst wenn der Ausbruch selbst gewaltig ausfiel. Wir können Vulkane nicht aufhalten, aber wir werden stetig besser darin, ihre Warnungen zu deuten.

Die wichtigsten Erkenntnisse

Vulkane sind Fenster in die Hitze des Erdinneren, entstanden dort, wo geschmolzenes Gestein durch die Kruste aufsteigt, und ihre Verteilung wird vom langsamen Driften der tektonischen Platten bestimmt und nicht vom Zufall. Die meisten häufen sich entlang von Plattengrenzen, besonders den Subduktionszonen des pazifischen Ring of Fire, der etwa drei Viertel der Vulkane der Welt und die meisten ihrer großen Erdbeben beherbergt, während Hotspots wie Hawaii und Yellowstone sich mitten durch die Platten schmelzen und wandernde Spuren aus vulkanischen Inseln und Kratern hinterlassen. Supervulkane stellen das seltenste und mächtigste Ende dieses Spektrums dar, fähig, in riesige Calderas einzubrechen und das globale Klima abzukühlen, doch sie brechen nur auf Zeitskalen von Zehntausenden von Jahren aus und lassen sich derzeit nicht vorhersagen. Zu verstehen, wie Vulkane funktionieren, bedeutet also weniger, in Furcht vor der nächsten Katastrophe zu leben, als vielmehr einen Planeten zu würdigen, der unter unseren Füßen noch lebendig ist, fruchtbar und mächtig zu gleichen Teilen, und zu lernen, die Warnungen zu deuten, die er uns gibt.